海南万宁乌场海域海水及沉积物重金属含量分析

文求信，王言思，吴淑倩，郭宇峰

（海南安纳检测技术有限公司，海南 海口 571101）

近年来，沿海地区经济飞速发展，大量重金属污染物随地表径流、大气沉降或近岸直接排放等方式进入海洋。由于重金属具有蓄积性、持久性和生物毒性等特性，沿海水域的重金属污染引起了全球关注[1-3]。重金属是海洋生态系统中广泛存在的污染物，它们通过自然和人为活动进行运输和转化，如工业生产、城市发展及沿海附近的人类活动是最常见的污染源[4-6]。海洋生物含丰富的营养物质，早已成为沿海居民日常饮食不可或缺的食物。然而，由于沿海地区重金属的污染，摄入含有过量的海鲜将会对人体健康造成潜在的风险[7-9]。因此，研究海洋中重金属的含量对人类潜在的健康风险起到至关重要的作用[10]。

随着海南自由贸易港建设总方案的实施，海南旅游业、现代服务业、高新技术产业等现代产业体系大力发展，海南的海洋生态环境面临着严峻考验。作为国际旅游岛，海洋生态环境深受人们关心[11-12]。贾磊等[13]对三亚湾及周边海域表层沉积物重金属生态风险进行评价，结果表明重金属总体属于低程度污染，大部分属于外来入侵。张鑫等[14]利用相关分析和通径分析证实了海南东寨港海水中重金属含量与海域pH 和盐度有密切联系。朱志雄等[15]对海南小海水质状况进行测定，结果显示，整个小海海域水质状况处于四类海水水质标准，海水中重金属空间离散性较小，重金属污染物同源性较高。

海南万宁乌场位于海南省东南部，海岸线长达109 km，大小岛屿有6 个，水质肥沃，是海南为数不多的天然渔港，具有丰富的渔业资源，盛产鳗鱼、马鲛、金枪、带鱼、鱿鱼等，海洋捕捞业的条件十分优越。然而，目前关于此海域的海洋生态环境研究报道较少[16]。本文以海南万宁乌场海域为研究对象，对海域海水、沉积物中的重金属含量进行分析检测，以期推测海域中重金属对人类产生的潜在风险，也为海洋建设、生态保护提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2020年3 月12—13 日（春季）、9 月3—4 日（秋季） 对研究区内（18°43′—18°46′N、110°28′—110°32′E） 13 个站位的海水、沉积物样品进行采样，分别为W01、W02、W03、W04、W05、W06、W07、W08、W09、W10、W11、W12、W13，所有样品采集按照《海洋监测规范第3 部分：样品采集、贮存与运输》（GB17378.3—2007）[17]，其中海水样品使用桶式深水采样器、深度为表层0～10 m、采样量1000 mL，采样瓶低温冷藏贮存；沉积物样品使用抓泥斗取样器，深度海底表层0～5 cm、采样量1 kg，聚乙烯包装袋低温冷藏贮存[18]。

1.2 样品处理方法

海水样品微孔滤膜过滤后酸化处理；沉积物样品干燥、过160 目筛后微波消解（WX-8000 微波消解仪）。所有样品预处理后，Hg 和As 元素采用原子荧光法测定（AFS-8220 原子荧光分光光度计），Cu、Pb、Cd 元素采用无火焰原子吸收分光光度法测定（TAS-990 原子吸收分光光度计），Zn 元素采用火焰原子吸收分光光度法测定[19]。

1.3 评价方法

1.3.1 海水水质评价

通过综合污染指数（WQI） 对海水样品中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等重金属含量进行污染水平评价，其中以《海水水质标准》（GB 3097—1997）[20]所推荐的第一类标准限值（表1） 作为评价标准，评价等级参照沈春燕等[21]的海水污染状况等级划分。当WQI ≤1 时，水质为清洁；当1＜WQI ≤2，水质为轻微污染；当2＜ WQI ≤3，水质为中度污染；当WQI>3，水质为严重污染。具体公式如下。

表1 海水和沉积物内重金属污染物评价标准

式中，WQI 为重金属的综合污染指数；n 为参与评价重金属元素的数量；Cf为重金属i 单项污染指数；Ci为重金属i 的实测浓度；Cs为重金属i 的第一类水质评价标准值。

