漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬含量分布特征及潛在生態(tài)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)

韓現(xiàn)芹， 陳春秀， 賈 磊

(天津渤海水產(chǎn)研究所，天津 300457)

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漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬含量分布特征及潛在生態(tài)危險(xiǎn)評(píng)價(jià)

韓現(xiàn)芹， 陳春秀， 賈 磊*

(天津渤海水產(chǎn)研究所，天津 300457)

[目的]了解漢沽養(yǎng)殖區(qū)域海水水質(zhì)狀況及潛在生態(tài)危險(xiǎn)。[方法]分期采集養(yǎng)殖場(chǎng)海水樣品，分析海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7種有害重金屬含量，研究其時(shí)空變化特征，并采用綜合指數(shù)法評(píng)價(jià)其污染程度。[結(jié)果]Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量范圍分別為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的單項(xiàng)污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)均小于1.00，這4種重金屬元素含量均符合國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ni超標(biāo)1.22～1.56倍，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Cu超標(biāo)2.34～3.44倍，符合三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Zn超標(biāo)3.50～11.30倍，符合四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。Cr、Zn、Ni、Cd均呈現(xiàn)出7月含量最高，12月最低的變化趨勢(shì)；Cu 和Pb在9月的含量遠(yuǎn)高于其他月份；As在9月和12月含量均較高。[結(jié)論]漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬含量的污染程度不具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性，養(yǎng)殖環(huán)境良好。

海水；重金屬；潛在生態(tài)危害

漁業(yè)用水中有毒有害元素直接影響水產(chǎn)品的質(zhì)量，是環(huán)境檢測(cè)中的重要環(huán)節(jié)[1]。一般漁業(yè)用水中的有毒有害元素主要來(lái)自農(nóng)獸藥殘留和生活垃圾等人為污染源，以及地質(zhì)侵蝕、風(fēng)化等天然源，加之有毒元素不易被代謝，可通過(guò)食物鏈被生物富集并有生物放大效應(yīng)，富集倍數(shù)高達(dá)數(shù)十萬(wàn)倍，不僅污染水環(huán)境，而且嚴(yán)重威脅人類健康[2]。根據(jù)國(guó)家漁業(yè)法及水污染防治法規(guī)定，定期對(duì)漁業(yè)用水有毒有害元素進(jìn)行檢測(cè)，防止和控制漁業(yè)水域水質(zhì)污染，可保證水產(chǎn)品質(zhì)量。因此，水體微量元素檢測(cè)具有重要意義。

天津漢沽地區(qū)是我國(guó)北方重要的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域，毗鄰的北疆電廠外排的冷卻水鹽度為25‰～33‰，符合國(guó)家水產(chǎn)養(yǎng)殖標(biāo)準(zhǔn)的水質(zhì)要求，海水與地?zé)崴Y(jié)合大幅度降低了水產(chǎn)品的越冬養(yǎng)殖成本。然而，沿海工業(yè)密集，由陸源進(jìn)入海洋，黃渤海其他部分區(qū)域表層沉積物均受到一定程度的重金屬污染[3-4]，且重金屬污染導(dǎo)致的輻射作用，使?jié)h沽養(yǎng)殖區(qū)存在潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)養(yǎng)殖區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展造成不利影響。秦延文等[5-6]對(duì)漢沽地區(qū)附近水域進(jìn)行了水質(zhì)監(jiān)測(cè)研究，但對(duì)漢沽區(qū)養(yǎng)殖海水的水環(huán)境質(zhì)量較少有全面的調(diào)查和綜合評(píng)價(jià)。因此，筆者根據(jù)天津漢沽區(qū)域的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7種有害重金屬含量分布，采用綜合污染指數(shù)(WQI)法，對(duì)漢沽養(yǎng)殖場(chǎng)海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等有害重金屬污染狀況和潛在生態(tài)危害進(jìn)行評(píng)價(jià)，以期為綜合評(píng)價(jià)與管理該養(yǎng)殖區(qū)環(huán)境及促進(jìn)其養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1樣品采集 根據(jù)天津漢沽區(qū)域規(guī)劃及水產(chǎn)養(yǎng)殖狀況,共設(shè)5個(gè)養(yǎng)殖區(qū)(圖1)，并于2014年7～12月間進(jìn)行采樣，

