海南萬寧烏場海域海水及沉積物重金屬含量分析

文求信，王言思，吳淑倩，郭宇峰

（海南安納檢測技術有限公司，海南 海口 571101）

近年來，沿海地區經濟飛速發展，大量重金屬污染物隨地表徑流、大氣沉降或近岸直接排放等方式進入海洋。由于重金屬具有蓄積性、持久性和生物毒性等特性，沿海水域的重金屬污染引起了全球關注[1-3]。重金屬是海洋生態系統中廣泛存在的污染物，它們通過自然和人為活動進行運輸和轉化，如工業生產、城市發展及沿海附近的人類活動是最常見的污染源[4-6]。海洋生物含豐富的營養物質，早已成為沿海居民日常飲食不可或缺的食物。然而，由于沿海地區重金屬的污染，攝入含有過量的海鮮將會對人體健康造成潛在的風險[7-9]。因此，研究海洋中重金屬的含量對人類潛在的健康風險起到至關重要的作用[10]。

隨著海南自由貿易港建設總方案的實施，海南旅游業、現代服務業、高新技術產業等現代產業體系大力發展，海南的海洋生態環境面臨著嚴峻考驗。作為國際旅游島，海洋生態環境深受人們關心[11-12]。賈磊等[13]對三亞灣及周邊海域表層沉積物重金屬生態風險進行評價，結果表明重金屬總體屬于低程度污染，大部分屬于外來入侵。張鑫等[14]利用相關分析和通徑分析證實了海南東寨港海水中重金屬含量與海域pH 和鹽度有密切聯系。朱志雄等[15]對海南小海水質狀況進行測定，結果顯示，整個小海海域水質狀況處于四類海水水質標準，海水中重金屬空間離散性較小，重金屬污染物同源性較高。

海南萬寧烏場位于海南省東南部，海岸線長達109 km，大小島嶼有6 個，水質肥沃，是海南為數不多的天然漁港，具有豐富的漁業資源，盛產鰻魚、馬鮫、金槍、帶魚、魷魚等，海洋捕撈業的條件十分優越。然而，目前關于此海域的海洋生態環境研究報道較少[16]。本文以海南萬寧烏場海域為研究對象，對海域海水、沉積物中的重金屬含量進行分析檢測，以期推測海域中重金屬對人類產生的潛在風險，也為海洋建設、生態保護提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2020年3 月12—13 日（春季）、9 月3—4 日（秋季） 對研究區內（18°43′—18°46′N、110°28′—110°32′E） 13 個站位的海水、沉積物樣品進行采樣，分別為W01、W02、W03、W04、W05、W06、W07、W08、W09、W10、W11、W12、W13，所有樣品采集按照《海洋監測規范第3 部分：樣品采集、貯存與運輸》（GB17378.3—2007）[17]，其中海水樣品使用桶式深水采樣器、深度為表層0～10 m、采樣量1000 mL，采樣瓶低溫冷藏貯存；沉積物樣品使用抓泥斗取樣器，深度海底表層0～5 cm、采樣量1 kg，聚乙烯包裝袋低溫冷藏貯存[18]。

1.2 樣品處理方法

海水樣品微孔濾膜過濾后酸化處理；沉積物樣品干燥、過160 目篩后微波消解（WX-8000 微波消解儀）。所有樣品預處理后，Hg 和As 元素采用原子熒光法測定（AFS-8220 原子熒光分光光度計），Cu、Pb、Cd 元素采用無火焰原子吸收分光光度法測定（TAS-990 原子吸收分光光度計），Zn 元素采用火焰原子吸收分光光度法測定[19]。

1.3 評價方法

1.3.1 海水水質評價

通過綜合污染指數（WQI） 對海水樣品中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等重金屬含量進行污染水平評價，其中以《海水水質標準》（GB 3097—1997）[20]所推薦的第一類標準限值（表1） 作為評價標準，評價等級參照沈春燕等[21]的海水污染狀況等級劃分。當WQI ≤1 時，水質為清潔；當1＜WQI ≤2，水質為輕微污染；當2＜ WQI ≤3，水質為中度污染；當WQI>3，水質為嚴重污染。具體公式如下。

表1 海水和沉積物內重金屬污染物評價標準

式中，WQI 為重金屬的綜合污染指數；n 為參與評價重金屬元素的數量；Cf為重金屬i 單項污染指數；Ci為重金屬i 的實測濃度；Cs為重金屬i 的第一類水質評價標準值。

1.3.2 沉積物評價

（1） 單因子指數法

利用單因子指數法評價沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等重金屬的污染狀況，以《海洋沉積物質量》（GB 18668—2002）[22]一類標準值（表1） 作為評價標準，當Cf≤1 時，表示重金屬含量在標準范圍內；當Cf>1 時，表示重金含量超出標準。具體公式如下。

