汉沽养殖区海水重金属含量分布特征及潜在生态危险评价

韩现芹， 陈春秀， 贾 磊

(天津渤海水产研究所，天津 300457)



汉沽养殖区海水重金属含量分布特征及潜在生态危险评价

韩现芹， 陈春秀， 贾 磊*

(天津渤海水产研究所，天津 300457)

[目的]了解汉沽养殖区域海水水质状况及潜在生态危险。[方法]分期采集养殖场海水样品，分析海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7种有害重金属含量，研究其时空变化特征，并采用综合指数法评价其污染程度。[结果]Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量范围分别为4.75～28.07、2.75～7.82、11.71～17.22、69.99～225.98、4.56～11.88、0.04～0.33、0.08～0.38 μg/L。Cr、As、Cd、Pb的单项污染指数和综合污染指数均小于1.00，这4种重金属元素含量均符合国家一类海水水质标准；Ni超标1.22～1.56倍，符合二类海水水质标准；Cu超标2.34～3.44倍，符合三类海水水质标准；Zn超标3.50～11.30倍，符合四类海水水质标准。Cr、Zn、Ni、Cd均呈现出7月含量最高，12月最低的变化趋势；Cu 和Pb在9月的含量远高于其他月份；As在9月和12月含量均较高。[结论]汉沽养殖区海水重金属含量的污染程度不具有生态风险性，养殖环境良好。

海水；重金属；潜在生态危害

渔业用水中有毒有害元素直接影响水产品的质量，是环境检测中的重要环节[1]。一般渔业用水中的有毒有害元素主要来自农兽药残留和生活垃圾等人为污染源，以及地质侵蚀、风化等天然源，加之有毒元素不易被代谢，可通过食物链被生物富集并有生物放大效应，富集倍数高达数十万倍，不仅污染水环境，而且严重威胁人类健康[2]。根据国家渔业法及水污染防治法规定，定期对渔业用水有毒有害元素进行检测，防止和控制渔业水域水质污染，可保证水产品质量。因此，水体微量元素检测具有重要意义。

天津汉沽地区是我国北方重要的水产养殖区域，毗邻的北疆电厂外排的冷却水盐度为25‰～33‰，符合国家水产养殖标准的水质要求，海水与地热水结合大幅度降低了水产品的越冬养殖成本。然而，沿海工业密集，由陆源进入海洋，黄渤海其他部分区域表层沉积物均受到一定程度的重金属污染[3-4]，且重金属污染导致的辐射作用，使汉沽养殖区存在潜在生态风险，对养殖区域的可持续发展造成不利影响。秦延文等[5-6]对汉沽地区附近水域进行了水质监测研究，但对汉沽区养殖海水的水环境质量较少有全面的调查和综合评价。因此，笔者根据天津汉沽区域的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7种有害重金属含量分布，采用综合污染指数(WQI)法，对汉沽养殖场海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等有害重金属污染状况和潜在生态危害进行评价，以期为综合评价与管理该养殖区环境及促进其养殖业的可持续发展提供科学依据。

1　材料与方法

1.1样品采集 根据天津汉沽区域规划及水产养殖状况,共设5个养殖区(图1)，并于2014年7～12月间进行采样，

注：S1、S2、S3、S4、S5分别为5个采样点。Note: S1, S2, S3, S4, S5 were five sampling sites.图1　调查站位Fig.1　Sampling stations

采样频率为每月1次。每次取3个平行样品，水样的采集、贮存、方法均按照GB 17378—2007《海洋监测规范》[7]。

1.2样品处理样品采自天津汉沽地区养殖场海水，海水样经0.45 μm滤膜过滤后，取5 mL转移至50 mL聚丙烯容量瓶中，加入0.5 mL硝酸进行酸化，用去离子水定容至刻度，待测。

1.3样品测定样品测定的主要仪器为PE ELAN DRC-e电感耦合等离子体质谱仪(美国铂金埃尔默公司)，As用原子荧光光度计(AFS-9330，北京吉天)测定。

1.4评价方法

1.4.1评价标准。按国家海水水质标准[8]对海水的评定等级进行评价，评定标准见表1。

表1　国家海水水质标准中重金属的标准值

1.4.2综合污染评价法。国内学者对海域重金属污染进行综合评价[9-10]时，所采取的评价方法多种多样，标准也不统一，其中指数法的应用比较广泛，也比较成功。但是由于海域差异等各种因素的影响，指数法缺乏统一的评价标准。因此，笔者采用指数法进行海域重金属污染评价时，参照了国家海水水质标准中重金属污染标准。综合指数计算方法如下[11-12]:

式中,Ai、Ci、Csi分别为某金属i单项指数、实测数据和评价标准(因为研究区域养殖业密集，因此采用国家一类海水水质标准作为评价指标)；n为参与评价的金属元素项数；WQI为水质综合污染指数，当WQI≤1时，表明该海域该重金属污染可以忽略；13时，表明该海域该重金属为严重污染。

2　结果与分析

2.1海水重金属含量及其时空分布由表2可知，汉沽养殖区海水重金属含量从大到小依次为Zn、Cr、Cu、Ni、As、Pb、Cd。2014年下半年5个站点中，Cr、As、Pb、Cd的最高点平均值分别为28.07、11.88、0.37、0.33μg/L，远低于国家第一类海水标准，均符合第一类海水水质标准；而Zn、Cu、Ni均有不同程度的超标现象。Zn含量偏高,为69.99～225.98μg/L，符合第四类海水水质标准；Cu含量为11.71～17.22μg/L，符合第三类海水水质标准；Ni含量为2.75～7.82μg/L，符合第二类海水水质标准；2014年下半年汉沽养殖海水重金属污染主要是Zn、Cu、Ni，其他4种重金属均无污染。Cr、Zn、Ni、Cd表现出相同的变化趋势，都是7月含量较高，12月份最低；Cu和Pb在9月份的含量远高于其他月份；但As在9月和12月含量较高。

