海南東寨港重金屬在多種環境介質中污染狀況及評價

曹玲瓏，王平，田海濤，謝健，何遠勝

（1.國家海洋局南海海洋工程勘察與環境研究院，廣東 廣州 510300；2.中山大學 地球科學系，廣東 廣州 510275；3.國家海洋局海口海洋環境監測中心站，海南 ?？?570311）

金屬在通過吸附、沉降等物理和化學過程后，大部分將轉移為顆粒態并最終沉積于近岸海區（戴紀翠等，2009）。在水-沉積物轉化體系中，許多物理、化學過程和生物化學等過程都通過這個轉化體系進行，沉積物中特定化學成分的含量與其變化常被作為評價環境變化的重要因素（吳祥慶等，2010）。沉積物中重金屬常常又被底棲生物攝取，這些被攝取的重金屬能夠通過食物鏈進行傳遞，從而引起生態系統中生物體的不良反應，甚至危害人體的健康與生存（馬麗等，2003）。

紅樹林生態系統是地球上生產力最高、同時也是最瀕危的海洋自然生態系統之一。廣義的紅樹林生態系統不僅包括紅樹林、灘涂和基圍魚塘，還涵蓋了其近岸水體、沉積物和生物。紅樹林地處河口與海岸帶之間，屬于海洋、陸地之間的交接帶，常常成為重金屬的源和匯（姚藩照等，2010）。在重金屬研究中，紅樹林生態系統中重金屬分布及評價研究已有較多工作（Tang et al，2008； Zhang et al，2007；譚凌智等，2010；丘耀文 等，2011；陽杰等，2012），但大部分是針對某個影響因子（如土壤、沉積物） 分析，對生態系統中水、沉積物、生物等多種因子的重金屬綜合調查研究鮮有報道。

針對紅樹林生態系統這一生態環境科學所關注熱點，考慮海南東寨港是我國紅樹林生態系統重要的保護區，選擇典型重金屬元素（Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As） 為研究對象，對其重金屬污染特征與污染狀況進行綜合評價，從而為東寨港紅樹林生態系統及其沿岸海洋生態系統的保護與可持續利用提供一定的理論意義和實用價值。

1 區域概況及研究方法

1.1 研究區域

海南東寨港為國家級紅樹林濕地自然保護區，列入了國際重要濕地名錄。保護區位于海口市境內，屬于熱帶海洋性氣候，潮汐為不規則全日潮，平均潮差約1 m，年平均氣溫約23.8 ℃，海水表層年平均溫度約24.5 ℃，年平均降雨量為1 676 mm，紅樹林面積約1 700 hm2，主要植物種類有木欖（Bruguiera gymnorrhiza）、白骨壤（Avicennia marina）、秋茄（Kandelia candel）、桐花樹（Aegiceras corniculatum）。東寨港沿岸有多個自然村，港內保護區外有大面積的海水養殖區。

1.2 樣品采集和研究方法

1.2.1 調查站位和時間

于2010年7月對東寨港海水（小潮期）、沉積物和海洋生物重金屬的環境質量進行了調查，共設5 個站位，同時結合前人（丘耀文，2011） 對東寨港濕地沉積物調查資料，具體采用站位見圖1。

圖1 調查區取樣站位圖

1.2.2 樣品采集和檢測

用潔凈聚乙烯瓶采集表層海水，現場用0.45 um Nuclepore 膜過濾后儲存于瓶中帶回實驗室分析；沉積物樣品用采泥器采集后裝入樣品袋帶回實驗室經風干、均一、研磨后進行分析；生物樣品采集后經海水清洗后用聚乙烯袋裝好冷凍保存，帶回實驗室待測。用石墨爐原子吸收分光光度法測定海水Zn、Cd、Cu、Pb，用砷化氫分光光度法測定As、用冷原子吸收分光光度法測定Hg。沉積物和生物體樣品Cu、Zn、Cd、Pb 的測定采用火焰原子吸收分光光度法，用采用砷化氫分光光度法測定As，用冷原子吸收分光光度法測定Hg。各種樣品的采集、分析及測定方法均嚴格參照《海洋監測規范》（GB 17378-1998） 進行。

2 結果與分析

2.1 海水重金屬濃度分布和環境質量評價

海水重金屬監測結果見表1、表2，表層海水一些重金屬濃度呈現出一定的規律分布，如Hg、Zn、Pb 的分布趨勢表現為從灣南部到灣口逐漸減少的趨勢，結合本區潮流調查數據，表明該區重金屬的分布可能與水動力條件和陸源污染物排放的影響有關，這與其它港灣內重金屬分布研究規律相一致（Patharbison，1986；曲洪霞等，2009）。用海水水質標準（GB 3097-1997） 進行單因子評價法進行評價，結果顯示除Pb 超一類符合二類海水標準外，東寨港海水其它金屬都符合海水水質標準中的一類指標，遠低于漁業水質標準，適合漁業養殖生產和海洋功能區劃。

