岚山港临时海洋倾倒区表层沉积物重金属含量与底栖生物的关系＊

张 亮，吴凤丛，宋春丽，任荣珠，王尽文，张乃星

（1.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033；2.国家海洋局北海预报中心青岛海洋环境监测中心站青岛 266033；3.中国水产科学研究院黄海水产研究所国家水产品质量监督检验中心 青岛 266071）

岚山港临时海洋倾倒区表层沉积物重金属含量与底栖生物的关系＊

张 亮1，2，吴凤丛1，2，宋春丽3，任荣珠1，2，王尽文1，2，张乃星1，2

（1.山东省海洋生态环境与防灾减灾重点实验室 青岛 266033；2.国家海洋局北海预报中心青岛海洋环境监测中心站青岛 266033；3.中国水产科学研究院黄海水产研究所国家水产品质量监督检验中心 青岛 266071）

文章以2009年9月岚山港临时海洋倾倒区海域跟踪监测数据为基础，分析了该倾倒区海域表层沉积物重金属含量与底栖生物的相关性，发现重金属含量和底栖生物总种数呈负相关性。疏浚物的长期倾倒造成了岚山港临时海洋倾倒区海域底栖生物总种数和生物个体密度的降低。

岚山港；倾倒区；沉积物；重金属；底栖生物；多样性指数

海洋倾倒区是用来倾倒疏浚物的特殊功能海域，由于工业、城市排污的影响，港湾航道疏浚物往往不同程度地被重金属、石油类及持久性有机物污染［1］。近年来，随着港湾开发和海洋工程的发展，疏浚物向海上倾倒的数量逐年增加，受到污染疏浚物的倾倒必然对倾倒区及其附近海域海洋生态环境产生不同程度的影响。尤其是受重金属污染的疏浚物进入海洋水体后，会造成海洋生物易致死、致畸、致突变，此外，通过生物富集和放大作用，重金属还会对生态系统构成直接和间接的威胁［2］。底栖生物是由生活史的全部或大部分时间生活在海洋基底表面或沉积物中的各种生物组成的生态类群，是海洋生态系统的一个重要组成部分。底栖生物作为海洋生态系统食物链的重要环节，在海洋生态系统的能量流动和物质循环中起着重要的作用［3］。底栖动物栖息在水体的底部，对环境变化反应敏感，是沉积物环境污染最直接的响应群体，当水体受到污染时，底栖动物群落结构及多样性会发生改变，因此底栖动物种类和群落特征作为环境评价指标在水质监测中得到了广泛应用［4］。香农－韦弗（Shannon－Weaver）多样性指数在国内外普遍被用来描述生物群落的生态学特征，也常用来监测淡水、海水底栖生物群落结构的变化，被认为是个较好的评价污染程度的工具［5］。王立俊等［6］也认为生物种群的基础结构尤其是多样性指数是评价环境质量的重要指标之一。疏浚物在短时间内的大量倾倒，直接掩埋了大量底栖动物，加之覆盖了原有底质，破坏了底栖生物的栖息环境，造成大量底栖生物死亡。目前，关于疏浚物倾倒对底栖生物影响方面的研究较少，刘旭等［7］利用烟台海洋倾倒区2008年的监测结果和相关历史资料，对倾倒区的生物群落结构现状及动态变化过程进行研究；郑琳等［8］根据1985—2003年对青岛海洋倾倒区及附近海域的调查资料，对倾倒引起的生物种群的变化进行了研究。

岚山港临时海洋倾倒区自启用至今已有8年，截至2009年底倾倒疏浚物达到566.837万m3，疏浚物的倾倒是否对倾倒区海域的底栖生物产生了影响，沉积物污染是否与底栖生物具有相关性，针对这些疑问，本研究根据岚山港临时海洋倾倒区2009年9月的监测数据，首次对该倾倒区表层沉积物重金属含量与底栖生物参数的相关性进行了分析，为科学研究海洋倾废和评价海洋生态环境质量提供科学依据，从而更好地保护海洋环境和底栖生物，保证倾倒区继续科学合理的利用。

1 材料与方法

1.1 采样与分析

2009年9月在岚山港临时海洋倾倒区及周围海域跟踪监测的7个监测站位采集表层沉积物样品，样品采用曙光采泥器（张口面积0.05 m2）采集，采样站位布置如图1所示。

