廣西北部灣近岸養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物和養(yǎng)殖生物體重金屬污染狀況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)*

郭 釗，李 萍，徐 浩

(國(guó)家海洋局北海海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，廣西北海 536000)

重金屬是具有潛在危害的重要污染物，主要來(lái)源于自然和人為排污[1,2]。水環(huán)境中的重金屬絕大部分經(jīng)過(guò)物理化學(xué)作用后富集在沉積物表層，因此沉積物是重金屬污染物的載體和“蓄積庫(kù)”。重金屬污染具有來(lái)源廣、殘毒時(shí)間長(zhǎng)、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)且難以恢復(fù)等特征，而且蓄積在沉積物中的重金屬有二次污染的可能，一旦參與食物鏈循環(huán)最終將在生物體內(nèi)積累，從而破壞生物體的正常生理代謝活動(dòng)[2]，對(duì)水生生物和人體健康有較大的負(fù)面影響。廣西北部灣擁有大陸海岸線1 595 km[3]，自然環(huán)境優(yōu)良，水產(chǎn)資源豐富，生態(tài)類型多樣，有著良好的海水養(yǎng)殖條件，養(yǎng)殖區(qū)是廣西重要的海洋功能區(qū)之一。隨著海水養(yǎng)殖面積的擴(kuò)大，不合理的養(yǎng)殖方式和養(yǎng)殖過(guò)程所產(chǎn)生的大量污染，使得海洋環(huán)境受到不同程度的污染。由于其特殊的棲息環(huán)境和生活特性，再加上對(duì)海洋環(huán)境中的重金屬、生物毒素具有較強(qiáng)的耐受力和富集能力，海洋養(yǎng)殖生物體內(nèi)的重金屬含量容易超標(biāo)，人類食用重金屬超標(biāo)的魚貝類等會(huì)造成不同程度的中毒現(xiàn)象[4-6]。

目前，關(guān)于海洋環(huán)境和生物體內(nèi)重金屬污染狀況已經(jīng)有較多的相關(guān)報(bào)道[1,2,6-8]，但同時(shí)針對(duì)養(yǎng)殖區(qū)沉積物和生物體內(nèi)重金屬污染的研究仍比較少。廣西北部灣近岸海域入海河流較多[9]，再加上陸源污染物輸入的增加，導(dǎo)致該海灣養(yǎng)殖區(qū)面臨較嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題[1,8-10]。因此，開展該海灣養(yǎng)殖生物體和表層沉積物重金屬的污染狀況及其潛在生態(tài)危害程度分析非常有必要，這也是養(yǎng)殖區(qū)海域環(huán)境質(zhì)量狀況評(píng)價(jià)的重要內(nèi)容[11,12]。

本研究根據(jù)2013-2016年廣西4個(gè)主要海水養(yǎng)殖區(qū)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)查的資料，對(duì)北海廉州灣海水增養(yǎng)殖區(qū)、欽州茅尾海大蠔養(yǎng)殖區(qū)、防城港紅沙大蠔養(yǎng)殖區(qū)和防城港珍珠灣珍珠養(yǎng)殖區(qū)的表層沉積物及其代表性養(yǎng)殖生物體體內(nèi)的重金屬(Hg、As、Pb、Cu、Cd)污染狀況及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，擬為科學(xué)評(píng)估廣西北部灣養(yǎng)殖區(qū)重金屬污染狀況提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣站位

數(shù)據(jù)來(lái)源于2013-2016年廣西4個(gè)主要海水養(yǎng)殖區(qū)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)查結(jié)果。4個(gè)養(yǎng)殖區(qū)均設(shè)7個(gè)監(jiān)測(cè)站位，表層沉積物選取其中3個(gè)站位監(jiān)測(cè)，養(yǎng)殖生物體監(jiān)測(cè)選取其中1個(gè)站位(圖1)。其中，防城港紅沙大蠔養(yǎng)殖區(qū)(以下簡(jiǎn)稱紅沙養(yǎng)殖區(qū))2013年的表層沉積物監(jiān)測(cè)站位為D3N049、D3N050、D3N054，2014-2016年為D3N049、D3N051、D3N053和D3N055，2013-2014年生物體監(jiān)測(cè)站位為D3N052；防城港珍珠灣珍珠養(yǎng)殖區(qū)(以下簡(jiǎn)稱珍珠灣養(yǎng)殖區(qū))2013年無(wú)表層沉積物重金屬監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，不做評(píng)價(jià)，2014年的表層沉積物監(jiān)測(cè)站位為D3N056、D3N058、D3N059，2015-2016年為D3N057、D3N060、D3N062，生物體監(jiān)測(cè)站位為D3N061；欽州茅尾海大蠔養(yǎng)殖區(qū)(以下簡(jiǎn)稱茅尾海養(yǎng)殖區(qū))2013-2014年的表層沉積物監(jiān)測(cè)站位為D3N063、D3N065、D3N067，2015-2016年為D3N064、D3N068、D3N069，生物體監(jiān)測(cè)站位為D3N066；北海廉州灣海水增養(yǎng)殖區(qū)(以下簡(jiǎn)稱廉州灣養(yǎng)殖區(qū))2013-2016年的表層沉積物監(jiān)測(cè)站位為D3N070、D3N072、D3N073、D3N074、D3N075、D3N076，生物體站位為D3N071。

