长江口潮滩湿地贝类污染物水平及评价

杨 颖，范海梅，刘鹏霞，杨幸幸

（1.国家海洋局东海环境监测中心，上海 201206；2.自然资源部海洋生态监测与修复技术重点实验室，上海 201206）

长江口具有广阔的潮滩湿地，是河口生态系统的重要组成部分，具有重要生态服务功能，天然承担着流域水质过滤器的作用。以贝类体内污染物残留量评价栖息环境的报道很多[1-8]，李磊等[1]、陈伟琪等[2]分别对浙江沿岸海域、厦门岛东部和闽江口沿岸经济贝类中持久性有机氯农药和多氯联苯的残留水平进行研究；马继臻等[3]研究了东海沿岸不同区域贝类体内石油含量的分布特征，对污染状况进行评价；M Cheggour等[4]对4个Moroccan河口的贝类和沉积物污染状况进行研究，发现贝类体内部分金属含量与沉积环境有一定相关性。长江口区域也有以贝类污染物残留进行环境评价的相关研究，孙平跃[5]以河蚬为研究对象对贝类体内重金属累积特性进行研究，发现河蚬在一定程度上已受到重金属污染；毕春娟等[6]对长江口潮滩大型底栖动物对重金属的累积特征进行研究，发现泥螺幼体对Cu、Pb、Fe和Cr的吸收量明显高于其它底栖动物。美国于1976—1978年开始实施全国沿岸海洋环境贻贝监测研究计划，1986年贻贝监测正式成为可操作的常规监测计划[9]。我国于2001年正式发布《海洋生物质量》（GB 18421—2001）[10]，以海洋双壳贝类污染物残留量作为海洋功能区环境评价的标准。本文对2014—2016年在长江口潮滩3个区域采集的贝类样品进行分析，评价贝类环境质量以及监测区域的环境变化情况，为河口区环境管理提供基础信息。

1 材料与方法

1.1 数据来源

2014—2016年，每年8月在长江口崇明东滩、南汇边滩和金山边滩的光滩上采集贝类样品，同步采集沉积物样品。采样点具体位置见图1。检测项目包括镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、石油烃（Oil）、六六六（666）、滴滴涕（DDTs）和多氯联苯（PCBs）共11项。贝类样品采集后，按《海洋监测规范》（GB 17378.3―2007）[11]要求，现场清洗干净，冷冻保存。贝类样品在实验室去壳后冷冻干燥，磨粉过80目筛待测。沉积物样品取表层样，用聚乙稀袋密封保存，取部分样品在实验室100℃烘干，研磨过160目筛，测定Cd、Cr、Cu、Zn、Pb和As；另取部分样品阴凉风干，研磨过80目筛，测定油类、有机碳、总汞、有机物等。生物样品检测均按《海洋监测规范》（GB 17378.6―2007）[11]中标准方法进行，沉积物样品检测均按《海洋监测规范》（GB 17378.5―2007）[11]中标准方法进行。

图1 长江口潮滩监测区域与站位示意图

1.2 方法与标准

评价方法采用单因子标准指数评价法和综合指数评价法。评价标准为《海洋生物质量》（GB 18421―2001）[10]，多氯联苯采用（0.1×10-6）进行评价[7]。3个采样地点位于或邻近自然保护区海域，本文单因子评价采用《海洋生物质量》（GB18421―2001）[10]中第一类生物质量标准进行评价。单因子标准指数评价法，按照公式（1）进行计算：

式中：Pi为i测项的标准指数；Ci为i测项的浓度值；Sij为i测项的j类生物质量标准值。单因子标准指数取1.0作为该因子是否对生物产生污染的基本分界线，大于1.0表明生物已受到该因子污染。

综合指数评价采用内梅罗指数法[12]，反映监测区域的贝类生物污染的整体综合质量。计算方法如公式（2）所示：

式中：Pij为综合质量指数；maxPi为生物体单项质量指数最大值；avePi为生物体各单项质量指数的平均值。

依据综合指数分级标准（表1），确定污染程度。

表1 海洋贝类生物综合质量指数评价分级标准

2 结果与讨论

2.1 贝类污染状况评价

2014—2016年，在崇明东滩、南汇边滩和金山边滩共采集贝类样品10份（表2），种类包括泥螺（Bullacta exarata）（Philippi）、缢蛏（Sinonovacula constrzcta）（Lamarck）、 四 角 蛤 蜊（Mactra veneriformis）（Reeue）、近江牡蛎（Crassostrea ariakensis）等。

2.1.1 单因子评价 检测的11种污染物中，包括Oil、666、DDTs、PCBs等4种有机污染物和Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As和Hg等7项重金属（表2）。

有机污染物中，所有样品的666、DDTs、PCBs残留含量均很低，无超标现象，PCBs最大标准指数0.10，666最大标准指数0.03，DDTs最大标准指数0.54（为2016年崇明东滩四角蛤蜊）。按照单因子污染指数评价标准，样品均未受到666、DDT、PCB污染。10个样品中有3个石油含量超标，超标率为30%，分别是崇明东滩的四角蛤蜊和南汇边滩的2个近江牡蛎；未超标样品中，南汇边滩缢蛏和2016金山边滩的泥螺污染指数超过0.5，其余5个样品污染指数均低于0.5，未受到污染。

