長江口潮灘濕地貝類污染物水平及評價

楊 穎，范海梅，劉鵬霞，楊幸幸

（1.國家海洋局東海環(huán)境監(jiān)測中心，上海 201206；2.自然資源部海洋生態(tài)監(jiān)測與修復(fù)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201206）

長江口具有廣闊的潮灘濕地，是河口生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有重要生態(tài)服務(wù)功能，天然承擔(dān)著流域水質(zhì)過濾器的作用。以貝類體內(nèi)污染物殘留量評價棲息環(huán)境的報(bào)道很多[1-8]，李磊等[1]、陳偉琪等[2]分別對浙江沿岸海域、廈門島東部和閩江口沿岸經(jīng)濟(jì)貝類中持久性有機(jī)氯農(nóng)藥和多氯聯(lián)苯的殘留水平進(jìn)行研究；馬繼臻等[3]研究了東海沿岸不同區(qū)域貝類體內(nèi)石油含量的分布特征，對污染狀況進(jìn)行評價；M Cheggour等[4]對4個Moroccan河口的貝類和沉積物污染狀況進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)貝類體內(nèi)部分金屬含量與沉積環(huán)境有一定相關(guān)性。長江口區(qū)域也有以貝類污染物殘留進(jìn)行環(huán)境評價的相關(guān)研究，孫平躍[5]以河蜆為研究對象對貝類體內(nèi)重金屬累積特性進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)河蜆在一定程度上已受到重金屬污染；畢春娟等[6]對長江口潮灘大型底棲動物對重金屬的累積特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)泥螺幼體對Cu、Pb、Fe和Cr的吸收量明顯高于其它底棲動物。美國于1976—1978年開始實(shí)施全國沿岸海洋環(huán)境貽貝監(jiān)測研究計(jì)劃，1986年貽貝監(jiān)測正式成為可操作的常規(guī)監(jiān)測計(jì)劃[9]。我國于2001年正式發(fā)布《海洋生物質(zhì)量》（GB 18421—2001）[10]，以海洋雙殼貝類污染物殘留量作為海洋功能區(qū)環(huán)境評價的標(biāo)準(zhǔn)。本文對2014—2016年在長江口潮灘3個區(qū)域采集的貝類樣品進(jìn)行分析，評價貝類環(huán)境質(zhì)量以及監(jiān)測區(qū)域的環(huán)境變化情況，為河口區(qū)環(huán)境管理提供基礎(chǔ)信息。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

2014—2016年，每年8月在長江口崇明東灘、南匯邊灘和金山邊灘的光灘上采集貝類樣品，同步采集沉積物樣品。采樣點(diǎn)具體位置見圖1。檢測項(xiàng)目包括鎘（Cd）、鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、鉛（Pb）、砷（As）、汞（Hg）、石油烴（Oil）、六六六（666）、滴滴涕（DDTs）和多氯聯(lián)苯（PCBs）共11項(xiàng)。貝類樣品采集后，按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378.3―2007）[11]要求，現(xiàn)場清洗干凈，冷凍保存。貝類樣品在實(shí)驗(yàn)室去殼后冷凍干燥，磨粉過80目篩待測。沉積物樣品取表層樣，用聚乙稀袋密封保存，取部分樣品在實(shí)驗(yàn)室100℃烘干，研磨過160目篩，測定Cd、Cr、Cu、Zn、Pb和As；另取部分樣品陰涼風(fēng)干，研磨過80目篩，測定油類、有機(jī)碳、總汞、有機(jī)物等。生物樣品檢測均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378.6―2007）[11]中標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行，沉積物樣品檢測均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB 17378.5―2007）[11]中標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行。

圖1 長江口潮灘監(jiān)測區(qū)域與站位示意圖

1.2 方法與標(biāo)準(zhǔn)

評價方法采用單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評價法和綜合指數(shù)評價法。評價標(biāo)準(zhǔn)為《海洋生物質(zhì)量》（GB 18421―2001）[10]，多氯聯(lián)苯采用（0.1×10-6）進(jìn)行評價[7]。3個采樣地點(diǎn)位于或鄰近自然保護(hù)區(qū)海域，本文單因子評價采用《海洋生物質(zhì)量》（GB18421―2001）[10]中第一類生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評價。單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)評價法，按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：Pi為i測項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)；Ci為i測項(xiàng)的濃度值；Sij為i測項(xiàng)的j類生物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)值。單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)取1.0作為該因子是否對生物產(chǎn)生污染的基本分界線，大于1.0表明生物已受到該因子污染。

綜合指數(shù)評價采用內(nèi)梅羅指數(shù)法[12]，反映監(jiān)測區(qū)域的貝類生物污染的整體綜合質(zhì)量。計(jì)算方法如公式（2）所示：