1.2 方法

1.2.1 樣品的采集與分析

于每年8月進(jìn)行采樣監(jiān)測(cè)，表層沉積物和生物樣品的采集、固定、貯存、運(yùn)輸、保存以及樣品中5種重金屬(Cu、Pb、As、Cd和Hg)的處理、分析檢測(cè)均按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(GB 17378-2007)規(guī)定的方法操作。其中，Cd、Cu和Pb采用原子吸收光譜法測(cè)定，As和Hg采用原子熒光光譜法測(cè)定。Cu、Pb、Cd、Hg和As的檢出限分別為2.0 μg/g、1.0 μg/g、0.04 μg/g、0.002 μg/g和0.06 μg/g。

1.2.2 重金屬污染評(píng)價(jià)

(1)單因子污染指數(shù)法。

表層沉積物和生物體質(zhì)量的評(píng)價(jià)均采用單因子指數(shù)評(píng)價(jià)法評(píng)定，公式如下：

生物體質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)《海洋生物質(zhì)量》(GB 18421-2001)。生物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)值中Hg≤0.05 μg/g、As≤1.0 μg/g、Cu≤10 μg/g、Pb≤0.1 μg/g、Cd≤0.2 μg/g。根據(jù)《海洋生物質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》(HY/T 078-2005)中規(guī)定，以單因子污染指數(shù)1.0作為該因子是否對(duì)生物產(chǎn)生污染的基本分界線：<1.0為生物未受該因子污染，≥1.0表明生物已受到該因子污染。

圖1 調(diào)查站位分布圖Fig.1 Distribution of sampling stations

(2)綜合污染指數(shù)法。

表層沉積物5種重金屬污染物的綜合效應(yīng)通過(guò)綜合污染指數(shù)Cd來(lái)表示：

其中，Cd<5，為低污染；5≤Cd<10，為中污染；10≤Cd<20，為較高污染；Cd≥20,為高污染[1,13]。

(3)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法。

潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法是Hakanson[13]根據(jù)重金屬的性質(zhì)及環(huán)境行為特點(diǎn)，從沉積學(xué)角度提出來(lái)的、對(duì)表層沉積物或土壤中重金屬污染進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。為定量表達(dá)水域中單個(gè)污染物的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，定義潛在風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)為

其中,當(dāng)RI<150時(shí)，表明海域具有低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)150≤RI<300時(shí)，表明海域具有中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)300≤RI<600，表明海域具有較高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)RI≥600，表明海域具有很高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

(4)地積累指數(shù)法。

為驗(yàn)證沉積物重金屬污染評(píng)價(jià)的可靠性，進(jìn)一步對(duì)研究區(qū)域表層沉積物重金屬進(jìn)行地積累指數(shù)評(píng)價(jià)。地積累指數(shù)法是德國(guó)Müller[15]提出，其公式為

式中：BEn指重金屬地球化學(xué)背景值，其中Hg為0.029 mg/kg、Cu為15.80 mg/kg、Pb為28.90 mg/kg、Cd為0.09 mg/kg、As為7.80 mg/kg；1.5是常數(shù)，是為避免成巖作用可能會(huì)引起的背景值變動(dòng)而增加的常規(guī)參數(shù)[1]；Cn是指重金屬元素在表層沉積物中的含量，mg/kg。地積累指數(shù)法共分為7級(jí)(0-6級(jí))，表示污染程度由無(wú)至極強(qiáng)。如表1所示：Igeo≤0，污染程度為無(wú)；05，污染程度為極強(qiáng)。