图1 采样站位

样品的采集、处理、分析方法参照《海洋监测规范》（GB17378.5－2007）进行，采用日本岛津AA－6300型原子吸收分光光度计和XGY－1011A型原子荧光光度计测定表层沉积物中重金属铜、铅、锌、镉、铬和汞的含量，分析过程使用黄海海洋沉积物成分分析标准物质（GBW07333）作内控样进行质量控制。

1.2 底栖生物样品采集及分析评价方法

底栖生物样品采用2009年9月在该倾倒区及周围海域跟踪监测所采集的7个监测站位的样品，采样站位如图1所示。底栖生物样品系用曙光采泥器（张口面积0.05 m2）采集，所获泥样经0.5 mm的套筛淘洗后，挑拣全部个体作为一个样品进行种类鉴定，生物质量测定在感量为0.001 g的电子天平上进行，具体方法按照《海洋监测规范》（GB17378.7－2007）要求进行。

根据各站底栖生物的密度，对底栖生物样品的多样性指数进行统计学评价分析，本研究采用种类和数量信息函数表示的香农－韦弗多样性指数［9］，计算公式为

式中：H′为种类多样性指数；S为样品中的种类总数；Pi为第i种的个体数（ni）或生物量（wi）与总个体数（N）或总生物量（W）的比值

一般认为，正常环境下，该指数值高；反之，环境受到污染，该指数值降低。蔡立哲等［10］认为Shannon－Weaver多样性指数是个较好的指示沉积环境污染的指数，将污染评价范围分为5类：无底栖动物为严重污染；H′值小于1，重污染；H′值在1～2之间，中等污染；H′值在2～3之间，轻度污染；H′值大于3，清洁。

1.3 数据处理和分析

采用SPSS13.0软件包中的Pearson Correlate分析，对获得的底栖生物数据和沉积物重金属数据进行相关性分析，通过相关性分析找出底栖生物数据与沉积物重金属含量之间的相关关系。

2 结果与讨论

2.1 表层沉积物重金属含量与底栖生物参数的相关性分析

从表1可以看出，岚山港临时海洋倾倒区表层沉积物重金属含量和底栖生物总种数呈较高的负相关性，与底栖生物总密度呈负相关性（除锌和铬外），与底栖生物总生物量呈正相关性（除汞外），与底栖生物多样性指数呈正相关性（除铅外），但相关性均为达到显著相关（P＜0.01）。韩洁等［11］对渤海中、南部大部分海区的大型底栖动物物种多样性进行了分析，发现标志污染程度的沉积物重金属含量对大型底栖动物的多样性造成影响，其中与动物种数的负相关关系尤为突出，这与我们的研究结果一致。并且2009年9月该倾倒区底栖生物监测中发现的耐污种类的多毛类出现的种类数最多，占底栖生物种类组成的51.7%，2004年多毛类占底栖生物种类组成的43.3%［12］，可见耐污种类所占的比例有所增加，该倾倒区海域的底栖生物种类组成对倾倒区海域沉积物环境污染有一定的响应。

表1 表层沉积物重金属含量与底栖生物的相关性

2.2 岚山港临时海洋倾倒区底栖生物群落特征分析

根据调查结果，对该倾倒区海域底栖生物的多样性指数进行统计学评价分析，调查海域底栖生物多样性指数范围在2.64～3.68之间，平均为3.08。依据蔡立哲等［10］根据多样性指数将污染评价范围分为的5类进行分析，目前该倾倒区海域小部分为轻度污染，总体上仍属于清洁海域。

