海南島東寨港海域重金屬含量檢測及與海域pH和鹽度之間的關系

張鑫 郝宇

摘要 利用相關分析和通徑分析考察了海南島東寨港海水中重金屬含量與海域pH、鹽度之間的關系。相關分析表明，Ni、Zn、Hg含量與海域pH之間呈極顯著或顯著負相關;As含量與海域pH之間呈極顯著正相關;Ni、Zn、Cu與海域鹽度之間呈極顯著或顯著負相關;As與鹽度之間呈極顯著正相關。通徑分析表明：重金屬含量對海域pH的直接作用大小順序為As>Ni>Hg>Zn>Cu>Cd>Pb;重金屬含量對海域鹽度的直接作用大小順序為Ni>Pb>Cu>As>Zn>Hg>Cd。

關鍵詞 重金屬含量;pH;鹽度;相關分析;通徑分析

中圖分類號 X55文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）02-0052-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.016

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Detection and Relationship between Heavy Metal Content and pH，Salinity Respectively in the Sea Area of Dongzhai Harbor of Hainan Island

ZHANG Xin，HAO Yu （Hainan Geological Survey and Disign Institute，Haikou，Hainan 570206）

Abstract The relationship between heavy metal content and pH，salinity respectively in the sea area of Dongzhai Harbor of Hainan Island was studied by correlation analysis and path analysis.The result of correlation analysis showed that there was an extremely significant or significant negative correlation between content of Ni，Zn，Hg and pH of sea area respectively，as well as between content of Ni，Zn，Cu and salinity of sea area respectively，and there was an extremely significant positive correlation between content of As and pH，salinity respectively of sea area.The result of path analysis showed that，the order of direct effect of heavy metal on pH of sea area was As>Ni>Hg>Zn>Cu>Cd>Pb，and the order of direct effect of heavy metal on salinity of sea area was Ni>Pb>Cu>As>Zn>Hg>Cd.

Key words Heavy metal content;pH;Salinity;Correlation analysis;Path analysis

海南島東寨港紅樹林自然保護區處于海口市和文昌市交界處，屬近海及海岸濕地類型中的紅樹林沼澤濕地，其主要保護對象為紅樹林[1]。在保護區內生長著我國面積最大、種類齊全、保存最完整的成片紅樹林，且紅樹種類多達32種以上[2]。海南島東寨港紅樹林自然保護區是我國建立的第一個紅樹林保護區，也是我國7個被列入國際重要濕地名錄的保護區之一，研究該地區環境指標之間的關系對紅樹林和濕地保護都有著重要的意義[3-5]。研究表明，海水中的pH和鹽度是制約紅樹植物生長分布的一個重要因子，東寨港部分紅樹植物生長在pH適宜且鹽度高達8‰～20‰的海灘上[6-7]，其海水重金屬含量高低直接影響到海域中的pH和鹽度變化，進而間接影響紅樹植物的生長[8]。海水環境是海洋生態系統的重要組成部分，它不僅能反映污染海域生態系統的穩定性，而且還具有巨大的潛在環境修復功能[9-10]。張際標等[11]研究了不同初始pH下海水中重金屬含量變化及其影響，發現pH與水體重金屬含量之間關系密切，pH越低、重金屬含量越高。李娟英等[12]研究了pH對污水污泥中污染物浸出量的影響，結果表明：Zn、Cd、Pb和As在酸性和堿性條件下浸出量較高，Cu在堿性條件下的浸出量比酸性條件下高。黃智偉[13]研究了表層海水重金屬的變化特征及影響因素，發現重金屬Cr、Zn在混合過程中，固液分配系數會隨著鹽度的增加而減小。王艷等[14]研究了水環境中重金屬污染行為和相關效應，結果表明：近海海域重金屬由陸地向海洋方向，隨著海水鹽度的增高，重金屬含量降低。綜上研究，海水中重金屬含量是一個重要的環境參數且是影響環境指標的重要因素，海水中重金屬含量預示著該地區潛在的生態風險性[15]。通過檢測海南島東寨港海域pH、鹽度和重金屬含量，利用相關分析和通徑分析研究該地區重金屬含量與海域pH和鹽度之間的關系，明確重金屬含量對該海域pH和鹽度的影響規律，以期為該地區環境指標的修復和改善提供試驗依據。

1 材料與方法

1.1 海水樣品的采集與制備 海水采樣工作區的面積為40 km2，均勻采集30件海水樣品，采樣點的順序依次編號為HS01～HS30。海水采樣在自然水流狀態下進行，不擾動水流與底部沉積物，水樣采集量滿足分析方法所需水量及備用量，采集水樣要防止污染，水樣盛于帶有內蓋的聚乙烯塑料瓶中，并隔開放置。帶回實驗室進行保存，備用[16]。

