嵐山港臨時海洋傾倒區表層沉積物重金屬含量與底棲生物的關系＊

張 亮，吳鳳叢，宋春麗，任榮珠，王盡文，張乃星

（1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266033；2.國家海洋局北海預報中心青島海洋環境監測中心站青島 266033；3.中國水產科學研究院黃海水產研究所國家水產品質量監督檢驗中心 青島 266071）

嵐山港臨時海洋傾倒區表層沉積物重金屬含量與底棲生物的關系＊

張 亮1，2，吳鳳叢1，2，宋春麗3，任榮珠1，2，王盡文1，2，張乃星1，2

（1.山東省海洋生態環境與防災減災重點實驗室 青島 266033；2.國家海洋局北海預報中心青島海洋環境監測中心站青島 266033；3.中國水產科學研究院黃海水產研究所國家水產品質量監督檢驗中心 青島 266071）

文章以2009年9月嵐山港臨時海洋傾倒區海域跟蹤監測數據為基礎，分析了該傾倒區海域表層沉積物重金屬含量與底棲生物的相關性，發現重金屬含量和底棲生物總種數呈負相關性。疏浚物的長期傾倒造成了嵐山港臨時海洋傾倒區海域底棲生物總種數和生物個體密度的降低。

嵐山港；傾倒區；沉積物；重金屬；底棲生物；多樣性指數

海洋傾倒區是用來傾倒疏浚物的特殊功能海域，由于工業、城市排污的影響，港灣航道疏浚物往往不同程度地被重金屬、石油類及持久性有機物污染［1］。近年來，隨著港灣開發和海洋工程的發展，疏浚物向海上傾倒的數量逐年增加，受到污染疏浚物的傾倒必然對傾倒區及其附近海域海洋生態環境產生不同程度的影響。尤其是受重金屬污染的疏浚物進入海洋水體后，會造成海洋生物易致死、致畸、致突變，此外，通過生物富集和放大作用，重金屬還會對生態系統構成直接和間接的威脅［2］。底棲生物是由生活史的全部或大部分時間生活在海洋基底表面或沉積物中的各種生物組成的生態類群，是海洋生態系統的一個重要組成部分。底棲生物作為海洋生態系統食物鏈的重要環節，在海洋生態系統的能量流動和物質循環中起著重要的作用［3］。底棲動物棲息在水體的底部，對環境變化反應敏感，是沉積物環境污染最直接的響應群體，當水體受到污染時，底棲動物群落結構及多樣性會發生改變，因此底棲動物種類和群落特征作為環境評價指標在水質監測中得到了廣泛應用［4］。香農－韋弗（Shannon－Weaver）多樣性指數在國內外普遍被用來描述生物群落的生態學特征，也常用來監測淡水、海水底棲生物群落結構的變化，被認為是個較好的評價污染程度的工具［5］。王立俊等［6］也認為生物種群的基礎結構尤其是多樣性指數是評價環境質量的重要指標之一。疏浚物在短時間內的大量傾倒，直接掩埋了大量底棲動物，加之覆蓋了原有底質，破壞了底棲生物的棲息環境，造成大量底棲生物死亡。目前，關于疏浚物傾倒對底棲生物影響方面的研究較少，劉旭等［7］利用煙臺海洋傾倒區2008年的監測結果和相關歷史資料，對傾倒區的生物群落結構現狀及動態變化過程進行研究；鄭琳等［8］根據1985—2003年對青島海洋傾倒區及附近海域的調查資料，對傾倒引起的生物種群的變化進行了研究。

嵐山港臨時海洋傾倒區自啟用至今已有8年，截至2009年底傾倒疏浚物達到566.837萬m3，疏浚物的傾倒是否對傾倒區海域的底棲生物產生了影響，沉積物污染是否與底棲生物具有相關性，針對這些疑問，本研究根據嵐山港臨時海洋傾倒區2009年9月的監測數據，首次對該傾倒區表層沉積物重金屬含量與底棲生物參數的相關性進行了分析，為科學研究海洋傾廢和評價海洋生態環境質量提供科學依據，從而更好地保護海洋環境和底棲生物，保證傾倒區繼續科學合理的利用。

1 材料與方法

1.1 采樣與分析

2009年9月在嵐山港臨時海洋傾倒區及周圍海域跟蹤監測的7個監測站位采集表層沉積物樣品，樣品采用曙光采泥器（張口面積0.05 m2）采集，采樣站位布置如圖1所示。

圖1 采樣站位

樣品的采集、處理、分析方法參照《海洋監測規范》（GB17378.5－2007）進行，采用日本島津AA－6300型原子吸收分光光度計和XGY－1011A型原子熒光光度計測定表層沉積物中重金屬銅、鉛、鋅、鎘、鉻和汞的含量，分析過程使用黃海海洋沉積物成分分析標準物質（GBW07333）作內控樣進行質量控制。

1.2 底棲生物樣品采集及分析評價方法

底棲生物樣品采用2009年9月在該傾倒區及周圍海域跟蹤監測所采集的7個監測站位的樣品，采樣站位如圖1所示。底棲生物樣品系用曙光采泥器（張口面積0.05 m2）采集，所獲泥樣經0.5 mm的套篩淘洗后，挑揀全部個體作為一個樣品進行種類鑒定，生物質量測定在感量為0.001 g的電子天平上進行，具體方法按照《海洋監測規范》（GB17378.7－2007）要求進行。

