南麂海域水質(zhì)營養(yǎng)鹽和表層沉積物重金屬污染評價

阮素玲 李敏 陸榮茂 肖國強 張翔 陸振

摘要 于2019年5月、8月、12月和2020年3月對南麂海域的環(huán)境（海水和沉積物）進行調(diào)查，采用有機污染評價指數(shù)（A）法、營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）法對水環(huán)境進行評價，用潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）法對表層沉積物重金屬潛在生態(tài)危害進行評價。結果表明，南麂海域海水水質(zhì)除無機氮（DIN）外，其余參數(shù)基本能符合二類海水水質(zhì)標準。南麂海域海水水質(zhì)除2019年12月各層A值較其他略高外，其他監(jiān)測時間水質(zhì)狀況較好。營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)處于貧營養(yǎng)水平（NQI<2）。表層沉積物除銅（Cu）和鉻（Cr）外，其余參數(shù)均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準。沉積環(huán)境處于輕微生態(tài)危害狀態(tài)（Eij<30，RI<100）。

關鍵詞 營養(yǎng)鹽;表層沉積物;重金屬;有機污染評價指數(shù);營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù);潛在生態(tài)危害指數(shù);南麂海域

中圖分類號 X-834? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）12-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.017

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Evaluation of Nutrients in Water Quality and Heavy Metals in Surface Sediments in Nanji Sea Area

RUAN Su ling1， 2，LI Min1， 2， LU Rong mao1， 2 et al

（1.Zhejiang Mariculture Research Institute，Wenzhou，Zhejiang 325005;2. Zhejiang Key Laboratory of Exploitation and Preservation of Coastal Bio resource，Wenzhou，Zhejiang 325005）

Abstract We investigated the environment （sea water and sediments） in Nanji sea area in May 2019， August 2019， December 2019 and March 2020. The organic pollution evaluation index（A） and nutritional status quality index（NQI） were used to evaluate water environment. Meanwhile potential ecological hazard index（RI） was used to evaluate the potential ecological hazards of heavy metals in surface sediments. The results showed that except for DIN， the other parameters of the seawater quality in the Nanji sea area could basically meet the second class seawater quality standards. The A value of each layer was slightly higher in December 2019. The water quality was better at other monitoring times in the Nanji sea area. The nutritional status quality index was at the oligotrophic level （NQI<2）. Except for Cu and Cr， the other parameters of the surface sediment could meet the quality standards of the first type of marine sediment. The sedimentary environment was in a state of slight ecological hazard （Eij<30，RI<100）.

Key words Nutrients;Surface sediments;Heavy metals;Organic pollution evaluation index;Nutritional status quality index;Potential ecological hazard index;Nanji sea area

南麂列島因其優(yōu)越的海洋環(huán)境，成為浙江省重要的養(yǎng)殖基地之一。隨著南麂列島旅游業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等的高附加值產(chǎn)業(yè)的興起加之陸源工業(yè)、農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展及人類活動的增加，給南麂海域的環(huán)境帶來了一定的影響。目前有關南麂附近海域水環(huán)境、潮間帶環(huán)境調(diào)查方面的研究已有研究報道[1-5]，然而對于南麂海域環(huán)境質(zhì)量綜合分析方面的研究仍然不多。李揚等[6]研究了南麂海域氮、磷營養(yǎng)鹽的季節(jié)變化特征及其影響因素，發(fā)現(xiàn)該海域氮、磷營養(yǎng)鹽的季節(jié)性變化顯著，且作為無機氮主要組成成分的亞硝酸鹽氮與水溫、pH、鹽度等因子之間均具有顯著的相關性。施青松等[7]對南麂海域潮間帶水環(huán)境進行了評價，發(fā)現(xiàn)該海域N/P值很高，春季時無機氮和活性磷酸鹽超標較嚴重。

該研究在2019年5月至2020年3月對南麂保護區(qū)及周邊海域進行4次調(diào)查采樣，并對水質(zhì)、沉積物進行監(jiān)測分析，采用有機污染評價指數(shù)（A）法、營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）法對水環(huán)境進行評價，采用潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）法對表層沉積物重金屬潛在生態(tài)危害進行評價，旨在科學評價南麂海域環(huán)境質(zhì)量狀況，為南麂海域環(huán)境質(zhì)量評價提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

