大亚湾内、外海域重金属分布对比及其潜在生态风险评价

张海娟 陈袁袁

摘要：为促进大亚湾区的海洋生态环境保护和可持续发展，文章以铜等9种重金属为指标，根据相关规范和标准，分别调查大亚湾内、外海域的海水、表层沉积物和生物质量，并采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数，对比重金属的污染程度，具有创新性;同时，以表层沉积物为代表，采用潜在生态风险指数，评价大亚湾海域的潜在生态风险。研究结果表明：大亚湾海域海水、表层沉积物和生物中的重金属含量大部分符合相关一类或推荐的标准;海水中的主要重金属为铅，综合污染指数湾外低于湾内，可能与人类活动和海水交换有关;表层沉积物中的主要重金属为钒，综合污染指数湾内低于湾外，可能与钒的最大值超标有关;生物体内重金属的综合污染指数，甲壳类和头足类湾外低于湾内，而鱼类和贝类湾内低于湾外，但差距均不明显;大亚湾海域多种重金属的潜在生态风险等级为很高，其中汞为首要潜在生态风险因子，须引起高度关注。

关键词：大亚湾;海洋环境;重金属;生态风险;表层沉积物

中图分类号：P76;X826    文献标志码：A    文章编号：1005-9857（2019）06-0039-07

Comparison of Heavy Metal Distribution and Potential Ecological Risk Assessment in the Inner and Outer Seas of Daya Bay

ZHANG Haijuan，CHEN Yuanyuan

（China Offshore Environmental Service Ltd.，Beijing 100012，China）

Abstract：In order to promote the marine ecological environment protection and sustainable development in Daya Bay，the paper evaluated the pollution level of heavy metals of Daya Bay，by the single factor index and Nemero comprehensive pollution index，using 9 heavy metals such as copper as indicators to investigate the seawater，surface sediments and organism of the inner and outer sea of Daya Bay，according to relevant norms and standards，which is innovative.The paper also evaluated the potential ecological risk in the Daya Bay，based on surface sediments，and the potential ecological risk index.Research indicated： Most of the heavy metals in seawater，surface sediments and organism of Daya Bay meet the first level standard or recommended standards.The main heavy metal in seawater is lead，and the comprehensive pollution index is lower than the bay outside the bay，which may be related to human activities and seawater exchange.The main heavy metal in the surface sediment is vanadium，and the comprehensive pollution index is lower than the bay in the bay，which may be related to the maximum value of vanadium exceeding the standard.The comprehensive pollution index of heavy metals in the crustaceans and cephalopods which are outside the bay are lower than that inner the bay，while the comprehensive pollution index of heavy metals in the fish and shellfish which are inside the bay are lower than that outside the bay，but the gap is not obvious.The potential ecological risk level of most heavy metals in Daya Bay is very high，and mercury is the primary potential ecological risk factor，which must be highly concerned.

Key words：Daya Bay，Marine environment，Heavy metal，Ecological risk，Surface sediment

0 引言

大亞湾西邻大鹏湾，东接红海湾，总面积约600 km2，平均水深11 m[1]，是我国南海北部最大的半封闭型海湾。大亚湾内有海岛50余个，海湾中央一系列南北向的海岛（中央列岛）将海湾分为东、西2个部分，其中东侧入口水面宽约9.6 km、水深19～20 m，西侧入口水面宽约5.4 km、水深约19 m。大亚湾内海水主要通过湾口与外部海水交换[2]，湾口宽约15 km，海水运动主要受南海潮波和地形控制，潮汐类型属不正规半日混合潮。大亚湾三面环山，沿岸无大型河流注入，同时受地形等因素影响，海水流速较小。

大亚湾海域大部分为水产资源自然保护区，海湾东侧的惠东县南部海域是我国大陆唯一的国家级海龟自然保护区。作为国家重点发展区域，大亚湾区近年来大力建设石化园区、核电站、油品储运基地和港口等，导致大量污染物排放入海。其中，重金属污染具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，危害大且治理成本高，对生态环境和人类健康构成严重威胁。郑庆华等[3]提出大亚湾海域表层沉积物的污染物以硫化物和重金属为主，其中铅和锌普遍出现;谷阳光等[4]提出大亚湾海域表层沉积物的重金属污染具有较强的陆源性，其中汞的潜在生态风险较大;丘耀文等[5]提出大亚湾海域西南部的重金属含量与表层沉积物的pH值呈显著负相关;徐姗楠等[6]提出大亚湾石化排污区内汞的潜在生态风险较大;林丽华等[7]提出锌、镉和汞是大亚湾海域表层沉积物的主要污染物，潜在生态风险等级为中-较高，镉在底栖生物体内存在较强的累积。

