舟山海域和杭州灣北岸水體及生物體內的重金屬污染分析與評價

李娟英，崔昱，肖利，吳惠仙，薛俊增

（上海海洋大學 水產與生命學院，上海 201306）

近海沿岸和河口是人類理想的居住地，同時也是受納人類活動污染物最多的區域。舟山群島位于我國東南沿海，長江口南側，杭州灣外緣的東海洋面上，是國內南北航線和江海聯運的樞紐地帶，海上交通運輸業極為發達，擁有世界大港之一的洋山港。作為海運和水運的交接點，船舶的掛靠以及貨物集疏運輸工具的使用會對港口環境產生大量的污染物，如重金屬、油類等，造成港口及其鄰近海域污染（薛俊增等，2011）。杭州灣緊鄰舟山海域，洋山港的船舶貨運、經濟效應、污染物遷移等眾多因素都將對周邊海域產生影響；反之，周邊海域的狀況也會影響洋山港的建設和運作，而洋山港建設和開港后對舟山及其鄰近海域海水污染的研究比較缺乏，因此本文著重對上述海域海水及海洋生物（藤壺和僧帽牡蠣） 體內重金屬污染狀況開展了調查和評價。

藤壺廣泛分布于巖相潮間帶，營固著生活，是研究海洋環境重金屬在生物體內積累的良好材料。日本笠藤壺（Tetraclita japonica） 是舟山群島潮間帶的廣布種，個體容易采集。白脊管藤壺（Fistulobalanus albicostatus） 大量分布在潮間帶沿岸，對重金屬污染有較高的敏感性（張語克等，2007）。僧帽牡蠣（Ostrea cucullata） 是我國潮間帶常見的一種牡蠣，舟山各島嶼沿岸均有發現，以殼固著在巖礁石上生活，以中潮帶最多，對一些重金屬有較強的富集作用（柯才煥等，2002；李磊等，2010）。本文選取藤壺和牡蠣作為生物代表，就舟山海域和杭州灣北岸的海水和生物體內的重金屬進行了分析與評價，以期為該海域環境質量的管理和評價提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 采樣點布設

2011年8月大潮期間在舟山海域和杭州灣北岸的采樣點如圖1 所示，各采樣點均采集一次樣品。

1.2 采樣方法

據《海洋調查規范》 （GB/T 12763-2007） 采樣要求，在舟山海域進行海水、生物樣品（日本笠藤壺和白脊管藤壺） 的采集；在杭州灣北岸進行海水、生物樣品（僧帽牡蠣） 的采集；并帶回實驗室進行后續分析測定。

圖1 舟山海域和杭州灣采樣點分布圖

生物樣品采集方法：用潔凈不銹鋼鏟子和鐵錘（外層均用塑料膠帶包裹），在每個樣點低潮帶以上的天然礁石上分別鏟下15 個大小一致的藤壺或牡蠣個體，裝入經過稀硝酸溶液浸泡過并用去離子水沖洗過的聚乙烯塑封袋，并迅速轉移到便攜冰盒低溫（4 ℃） 保存。在實驗室中用潔凈聚乙烯刀將藤壺或牡蠣肉質部分取出，并隨機將每個樣點的藤壺或牡蠣肉質部分分成3 組，每組5 只。將每組樣品進行稱重，記下重量數據，然后冷凍干燥至恒重（兩次稱量重量相差不超過總重量的0.5%），記下最后重量數據。用瑪瑙研缽將冷凍干燥后的藤壺或牡蠣樣品研磨粉碎，過80 目篩，粉末用潔凈標本瓶裝好，放入-20 ℃冰箱冷凍保存備用。

1.3 重金屬測定指標及分析監測方法

1.3.1 樣品前處理 海水及生物樣品的前處理方法詳見參考文獻（肖利，2011）。

1.3.2 分析測定方法 As，Hg 測定采用AFS-9130順序注射雙道原子熒光光度計，Cu、Pb、Cd 測定采用TAS990 原子吸收分光光度計，Cr 測定采用GBC932plus 原子吸收光譜儀。生物樣重金屬測量結果準確度分別采用貽貝成分分析標準樣品（GBW 08571） 評估，回收率在80%～110%之間，精密度控制在10%以內。

2 結果與討論

2.1 表層海水中重金屬含量分析

監測海域表層海水中重金屬含量如表1 所示。將數據按照I 類海水質量標準進行單因子評價的結果如圖2 所示。用綜合污染指數法（WQI） 對所有樣點進行分析如表2 所示，然后用SPSS15.0 根據WQI 得出的結論進行聚類分析結果如圖3 所示。

表1 監測海域表層海水重金屬含量（單位：μg·L-1）

圖2 監測海域表層海水重金屬單因子評價

表2 監測海域表層海水重金屬綜合污染指數評價

圖3 監測海域表層海水重金屬綜合污染指數評價聚類分析

由圖3 可知，舟山海域和杭州灣北岸表層海水綜合污染程度可以分為三大類，第一類樣點是小洋、大洋、朱家尖、岱山、蘆潮港和南匯嘴，綜合污染程度相對嚴重；第二類樣點是衢山、金山和乍浦，綜合污染程度中等；第三類樣點是嵊泗、枸杞和海鹽，綜合污染程度相對較輕。