1.3.2 沉积物评价

（1） 单因子指数法

利用单因子指数法评价沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等重金属的污染状况，以《海洋沉积物质量》（GB 18668—2002）[22]一类标准值（表1） 作为评价标准，当Cf≤1 时，表示重金属含量在标准范围内；当Cf>1 时，表示重金含量超出标准。具体公式如下。

式中，Co为重金属i 的第一类沉积物评价标准值。

（2） Hankanson 潜在生态风险指数法

利用环境生态风险评价应用最广泛的潜在生态风险指数法评价沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 等[13]重金属的污染程度和潜在生态风险。该方法先求出单一重金属的生态风险参数，再将参与评价的多种重金属的生态风险参数求和得到沉积物中重金属的生态风险指数，评价标准见表2。具体公式如下。

表2 重金属潜在生态风险等级划分

Cu、Pb、Zn、Cd、Hg 和As 的毒性系数参照文献[23]分别为5、5、1、30、40、10；因沉积物背景值有很大的区域差异性，本文参照中国南海近海表层沉积物中重金属含量平均值[24]，分别为13 μg/g、19 μg/g、61 μg/g、0.053 μg/g、0.027 μg/g、7.2 μg/g。

1.4 数据处理

本实验采用Exce12010 和SPSS19. 0 进行数据处理和分析，采用Origin8.0 和ArcGIS 软件绘图。

2 结 果

2.1 表层海水中重金属含量特征和污染评价

2.1.1 海水中重金属含量的分布特征

研究区内表层海水中重金属含量如表3 所示，可知春季表层海水中Cu、Pb、Zn、As、Cd 和Hg的平均含量分别为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，秋季表层海水中Cu、Pb、Zn、As、Cd 和Hg 的平均含量分别为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，对比永兴岛和海南近岸等海域中重金属的含量（表4）[25-28]，研究区内Zn、As、Cd 和Hg含量要略高，主要因为研究区内周围人类活动较多。两个季节比较，Cu、As、Hg、Pb、Cd 含量差异较小，各站位分布相对较均匀。重金属中Zn 含量最高，且春季和秋季差异较明显。秋季海水中Zn 含量最高值出现在W07 站位，为15.8 μg/L。春季海水中Zn 含量最高值出现在W013 站位，为7.6 μg/L，其中W04、W05、W06 站位未检测出。发生这种现象的可能是秋季雨水频繁，8 月中旬休渔期结束后沿岸居民生活污水的释放或者频繁出入的渔船上合金材质的保护层掉落造成[29]。

表3 不同站位海水中重金属含量单位：μg·L-1

表4 不同海水中重金属含量单位：μg·L-1

2.1.2 海水中重金属质量状况

研究区内春季和秋季表层海水中各站位重金属含量综合污染指数如表5 所示，各站位重金属的综合污染指数均小于1，说明调查期间研究区内各站位重金属元素含量均符合第一类海水水质标准，海水水质处于清洁状态。所有站位中春季海水重金属综合污染指数相差较大，最高重金属综合污染指数W13 站位为0.36，最低重金属综合污染指数W04站位为0.09；秋季海水重金属综合污染指数相差较小，最高重金属综合污染指数为W13 站位0.31，最低重金属综合污染指数为W08 站位0.19。春季和秋季海水中重金属综合污染指数最高均在W13站位，表明此站位海水受人类活动影响较大。

表5 不同站位海水重金属综合污染指数

2.2 沉积物重金属含量分析及污染评价

2.2.1 沉积物重金属含量分布特征

研究区内沉积物中各站位重金属含量见表6。由表6 可知，春季沉积物中重金属平均含量从大到小依次为Zn、Cu、As、Pb、Cd 和Hg，分别是64.40 μg/g、8.34 μg/g、 8.22 μg/g、8.18 μg/g、0.06 μg/g、0.02 μg/g；秋季沉积物中重金属平均含量从大到小依次为Zn、Cu、Pb、As、Cd 和Hg，分别是15.76 μg/g、7.90 μg/g、7.75 μg/g、6.95 μg/g、0.05 μg/g、0.02 μg/g，整体趋势秋季沉积物中重金属含量略低于春季。两个季节对比，沉积物中重金属Zn 含量差异较大，Cu、As、Pb、Cd、Hg 含量相差较小，与海水中各重金属含量差异规律相同。所有站位中，春季沉积物中除Cd 含量分布不均匀外，Zn、Cu、As、Pb、Hg 含量分布相对均匀，其含量最大值均在近岸站位；秋季沉积物中Pb、As、Cd、Hg 含量分布较均匀，Zn 和Cu 含量分布不均匀，多个站位未检测到，同时Cu、As 含量最大值在近岸站位，Cd、Zn、Pb、Hg 含量最大值在远岸站位，表明研究区内沉积物中重金属含量受季节影响较大。