已有研究的采样调查站位大多限于大亚湾内海域，对于大亚湾内、外海域的比较研究尚未有报道。基于此，本研究分别在大亚湾内、外海域布设采样站位，选取铜（Cu）、铅（Pb）、锌（Zn）、镉（Cd）、汞（Hg）、镍（Ni）、钒（V）、铬（Cr）和砷（As）9种重金属，分别调查和对比海水、表层沉积物和生物质量，并评价表层沉积物的潜在生态风险，以期为大亚湾区的海洋生态环境保护和可持续发展提供依据。

1 方法

1.1 样品采集

根据《海洋调查规范》（GB 12763/T—2007），本研究于2015年11月的大潮期對大亚湾内、外海域开展1个航次的调查，共布设38个海水采样站位（湾内21个、湾外17个）、24个表层沉积物采样站位（湾内15个、湾外9个）和26个生物采样站位（湾内16个、湾外10个）。对于海水，水深不大于10 m时仅采集表层样，水深10～25 m时分别采集表层样和底层样，水深不小于25 m时分别采集表层样、10 m水深样和底层样;对于表层沉积物，采用大洋50型采泥器，采集表层5 cm的底泥样;对于生物，采用脱网的方式采样。

1.2 重金属测定

根据《海洋监测规范 第4部分：海水分析》（GB 17378.4—2007），海水样品中的Pb、Cu、V、Cr和Ni采用原子吸收分光光度法测定，Cd采用无火焰原子吸收分光光度法测定，Zn采用火焰原子吸收分光光度法测定，Hg采用冷原子荧光法测定，As采用原子荧光法测定。

根据《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5—2007），将表层沉积物样品风干、研磨并过160目筛，其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr采用原子吸收分光光度法测定，Hg和As采用原子荧光法测定，V采用电感耦合等离子体质谱法测定。

根据《海洋监测规范 第6部分：生物体分析》（GB 17378.6—2007），将生物样品用高密度聚乙烯袋速冻保存，贝类取软组织，头足类、鱼类和甲壳类取肌肉，其中的Cd、Pb、Cu、Zn、Ni和Cr采用原子吸收分光光度法测定，Hg和As采用原子荧光法测定，V采用电感耦合等离子体质谱法测定。

1.3 数据处理

采用单因子污染指数和内梅罗综合污染指数，分别判定海水、表层沉积物和生物受重金属污染的程度，计算公式为：

式中：Pi为重金属i的单因子污染指数;Ci为重金属i的质量浓度实测值;Si为重金属i的环境质量标准值;P为单因子污染指数的平均值;n为污染指标个数;P为内梅罗综合污染指数;Pimax为单因子污染指数的最大值。

海水的重金属环境质量标准采用《海水水质标准》（GB 3097—1997）的一类海水水质标准;表层沉积物的重金属环境质量标准采用《海洋沉积物质量》（GB 18668—2002）的一类海洋沉积物质量标准，其中V参考我国渤海表层沉积物中V含量的平均值7.5×10-5[8]，Ni参考我国香港相关标准规定的40 mg/kg[9];对于各类生物的重金属环境质量标准，贝类采用《海洋生物质量》（GB 18421—2001）的一类海洋生物质量标准，鱼类、甲壳类和头足类采用《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规程》推荐的标准，标准中未涉及的重金属不予考虑。

由于进入海洋的绝大部分重金属会迅速由海水转移至表层沉积物，表层沉积物的潜在生态风险是研究热点之一。本研究采用瑞典学者提出的潜在生态风险指数评价表层沉积物的重金属污染程度[10]，该指数不仅可反映某种重金属污染物的单项影响，而且可反映多种重金属污染物的综合影响，并对潜在生态风险进行定量划分[11]，计算公式为：

式中：Cif为重金属i的污染系数;CiR为重金属i的背景值;Eir为重金属i的单项潜在生态风险指数;Tir为重金属i的毒性系数;RI为多种重金属的综合潜在生态风险指数;m为参与计算的重金属种类数。

由于表层沉积物中的Ni和V暂无背景值和毒性系数的研究数据，不参与潜在生态风险指数的计算。其他表层沉积物重金属的背景值和毒性系数如表1和表2所示。

2 结果和分析

2.1 海水

大亚湾海域海水中的重金属分布如表4所示。

由表4可以看出，根据单因子污染指数的平均值，湾内、外海水中的主要重金属均为Pb，其次为Zn;除部分站位的Pb外，其余均符合一类海水水质标准;炼油排放的特征污染物Ni的实测平均值湾外低于湾内，特征污染物V均未检出。