用SPSS 15.0 對兩個海域分別進行重金屬指標的聚類分析，結果為舟山海域Hg 為一類，污染相對較重，Cu、Cd、Pb、Cr 和As 為另一類，污染相對較輕；杭州灣北岸Hg 和Pb 為一類，污染相對較重，Cu、Cd、Cr 和As 為另一類，污染相對較輕。結果表明，兩個海域重金屬污染情況略有差異，這與海域不同的地理位置及使用功能密切相關。舟山海域主要的污染物為Hg，其中洋山港所在的小洋樣點表層海水中Hg 的含量高于其他樣點。佟俊旺等（2011） 的研究表明多數碼頭表層海水和深層海水會不同程度地受到Hg 污染，王衛平等（2010） 的研究認為石油中Hg 的質量分數最高可達數千μg/kg。所以小洋樣點表層海水的Hg污染可能是由于大型船舶的中轉和停靠過程中導致的海洋溢油而造成的。而曹宏梅等（2009） 研究2002年舟山海域水質的報道中指出，舟山海域水質情況控制良好，未因船舶數量增長等因素惡化，說明近幾年隨著航運業的快速發展，對該海域中重金屬污染的影響已經逐步顯現。

杭州灣北岸的主要污染物為Hg 和Pb，其中金山、蘆潮港和南匯嘴等樣點表層海水中Pb 和Hg的含量相對較高，可能與金山石化、奉新等工業區的廢水排放有關。在金衛紅等（2003） 對杭州灣的研究中也得出相同重金屬污染特征的結論，研究指出化工廢水經常規生活污水廠處理后直接排入河海是造成鉛汞堆積的直接原因。

2.2 生物體內重金屬含量分析

2.2.1 舟山海域兩種藤壺體內重金屬含量與評價舟山海域日本笠藤壺和白脊管藤壺體內重金屬含量如表3 所示。

由表可知，舟山海域兩種藤壺體內各重金屬含量的順序均為：Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞As＞Hg，其中Cu的含量平均值分別達到13.11 和18.33，遠大于位列次席的Pb，這是因為Cu 為生理必需元素，未經重金屬污染的生物體已含有Cu，所以生物體內的Cu 并不完全是生物對環境的富集所造成的，而其他元素為生理非必需元素，生物本底值小，體內的高含量是由于生物對環境的富集作用造成的（莊樹宏等，1998）。對兩種藤壺體內重金屬水平的差異性檢驗的結果表明，除了As 之外，其他5種重金屬在兩種藤壺體內含量均無顯著差異（P＞0.05）。

表3 舟山海域藤壺體內重金屬含量（單位：mg·kg-1）

根據表內數據，按照海洋生物質量標準中的三級標準為參照進行單因子評價，評價結果如圖4所示。由圖可知，6 種重金屬在兩種藤壺體內以Hg 的污染最為嚴重，小洋、朱家尖、衢山和岱山采樣點處于劣Ⅲ類水平，其次是Pb，處于Ⅱ類到Ⅲ類之間，Cu、Cr 和Cd 處于Ⅰ類到Ⅱ類之間，As的污染程度最輕，處于Ⅰ類水平。與他人報道的舟山海域貝類體內Hg 含量最高的紫貽貝為0.032 mg/kg（徐韌等，2007），與貝類體內Hg 含量范圍僅為0.001～0.002 mg/kg（曹宏梅等，2009）相比，本文中Hg 在兩種藤壺體內的含量和污染程度極高，相比于貝類則高出幾十甚至幾百倍，說明在舟山海域，這兩種藤壺比貝類遭受更嚴重的Hg污染，這也更能整體地反映出舟山海域表層海水中的Hg 污染情況。

圖4 舟山海域藤壺體內重金屬單因子評價

用SPSS 15.0 對兩種藤壺體內重金屬含量進行聚類分析結果如圖5 所示。由圖可知，舟山海域兩種藤壺體內重金屬的污染程度可以分為三大類，第一類樣點是小洋和岱山，重金屬污染相對嚴重；第二類樣點是大洋，重金屬污染中等，第三類樣點是嵊泗、枸杞、朱家尖和衢山，重金屬污染相對較輕。兩種藤壺體內主要污染物為Hg，與舟山海域表層海水的主要污染物一致。小洋和岱山樣點表層海水Hg 含量高于其他樣點，并使對應樣點藤壺體內Hg 污染最嚴重。Laura 等（2005） 的研究結果表明生物體內重金屬污染程度與海水中重金屬的濃度，尤其是采樣點海水中重金屬的生物可利用性密切相關，不同的水文條件導致的海水pH、有機物含量、鹽度、氧化還原電位以及沉積物粒度等相關因素也存在較大差別，從而影響生