式中：Pij為綜合質(zhì)量指數(shù)；maxPi為生物體單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)最大值；avePi為生物體各單項(xiàng)質(zhì)量指數(shù)的平均值。

依據(jù)綜合指數(shù)分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），確定污染程度。

表1 海洋貝類生物綜合質(zhì)量指數(shù)評價分級標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與討論

2.1 貝類污染狀況評價

2014—2016年，在崇明東灘、南匯邊灘和金山邊灘共采集貝類樣品10份（表2），種類包括泥螺（Bullacta exarata）（Philippi）、縊蟶（Sinonovacula constrzcta）（Lamarck）、 四 角 蛤 蜊（Mactra veneriformis）（Reeue）、近江牡蠣（Crassostrea ariakensis）等。

2.1.1 單因子評價 檢測的11種污染物中，包括Oil、666、DDTs、PCBs等4種有機(jī)污染物和Cd、Cr、Cu、Zn、Pb、As和Hg等7項(xiàng)重金屬（表2）。

有機(jī)污染物中，所有樣品的666、DDTs、PCBs殘留含量均很低，無超標(biāo)現(xiàn)象，PCBs最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.10，666最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.03，DDTs最大標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)0.54（為2016年崇明東灘四角蛤蜊）。按照單因子污染指數(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)，樣品均未受到666、DDT、PCB污染。10個樣品中有3個石油含量超標(biāo)，超標(biāo)率為30%，分別是崇明東灘的四角蛤蜊和南匯邊灘的2個近江牡蠣；未超標(biāo)樣品中，南匯邊灘縊蟶和2016金山邊灘的泥螺污染指數(shù)超過0.5，其余5個樣品污染指數(shù)均低于0.5，未受到污染。

重金屬中，僅Hg無超標(biāo)現(xiàn)象，10個樣品中，南匯邊灘和金山邊灘的2個近江牡蠣樣品污染指數(shù)超過0.5，其余樣品均未受到Hg污染。其他6項(xiàng)重金屬均有不同程度超標(biāo)，其中Pb僅有1個樣品未超標(biāo)，超標(biāo)率達(dá)90%，未超標(biāo)的牡蠣樣品標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)也超過0.5；Zn超標(biāo)率為70%，其中3個近江牡蠣樣品Zn標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他生物樣品；Cd超標(biāo)率為40%，超標(biāo)樣品為1個縊蟶和3個近江牡蠣，且3個近江牡蠣的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他樣品；Cu超標(biāo)率為60%；Cr超標(biāo)率為70% ；As超標(biāo)率為40%。從超標(biāo)率和標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)高低判斷污染狀況嚴(yán)重程度依次是Pb＞Zn＞Cr＞Cu＞Cd＞As＞Oil。

表2 長江口潮灘濕地貝類污染物單因子評價結(jié)果

2.1.2 綜合評價 對10種生物質(zhì)量狀況進(jìn)行綜合評價（圖2，生物排列順序、年份等同表2），各生物樣品的綜合指數(shù)分布與年份無明顯相關(guān)，但種類之間差異明顯。綜合指數(shù)最低的為2016年南匯邊灘的縊蟶，最高的為2015年金山邊灘的近江牡蠣，且2014年、2015年南匯邊灘的近江牡蠣的綜合指數(shù)也遠(yuǎn)高于其他物種。根據(jù)綜合質(zhì)量指數(shù)評價分級標(biāo)準(zhǔn)，2016年崇明東灘的四角蛤蜊、南匯邊灘的縊蟶、2014年金山邊灘的泥螺為輕污染；2014年崇明東灘的泥螺為中度污染；其余樣品均為重度污染。評價結(jié)果表明，長江口潮灘的3個采樣區(qū)域生物質(zhì)量均處于污染狀態(tài)。

圖2 長江口潮灘濕地生物質(zhì)量綜合評價結(jié)果

2.2 不同物種的富集特性分析

采集的10個樣品共包含4個種類，分別為泥螺、縊蟶、近江牡蠣和四角蛤蜊，從貝類污染物殘留含量分析不同種類生物對重金屬的污染富集特性。監(jiān)測區(qū)域共采集泥螺樣品4個，近江牡蠣樣品3個，縊蟶2個，四角牡蠣1個。各種貝類重金屬含量的平均單因子評價指數(shù)如表3所示。4種生物中，近江牡蠣中Cd、Cu、Zn和Hg的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他3種生物，Cd、Cu和Zn超標(biāo)嚴(yán)重，Hg未超標(biāo)；近江牡蠣中Cr和As的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)最低；泥螺中的Cr標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)最高，Zn和Hg最低 ；縊蟶中Pb的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)最高；四角蛤蜊中As標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)最高，Cd和Pb最低。對不同的重金屬富集的程度分別為：Cd，近江牡蠣＞ 縊蟶＞ 泥螺＞四角蛤蜊；Cr，泥螺＞ 四角蛤蜊＞ 縊蟶＞ 近江牡蠣；Pb，縊蟶＞泥螺＞近江牡蠣＞四角蛤蜊；As，四角蛤蜊＞縊蟶＞泥螺＞近江牡蠣；Cu，近江牡蠣＞泥螺＞縊蟶＞四角蛤蜊；Zn，近江牡蠣＞縊蟶＞四角蛤蜊＞泥螺；Hg，近江牡蠣＞縊蟶＞四角蛤蜊＞泥螺。