表2　汉沽养殖区海水重金属的含量

2.2海水重金属污染评价由于汉沽海区兼顾海洋渔业和滨海旅游等多类型环境功能，海水水质评价标准按一类海水水质标准执行(表1)，为了分析重金属污染的状况和趋势，利用单因子污染指数和综合污染指数法对汉沽养殖区海水重金属污染进行计算。由表3可知，Cr、As、Cd、Pb的单项污染指数均小于1.00，表明海水中这4种重金属元素的含量均符合国家一类海水水质标准的要求。而Zn、Cu、Ni均超出一类水质标准，Zn超标3.50～11.30倍，符合四类海水水质标准；Cu超标2.34～3.44倍，符合三类海水水质标准；Ni超标1.22～1.56倍，符合二类海水水质标准。

7～12月海水重金属综合污染指数的变化范围为1.03～2.53，平均值为1.78，最大值出现在7月，最小值出现在12月。

表37～12月汉沽养殖区海水单因子污染指数及综合污染指数变化情况

Table 3Single factor pollutant index (Ai) and comprehensive pollutant index (WQI) of heavy metals in seawater from Hangu Aquiculture Area

采样时间Samplingtime单因子污染指数Singlefactorpollutantindex(Ai)CrNiCuZnAsCdPb综合污染指数Comprehensivepollutantindex(WQI)7月July0.561.563.3911.300.230.330.362.538月August0.531.383.148.140.230.160.161.969月September0.461.453.446.810.500.170.371.8910月October0.411.413.216.580.420.160.271.7811月November0.371.222.875.430.400.080.191.5112月December0.100.552.343.500.590.040.081.03平均Average0.40±0.171.26±0.373.07±0.416.96±2.630.40±0.150.16±0.100.24±0.111.78±0.46

3　结论与讨论

(1)研究区域水质Zn、Cu、Ni污染较为严重，超过一类水质标准，特别是多数月份的Zn浓度符合四类水质标准，除此之外，Cu符合三类水质标准，Ni符合二类水质标准，而其他4种重金属指标都符合一类水质标准。总体来说，除Zn和Cu外，汉沽水产养殖区域海水中的Cr、As、Cd、Pb等重金属总体含量水平均较低，远低于国家一类海域标准重金属含量水平，属于优良的养殖海域。需要注意的是，汉沽养殖区海水Ni存在轻度污染，为保护这一良好养殖海域，需要加强监督监控工作。综合评价，该养殖区海水中重金属的污染程度不具有生态风险性，整个养殖区养殖环境良好。

(2)Cu和Zn既是生物体必需的微量元素，又是水环境中常见的重金属污染物，过量的Cu和Zn会对生物体产生毒性效应。不同重金属元素含量受环境要素的影响程度不同，Zn、Cu、Ni含量以受海水COD、pH的影响为主，Pb含量主要受海水pH的影响[13]，海水中重金属与环境要素测值间的相关程度不仅取决于它们在水体中的迁移形态和化学性质，还会受到环境理化要素的变化制约，表明重金属元素对环境要素的作用具有不同的选择性[14]。海水是人为影响施加在海洋环境中的第一层受体，进入海水中的重金属可通过食物链在人体内蓄积，因而，在食品安全和环境可持续发展倍受关注的背景下[15]，海水重金属的转归和迁移等有待进一步研究。

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The Distribution and Potential Ecological Risk of Heavy Metals in Seawater from Hangu Aquiculture Area

HAN Xian-Qin, CHEN Chun-xiu, JIA Lei*

(Bohai Sea Fisheries Research Institute of Tianjin, Tianjin 300457)

[Objective] To grasp the seawater quality and the potential ecological risk in Hangu Aquiculture Area.[Method] Seawater samples were collected from aquiculture farm at different times.The contents and distribution of heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd and Pb) in seawater were studied.The pollution level was evaluated with water quality index (WQI) model.[Result] Contents of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd and Pb in seawater ranged within 4.75-28.07, 2.75-7.82, 11.71-17.22, 69.99-225.98, 4.56-11.88, 0.04-0.33 and 0.08-0.38 μg/L, respectively.The single pollution index of the four heavy metals (Cr, As, Cd and Pb) and the comprehensive pollution indexes (WQI) at all stations were less than 1.Its concentrations were all less than the value of the first-grade seawater standard.Ni was 1.22-1.56 times of the seawater standards, which accorded with the second-grade seawater standard.Cu was 2.34-3.44 times of the seawater standards, which accorded with the third-grade seawater standard.Zn was 3.50-11.30 times, which accorded with the fourth-grade seawater standard.Cr, Zn, Ni and Cd showed the highest contents in July and the lowest in December.Cu and Pb concentrations were higher in autumn than other months.As content was higher in September and December.[Conclusion] Pollution degree of seawater heavy metal in Hangu Aquiculture Area has no ecological risk, and the breeding environment is relatively good.

Seawater; Heavy metal; Potential ecological risk

天津市水产局青年科技项目(J2014-10);农业部南海渔业资源开发利用重点实验室开放基金项目(LSF2014-07);国家鲆鲽类产业技术体系(天津综合试验站CARS-50-z01);天津市科技计划项目(15zxbfnc00100)。

韩现芹(1981- )，女，河北保定人，工程师，硕士，从事水产营养与饲料研究。*通讯作者，硕士,高级工程师,从事苗种培育及生态养殖研究。

2016-06-22

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0517-6611(2016)20-066-03