圖4 舟山海域藤壺體內重金屬單因子評價物對水中重金屬的富集量。因此進一步研究不同海域中重金屬的存在形態及生物可利用性對更深刻地理解重金屬在生物體內的含量和富集具有重要作用。

圖5 兩種藤壺體內重金屬含量聚類分析

2.2.2 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬含量與評價

杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬含量如表4所示。由表可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬含量的順序為：Cu＞Cd＞Pb＞As＞Cr＞Hg，僧帽牡蠣體內Cu 含量最高，Hg 含量最低，同樣符合生理必需元素含量高于非必需元素的規律。比較大洋小洋兩個樣點的僧帽牡蠣和兩種藤壺體內重金屬的含量可知，兩種生物體內重金屬污染特征存在較大差異，這是因為生物體內重金屬的富集與生物種類密切相關。Rosa 等（2012） 的研究結果表明，重金屬在生物體內的富集程度與物種種類密切相關，且主要是與重金屬進入生物體內的分配機制有關，而這種胞內分配機制不僅指示著生物體在重金屬脅迫下的應答機制，同時也決定著重金屬進入生物體內的生物毒性。

將表內數據按照海洋生物質量標準中的三級標準為參照進行單因子評價的結果如圖6 所示。

圖6 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬單因子評價

由圖可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內的6 種重金屬以Cu 的污染最為嚴重，杭州灣北岸所有采樣點均處于劣Ⅲ類水平，Cd、Pb、As 和Hg 處于Ⅰ類到Ⅱ類之間，Cr 的污染程度最輕，處于Ⅰ類水平。值得注意的是，雖然Cu 是生理必需重金屬，但如過量仍會對生物產生較大的毒性。而僧帽牡蠣所在的杭州灣北岸海水中Cu 污染并不嚴重，均沒有超過I 類海水質量標準，說明僧帽牡蠣體內過高的Cu 含量應該是從環境中富集而來。這與陳海剛等(2008) 的研究的結論雙殼類軟體動物（如牡蠣） 對Cu、Zn、Cd 等有較高的富集能力相吻合。

用SPSS 15.0 對僧帽牡蠣內重金屬含量進行聚類分析結果如圖6 所示。由圖可知，杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬的污染程度可以分為三大類，第一類樣點是海鹽，重金屬污染相對嚴重；第二類樣點是南匯嘴，重金屬污染中等，第三類樣點是蘆潮港、小洋、大洋、金山和乍浦，重金屬污染相對較輕。這與之前杭州灣北岸表層海水的重金屬污染評價有較大出入，主要是因為該海域表層海水的主要污染物為Hg 和Pb，而對應的僧帽牡蠣體內主要污染物為Cu，它們都在各自的評價體系中起主導作用，但表層海水與生物體內的Cu 與Pb，Hg 都沒有顯著的相關性（用SPSS 15.0 進行相關性檢驗），所以導致了表層海水與生物體內重金屬污染評價結論不一致。

表4 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬含量（單位：mg·kg-1）

圖7 僧帽牡蠣內重金屬含量聚類分析

對杭州灣北岸表層海水主要污染物之一的Hg與該海域僧帽牡蠣體內的Hg 含量進行相關性分析，結果表明，兩者相關性極顯著（P＜0.01）。黃玉瑤等的研究表明，由于J 河河蜆體內Hg 含量與底泥Hg 含量之間存在極顯著相關性，所以河蜆可作為該河口重金屬污染的指示生物（黃玉瑤 等，1979）。所以在本研究中，由兩者極顯著的相關性就可以認為僧帽牡蠣可以作為杭州灣北岸表層海水Hg 污染的指示生物。

3 結語

（1） 舟山海域和杭州灣北岸表層海水污染較嚴重的樣點為小洋、大洋、朱家尖、岱山、蘆潮港和南匯嘴。舟山海域表層海水中主要污染物為Hg，杭州灣北岸表層海水中主要污染物為Hg 和Pb。

（2） 舟山海域日本笠藤壺和白脊管藤壺體內Hg 超標情況最為嚴重，空間上以小洋和岱山的兩種藤壺體內重金屬污染最為嚴重，與該兩點表層海水中Hg 含量最高相對應。兩種藤壺在各樣點受到污染程度不同，這與不同區域海水中重金屬的生物可利用性密切相關。

（3） 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內重金屬含量以Cu 含量為最高，且嚴重超標?？臻g上以海鹽和南匯嘴的僧帽牡蠣體內重金屬污染最為嚴重。大洋和小洋樣點僧帽牡蠣與藤壺體內重金屬污染特征相比有較大差異，這與物種不同而導致重金屬進入生物體內的分配機制差異有關。

（4） 杭州灣北岸僧帽牡蠣體內Hg 含量與其對應海域表層海水Hg 含量呈極顯著相關性，說明僧帽牡蠣可作為該海域表層海水中Hg 污染的指示生物。

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