式中，Co為重金屬i 的第一類沉積物評價標準值。

（2） Hankanson 潛在生態風險指數法

利用環境生態風險評價應用最廣泛的潛在生態風險指數法評價沉積物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等[13]重金屬的污染程度和潛在生態風險。該方法先求出單一重金屬的生態風險參數，再將參與評價的多種重金屬的生態風險參數求和得到沉積物中重金屬的生態風險指數，評價標準見表2。具體公式如下。

表2 重金屬潛在生態風險等級劃分

Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 的毒性系數參照文獻[23]分別為5、5、1、30、40、10；因沉積物背景值有很大的區域差異性，本文參照中國南海近海表層沉積物中重金屬含量平均值[24]，分別為13 μg/g、19 μg/g、61 μg/g、0.053 μg/g、0.027 μg/g、7.2 μg/g。

1.4 數據處理

本實驗采用Exce12010 和SPSS19. 0 進行數據處理和分析，采用Origin8.0 和ArcGIS 軟件繪圖。

2 結 果

2.1 表層海水中重金屬含量特征和污染評價

2.1.1 海水中重金屬含量的分布特征

研究區內表層海水中重金屬含量如表3 所示，可知春季表層海水中Cu、Pb、Zn、As、Cd 和Hg的平均含量分別為0.58 μg/L、0.24 μg/L、4.09 μg/L、0.78 μg/L、0.12 μg/L 和0.019 μg/L，秋季表層海水中Cu、Pb、Zn、As、Cd 和Hg 的平均含量分別為0.59 μg/L、0.11 μg/L、11.96 μg/L、0.58 μg/L、0.06 μg/L和0.031 μg/L，對比永興島和海南近岸等海域中重金屬的含量（表4）[25-28]，研究區內Zn、As、Cd 和Hg含量要略高，主要因為研究區內周圍人類活動較多。兩個季節比較，Cu、As、Hg、Pb、Cd 含量差異較小，各站位分布相對較均勻。重金屬中Zn 含量最高，且春季和秋季差異較明顯。秋季海水中Zn 含量最高值出現在W07 站位，為15.8 μg/L。春季海水中Zn 含量最高值出現在W013 站位，為7.6 μg/L，其中W04、W05、W06 站位未檢測出。發生這種現象的可能是秋季雨水頻繁，8 月中旬休漁期結束后沿岸居民生活污水的釋放或者頻繁出入的漁船上合金材質的保護層掉落造成[29]。

表3 不同站位海水中重金屬含量單位：μg·L-1

表4 不同海水中重金屬含量單位：μg·L-1

2.1.2 海水中重金屬質量狀況

研究區內春季和秋季表層海水中各站位重金屬含量綜合污染指數如表5 所示，各站位重金屬的綜合污染指數均小于1，說明調查期間研究區內各站位重金屬元素含量均符合第一類海水水質標準，海水水質處于清潔狀態。所有站位中春季海水重金屬綜合污染指數相差較大，最高重金屬綜合污染指數W13 站位為0.36，最低重金屬綜合污染指數W04站位為0.09；秋季海水重金屬綜合污染指數相差較小，最高重金屬綜合污染指數為W13 站位0.31，最低重金屬綜合污染指數為W08 站位0.19。春季和秋季海水中重金屬綜合污染指數最高均在W13站位，表明此站位海水受人類活動影響較大。

表5 不同站位海水重金屬綜合污染指數

2.2 沉積物重金屬含量分析及污染評價

2.2.1 沉積物重金屬含量分布特征

研究區內沉積物中各站位重金屬含量見表6。由表6 可知，春季沉積物中重金屬平均含量從大到小依次為Zn、Cu、As、Pb、Cd 和Hg，分別是64.40 μg/g、8.34 μg/g、 8.22 μg/g、8.18 μg/g、0.06 μg/g、0.02 μg/g；秋季沉積物中重金屬平均含量從大到小依次為Zn、Cu、Pb、As、Cd 和Hg，分別是15.76 μg/g、7.90 μg/g、7.75 μg/g、6.95 μg/g、0.05 μg/g、0.02 μg/g，整體趨勢秋季沉積物中重金屬含量略低于春季。兩個季節對比，沉積物中重金屬Zn 含量差異較大，Cu、As、Pb、Cd、Hg 含量相差較小，與海水中各重金屬含量差異規律相同。所有站位中，春季沉積物中除Cd 含量分布不均勻外，Zn、Cu、As、Pb、Hg 含量分布相對均勻，其含量最大值均在近岸站位；秋季沉積物中Pb、As、Cd、Hg 含量分布較均勻，Zn 和Cu 含量分布不均勻，多個站位未檢測到，同時Cu、As 含量最大值在近岸站位，Cd、Zn、Pb、Hg 含量最大值在遠岸站位，表明研究區內沉積物中重金屬含量受季節影響較大。