表1 海水中重金屬含量及評價標準

表2 海水中重金屬評價結果

2.2 表層沉積物重金屬含量和環境質量評價

2.2.1 重金屬含量

東寨港表層沉積物樣品重金屬元素平均含量見表3，從表3 知，紅樹林潮灘沉積物中重金屬比東寨港水底沉積物中重金屬含量高（例如Cd、Cu等）。本文通過與海南島及周邊區典型紅樹林潮灘沉積物重金屬含量（Vane et al，2009） 相對比，指出東寨港處于中等偏高的水平。從表4 知，根據海洋沉積物質量一類標準用單因子評價法進行評價，東寨港海區表層沉積物各重金屬污染指數均小于1.0，其污染指數從高到低依次為Zn、Pb、As、Cu、Cd、Hg，均符合海沉積物一類標準，超標率為0%，這與目前本海區開發程度較低、人類活動影響較小的現狀相吻合。

表3 沉積物中重金屬的含量

表4 沉積物中重金屬評價結果

2.2.2 重金屬污染評價

（1） 評價方法

沉積物的重金屬污染評價采用地積累指數法。地積累指數（lgeo） 是德國科學家Muller（1969） 提出的一種研究水環境沉積物重金屬污染的定量指標。其不僅考慮到地球化學背景值及人類造成污染等因素，特別是關注到自然造巖成因可能引起的背景值變動因素。計算公式如下：

式中，BEn 是指重金屬地球化學背景值，mg/kg；常數1.5，是由于考慮到成巖作用可能會引起背景值的變動；Cn 是指元素n 在沉積物中的含量（指質量比，實測值），mg/kg。地積累指數共分為7級，即0～6 級，表示污染程度由無至極強。表5列出了采用全國第二次土壤普查海南生態地球化學調查之《海南島1∶25 萬多目標區域地球化學調查報告》為背景值，表6 列出了地積累指數（lgeo） 與污染程度的關系（賈振邦等，2000）。

表5 重金屬地球化學背景值

表6 地積累指數（lgeo） 與地積累污染級數

（2） 評價結果

本文選取Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 6 種重金屬元素來評價東寨港表層沉積物中重金屬污染程度，結果列于表7。結果表明，總體上5 個樣點的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg 的地積累指數（lgeo） 均較小，地積累污染級數大部分為0；As 的地積累指數（lgeo） 值在3～4 之間，污染程度為強；總體來看，東寨港紅樹林濕地中重金屬地積污染指數比東寨港水底沉積物重金屬地積污染指數略高，與上述單因子評價法結果相一致。由于東寨港附近有多個自然村，農業較發達，本地區重金屬污染源可能主要來自陸地，如生活廢水、農田排污等，同時位于潮間帶的紅樹林生態系統具有吸附、沉淀固定重金屬元素的特性，使暗灘的沉積物重金屬含量比水中高。As 地積污染指數高也可能與來往船只船體防護漆中重金屬的不斷釋放污染有關。通過對比研究及結合前人研究（丘耀文，2011；Patharbison，1986），表明港灣內潮灘上紅樹林區域可能為重金屬元素富集區。

表7 東寨港沉積物重金屬的地積累指數（lgeo） 和級別

2.3 生物體重金屬的調查結果與評價

對研究海區的典型魚類（4 種）、甲殼類（5種）、貝類（3 種） 生物樣品中的重金屬進行檢測，采用單因子法評價，貝類（雙殼類） 生物體內污染物質含量評價標準采用《海洋生物質量》 （GB 18421-2001） 規定的第一類標準值；其他軟體類、甲殼類和魚類生物體內污染物質（Hg、As、Pb、Cd） 含量評價標準因沒有國家標準，本文采用《農產品安全質量無公害水產品安全要求》 （GB 18406.4-2001） 中限量標準對生物體進行評價，結果見表8、表9。可以看出貝類的重金屬污染程度相對最高。有研究表明，牡蠣、貽貝等雙殼類動物產生金屬硫蛋白能牢固地與大量重金屬結合，因而可能導致這些動物體中重金屬含量值較高（曲洪霞等，2009）；從結果也可發現生物體中Cu、Zn 的含量比Hg、Pb、As 和Cd 的含量要高，可能是由于生命必需元素Cu、Zn 的背景含量常高于非生命必需元素Hg、Pb、As 和Cd 的背景含量（薛克等，1994），另一原因可能是貝類對生命必需元素常具有強烈的選擇性吸收作用，而對非生命必需元素一般沒有明顯的選擇性吸收作用（Usero et al，1997），這與東寨港海區未受到明顯的重金屬污染有關。按照《農產品安全質量無公害水產品安全要求》 限量標準（GB 18406.4-2001；GB 18421-2001） 對生物體進行比對，生物體均符合無公害水產品的要求。