根據各站底棲生物的密度，對底棲生物樣品的多樣性指數進行統計學評價分析，本研究采用種類和數量信息函數表示的香農－韋弗多樣性指數［9］，計算公式為

式中：H′為種類多樣性指數；S為樣品中的種類總數；Pi為第i種的個體數（ni）或生物量（wi）與總個體數（N）或總生物量（W）的比值

一般認為，正常環境下，該指數值高；反之，環境受到污染，該指數值降低。蔡立哲等［10］認為Shannon－Weaver多樣性指數是個較好的指示沉積環境污染的指數，將污染評價范圍分為5類：無底棲動物為嚴重污染；H′值小于1，重污染；H′值在1～2之間，中等污染；H′值在2～3之間，輕度污染；H′值大于3，清潔。

1.3 數據處理和分析

采用SPSS13.0軟件包中的Pearson Correlate分析，對獲得的底棲生物數據和沉積物重金屬數據進行相關性分析，通過相關性分析找出底棲生物數據與沉積物重金屬含量之間的相關關系。

2 結果與討論

2.1 表層沉積物重金屬含量與底棲生物參數的相關性分析

從表1可以看出，嵐山港臨時海洋傾倒區表層沉積物重金屬含量和底棲生物總種數呈較高的負相關性，與底棲生物總密度呈負相關性（除鋅和鉻外），與底棲生物總生物量呈正相關性（除汞外），與底棲生物多樣性指數呈正相關性（除鉛外），但相關性均為達到顯著相關（P＜0.01）。韓潔等［11］對渤海中、南部大部分海區的大型底棲動物物種多樣性進行了分析，發現標志污染程度的沉積物重金屬含量對大型底棲動物的多樣性造成影響，其中與動物種數的負相關關系尤為突出，這與我們的研究結果一致。并且2009年9月該傾倒區底棲生物監測中發現的耐污種類的多毛類出現的種類數最多，占底棲生物種類組成的51.7%，2004年多毛類占底棲生物種類組成的43.3%［12］，可見耐污種類所占的比例有所增加，該傾倒區海域的底棲生物種類組成對傾倒區海域沉積物環境污染有一定的響應。

表1 表層沉積物重金屬含量與底棲生物的相關性

2.2 嵐山港臨時海洋傾倒區底棲生物群落特征分析

根據調查結果，對該傾倒區海域底棲生物的多樣性指數進行統計學評價分析，調查海域底棲生物多樣性指數范圍在2.64～3.68之間，平均為3.08。依據蔡立哲等［10］根據多樣性指數將污染評價范圍分為的5類進行分析，目前該傾倒區海域小部分為輕度污染，總體上仍屬于清潔海域。

2.3 疏浚物傾倒對調查海域底棲生物的影響

根據此次調查結果，結合該傾倒區海域最早一次（2004年）跟蹤監測結果［12］，從調查發現底棲生物的種類，密度，生物量進行對比，結果見圖2。從圖2中可知，2009年底棲生物調查結果與2004年調查結果比較，發現該傾倒區調查海域的底棲生物總種數和生物個體密度有較明顯的降低，2009年底棲生物調查發現生物總種數是2004年的48.3%，個體密度為2004年的38.6%，分析原因可能是長期的疏浚物傾倒造成了該結果，疏浚物的傾倒對嵐山港臨時海洋傾倒區海域的底棲生物種類和生物密度造成了一定的影響；2009年底棲生物調查結果與2004年調查結果比較，2009年底棲生物的生物量卻有所增加，分析原因可能是2009年調查結果中有8個質量較高的豆形短眼蟹（Xenophthalmus pinnotheroides），造成了生物量的分析結果增加。劉旭等［7］利用煙臺海洋傾倒區2008年的監測結果和相關歷史資料，分別對傾倒區的生物群落結構現狀及動態變化過程進行研究，發現煙臺海洋傾倒區與傾倒初期相比，底棲生物的種類數量和密度較傾倒初期也有明顯的下降，與1991年相比，2008年底棲生物種類數量減少了72%，個體密度僅為1991年的4.87%。鄭琳等［8］根據1985—2003年對青島海洋傾倒區及附近海域的調查資料，對傾倒引起的生物種群的變化進行了研究，結果表明，海洋傾倒導致該傾倒區海域底棲生物種群結構發生了較大變化，底棲生物的生物量下降了5倍，總種數下降了近一半。他們的研究結果總體趨勢和我們的調查結果一致，都說明疏浚物長期的傾倒對傾倒區海域底棲生物能夠造成較為嚴重的損害。

圖2 嵐山傾倒區2004年和2009年度底棲生物參數比較

3 結論

（1）疏浚物的長期傾倒造成了嵐山港臨時海洋傾倒區海域底棲生物總種數和生物個體密度的降低。但從底棲動物多樣性指數來看，嵐山港臨時海洋傾倒區海域總體上仍然屬于清潔海域。

（2）建議相關傾倒單位在底棲生物繁殖季節減少或停止傾倒活動，以減少對生態資源的破壞，最大限度地保護生物資源。

（3）定期對生物資源進行監測評估，以適時地調整疏浚活動，達到既不影響施工進度，又能保護環境生態資源的目的，使經濟和環境協調發展。

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［12］國家海洋局青島海洋環境監測中心站.嵐山港三類疏浚物海洋臨時傾倒區跟蹤監測報告（2009年度）［R］.青島：國家海洋局青島海洋環境監測中心站，2010.

國家海洋局青年海洋科學基金項目（2010503）；國家海洋局海洋生態環境科學與工程重點實驗室開放基金項目（MESE－2008－07）；國家海洋局北海分局海洋科技立項項目（2010A01）；中國科學院海洋生態與環境科學重點實驗室基金項目（KLMEES201003）.