注：S1、S2、S3、S4、S5分別為5個(gè)采樣點(diǎn)。Note: S1, S2, S3, S4, S5 were five sampling sites.圖1　調(diào)查站位Fig.1　Sampling stations

采樣頻率為每月1次。每次取3個(gè)平行樣品，水樣的采集、貯存、方法均按照GB 17378—2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》[7]。

1.2樣品處理樣品采自天津漢沽地區(qū)養(yǎng)殖場(chǎng)海水，海水樣經(jīng)0.45 μm濾膜過(guò)濾后，取5 mL轉(zhuǎn)移至50 mL聚丙烯容量瓶中，加入0.5 mL硝酸進(jìn)行酸化，用去離子水定容至刻度，待測(cè)。

1.3樣品測(cè)定樣品測(cè)定的主要儀器為PE ELAN DRC-e電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)鉑金埃爾默公司)，As用原子熒光光度計(jì)(AFS-9330，北京吉天)測(cè)定。

1.4評(píng)價(jià)方法

1.4.1評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。按國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[8]對(duì)海水的評(píng)定等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1　國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中重金屬的標(biāo)準(zhǔn)值

1.4.2綜合污染評(píng)價(jià)法。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)海域重金屬污染進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[9-10]時(shí)，所采取的評(píng)價(jià)方法多種多樣，標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，其中指數(shù)法的應(yīng)用比較廣泛，也比較成功。但是由于海域差異等各種因素的影響，指數(shù)法缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。因此，筆者采用指數(shù)法進(jìn)行海域重金屬污染評(píng)價(jià)時(shí)，參照了國(guó)家海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中重金屬污染標(biāo)準(zhǔn)。綜合指數(shù)計(jì)算方法如下[11-12]:

式中,Ai、Ci、Csi分別為某金屬i單項(xiàng)指數(shù)、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(因?yàn)檠芯繀^(qū)域養(yǎng)殖業(yè)密集，因此采用國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)作為評(píng)價(jià)指標(biāo))；n為參與評(píng)價(jià)的金屬元素項(xiàng)數(shù)；WQI為水質(zhì)綜合污染指數(shù)，當(dāng)WQI≤1時(shí)，表明該海域該重金屬污染可以忽略；13時(shí)，表明該海域該重金屬為嚴(yán)重污染。

2　結(jié)果與分析

2.1海水重金屬含量及其時(shí)空分布由表2可知，漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬含量從大到小依次為Zn、Cr、Cu、Ni、As、Pb、Cd。2014年下半年5個(gè)站點(diǎn)中，Cr、As、Pb、Cd的最高點(diǎn)平均值分別為28.07、11.88、0.37、0.33μg/L，遠(yuǎn)低于國(guó)家第一類海水標(biāo)準(zhǔn)，均符合第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；而Zn、Cu、Ni均有不同程度的超標(biāo)現(xiàn)象。Zn含量偏高,為69.99～225.98μg/L，符合第四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Cu含量為11.71～17.22μg/L，符合第三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ni含量為2.75～7.82μg/L，符合第二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；2014年下半年漢沽養(yǎng)殖海水重金屬污染主要是Zn、Cu、Ni，其他4種重金屬均無(wú)污染。Cr、Zn、Ni、Cd表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)，都是7月含量較高，12月份最低；Cu和Pb在9月份的含量遠(yuǎn)高于其他月份；但As在9月和12月含量較高。

表2　漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬的含量

2.2海水重金屬污染評(píng)價(jià)由于漢沽海區(qū)兼顧海洋漁業(yè)和濱海旅游等多類型環(huán)境功能，海水水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(表1)，為了分析重金屬污染的狀況和趨勢(shì)，利用單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)法對(duì)漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水重金屬污染進(jìn)行計(jì)算。由表3可知，Cr、As、Cd、Pb的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1.00，表明海水中這4種重金屬元素的含量均符合國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。而Zn、Cu、Ni均超出一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，Zn超標(biāo)3.50～11.30倍，符合四類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Cu超標(biāo)2.34～3.44倍，符合三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ni超標(biāo)1.22～1.56倍，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

7～12月海水重金屬綜合污染指數(shù)的變化范圍為1.03～2.53，平均值為1.78，最大值出現(xiàn)在7月，最小值出現(xiàn)在12月。

表37～12月漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)變化情況

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

采樣時(shí)間Samplingtime單因子污染指數(shù)Singlefactorpollutantindex(Ai)CrNiCuZnAsCdPb綜合污染指數(shù)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　結(jié)論與討論