表1 地積累指數(shù)與污染級(jí)別

2 結(jié)果與分析

2.1 表層沉積物中重金屬的含量

由表2可知，重金屬Hg含量均低于國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)。重金屬Cd含量超沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的是2014年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)D3N067號(hào)站。重金屬Pb含量超沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的有2013年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)D3N070、D3N072、D3N074號(hào)站，2014年紅沙養(yǎng)殖區(qū)D3N053號(hào)站。重金屬Cu含量超沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)是2013年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)D3N070、D3N072、D3N074號(hào)站，2013年和2016年紅沙養(yǎng)殖區(qū)D3N054號(hào)站。重金屬As含量超沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的有紅沙養(yǎng)殖區(qū)2013年D3N049、D3N054號(hào)站和2016年D3N049、D3N053號(hào)站，珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)2016年D3N060號(hào)站。

2.2 單因子和綜合污染指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果

單因子污染指數(shù)和綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果列于表3。從綜合污染指數(shù)來(lái)看，2013年表層沉積物重金屬污染程度依次為廉州灣養(yǎng)殖區(qū)>紅沙養(yǎng)殖區(qū)>茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，2014年為茅尾海養(yǎng)殖區(qū)>紅沙養(yǎng)殖區(qū)>廉州灣養(yǎng)殖區(qū)>珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)，2015年為廉州灣養(yǎng)殖區(qū)>紅沙養(yǎng)殖區(qū)>茅尾海養(yǎng)殖區(qū)>珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)，2016年為紅沙養(yǎng)殖區(qū)>廉州灣養(yǎng)殖區(qū)>茅尾海養(yǎng)殖區(qū)>珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)(表3)。從上述結(jié)果可以看出，2013年和2015年廣西北部灣養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物重金屬污染程度均以廉州灣養(yǎng)殖區(qū)最高， 2014年則表現(xiàn)為茅尾海養(yǎng)殖區(qū)和紅沙養(yǎng)殖區(qū)明顯高于其他兩個(gè)區(qū)域，2016年為紅沙養(yǎng)殖區(qū)明顯高于其他區(qū)域。廣西北部灣近岸海域有眾多河流直接輸入，再加上北部灣的亞熱帶氣候條件影響，每年局部降水量差異較大，導(dǎo)致不同河流的徑流量差異特別大，因此每年輸入的陸源污染物也存在較大差異[9]。另外，不同養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖活動(dòng)強(qiáng)度的不同，也會(huì)導(dǎo)致重金屬污染程度存在較大差異[8]。所以，前述重金屬分布狀況可能與人類活動(dòng)[1,8]，以及陸源徑流輸入的變化有關(guān)[9]。

表2 表層沉積物中重金屬的含量(μg/g)Table 2 Contents of heavy metals in surface sediments (μg/g)

表3 表層沉積物重金屬單因子污染指數(shù)及綜合污染指數(shù)Table 3 Single factor and intergraded pollution index of heavy metals in surface sediments

續(xù)表Continued table

2.3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果

由表4可知，廣西北部灣4個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中Pb、Cu、As 3項(xiàng)重金屬元素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均小于40，為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Hg的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度較高：2013年、2015年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)，以及2016年紅沙養(yǎng)殖區(qū)的Hg為高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；除2015年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2015年、2016年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)的Hg為中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn),以及2014年、2015年珍珠灣的Hg為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)外，其他年份養(yǎng)殖區(qū)的Hg為較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。上述結(jié)果說(shuō)明，Hg是廣西北部灣養(yǎng)殖區(qū)重要的潛在風(fēng)險(xiǎn)因子，這與前人研究北部灣近岸海域重金屬污染潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子的結(jié)果一致[1,8]。盡管在過(guò)去40年，由于Hg的生產(chǎn)和使用已經(jīng)大量減少，其在北部灣近海水體和表層沉積物中的含量也呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，但北部灣Hg污染相對(duì)于其他近岸海域仍處于較高水平，因此Hg是北部灣近岸海域重金屬污染的重要因子[16]。Cd潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的是2014年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，2013-2016年珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)和2015年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其他均為中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。從潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)看，屬于低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的海域有2014年、2015年和2016年珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)，2015年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，以及2015年、2016年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)；屬于較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的海域是2015年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)；其他均為中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。因此，廣西北部灣養(yǎng)殖區(qū)重金屬污染狀況仍不可忽視，未來(lái)仍需警惕，尤其是Hg污染。