重金属中，仅Hg无超标现象，10个样品中，南汇边滩和金山边滩的2个近江牡蛎样品污染指数超过0.5，其余样品均未受到Hg污染。其他6项重金属均有不同程度超标，其中Pb仅有1个样品未超标，超标率达90%，未超标的牡蛎样品标准指数也超过0.5；Zn超标率为70%，其中3个近江牡蛎样品Zn标准指数远远大于其他生物样品；Cd超标率为40%，超标样品为1个缢蛏和3个近江牡蛎，且3个近江牡蛎的标准指数远远高于其他样品；Cu超标率为60%；Cr超标率为70% ；As超标率为40%。从超标率和标准指数高低判断污染状况严重程度依次是Pb＞Zn＞Cr＞Cu＞Cd＞As＞Oil。

表2 长江口潮滩湿地贝类污染物单因子评价结果

2.1.2 综合评价 对10种生物质量状况进行综合评价（图2，生物排列顺序、年份等同表2），各生物样品的综合指数分布与年份无明显相关，但种类之间差异明显。综合指数最低的为2016年南汇边滩的缢蛏，最高的为2015年金山边滩的近江牡蛎，且2014年、2015年南汇边滩的近江牡蛎的综合指数也远高于其他物种。根据综合质量指数评价分级标准，2016年崇明东滩的四角蛤蜊、南汇边滩的缢蛏、2014年金山边滩的泥螺为轻污染；2014年崇明东滩的泥螺为中度污染；其余样品均为重度污染。评价结果表明，长江口潮滩的3个采样区域生物质量均处于污染状态。

图2 长江口潮滩湿地生物质量综合评价结果

2.2 不同物种的富集特性分析

采集的10个样品共包含4个种类，分别为泥螺、缢蛏、近江牡蛎和四角蛤蜊，从贝类污染物残留含量分析不同种类生物对重金属的污染富集特性。监测区域共采集泥螺样品4个，近江牡蛎样品3个，缢蛏2个，四角牡蛎1个。各种贝类重金属含量的平均单因子评价指数如表3所示。4种生物中，近江牡蛎中Cd、Cu、Zn和Hg的标准指数远远高于其他3种生物，Cd、Cu和Zn超标严重，Hg未超标；近江牡蛎中Cr和As的标准指数最低；泥螺中的Cr标准指数最高，Zn和Hg最低 ；缢蛏中Pb的标准指数最高；四角蛤蜊中As标准指数最高，Cd和Pb最低。对不同的重金属富集的程度分别为：Cd，近江牡蛎＞ 缢蛏＞ 泥螺＞四角蛤蜊；Cr，泥螺＞ 四角蛤蜊＞ 缢蛏＞ 近江牡蛎；Pb，缢蛏＞泥螺＞近江牡蛎＞四角蛤蜊；As，四角蛤蜊＞缢蛏＞泥螺＞近江牡蛎；Cu，近江牡蛎＞泥螺＞缢蛏＞四角蛤蜊；Zn，近江牡蛎＞缢蛏＞四角蛤蜊＞泥螺；Hg，近江牡蛎＞缢蛏＞四角蛤蜊＞泥螺。

表3 不同种类的贝类中重金属污染评价结果

2.3 相关性分析

2.3.1 与沉积环境的相关性分析 将贝类样品污染水平与采集区域的沉积环境进行相关性分析，采用SPSS_Statistics软件统计生物样品污染物含量与沉积物中对应污染物含量及理化性质指标（硫化物、有机碳）的相关系数（表4）。结果表明，同一区域采集的贝类样品污染物的平均含量与沉积物中污染物含量中，生物体As与沉积物中As具有显著相关性（P＜0.05），其他污染指标间相关性不明显；生物体中污染指标与沉积物中硫化物、有机碳含量也无显著相关性。徐韧等[13]研究发现，除As外，影响贝类体内重金属 Hg、Cd 和 Pb含量的主要因素是水体中的重金属含量，而不是沉积物中的重金属含量。Cheggour 等[4]在4个摩洛哥河口研究发现，蛤（Scrobicularia plana）组织中Cd、Zn含量的季节变化与蛤的繁殖活动方式有关，蛤组织中Mn和Fe含量与沉积物中的含量呈正相关。毕春娟等[6]在长江口河滩通过对河蚬全样和软体组织中重金属浓度的分析发现，重金属主要在河蚬的软体组织中富集。而Pérez-Mayol等[8]在SW Spain Guadalquivir河口研究发现2年龄Scrobicularia plana贝类的壳中重金属Co、Hg、Mo、Ni和Zn的含量与环境中重金属分布一致，但软组织中重金属与环境中重金属分布趋势不同，提出双壳贝类的壳更加适用与评价重金属污染情况。相关性分析表明，长江口生境沉积物中相关污染物含量对贝类体内Hg、Cu、Pb、Cd、Cr、Zn和石油含量无影响，但沉积物中As与贝类体内As含量具有一定影响。付文涛等[14]研究发现在粒径小、有机质多的沉积物中，多数重金属的生物可利用性降低，不易被双壳类动物吸收利用。本文研究区域的沉积物基本来自长江，长江入海泥沙的67%粒径 ＜50 μm[15]，结果也证明了这一点。各研究的差异表明不同种类的贝类对重金属的吸收累积机制存在差异，生物体的不同部位对重金属的累积代谢机制也不同；不同的重金属元素对生物影响各异。因此以贝类生物指示环境污染状况时，需要结合环境特征、季节变化、污染要素等，确定指示生物的种类、大小、年龄等。