表8 生物體中重金屬評價標準

表9 生物體中重金屬的評價結果

3 小結

（1） 東寨港海水中除Pb 的含量符合二類海水標準外，Cu、Zn、Hg、As、Cd 的含量均符合一類海水標準，且遠低于漁業水質標準，適合漁業養殖生產的需要。

（2） 東寨港表層沉積物重金屬Cu、Pb、As、Hg、Zn、Cd 的含量都符合海洋沉積物質量一類標準，表明東寨港的沉積物未受到明顯的重金屬污染；東寨港暗灘濕地沉積物中的重金屬含量比海南島及周邊區典型紅樹林濕地略偏高。

（3） 根據地積累指數（Igeo） 法所得到的評價結果，表明東寨港海區表層沉積物中重金屬除As 外污染程度基本上屬無污染。紅樹林及暗灘沉積物中重金屬比東寨港水底沉積物重金屬含量高，表明河口灣潮灘上的紅樹林區可能是重金屬元素的富集區。

（4） 根據海洋生物質量標準對魚類、甲殼類、貝類生物樣品進行評價，貝類的重金屬污染程度相對最高，均符合一類標準，符合無公害水產品的要求。

Muller G，1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River.Geojoumal，2：108-118.

Patharbison，1986. Mangrove mud-a sink and a source for trace metal.Marine Pollution Bulletin，17（6）：246-350.

Tang Yijie，Fang Zhanqiang，Yu Shixiao，2008.Heavy metals，polycyclic aromatic hydrocarbons and 0rganchlorine pesticides in the surface sediments of mangrove swamps from coastal sites along the Leizhou Peninsula，South China. Acta.Oceanologica Sinica，27（1）：42-53.

Usero J，Gonzalez-regalado E，Gracia I，1997.Trace metal in the bivalve molluscs Ruditapes decussatus and Ruditapes philinarum from the Atlantic coast of southern spain. Environ Intern，23（3）：291-298.

Vane C H，Harrison I，Kim A W，et al，2009.Organic and metal contamination in surface mangrove sediments of South China.Mar Pollut Bull，58：134-144.

Zhang Luoping，Xin Ye，Huan Feng，et al，2007. Heavy metal contamination in western Xiamen Bay sediments and its vicinity ，China.Marine Pollution Bulletin，54：974-982.

戴紀翠，倪晉仁，2009.紅樹林濕地環境污染地球化學的研究評述.海洋環境科學，28（6）：779-784.

賈振邦，周華，趙智杰，等，2000.應用地積累指數法評價太子河沉積物中重金屬污染.北京大學學報（自然科學版），36（4）：525-530.

馬麗，蔡立哲，袁東星，2003.紅樹林區底棲動物污染生態學研究進展.臺灣海峽，22（1）：113-119.

丘耀文，余克服，2011.海南紅樹林濕地沉積物中重金屬的累積.熱帶海洋學報，30（2）：102-108.

曲洪霞，董樹剛，湯志宏，等，2009.羅源灣多介質中重金屬的分布特征與評價.海洋環境科學，28（3）：293-308.

譚凌智，祁士華，傅楊榮，等，2010.海南八門灣高位池養殖區表層土壤重金屬污染調查與評價.環境化學，29（2）：335-336.

吳祥慶，黎小正，蘭柳春，等，2010.廣西防城珍珠港珍珠養殖區表層沉積物重金屬污染評價.海洋通報，29（5）：584-587.

薛克，韓家波，莊人沁，1994.遼寧沿海貝類體內重金屬含量分析.水產科學，13（2）：16-19.

陽杰，曹玲瓏，姜萬鈞，等，2012.洋浦港近岸海域沉積物中重金屬含量分布特征及污染評價.海洋湖沼通報，（4）：121-128.

姚藩照，張宇峰，胡忻，等，2010.廈門西海域沉積物中重金屬的賦存狀態及潛在遷移性.臺灣海峽，29（4）：532-538.