2.4 表層沉積物重金屬的地積累指數(shù)和級(jí)別

由表5可知，2013-2016年4個(gè)養(yǎng)殖區(qū)Cu的地積累指數(shù)最高，均大于5，Igeo級(jí)別均為6級(jí)，處于極強(qiáng)污染程度。污染程度為較強(qiáng)的是2015年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)的Hg。污染程度為中的有2013年、2016年紅沙養(yǎng)殖區(qū)的As，2014年和2016年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2013年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)和2013年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)的Hg。污染程度為輕微的有紅沙養(yǎng)殖區(qū)2013年的Hg、Pb和2014年的Pb、As以及2015年的Hg和As；珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)2016年的As和Hg；茅尾海養(yǎng)殖區(qū)2014年、2015年的Hg，2014年、2016年的As；廉州灣養(yǎng)殖區(qū)2013年的Pb，2013年、2015年和2016年的As以及2014年、2016年的Hg；其他均為無(wú)污染?？傮w來(lái)看，廣西主要海水養(yǎng)殖區(qū)表層沉積物中Cu的地積累指數(shù)最高，表明受人類活動(dòng)影響最大。該研究結(jié)果也與北部灣表層沉積物中Cu的高地積累指數(shù)一致[1]。盡管Cu的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)比Hg低，但受人類活動(dòng)影響，Cu的持續(xù)排放對(duì)區(qū)域環(huán)境的潛在危害仍不可忽視。在過(guò)去20年，北部灣近岸海域水體和表層沉積物中Cu的含量持續(xù)升高，這主要受漁船以及養(yǎng)殖活動(dòng)的影響[16]。因此，除Hg外，廣西北部灣養(yǎng)殖區(qū)Cu污染也不可忽視，未來(lái)仍需警惕。

表4 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 4 Assessment results of potential ecological risk

表5 表層沉積物重金屬的地積累指數(shù)和污染級(jí)別Table 5 Index of geo-accumulation and pollution level of heavy metals in surface sediments

2.5 養(yǎng)殖生物體中重金屬的含量及分析

表6為養(yǎng)殖生物體中重金屬含量。根據(jù)養(yǎng)殖生物體重金屬污染指數(shù)分析結(jié)果顯示，廣西4個(gè)主要的海水養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖生物體中已受Hg污染的有2013年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)、2014年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)、2016年珍珠灣養(yǎng)殖區(qū)；已受Cd污染的有2014年和2015年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2013年、2014年、2015年和2016年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，2016年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)；已受Pb污染的有2015年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2013年、2014年、2015年和2016年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，2015年和2016年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)；已受Cu污染的有2014年和2015年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2013年、2014年、2015年和2016年茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，2016年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)；已受As污染的有2014年紅沙養(yǎng)殖區(qū)，2013年廉州灣養(yǎng)殖區(qū)(表7)。廣西4個(gè)主要的海水養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖生物體中重金屬污染程度最嚴(yán)重的是茅尾海養(yǎng)殖區(qū)，除As外，養(yǎng)殖生物體均已受到其他幾項(xiàng)重金屬的污染，要加強(qiáng)監(jiān)控。其他3個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的養(yǎng)殖生物也不同程度地受到不同重金屬的污染，需警惕防控。

表6 養(yǎng)殖生物體中重金屬的含量Table 6 Contents of heavy metals in aquaculture organisms

表7 養(yǎng)殖生物體重金屬的污染指數(shù)Table 7 Pollution indexes of heavy metals in aquaculture organisms

續(xù)表

Continued table

3 結(jié)論

對(duì)2013年至2016年廣西4個(gè)主要海水養(yǎng)殖區(qū)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：(1)表層沉積物重金屬Hg含量均低于國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)，重金屬Cd、Pb、Cu、As含量存在超國(guó)家海洋沉積物質(zhì)量一類標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象；(2)廣西北部灣4個(gè)養(yǎng)殖區(qū)中重金屬Hg的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度最高；但受人類活動(dòng)影響，Cu的地積累指數(shù)明顯高于其他重金屬，該重金屬污染不可忽視；(3)廣西4個(gè)主要的海水養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖生物體中重金屬污染程度最嚴(yán)重的是欽州茅尾海大蠔養(yǎng)殖區(qū)，除As外，養(yǎng)殖生物體都已受到重金屬Hg、Cd、Pb、Cu的污染；其他3個(gè)養(yǎng)殖區(qū)的養(yǎng)殖生物也不同程度地受到不同重金屬的污染。綜上所述，廣西4個(gè)主要的海水養(yǎng)殖區(qū)重金屬元素的危害不容忽視，尤其是Hg和Cu污染，需及時(shí)采取措施降低重金屬對(duì)生態(tài)和人類健康可能帶來(lái)的危害，加強(qiáng)監(jiān)控力度。