表3 不同種類的貝類中重金屬污染評價結(jié)果

2.3 相關(guān)性分析

2.3.1 與沉積環(huán)境的相關(guān)性分析 將貝類樣品污染水平與采集區(qū)域的沉積環(huán)境進(jìn)行相關(guān)性分析，采用SPSS_Statistics軟件統(tǒng)計(jì)生物樣品污染物含量與沉積物中對應(yīng)污染物含量及理化性質(zhì)指標(biāo)（硫化物、有機(jī)碳）的相關(guān)系數(shù)（表4）。結(jié)果表明，同一區(qū)域采集的貝類樣品污染物的平均含量與沉積物中污染物含量中，生物體As與沉積物中As具有顯著相關(guān)性（P＜0.05），其他污染指標(biāo)間相關(guān)性不明顯；生物體中污染指標(biāo)與沉積物中硫化物、有機(jī)碳含量也無顯著相關(guān)性。徐韌等[13]研究發(fā)現(xiàn)，除As外，影響貝類體內(nèi)重金屬 Hg、Cd 和 Pb含量的主要因素是水體中的重金屬含量，而不是沉積物中的重金屬含量。Cheggour 等[4]在4個摩洛哥河口研究發(fā)現(xiàn)，蛤（Scrobicularia plana）組織中Cd、Zn含量的季節(jié)變化與蛤的繁殖活動方式有關(guān)，蛤組織中Mn和Fe含量與沉積物中的含量呈正相關(guān)。畢春娟等[6]在長江口河灘通過對河蜆全樣和軟體組織中重金屬濃度的分析發(fā)現(xiàn)，重金屬主要在河蜆的軟體組織中富集。而Pérez-Mayol等[8]在SW Spain Guadalquivir河口研究發(fā)現(xiàn)2年齡Scrobicularia plana貝類的殼中重金屬Co、Hg、Mo、Ni和Zn的含量與環(huán)境中重金屬分布一致，但軟組織中重金屬與環(huán)境中重金屬分布趨勢不同，提出雙殼貝類的殼更加適用與評價重金屬污染情況。相關(guān)性分析表明，長江口生境沉積物中相關(guān)污染物含量對貝類體內(nèi)Hg、Cu、Pb、Cd、Cr、Zn和石油含量無影響，但沉積物中As與貝類體內(nèi)As含量具有一定影響。付文濤等[14]研究發(fā)現(xiàn)在粒徑小、有機(jī)質(zhì)多的沉積物中，多數(shù)重金屬的生物可利用性降低，不易被雙殼類動物吸收利用。本文研究區(qū)域的沉積物基本來自長江，長江入海泥沙的67%粒徑 ＜50 μm[15]，結(jié)果也證明了這一點(diǎn)。各研究的差異表明不同種類的貝類對重金屬的吸收累積機(jī)制存在差異，生物體的不同部位對重金屬的累積代謝機(jī)制也不同；不同的重金屬元素對生物影響各異。因此以貝類生物指示環(huán)境污染狀況時，需要結(jié)合環(huán)境特征、季節(jié)變化、污染要素等，確定指示生物的種類、大小、年齡等。

表4 長江口潮灘貝類污染物含量與沉積物環(huán)境相關(guān)性分析

2.3.2 生物體中各污染指標(biāo)的相關(guān)性分析 統(tǒng)計(jì)各污染指標(biāo)的平均值，采用SPSS_Statistics軟件計(jì)算生物體中各污染指標(biāo)間的相關(guān)性（表5）。結(jié)果表明，Cd與Hg，Cu和Zn均具有非常顯著相關(guān)性（P＜0.01）；Hg含量與Cu、Cd含量具有非常顯著相關(guān)性（P＜0.01）；Cu與Hg、Cd具有非常顯著相關(guān)性（P＜0.01），與Zn具有顯著相關(guān)性（P＜0.05）； Pb、As、Cr、石油的含量均各不相關(guān)。孫平躍等[5]發(fā)現(xiàn)長江口河蜆體內(nèi)Cu和Zn的含量之間存在著非常顯著的正相關(guān)關(guān)系，判斷河蜆對Cu和Zn的吸收積累具有一定的協(xié)同機(jī)制。本文中相關(guān)性分析表明，不僅Cu和Zn的吸收積累具有一定的協(xié)同機(jī)制，Cu、Hg、Cd和Zn之間均具有一定協(xié)同機(jī)制和共同的污染來源，而Pb、As、Cr、Oil的吸收機(jī)制和來源可能與Cu、Hg、Cd和Zn均不相同。