表4 长江口潮滩贝类污染物含量与沉积物环境相关性分析

2.3.2 生物体中各污染指标的相关性分析 统计各污染指标的平均值，采用SPSS_Statistics软件计算生物体中各污染指标间的相关性（表5）。结果表明，Cd与Hg，Cu和Zn均具有非常显著相关性（P＜0.01）；Hg含量与Cu、Cd含量具有非常显著相关性（P＜0.01）；Cu与Hg、Cd具有非常显著相关性（P＜0.01），与Zn具有显著相关性（P＜0.05）； Pb、As、Cr、石油的含量均各不相关。孙平跃等[5]发现长江口河蚬体内Cu和Zn的含量之间存在着非常显著的正相关关系，判断河蚬对Cu和Zn的吸收积累具有一定的协同机制。本文中相关性分析表明，不仅Cu和Zn的吸收积累具有一定的协同机制，Cu、Hg、Cd和Zn之间均具有一定协同机制和共同的污染来源，而Pb、As、Cr、Oil的吸收机制和来源可能与Cu、Hg、Cd和Zn均不相同。

表5 长江口潮滩贝类体内不同污染物含量间的相关性分析

2.4 三个区域的比较

由于不同种类贝类残留污染物差异较大，考虑可比性，选择3个采样点均采集的泥螺样品对3个采样区域污染状况进行比较（图3）。单个元素来看，崇明东滩、南汇边滩的Cd、Cu污染高于金山边滩；南汇边滩、金山边滩（2016年）的Pb、As、Zn污染高于崇明东滩；3个区域Hg、石油、PCB、666、DDT含量均较低，差异不大。根据单因子评价结果，南汇边滩泥螺有Cr、Pb、As、Cu和Zn共5项指标超标，崇明东滩和金山边滩泥螺分别有3项指标超标，总体上南汇边滩的污染状况较其他两地严重。根据综合评价结果，南汇边滩和金山边滩（2016年）内梅罗指数基本相同，为崇明东滩的1.7倍。而金山边滩2014年监测情况整体好于2016年，也可能预示着金山边滩监测区域2014—2016年生态环境整体变差。崇明东滩邻近海域为崇明东滩鸟类国家级自然保护区，南汇边滩和金山边滩邻近海域均有大型市政和化工园区深水排放管道，从本文监测结果分析，应关注污水排放对边滩湿地生态环境的长期影响。

图3 各监测区域泥螺样品体内污染物残留情况比较

2.5 崇明东滩贝类重金属污染变化情况

对2015—2016年崇明东滩双壳贝类（缢蛏、四角蛤蜊）体内重金属污染状况与2002年崇明东滩采集的河蚬、缢蛏贝类[6]相比，评价近13年崇明东滩环境变化（图4）。除了2016年四角蛤蜊的Pb含量低于2002年的河蚬和缢蛏，其他3种元素Cr、Cu、Zn均为2015年、2016年高于2002年。2015年缢蛏与2002年缢蛏同种类相比，Cr、Pb、Cu、Zn4种元素含量均明显升高，幅度分别为80%、153%、72%和110%，表明崇明东滩环境质量有所下降。

图4 崇明东滩监测区域贝类重金属残留水平的比较

3 结 论

本文对在长江口潮滩（崇明东滩、南汇边滩、金山边滩）2014—2016年三年内共采集的10份贝类样品的污染物残留水平进行评价，研究结果表明：

（1）贝类中的重金属污染程度较重，除Hg未超标外，其余6种重金属元素（Cd、Cu、Zn、Cr、Pb、As）均有不同程度超标；有机物中仅石油有30%样品超标，666、DDTs、PCBs含量均很低 ；（2）江牡蛎的综合质量指数远远高于其他种类，根据不同物种的富集特性分析，近江牡蛎中Cd、Cu、Zn、Hg的单因子标准指数远远高于缢蛏、泥螺和四角蛤蜊，造成了其综合评价指数较高；（3）贝类生物体中As与沉积物中As具有显著相关性（P＜0.05），其余污染物残留水平与采集区域的沉积环境相关性不明显。贝类体内Cd与Hg、Cu和Zn均具有非常显著相关性（P＜0.01），表明Cu、Hg、Cd和Zn之间应具有一定协同机制或共同的污染来源；（4）长江口潮滩的3个采样区域中，崇明东滩的生态环境总体优于南汇边滩和金山边滩，但与2002年监测结果相比，崇明东滩环境质量有所下降。