表6 不同站位沉积物中重金属含量单位：μg·g-1

根据表7，将研究区内春季和秋季沉积物中重金属含量与中国浅海沉积物和南海近海沉积物含量平均值相比较，研究区内除了As 含量和Cd 略高，其他元素均低于背景值[13]。而与工业发达、人口繁多的珠江口地区相比较，研究区内重金属含量低于它们两倍以上。

表7 不同海水沉积物中的重金属含量单位：μg·g-1

2.2.2 沉积物中潜在生态风险评估

对研究区内表层沉积物重金属进行生态风险评估。根据表8，春季沉积物中单项重金属的平均潜在生态风险大小依次为Hg、Cd、As、Cu、Pb 和Zn，平均潜在生态风险参数均小于40，属于低级潜在生态风险水平，其中所有站位的As、Cu、Pb、Zn 的潜在生态风险参数均小于40，而Cd 和Hg 的部分站位在40～80 之间，属于中级潜在生态风险。秋季沉积物中单项重金属的平均潜在生态风险大小依次为Hg、Cd、As、Pb、Cu 和Zn，与春季略有不同，但其各站位重金属的潜在生态风险参数分布规律与春季相同。从数据中可以发现Cd 和Hg 是研究区内沉积物中可能存在一定污染风险的重金属，且处于中级潜在生态风险参数的站位均在远岸区，这与贾磊等[13]的研究结果相一致，向海的方向污染程度高于近岸区，导致这种现象的原因可能是海水冲刷作用将流经近岸区含重金属的沉积物向远海转移。研究区内春季沉积物中重金属总潜在生态风险指数在48.57～153.60 范围内，平均值为88.76；秋季沉积物中重金属总潜在生态风险指数在30.61～140.24 范围内，平均值为74.75，综合分析研究区内沉积物处于低级潜在生态风险水平。

表8 不同站位沉积物重金属中潜在生态风险

3 结论

利用综合污染指数法和Hankanson 潜在生态风险指数法分别对海南万宁乌场海域海水重金属污染状况及沉积物潜在生态风险进行分析及评价，结论如下。

（1） 调查期间研究区内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类海水水质标准，综合污染指数均小于1，海水水质处于清洁状态。春季和秋季海水中重金属Zn含量均最高，Hg 含量均最低，其中Cu、As、Hg、Pb、Cd 含量差异较小，Zn 含量差异较大。与其他海域对比，研究区内Zn、As、Cd 和Hg 含量略高，主要由周围人类活动较多影响所致。

（2） 春季和秋季各站位沉积物中Cu、Hg、Zn、As、Pb、Cd 平均潜在生态风险参数均小于40，重金属总潜在生态风险指数均小于150，属于低级潜在生态风险水平，沉积物质量状况较好。春季沉积物中重金属Zn、Cu、As、Pb、Cd、Hg 的平均含量分别为64.40 μg/g、8.34 μg/g、8.22 μg/g、8.18 μg/g、0.06 μg/g、0.02 μg/g；秋季沉积物中重金属Zn、Cu、Pb、As、Cd、Hg 的平均含量分别为15.76 μg/g、7.90 μg/g、7.75 μg/g、6.95 μg/g、0.05 μg/g、0.02 μg/g，整体趋势秋季沉积物中重金属含量略低于春季，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积物中As、Cu、Pb、Zn 的单项潜在生态风险参数均小于40，而Cd 和Hg 的部分站位在40～80，属于中级潜在生态风险，存在一定污染风险。

（3） 通过对海南万宁乌场海域海水和沉积物中重金属含量测定可知，研究区重金属均为低潜在风险水平，海洋状况较好，未对海洋生态系统造成风险压力。表层海水和沉积物作为海洋生物主要的栖息环境，良好的生存环境对海产品的日益增加是非常重要的。为了给海洋生物提供良好的栖息环境，仍需在城市建设的同时增强海洋环保意识，排除重金属污染对人体健康产生潜在危险的机会。本研究旨在为下一步海域建设、海洋环评等工作提供基础资料和科学依据。