漢沽養殖區海水重金屬含量分布特征及潛在生態危險評價

韓現芹， 陳春秀， 賈 磊

(天津渤海水產研究所，天津 300457)

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漢沽養殖區海水重金屬含量分布特征及潛在生態危險評價

韓現芹， 陳春秀， 賈 磊*

(天津渤海水產研究所，天津 300457)

[目的]了解漢沽養殖區域海水水質狀況及潛在生態危險。[方法]分期采集養殖場海水樣品，分析海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7種有害重金屬含量，研究其時空變化特征，并采用綜合指數法評價其污染程度。[結果]Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb的含量范圍分別為4.75～28.07、2.75～7.82、11.71～17.22、69.99～225.98、4.56～11.88、0.04～0.33、0.08～0.38 μg/L。Cr、As、Cd、Pb的單項污染指數和綜合污染指數均小于1.00，這4種重金屬元素含量均符合國家一類海水水質標準；Ni超標1.22～1.56倍，符合二類海水水質標準；Cu超標2.34～3.44倍，符合三類海水水質標準；Zn超標3.50～11.30倍，符合四類海水水質標準。Cr、Zn、Ni、Cd均呈現出7月含量最高，12月最低的變化趨勢；Cu 和Pb在9月的含量遠高于其他月份；As在9月和12月含量均較高。[結論]漢沽養殖區海水重金屬含量的污染程度不具有生態風險性，養殖環境良好。

海水；重金屬；潛在生態危害

漁業用水中有毒有害元素直接影響水產品的質量，是環境檢測中的重要環節[1]。一般漁業用水中的有毒有害元素主要來自農獸藥殘留和生活垃圾等人為污染源，以及地質侵蝕、風化等天然源，加之有毒元素不易被代謝，可通過食物鏈被生物富集并有生物放大效應，富集倍數高達數十萬倍，不僅污染水環境，而且嚴重威脅人類健康[2]。根據國家漁業法及水污染防治法規定，定期對漁業用水有毒有害元素進行檢測，防止和控制漁業水域水質污染，可保證水產品質量。因此，水體微量元素檢測具有重要意義。

天津漢沽地區是我國北方重要的水產養殖區域，毗鄰的北疆電廠外排的冷卻水鹽度為25‰～33‰，符合國家水產養殖標準的水質要求，海水與地熱水結合大幅度降低了水產品的越冬養殖成本。然而，沿海工業密集，由陸源進入海洋，黃渤海其他部分區域表層沉積物均受到一定程度的重金屬污染[3-4]，且重金屬污染導致的輻射作用，使漢沽養殖區存在潛在生態風險，對養殖區域的可持續發展造成不利影響。秦延文等[5-6]對漢沽地區附近水域進行了水質監測研究，但對漢沽區養殖海水的水環境質量較少有全面的調查和綜合評價。因此，筆者根據天津漢沽區域的Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb 7種有害重金屬含量分布，采用綜合污染指數(WQI)法，對漢沽養殖場海水中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Pb等有害重金屬污染狀況和潛在生態危害進行評價，以期為綜合評價與管理該養殖區環境及促進其養殖業的可持續發展提供科學依據。

1　材料與方法

1.1樣品采集 根據天津漢沽區域規劃及水產養殖狀況,共設5個養殖區(圖1)，并于2014年7～12月間進行采樣，

注：S1、S2、S3、S4、S5分別為5個采樣點。Note: S1, S2, S3, S4, S5 were five sampling sites.圖1　調查站位Fig.1　Sampling stations

采樣頻率為每月1次。每次取3個平行樣品，水樣的采集、貯存、方法均按照GB 17378—2007《海洋監測規范》[7]。

1.2樣品處理樣品采自天津漢沽地區養殖場海水，海水樣經0.45 μm濾膜過濾后，取5 mL轉移至50 mL聚丙烯容量瓶中，加入0.5 mL硝酸進行酸化，用去離子水定容至刻度，待測。

1.3樣品測定樣品測定的主要儀器為PE ELAN DRC-e電感耦合等離子體質譜儀(美國鉑金埃爾默公司)，As用原子熒光光度計(AFS-9330，北京吉天)測定。

1.4評價方法

1.4.1評價標準。按國家海水水質標準[8]對海水的評定等級進行評價，評定標準見表1。

表1　國家海水水質標準中重金屬的標準值

1.4.2綜合污染評價法。國內學者對海域重金屬污染進行綜合評價[9-10]時，所采取的評價方法多種多樣，標準也不統一，其中指數法的應用比較廣泛，也比較成功。但是由于海域差異等各種因素的影響，指數法缺乏統一的評價標準。因此，筆者采用指數法進行海域重金屬污染評價時，參照了國家海水水質標準中重金屬污染標準。綜合指數計算方法如下[11-12]:

式中,Ai、Ci、Csi分別為某金屬i單項指數、實測數據和評價標準(因為研究區域養殖業密集，因此采用國家一類海水水質標準作為評價指標)；n為參與評價的金屬元素項數；WQI為水質綜合污染指數，當WQI≤1時，表明該海域該重金屬污染可以忽略；13時，表明該海域該重金屬為嚴重污染。

2　結果與分析

2.1海水重金屬含量及其時空分布由表2可知，漢沽養殖區海水重金屬含量從大到小依次為Zn、Cr、Cu、Ni、As、Pb、Cd。2014年下半年5個站點中，Cr、As、Pb、Cd的最高點平均值分別為28.07、11.88、0.37、0.33μg/L，遠低于國家第一類海水標準，均符合第一類海水水質標準；而Zn、Cu、Ni均有不同程度的超標現象。Zn含量偏高,為69.99～225.98μg/L，符合第四類海水水質標準；Cu含量為11.71～17.22μg/L，符合第三類海水水質標準；Ni含量為2.75～7.82μg/L，符合第二類海水水質標準；2014年下半年漢沽養殖海水重金屬污染主要是Zn、Cu、Ni，其他4種重金屬均無污染。Cr、Zn、Ni、Cd表現出相同的變化趨勢，都是7月含量較高，12月份最低；Cu和Pb在9月份的含量遠高于其他月份；但As在9月和12月含量較高。

表2　漢沽養殖區海水重金屬的含量

2.2海水重金屬污染評價由于漢沽海區兼顧海洋漁業和濱海旅游等多類型環境功能，海水水質評價標準按一類海水水質標準執行(表1)，為了分析重金屬污染的狀況和趨勢，利用單因子污染指數和綜合污染指數法對漢沽養殖區海水重金屬污染進行計算。由表3可知，Cr、As、Cd、Pb的單項污染指數均小于1.00，表明海水中這4種重金屬元素的含量均符合國家一類海水水質標準的要求。而Zn、Cu、Ni均超出一類水質標準，Zn超標3.50～11.30倍，符合四類海水水質標準；Cu超標2.34～3.44倍，符合三類海水水質標準；Ni超標1.22～1.56倍，符合二類海水水質標準。

7～12月海水重金屬綜合污染指數的變化范圍為1.03～2.53，平均值為1.78，最大值出現在7月，最小值出現在12月。

表37～12月漢沽養殖區海水單因子污染指數及綜合污染指數變化情況

Table 3Single factor pollutant index (Ai) and comprehensive pollutant index (WQI) of heavy metals in seawater from Hangu Aquiculture Area

采樣時間Samplingtime單因子污染指數Singlefactorpollutantindex(Ai)CrNiCuZnAsCdPb綜合污染指數Comprehensivepollutantindex(WQI)7月July0.561.563.3911.300.230.330.362.538月August0.531.383.148.140.230.160.161.969月September0.461.453.446.810.500.170.371.8910月October0.411.413.216.580.420.160.271.7811月November0.371.222.875.430.400.080.191.5112月December0.100.552.343.500.590.040.081.03平均Average0.40±0.171.26±0.373.07±0.416.96±2.630.40±0.150.16±0.100.24±0.111.78±0.46

3　結論與討論

(1)研究區域水質Zn、Cu、Ni污染較為嚴重，超過一類水質標準，特別是多數月份的Zn濃度符合四類水質標準，除此之外，Cu符合三類水質標準，Ni符合二類水質標準，而其他4種重金屬指標都符合一類水質標準。總體來說，除Zn和Cu外，漢沽水產養殖區域海水中的Cr、As、Cd、Pb等重金屬總體含量水平均較低，遠低于國家一類海域標準重金屬含量水平，屬于優良的養殖海域。需要注意的是，漢沽養殖區海水Ni存在輕度污染，為保護這一良好養殖海域，需要加強監督監控工作。綜合評價，該養殖區海水中重金屬的污染程度不具有生態風險性，整個養殖區養殖環境良好。

(2)Cu和Zn既是生物體必需的微量元素，又是水環境中常見的重金屬污染物，過量的Cu和Zn會對生物體產生毒性效應。不同重金屬元素含量受環境要素的影響程度不同，Zn、Cu、Ni含量以受海水COD、pH的影響為主，Pb含量主要受海水pH的影響[13]，海水中重金屬與環境要素測值間的相關程度不僅取決于它們在水體中的遷移形態和化學性質，還會受到環境理化要素的變化制約，表明重金屬元素對環境要素的作用具有不同的選擇性[14]。海水是人為影響施加在海洋環境中的第一層受體，進入海水中的重金屬可通過食物鏈在人體內蓄積，因而，在食品安全和環境可持續發展倍受關注的背景下[15]，海水重金屬的轉歸和遷移等有待進一步研究。

[1] 漁業水質標準修訂組.漁業水質標準:GB11607—1989[S].北京:中國標準出版社，1989.