表6 不同站位沉積物中重金屬含量單位：μg·g-1

根據表7，將研究區內春季和秋季沉積物中重金屬含量與中國淺海沉積物和南海近海沉積物含量平均值相比較，研究區內除了As 含量和Cd 略高，其他元素均低于背景值[13]。而與工業發達、人口繁多的珠江口地區相比較，研究區內重金屬含量低于它們兩倍以上。

表7 不同海水沉積物中的重金屬含量單位：μg·g-1

2.2.2 沉積物中潛在生態風險評估

對研究區內表層沉積物重金屬進行生態風險評估。根據表8，春季沉積物中單項重金屬的平均潛在生態風險大小依次為Hg、Cd、As、Cu、Pb 和Zn，平均潛在生態風險參數均小于40，屬于低級潛在生態風險水平，其中所有站位的As、Cu、Pb、Zn 的潛在生態風險參數均小于40，而Cd 和Hg 的部分站位在40～80 之間，屬于中級潛在生態風險。秋季沉積物中單項重金屬的平均潛在生態風險大小依次為Hg、Cd、As、Pb、Cu 和Zn，與春季略有不同，但其各站位重金屬的潛在生態風險參數分布規律與春季相同。從數據中可以發現Cd 和Hg 是研究區內沉積物中可能存在一定污染風險的重金屬，且處于中級潛在生態風險參數的站位均在遠岸區，這與賈磊等[13]的研究結果相一致，向海的方向污染程度高于近岸區，導致這種現象的原因可能是海水沖刷作用將流經近岸區含重金屬的沉積物向遠海轉移。研究區內春季沉積物中重金屬總潛在生態風險指數在48.57～153.60 范圍內，平均值為88.76；秋季沉積物中重金屬總潛在生態風險指數在30.61～140.24 范圍內，平均值為74.75，綜合分析研究區內沉積物處于低級潛在生態風險水平。

表8 不同站位沉積物重金屬中潛在生態風險

3 結論

利用綜合污染指數法和Hankanson 潛在生態風險指數法分別對海南萬寧烏場海域海水重金屬污染狀況及沉積物潛在生態風險進行分析及評價，結論如下。

（1） 調查期間研究區內春季和秋季各站位海水中Cu、Hg、Zn、As、Pb、Cd 的平均含量均符合第一類海水水質標準，綜合污染指數均小于1，海水水質處于清潔狀態。春季和秋季海水中重金屬Zn含量均最高，Hg 含量均最低，其中Cu、As、Hg、Pb、Cd 含量差異較小，Zn 含量差異較大。與其他海域對比，研究區內Zn、As、Cd 和Hg 含量略高，主要由周圍人類活動較多影響所致。

（2） 春季和秋季各站位沉積物中Cu、Hg、Zn、As、Pb、Cd 平均潛在生態風險參數均小于40，重金屬總潛在生態風險指數均小于150，屬于低級潛在生態風險水平，沉積物質量狀況較好。春季沉積物中重金屬Zn、Cu、As、Pb、Cd、Hg 的平均含量分別為64.40 μg/g、8.34 μg/g、8.22 μg/g、8.18 μg/g、0.06 μg/g、0.02 μg/g；秋季沉積物中重金屬Zn、Cu、Pb、As、Cd、Hg 的平均含量分別為15.76 μg/g、7.90 μg/g、7.75 μg/g、6.95 μg/g、0.05 μg/g、0.02 μg/g，整體趨勢秋季沉積物中重金屬含量略低于春季，其中As 和Cd 的含量略高于背景值。春季和秋季不同站位的沉積物中As、Cu、Pb、Zn 的單項潛在生態風險參數均小于40，而Cd 和Hg 的部分站位在40～80，屬于中級潛在生態風險，存在一定污染風險。

（3） 通過對海南萬寧烏場海域海水和沉積物中重金屬含量測定可知，研究區重金屬均為低潛在風險水平，海洋狀況較好，未對海洋生態系統造成風險壓力。表層海水和沉積物作為海洋生物主要的棲息環境，良好的生存環境對海產品的日益增加是非常重要的。為了給海洋生物提供良好的棲息環境，仍需在城市建設的同時增強海洋環保意識，排除重金屬污染對人體健康產生潛在危險的機會。本研究旨在為下一步海域建設、海洋環評等工作提供基礎資料和科學依據。