(1)研究區(qū)域水質(zhì)Zn、Cu、Ni污染較為嚴(yán)重，超過(guò)一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，特別是多數(shù)月份的Zn濃度符合四類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，除此之外，Cu符合三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，Ni符合二類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，而其他4種重金屬指標(biāo)都符合一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。總體來(lái)說(shuō)，除Zn和Cu外，漢沽水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)域海水中的Cr、As、Cd、Pb等重金屬總體含量水平均較低，遠(yuǎn)低于國(guó)家一類海域標(biāo)準(zhǔn)重金屬含量水平，屬于優(yōu)良的養(yǎng)殖海域。需要注意的是，漢沽養(yǎng)殖區(qū)海水Ni存在輕度污染，為保護(hù)這一良好養(yǎng)殖海域，需要加強(qiáng)監(jiān)督監(jiān)控工作。綜合評(píng)價(jià)，該養(yǎng)殖區(qū)海水中重金屬的污染程度不具有生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)性，整個(gè)養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖環(huán)境良好。

(2)Cu和Zn既是生物體必需的微量元素，又是水環(huán)境中常見(jiàn)的重金屬污染物，過(guò)量的Cu和Zn會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生毒性效應(yīng)。不同重金屬元素含量受環(huán)境要素的影響程度不同，Zn、Cu、Ni含量以受海水COD、pH的影響為主，Pb含量主要受海水pH的影響[13]，海水中重金屬與環(huán)境要素測(cè)值間的相關(guān)程度不僅取決于它們?cè)谒w中的遷移形態(tài)和化學(xué)性質(zhì)，還會(huì)受到環(huán)境理化要素的變化制約，表明重金屬元素對(duì)環(huán)境要素的作用具有不同的選擇性[14]。海水是人為影響施加在海洋環(huán)境中的第一層受體，進(jìn)入海水中的重金屬可通過(guò)食物鏈在人體內(nèi)蓄積，因而，在食品安全和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展倍受關(guān)注的背景下[15]，海水重金屬的轉(zhuǎn)歸和遷移等有待進(jìn)一步研究。

[1] 漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)修訂組.漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):GB11607—1989[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1989.

[2] 徐先順，張新榮，彭玉秀.電感耦合等離子體質(zhì)譜在水質(zhì)分析中的應(yīng)用[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2006, 16(6):763-766.

[3] 梁源，劉健，孔祥淮，等.重金屬在山東半島東北部濱淺海區(qū)表層沉積物中的分布和污染評(píng)價(jià)[J].海洋地質(zhì)動(dòng)態(tài)，2008，24(3): 27-32.

[4] 張玉鳳，王立軍，霍傳林，等.錦州灣表層沉積物重金屬污染狀況評(píng)價(jià)[J].海洋環(huán)境科學(xué)，2008，27(2): 178-181.

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[7] 國(guó)家海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心.海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范:GB17378—2007[S].北京: 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

[8] 國(guó)家海洋局第三研究所.海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn):GB3097—1997[S].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，1998: 1-7.

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[12] 蔡文貴，林欽，賈曉平，等.考洲洋重金屬污染水平與潛在生態(tài)危害綜合評(píng)價(jià)[J].生態(tài)學(xué)雜志，2005，24(3): 343-347.

[13] 李壯偉，羅榮真，陳鴻生，等.廣東紅海灣表層海水重金屬含量的時(shí)空變化特征與污染水平評(píng)價(jià)[J].臺(tái)灣海峽，2012， 31(1): 20-26.

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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

天津市水產(chǎn)局青年科技項(xiàng)目(J2014-10);農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目(LSF2014-07);國(guó)家鲆鰈類產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系(天津綜合試驗(yàn)站CARS-50-z01);天津市科技計(jì)劃項(xiàng)目(15zxbfnc00100)。

韓現(xiàn)芹(1981- )，女，河北保定人，工程師，碩士，從事水產(chǎn)營(yíng)養(yǎng)與飼料研究。*通訊作者，碩士,高級(jí)工程師,從事苗種培育及生態(tài)養(yǎng)殖研究。

2016-06-22

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0517-6611(2016)20-066-03