[2] 徐先順，張新榮，彭玉秀.電感耦合等離子體質譜在水質分析中的應用[J].中國衛生檢驗雜志，2006, 16(6):763-766.

[3] 梁源，劉健，孔祥淮，等.重金屬在山東半島東北部濱淺海區表層沉積物中的分布和污染評價[J].海洋地質動態，2008，24(3): 27-32.

[4] 張玉鳳，王立軍，霍傳林，等.錦州灣表層沉積物重金屬污染狀況評價[J].海洋環境科學，2008，27(2): 178-181.

[5] 秦延文，蘇一兵，鄭丙輝，等.渤海灣表層沉積物重金屬與污染評價[J].海洋科學，2007，31(12): 28-33.

[6] 劉義峰，吳桑云，孫書賢，等.膠州灣、萊州灣潮間帶沉積物污染比較[J].海岸工程，2009， 28(2): 61-68.

[7] 國家海洋環境監測中心.海洋監測規范:GB17378—2007[S].北京: 中國標準出版社，2008.

[8] 國家海洋局第三研究所.海水水質標準:GB3097—1997[S].北京:中國環境科學出版社，1998: 1-7.

[9] 劉建波,劉潔,陳春華,等.海口灣東部表層沉積物重金屬污染特征及生態風險評價[J].安徽農業科學,2012(17):9416-9418,9472.

[10] 何祥英.近5a北部灣防城港近岸海水重金屬的含量分布特征及影響因素[J].安徽農業科學,2014(23):7956-7959,7978.

[11] 林洪瑛，韓舞鷹.珠江口伶仃洋枯水期十年前后的水質狀況與評價[J].海洋環境科學，2001，20(2): 28-31.

[12] 蔡文貴，林欽，賈曉平，等.考洲洋重金屬污染水平與潛在生態危害綜合評價[J].生態學雜志，2005，24(3): 343-347.

[13] 李壯偉，羅榮真，陳鴻生，等.廣東紅海灣表層海水重金屬含量的時空變化特征與污染水平評價[J].臺灣海峽，2012， 31(1): 20-26.

[14] 柯東勝.廣東近海水域重金屬含量及其分布規律的研究[J].環境科學學報，1991,11(1):9-16.

[15] WU J Y.Assessing surface water quality of the Yangtze Estuary with genotoxicitydata[J].Marine pollution bulletin，2005，50: 1661-1667.

The Distribution and Potential Ecological Risk of Heavy Metals in Seawater from Hangu Aquiculture Area

HAN Xian-Qin, CHEN Chun-xiu, JIA Lei*

(Bohai Sea Fisheries Research Institute of Tianjin, Tianjin 300457)

[Objective] To grasp the seawater quality and the potential ecological risk in Hangu Aquiculture Area.[Method] Seawater samples were collected from aquiculture farm at different times.The contents and distribution of heavy metals (Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd and Pb) in seawater were studied.The pollution level was evaluated with water quality index (WQI) model.[Result] Contents of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Cd and Pb in seawater ranged within 4.75-28.07, 2.75-7.82, 11.71-17.22, 69.99-225.98, 4.56-11.88, 0.04-0.33 and 0.08-0.38 μg/L, respectively.The single pollution index of the four heavy metals (Cr, As, Cd and Pb) and the comprehensive pollution indexes (WQI) at all stations were less than 1.Its concentrations were all less than the value of the first-grade seawater standard.Ni was 1.22-1.56 times of the seawater standards, which accorded with the second-grade seawater standard.Cu was 2.34-3.44 times of the seawater standards, which accorded with the third-grade seawater standard.Zn was 3.50-11.30 times, which accorded with the fourth-grade seawater standard.Cr, Zn, Ni and Cd showed the highest contents in July and the lowest in December.Cu and Pb concentrations were higher in autumn than other months.As content was higher in September and December.[Conclusion] Pollution degree of seawater heavy metal in Hangu Aquiculture Area has no ecological risk, and the breeding environment is relatively good.

Seawater; Heavy metal; Potential ecological risk

天津市水產局青年科技項目(J2014-10);農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室開放基金項目(LSF2014-07);國家鲆鰈類產業技術體系(天津綜合試驗站CARS-50-z01);天津市科技計劃項目(15zxbfnc00100)。

韓現芹(1981- )，女，河北保定人，工程師，碩士，從事水產營養與飼料研究。*通訊作者，碩士,高級工程師,從事苗種培育及生態養殖研究。

2016-06-22

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0517-6611(2016)20-066-03