黃河口牡蠣產(chǎn)卵場及鄰近海域沉積物中重金屬分布及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價

李壯，王志忠，張金路，鞏俊霞，田功太，陳秀麗，杜興華，許國晶

（山東省淡水漁業(yè)研究院，山東省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250013）

黃河口牡蠣產(chǎn)卵場位于黃河口南側(cè)的小島河入海口水域，活牡蠣在此大量聚集、繁殖、生長形成大面積的天然牡蠣礁[1]。牡蠣產(chǎn)卵場在凈化水質(zhì)，提供海洋生物棲息生境，保護(hù)生物多樣性等方面具有重要生態(tài)功能；捕撈牡蠣也是當(dāng)?shù)鼐用裰匾杖雭碓粗唬哂兄匾慕?jīng)濟(jì)價值。沉積物環(huán)境中的重金屬是一種持久性污染物[2]，殘留時間長，毒性大，隱蔽性強(qiáng)，不易降解，可通過食物鏈傳遞、富集[3-6]，嚴(yán)重威脅生態(tài)系統(tǒng)安全和人體健康[7]。目前，對黃河口牡蠣產(chǎn)卵場海域沉積物重金屬污染狀況尚未見報(bào)道。本文通過調(diào)查及分析黃河口牡蠣產(chǎn)卵場海域沉積物重金屬分布，評價其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以期為了解該海域生態(tài)環(huán)境狀況，保護(hù)和修復(fù)牡蠣產(chǎn)卵場提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2015 年8 月，在黃河口牡蠣產(chǎn)卵場及鄰近海域6 個采樣點(diǎn)采集沉積物樣品，測定重金屬含量。用QNC6-1 型抓泥斗采集表層（0～5cm）沉積物樣品，裝入聚乙烯自封袋，密封后冷凍保存。每個采樣點(diǎn)設(shè)2 個平行。調(diào)查采樣站位分布見圖1。

圖1 黃河口牡蠣產(chǎn)卵場及鄰近海域調(diào)查站位Fig.1 The survey sites in Yellow River estuary and adjacent waters

1.2 樣品處理和分析

樣品采集和重金屬含量測定參照《海洋監(jiān)測規(guī)范第5 部分：沉積物分析》（GB 17378.5-2007）：將采集的沉積物置于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，剔除雜質(zhì)后用瑪瑙研缽研磨，然后過100 目尼龍篩，裝入聚乙烯塑料袋內(nèi)備用。用HNO3-HCLO4-HF 混合消解法處理樣品，并定容。Hg、As 含量采用原子熒光法測定；Zn含量采用火焰原子吸收分光光度法測定；Pb、Cd、Cu和Cr 含量采用無火焰原子吸收分光光度法測定[8]。

1.3 評價方法

用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評價法[9]評價沉積物污染程度及其水域潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。該指數(shù)值可反映重金屬污染物的種類數(shù)、含量、毒性水平以及水體對重金屬污染物的敏感性。

（1）單個重金屬污染系數(shù)

式中，Cr為第i 種實(shí)測重金屬含量；為第i 種重金屬的背景值。Cu、Zn、Cd 和Pb 的背景值分別采用26.26mg/kg、75mg/kg、0.136mg/kg 和17.31mg/kg[10]；Cr、As 和Hg 的背景值分別為90mg/kg、15mg/kg 和0.25mg/kg[9]。用來表征沉積物中第i 種金屬污染物的污染程度，為低污染；，為中污染；3≤，為較高污染；，為很高污染。

（2）重金屬污染綜合指數(shù)

Cd為綜合污染程度，Cd＜5 為低污染；5≤Cd＜10為中度污染；10≤Cd＜20 為較高污染；Cd≥20 為很高污染[11]。

（3）單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)

（4）綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）

按指數(shù)大小分為5 個等級：RI＜150 為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，；150≤RI＜300 為中度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；300≤RI＜600 為較強(qiáng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；RI≥600 為很強(qiáng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量的空間變異系數(shù)

變異系數(shù)CV=（標(biāo)準(zhǔn)偏差SD/平均值Mean）×100%，反映了重金屬的空間分布均勻度，變異系數(shù)越大，表明該重金屬受人為活動干擾越強(qiáng)烈[12]。由表1可知，該海域沉積物中不同重金屬污染物的變異系數(shù)存在差異（14%～100%），其中Hg 的空間變異系數(shù)最大（100%），Cd、Cu、Pb 和As 較大，均大于50%，Zn和Cr 的空間變異系數(shù)較小，小于20%。表明該海域沉積物中重金屬Hg、Cd、Cu、Pb 和As 含量的空間分布不均勻，離散性較大，受人為活動影響較大；而重金屬Zn 和Cr 含量的空間分布比較均勻，波動程度不大，空間離散性較小。

2.2 重金屬污染評價

由表1 可知，各站位Zn、Cd、Pb、Cu、Cr、As 和Hg 的含量均符合國家海洋沉積物Ⅰ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB18668—2002）。

由表2 可知，Cd、Pb 和As 的單因子平均污染系數(shù)較高，分別為1.49、1.11 和1.05，為中度污染；其他因子均小于1，從大到小依次為：Zn＞Cu＞Cr＞Hg，為低污染水平。Cd 的含量大于1 的站位有3 個，占50%，其中2 個站位為中污染、1 個站位為較高污染；各站位中Pb 的含量大于1 的站位亦是3 個，占50%，均為中污染；各站位中As 的含量大于1 的站位有4個，占66.67%，均為中污染；各站位中其他重金屬的含量均小于1。可見，Cd 在沉積物中的富集程度最大，Pb 和As 次之，因此，Cd、Pb 和As 是沉積物中主要的潛在重金屬污染因子。