于2019年5月、8月、12月和2020年3月進行調(diào)查采樣，共設置28個水質(zhì)站位和17個沉積物站位（圖1）。采樣方法以《海洋調(diào)查規(guī)范》（GB/T 12763—2007）為主要參考規(guī)范，海水樣品用有機玻璃采水器進行采集，水質(zhì)根據(jù)各站點水深情況，進行分層采樣;表層沉積物樣品用抓斗式采泥器進行采集。

1.2 監(jiān)測項目和檢測方法

海水監(jiān)測項目包括pH、溶解氧（DO）、化學需氧量（COD）、無機氮（DIN）、活性磷酸鹽（DIP）、葉綠素a（Chl-a）;沉積物重金屬監(jiān)測項目包括銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、砷（As）。海水不同指標檢測方法主要參考《海洋調(diào)查規(guī)范第4部分：海水化學要素調(diào)查》（GB/T 12763.4—2007）、《海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分：海水分析》（GB 17378.4—2007）;沉積物不同指標的檢測方法主要參考《海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》（GB 17378.5—2007）。

1.3 評價方法

海水的有機污染評價指數(shù)（A）和營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）以及表層沉積物重金屬潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）依據(jù)以下公式進行計算。

A=CODCOD0+DINDIN0+DIPDIP0-DODO0（1）

式中，A為有機污染評價指數(shù)，評價分級見表1;COD、DIN、DIP和DO分別為化學需氧量、無機氮、活性磷酸鹽、溶解氧的測定值;COD0、DIN0、DIP0和DO0分別為水體上述各項指標的評價標準值，分別為3、0.10、0.015和5 mg/L。

NQI=CODCOD0+DINDIN0+DIPDIP0（2）

式中，NQI為營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)，營養(yǎng)狀態(tài)分級：NQI<2為貧營養(yǎng)水平，2～3為中營養(yǎng)水平，>3為富營養(yǎng)水平;COD、DIN和DIP分別為化學需氧量、無機氮和活性磷酸鹽的測定值;COD0、DIN0和DIP0分別為水體上述各項指標的評價標準值，分別為3、0.60和0.03 mg/L。

Cij=CiCi0（3）

Eij=Tij×Cij（4）

RI=i=1Eij（5）

式中，Cij為表層沉積物第i種重金屬的污染系數(shù);Ci為表層不同重金屬的測定值;Ci0為不同重金屬的背景值（選用國際上常用的工業(yè)化以前沉積物中重金屬的全球最高值）;Eij為潛在生態(tài)危害系數(shù);Tij為表層不同重金屬的毒性系數(shù);RI為潛在生態(tài)危害指數(shù)，即不同重金屬的潛在生態(tài)系數(shù)之和。各重金屬的背景值和毒性系數(shù)見表2。采用潛在生態(tài)危害系數(shù)法綜合分析監(jiān)測海區(qū)沉積物中重金屬潛在的危害效應[8]。

2 結果與分析

2.1 水環(huán)境特征

從調(diào)查時間內(nèi)水質(zhì)各評價因子監(jiān)測情況（表3）可以看出，2019年5月pH變化不大，平均值8.24～8.80，各層分布均勻;DIN垂直方向濃度變化明顯，表層DIN濃度較高;垂直方向上DIP濃度有逐層增大的趨勢，其中底層DIP平均值最高;Chl-a濃度由表層至底層略減;COD表層21.43%超標;DIN表層14.29%超標，底層4.00%超標。2019年8月pH略低于5月，平均值8.02～8.82，從表層到底層pH逐漸下降;DO濃度相比5月普遍較低;COD垂直方向上濃度有逐層增大的趨勢;底層DIN濃度最高，所有層DIN濃度相比5月普遍較低;Chl-a濃度相比5月普遍較低;DO底層超標率為12.00%;COD底層4.00%超標;DIN底層4.00%超標。2019年12月pH略低于5月，平均值8.04～8.22;DO濃度相比8月普遍較高，相比5月普遍較低;COD在表層略高;表層DIN濃度最高，所有層DIN濃度相比8月普遍較高;Chl-a濃度在表層最高，相比8月普遍較高，相比5月普遍較低;COD表層3.57%超標;DIN表層10.71%超標，底層4.17%超標。2020年3月pH略低于2019年5月，平均值8.11～8.23;DO濃度相比2019年8月和12月普遍較高，相比2019年5月普遍較低;COD在底層略高;10 m層DIN濃度略高，所有層DIN濃度相比2019年8月、2019年12月普遍較高;Chl-a濃度相比2019年8月普遍較高，相比2019年5月和12月普遍較低;DIN表層50.00%超標，10 m層63.64%超標，底層56.52%超標。