表5 長江口潮灘貝類體內(nèi)不同污染物含量間的相關(guān)性分析

2.4 三個區(qū)域的比較

由于不同種類貝類殘留污染物差異較大，考慮可比性，選擇3個采樣點(diǎn)均采集的泥螺樣品對3個采樣區(qū)域污染狀況進(jìn)行比較（圖3）。單個元素來看，崇明東灘、南匯邊灘的Cd、Cu污染高于金山邊灘；南匯邊灘、金山邊灘（2016年）的Pb、As、Zn污染高于崇明東灘；3個區(qū)域Hg、石油、PCB、666、DDT含量均較低，差異不大。根據(jù)單因子評價結(jié)果，南匯邊灘泥螺有Cr、Pb、As、Cu和Zn共5項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，崇明東灘和金山邊灘泥螺分別有3項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)，總體上南匯邊灘的污染狀況較其他兩地嚴(yán)重。根據(jù)綜合評價結(jié)果，南匯邊灘和金山邊灘（2016年）內(nèi)梅羅指數(shù)基本相同，為崇明東灘的1.7倍。而金山邊灘2014年監(jiān)測情況整體好于2016年，也可能預(yù)示著金山邊灘監(jiān)測區(qū)域2014—2016年生態(tài)環(huán)境整體變差。崇明東灘鄰近海域?yàn)槌缑鳀|灘鳥類國家級自然保護(hù)區(qū)，南匯邊灘和金山邊灘鄰近海域均有大型市政和化工園區(qū)深水排放管道，從本文監(jiān)測結(jié)果分析，應(yīng)關(guān)注污水排放對邊灘濕地生態(tài)環(huán)境的長期影響。

圖3 各監(jiān)測區(qū)域泥螺樣品體內(nèi)污染物殘留情況比較

2.5 崇明東灘貝類重金屬污染變化情況

對2015—2016年崇明東灘雙殼貝類（縊蟶、四角蛤蜊）體內(nèi)重金屬污染狀況與2002年崇明東灘采集的河蜆、縊蟶貝類[6]相比，評價近13年崇明東灘環(huán)境變化（圖4）。除了2016年四角蛤蜊的Pb含量低于2002年的河蜆和縊蟶，其他3種元素Cr、Cu、Zn均為2015年、2016年高于2002年。2015年縊蟶與2002年縊蟶同種類相比，Cr、Pb、Cu、Zn4種元素含量均明顯升高，幅度分別為80%、153%、72%和110%，表明崇明東灘環(huán)境質(zhì)量有所下降。

圖4 崇明東灘監(jiān)測區(qū)域貝類重金屬殘留水平的比較

3 結(jié) 論

本文對在長江口潮灘（崇明東灘、南匯邊灘、金山邊灘）2014—2016年三年內(nèi)共采集的10份貝類樣品的污染物殘留水平進(jìn)行評價，研究結(jié)果表明：

（1）貝類中的重金屬污染程度較重，除Hg未超標(biāo)外，其余6種重金屬元素（Cd、Cu、Zn、Cr、Pb、As）均有不同程度超標(biāo)；有機(jī)物中僅石油有30%樣品超標(biāo)，666、DDTs、PCBs含量均很低 ；（2）江牡蠣的綜合質(zhì)量指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他種類，根據(jù)不同物種的富集特性分析，近江牡蠣中Cd、Cu、Zn、Hg的單因子標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于縊蟶、泥螺和四角蛤蜊，造成了其綜合評價指數(shù)較高；（3）貝類生物體中As與沉積物中As具有顯著相關(guān)性（P＜0.05），其余污染物殘留水平與采集區(qū)域的沉積環(huán)境相關(guān)性不明顯。貝類體內(nèi)Cd與Hg、Cu和Zn均具有非常顯著相關(guān)性（P＜0.01），表明Cu、Hg、Cd和Zn之間應(yīng)具有一定協(xié)同機(jī)制或共同的污染來源；（4）長江口潮灘的3個采樣區(qū)域中，崇明東灘的生態(tài)環(huán)境總體優(yōu)于南匯邊灘和金山邊灘，但與2002年監(jiān)測結(jié)果相比，崇明東灘環(huán)境質(zhì)量有所下降。