污染綜合指數(shù)（Cd）大于5 的站位有3 個（占50%），為中度污染，其他3 個站位均小于5，為低污染。各站位污染綜合指數(shù)平均值為5.39，大于5 小于10，表明目前該海域沉積物中的重金屬污染主要為中度污染，污染程度不是過大，可維持持續(xù)發(fā)展的海洋生態(tài)環(huán)境。

2.3 重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價

由表3 得出，各種重金屬污染物的單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）平均值在0.57～44.72 之間，除Cd外均小于40，表明利用各種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)評價該海域沉積物中的重金屬污染程度，總體屬低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cd 屬中等潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。3#、4#和2#站位中Cd 的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，均大于40，分別為91.99、61.54 和50.07。3#站位綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）較高，屬較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，4#和2#站位均屬中度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；其他站位各種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)相對較低，均屬于低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，因此，Cd 為該海域的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。各種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)由大到小依次為：Cd＞As＞Hg＞Pb=Cu＞Zn＞Cr，與單因子污染系數(shù)的排序有較大差異。

表1 重金屬含量平均值及其變異系數(shù)（CV）Tab.1 Average contents of heavy metals and the variation coefficients（CV）

表2 重金屬污染單因子污染指數(shù)（）和綜合污染指數(shù)（Cd）Tab.2 Single factor pollution index（）and integrated pollution index（Cd）of heavy metal pollution

表2 重金屬污染單因子污染指數(shù)（）和綜合污染指數(shù)（Cd）Tab.2 Single factor pollution index（）and integrated pollution index（Cd）of heavy metal pollution

注：表中A、B、C 分別代表污染程度為低污染、中污染和較高污染

表3 各種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）Tab.3 Potential ecological risk coefficients（）and risk indices（RI）of heavy metals

表3 各種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)（）和風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）Tab.3 Potential ecological risk coefficients（）and risk indices（RI）of heavy metals

注：表中X、Y、Z 分別代表風(fēng)險(xiǎn)等級為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、中潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和較高潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

各調(diào)查站位的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)RI 為36.12～126.24，均值為71.51，均小于150，因此該海域各站位和總體潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)均為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

3 討論

本次調(diào)查研究表明，黃河口牡蠣產(chǎn)卵場海域沉積物中重金屬含量由高到低分別是鋅（Zn）（42.65±6.43）mg/kg、鉻（Cr）（41.00±5.76）mg/kg、鉛（Pb）（19.17±9.83）mg/kg、砷（As）（15.71±7.95）mg/kg、銅（Cu）（14.72±8.11）mg/kg、鎘（Cd）（0.20±0.13）mg/kg和汞（Hg）（0.04±0.04）mg/kg；從空間分布上看，Hg、Cd、Cu、Pb 和As 含量的空間分布不均勻，離散性較大；Zn 和Cr 含量的空間分布較為均勻，離散性較小。

各種重金屬的單因子污染系數(shù)從大到小依次為：Cd＞Pb＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Hg，其中Cd、Pb 和As 污染系數(shù)較高，為中污染，其他重金屬污染系數(shù)均較低，為低污染。在各站位重金屬含量均符合國家海洋沉積物Ⅰ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的海域中，通過單因子污染系數(shù)分析，則出現(xiàn)了Cd、Pb 和As 為中污染的結(jié)果，究其原因：一是單因子污染系數(shù)是重金屬實(shí)測值與背景值的比值，背景值為變量，隨空間、時間以及選擇的不同而產(chǎn)生變化，因此背景值的不同選擇對單因子污染系數(shù)具有顯著影響；二是各種重金屬的生態(tài)毒性系數(shù)不同，以及某些重金屬元素雖然污染程度較高，但其具有親顆粒性，容易被懸浮物遷移進(jìn)入沉積物中礦化埋藏，降低了生物毒性[13]，也就是重金屬不同結(jié)合形態(tài)決定了重金屬的生物有效性，使重金屬的生物毒性不同[14]。因此，在評價沉積物中重金屬時，只有把單因子指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法相結(jié)合，并加上相應(yīng)的生物或生態(tài)效應(yīng)指標(biāo)，才能較全面反映沉積物中重金屬的污染狀況[15]。從綜合污染指數(shù)來看，該海域總體重金屬污染水平為中污染。

總體來看，該海域重金屬污染水平為低潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)由高到低分別為Cd＞As＞Hg＞Pb=Cu＞Zn＞Cr，其中，Cd 的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高，有3 個站位超過40，是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)因子。

研究表明，高濃度重金屬沉積物直接危害底棲生物，并隨著食物鏈的傳遞和富集，嚴(yán)重威脅人體健康[16,17]。牡蠣對Cu、Zn、Cd 的富集能力比其他生物高[18,19]，但重金屬在生物體內(nèi)富集受生物因子（種類、大小）、非生物因子（溫度、鹽度）及金屬化學(xué)形態(tài)等多種因素影響[20,21]。該海域沉積物中重金屬含量均不超標(biāo)，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和對牡蠣的食品安全風(fēng)險(xiǎn)也較低。但是，應(yīng)引起足夠的重視，對牡蠣產(chǎn)卵場水域牡蠣體內(nèi)重金屬含量與評價，以及沉積物重金屬與牡蠣體內(nèi)重金屬含量的相關(guān)性等仍需進(jìn)一步研究。