綜合水質(zhì)監(jiān)測結果，除DIN外，其余參數(shù)基本能符合二類海水水質(zhì)標準，COD和DO出現(xiàn)少部分超標。其中DIN為主要超標指標，四季均出現(xiàn)超標情況，DIN平均超標率為17.67%（2019年12月、2020年3月高于2019年5月、8月），可能是由于洋流的影響，將長江營養(yǎng)物質(zhì)帶入，也可能是溫度較低時浮游植物光合作用相對減弱，導致溫鹽躍層以下有機質(zhì)快速降解，隨著溫度降低東海海域躍層下沉和減弱等也有利于各層營養(yǎng)鹽的輸送[9-10];COD平均超標率為3.21%。DO在2019年8月底層出現(xiàn)異常情況，超標率為12.00%，可能是由于取樣點是水深比較深的地方（超標站位水深依次為27、30、24 m），也可能由于夏季東海海域強烈的躍層阻隔和底層水體中有機物的耗氧分解[11-13]。

2.2 水環(huán)境評價

從水環(huán)境評價結果（表4）可以看出，表層有機污染指數(shù)（A）2019年12月較其他高，處于輕度污染，2019年8月最低，處于0～1（較好）;10 m層A值2019年12月最高，處于1～2（開始污染），2019年5月最低，處于<0（良好）;底層A值2019年12月最高，處于2～3（輕度污染），2019年5月最低，處于0～1（較好）。可見，2019年12月各層A值均高于其他月份，可能與不同季節(jié)海流稀釋擴散作用有關[7]。營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）在各月份各層間均無明顯差異，且均小于2，屬貧營養(yǎng)水平。

2.3 南麂海域表層沉積物監(jiān)測情況及評價

從表層沉積物重金屬監(jiān)測情況（表5）可以看出，重金屬濃度整體上呈Zn>Cr>Cu>Pb>As>Cd>Hg。2019年5月Cu、Cr超標率分別為93.75%、87.50%;2019年8月Cu、Cr超標率分別為86.67%、73.33%;2019年12月超標率分別為62.50%、6.25%;2020年3月超標率分別為11.11%、5.56%。表層沉積物各重金屬在不同月份濃度變化較大，其中2020年3月表層沉積物超標情況明顯好于其他采樣時間。綜合4次結果，除Cu和Cr以外，其余參數(shù)均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準，Cu和Cr平均超標率為63.51%和43.16%。

從表6可以看出，7種重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)（Eij）均小于重金屬輕微生態(tài)危害的劃分標準值，其中，Zn的Eij值明顯大于其他重金屬的Eij值，Pb的Eij值明顯小于其他重金屬的Eij值，表明Zn對南麂生態(tài)環(huán)境的潛在影響程度明顯高于其他重金屬，而Pb明顯低于其他重金屬。由多個重金屬的潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）看，采樣時間內(nèi)RI值在45.19～50.62，其中2019年12月值最高，2020年3月值最低，并且RI值均小于100，總體而言南麂海域表層沉積物中7種重金屬的潛在生態(tài)危害輕微。

3 結論

（1）南麂海域海水水質(zhì)除DIN外，其余參數(shù)基本能符合二類海水水質(zhì)標準。其中DIN為主要超標指標，四季均出現(xiàn)超標情況，COD和DO出現(xiàn)少部分超標。

（2）南麂海域水質(zhì)狀況較好，2019年12月各層有機污染指數(shù)（A）高于其他月份，其中表層、底層處于2～3（輕度污染），10 m層處于1～2（開始污染）。營養(yǎng)狀態(tài)質(zhì)量指數(shù)（NQI）在各月份各層間均小于2，屬貧營養(yǎng)水平。

（3）表層沉積物除Cu和Cr外，其余參數(shù)均符合第一類海洋沉積物質(zhì)量標準。潛在生態(tài)危害系數(shù)（Eij）均小于30，潛在生態(tài)危害指數(shù)（RI）在45.19～50.62，處于輕微生態(tài)危害狀態(tài)。

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