2.3 疏浚物倾倒对调查海域底栖生物的影响

根据此次调查结果，结合该倾倒区海域最早一次（2004年）跟踪监测结果［12］，从调查发现底栖生物的种类，密度，生物量进行对比，结果见图2。从图2中可知，2009年底栖生物调查结果与2004年调查结果比较，发现该倾倒区调查海域的底栖生物总种数和生物个体密度有较明显的降低，2009年底栖生物调查发现生物总种数是2004年的48.3%，个体密度为2004年的38.6%，分析原因可能是长期的疏浚物倾倒造成了该结果，疏浚物的倾倒对岚山港临时海洋倾倒区海域的底栖生物种类和生物密度造成了一定的影响；2009年底栖生物调查结果与2004年调查结果比较，2009年底栖生物的生物量却有所增加，分析原因可能是2009年调查结果中有8个质量较高的豆形短眼蟹（Xenophthalmus pinnotheroides），造成了生物量的分析结果增加。刘旭等［7］利用烟台海洋倾倒区2008年的监测结果和相关历史资料，分别对倾倒区的生物群落结构现状及动态变化过程进行研究，发现烟台海洋倾倒区与倾倒初期相比，底栖生物的种类数量和密度较倾倒初期也有明显的下降，与1991年相比，2008年底栖生物种类数量减少了72%，个体密度仅为1991年的4.87%。郑琳等［8］根据1985—2003年对青岛海洋倾倒区及附近海域的调查资料，对倾倒引起的生物种群的变化进行了研究，结果表明，海洋倾倒导致该倾倒区海域底栖生物种群结构发生了较大变化，底栖生物的生物量下降了5倍，总种数下降了近一半。他们的研究结果总体趋势和我们的调查结果一致，都说明疏浚物长期的倾倒对倾倒区海域底栖生物能够造成较为严重的损害。

图2 岚山倾倒区2004年和2009年度底栖生物参数比较

3 结论

（1）疏浚物的长期倾倒造成了岚山港临时海洋倾倒区海域底栖生物总种数和生物个体密度的降低。但从底栖动物多样性指数来看，岚山港临时海洋倾倒区海域总体上仍然属于清洁海域。

（2）建议相关倾倒单位在底栖生物繁殖季节减少或停止倾倒活动，以减少对生态资源的破坏，最大限度地保护生物资源。

（3）定期对生物资源进行监测评估，以适时地调整疏浚活动，达到既不影响施工进度，又能保护环境生态资源的目的，使经济和环境协调发展。

［1］ IGOR L，KATHERINE E，DMITRIY B，et al.Uncertainty and variability in risk from trophic transfer of contaminants in dredged sediments［J］.The Science of the Total Environment，2001，274（3）：255－269.

［2］ 陈静生，邓宝山，陶澍，等.环境地球化学［M］.北京：海洋出版社，1990：196－235.

［3］ 刘勇，线微微，孙世春，等.长江口及其邻近海域大型底栖生物生物量、丰度和次级生产力的初步研究［J］.2008，38（5）：749－759.

［4］ 万成炎，吴晓辉，胡传林，等.江苏省水库底柄动物调查及其综合评价［J］.湖泊科学，2004，16（1）：43－48.

［5］ 蔡立哲，洪华生，黄玉山.香港维多利亚港大型底栖生物群落的时空变化［J］.海洋学报，1997，19（2）：65－70.

［6］ 王立俊，陈伟斌，李崇德.黄骅港一期工程疏浚物倾倒区及邻近海域的底栖动物［J］.海洋湖沼通报，2000（1）：13－18.

［7］ 刘旭，刘艳，赵瑞亮，等.烟台海洋倾倒区生物群落结构现状及动态变化分析［J］.海洋通报，2010，29（4）：396－401.

［8］ 郑琳，崔文林，贾永刚.海洋倾倒导致生态环境变化实例研究［J］.海洋环境科学，2007，26（5）：413－416，421.

［9］ SHANNON C E，WEAVER W.The mathematical theory of communication［M］.Urbana，IL：The U－niversity of Illinois Press，1949：125.

［10］蔡立哲，马丽，高阳，等.海洋底栖动物多样性指数污染程度评价标准的分析［J］.厦门大学学报：自然科学版，2002，41（5）：641－646.

［11］韩洁，张志南，于子山.渤海中、南部大型底栖动物物种多样性的研究［J］.生物多样性，2003，11（1）：20－27.

［12］国家海洋局青岛海洋环境监测中心站.岚山港三类疏浚物海洋临时倾倒区跟踪监测报告（2009年度）［R］.青岛：国家海洋局青岛海洋环境监测中心站，2010.

国家海洋局青年海洋科学基金项目（2010503）；国家海洋局海洋生态环境科学与工程重点实验室开放基金项目（MESE－2008－07）；国家海洋局北海分局海洋科技立项项目（2010A01）；中国科学院海洋生态与环境科学重点实验室基金项目（KLMEES201003）.