经计算，湾内、外海水中重金属的内梅罗综合污染指数分别为3.339和3.232，即湾外低于湾内。其原因可能是湾内石化工业、油品储运、港口航运和海水养殖等排放重金属污染物并不断累积，而湾外受上述活动影响较小且海水交换速度较快。

2.2 表层沉积物

大亚湾海域表层沉积物中的重金属分布如表5所示。

由表5可以看出，根据单因子污染指数的平均值，湾内、外表层沉积物中的主要重金屬均为V，其次为Ni;除V和Ni外，其余均符合一类海洋沉积物质量标准。

经计算，湾内、外表层沉积物中重金属的内梅罗综合污染指数分别为0.760和0.768，即湾内低于湾外。其原因可能是湾外V的最大值超标。

2.3 生物

在26个站位共采集49个具有代表性的生物样品，包括鱼类30个、甲壳类11个、贝类6个和头足类2个。

2.3.1 鱼类

于湾外采集样品7类，分别为鹿斑鲾、丽叶鲹、二长棘鲷、龙头鱼、鲬、斑和皮氏叫姑鱼;于湾内采集样品10类，分别为海鳗、丽叶鲹、二长棘鲷、白姑鱼、斑、矛尾虾虎鱼、鲬、皮氏叫姑鱼、尖尾鳗和黄斑鲾。大亚湾海域鱼类生物体内的重金属残留如表6所示。

由表6可以看出，从某种重金属来看，Cu、Cd、Ni和V的实测平均值湾外低于湾内。经计算，湾内、外鱼类生物体内重金属的内梅罗综合污染指数分别为0.421和0.423，即湾内低于湾外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规程》推荐的标准。

2.3.2 甲壳类

于湾外采集样品5类，分别为红星梭子蟹、日本鲟、三疣梭子蟹、中华管鞭虾和近缘新对虾;于湾内采集样品5类，分别为长毛对虾、猛虾姑、日本鲟、近缘新对虾和口虾姑。大亚湾海域甲壳类生物体内的重金属残留如表7所示。

由表7可以看出，从某种重金属来看，Cu、Zn和Cd的实测平均值湾外低于湾内。经计算，湾内、外甲壳类生物体内重金属的内梅罗综合污染指数分别为0.213和0.114，即湾外低于湾内。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规程》推荐的标准。

2.3.3 贝类

于湾外采集样品2类，分别为文蛤和翡翠贻贝;于湾内采集样品3类，分别为波纹巴菲蛤、翡翠贻贝和文蛤。大亚湾海域贝类生物体内的重金属残留如表8所示。

由表8可以看出，从某种重金属来看，Hg和V的实测平均值湾外低于湾内。经计算，湾内、外贝类生物体内重金属的内梅罗综合污染指数分别为0.516和0.673，即湾内低于湾外。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合一类海洋生物质量标准。

2.3.4 头足类

于湾外和湾内采集的样品均为杜氏枪乌贼。大亚湾海域头足类生物体内的重金属残留如表9所示。

由表9可以看出，从某种重金属来看，Hg和Ni的实测值湾内低于湾外。经计算，湾内、外头足类生物体内重金属的内梅罗综合污染指数分别为0.050和0.030，即湾外低于湾内。此外，Cu、Pb、Zn、Cd和Hg均符合《全国海岸带和海涂资源综合调查简明规程》推荐的标准。

综上所述，从生物体内重金属的内梅罗综合污染指数来看，甲壳类和头足类湾外低于湾内，而鱼类和贝类湾内低于湾外，但差距均不明显。

2.4 表层沉积物重金属的潜在生态风险

大亚湾海域表层沉积物重金属的单项/综合潜在生态风险指数如表10所示。

由表10可以看出，大亚湾海域表层沉积物中，Cu、Pb、Zn和Cr的潜在生态风险等级为低，As的潜在生态风险等级为中，Cd的潜在生态风险等级为高，Hg的潜在生态风险等级为极高;多种重金属的潜在生态风险等级为很高，但湾外的指数略低于湾内。可见，Hg为大亚湾海域首要潜在生态风险因子，并对综合潜在生态风险贡献较大，须引起高度关注。

3 结语

大亚湾区应进一步加强对入海污染物中重金属的管控以及对海洋中重金属的监测，同时深入对湾内、外海洋生态环境的对比调查和分析，从而提高海洋生态环境保护和治理的科学性和针对性。

参考文献

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