儀器：電感耦合等離子質譜儀（ICP-MS）、原子吸收分光光度計、二乙基硫代氨基甲酸銀分光光度計、電導儀、pH計。

1.2 項目測定

1.2.1 海水中重金屬含量的測定。海水中重金屬含量的測定方法見文獻[16]。

1.2.2 海水中pH、鹽度的測定。海水中pH、鹽度的測定方法見文獻[16]。

1.3 數據處理 利用統計分析軟件SPSS17.0進行相關分析和通徑分析[17]。

2 結果與分析

2.1 pH、鹽度與重金屬含量指標之間的相關性分析

由表1可知，海水中pH為6.63～8.75，總體北部高于南部，其高值區主要分布在鋪前—演海一帶，此處為較大河流入海口，其分布可能與海水潮水位有關。海水中鹽度為458～49 400 mg/L，屬不均勻分布，高值點分布在靠近河流入海口。pH總體分布與鹽度大致相同并且地質背景為第四紀更新世八所組。在檢測的8種重金屬元素中，Cr在該調查區域內未被檢出;Pb、Cd、Hg、Cu、Ni、Zn分布大致相同，地質背景為第四紀更新世多文組，高值區主要分布在西部演豐鎮—三江鎮一帶;As含量分布較均勻，總體北面高于南面，高值區主要分布在演海—鋪前附近海灣，地質背景為第四紀更新世八所組。根據《海水水質標準》（GB 3097—1997）[18]，對重金屬元素指標各類標準值進行單因子環境質量評價發現，在重金屬元素中，As、Cd、Cr和Cu含量等級在該區域海水單因子環境質量評價中均屬于 Ⅰ 類水，單因子環境質量評價均為較好，對該區域海水水質影響不大。Zn含量等級，除HS10、HS15屬Ⅱ類水標準外，在其余28個采樣點均滿足Ⅲ類水（適用于一般工業用水區，濱海風景旅游區）標準，其元素含量的環境質量評價較差。Pb元素含量分布不均勻，在HS21采樣點環境質量評價最差，為Ⅳ類水標準，而在HS02、HS10等8處采樣點環境質量評價最好，均為 Ⅰ 類水標準。

2.2 重金屬含量指標與pH、鹽度的相關分析和通徑分析

由表2可知，pH、鹽度與重金屬含量之間存在著不同程度的相關性[19]。有的達到極顯著負相關，如pH與Ni、鹽度與Ni之間的相關系數分別為-0.831和-0.770，而pH與鹽度、pH與As及鹽度與As之間達到極顯著正相關，其之間的相關系數達0.697、0.803和0.534。另外，重金屬指標之間也存在不同程度的相關性，有的達到極顯著正相關，如Ni和Zn、Zn和Cu之間的相關系數分別為0.485和0.589，此外，Cu和Cd、As和Ni之間存在極顯著負相關，且相關系數分別為-0.473 和-0.716。

根據通徑理論，各種因素不僅自身對結果產生直接影響，而且還通過與其他因素之間的關系對結果產生間接影響，從而明確這種相關性的來源。各種因素對結果的總作用是直接與間接影響的綜合。相關性分析可以判斷一個因素對結果最終作用的大小，但是不能分析出這種作用的組成和來源，因此為了更準確分析重金屬含量對pH、鹽度的影響，可進行通徑分析，作出pH、鹽度與重金屬含量之間的回歸方程，則每個因素的標準化偏回歸方程即為這個因素對結果產生的直接影響，為直接通徑系數。而一個因素與另一個因素的相關系數乘以另一個因素的直接通徑系數，為這個因素通過另一個因素對結果產生的間接影響，即為間接的通徑系數[20]。根據通徑系數的計算方法，進行重金屬含量與pH、鹽度之間的通徑分析，結果如表3、4所示。

通過相關分析，可以將金屬含量與pH之間相關性分解為直接作用和間接作用。根據通徑分析（表3）可知，重金屬含量對pH的直接作用（直接通徑系數絕對值）大小順序為As>Ni>Hg>Zn>Cu>Cd>Pb。As對pH的直接作用為正向最大，同時還通過Pb、Cd、Ni、Zn及Hg的正向間接作用，使As與pH的相關性達到極顯著水平（P<0.01）。Ni對pH的直接作用為負向，并且通過Pb、Cd、Zn、As和Hg的負向間接作用，加強了Ni與pH之間的負相關性，并使之達到極顯著水平（P<0.01）。Zn和Hg雖然對pH的直接作用不大，但是通過Pb、Cd、Ni和As的負向間接作用，使得它們與pH之間的相關性達到顯著水平（P<0.05）。其他金屬含量的直接作用較小，并且間接作用互相抵消，因此與pH的相關性不顯著。

由表4可知，重金屬含量對鹽度的直接作用（直接通徑系數絕對值）大小順序為Ni>Pb>Cu>As>Zn>Hg>Cd。Ni對鹽度的負向直接作用很大，其他金屬含量的間接作用與之相比很小，因此Ni與鹽度呈極顯著負相關（P<0.01）。Zn、Cu和As對鹽度的直接作用不大，但是通過其他金屬的間接作用，使它們與鹽度的相關性都具有顯著性（P<0.05）。Pb、Cd和Hg的直接作用和間接作用都不大，使得它們與鹽度的相關性不具有顯著性。

3 結論

海水重金屬含量檢測表明，HS10、HS15屬Ⅱ類水標準外，其余28個采樣點均滿足Ⅲ類水標準。HS21采樣點環境質量評價最差，為Ⅳ類水標準，而在HS02、HS10等8處采樣點環境質量評價最好，均為Ⅰ類水標準。相關性表明：Ni、Zn、Hg與pH之間呈極顯著或顯著負相關;As與pH之間呈極顯著正相關;Ni、Zn、Cu與鹽度之間呈極顯著或顯著負相關;As與鹽度之間呈極顯著正相關。通徑分析表明：重金屬含量對pH的直接作用大小順序為As>Ni>Hg>Zn>Cu>Cd>Pb;重金屬含量對鹽度的直接作用大小順序為Ni>Pb>Cu>As>Zn>Hg>Cd。

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