長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物中有機(jī)錫分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

束勝男， 沈婉晴， 尹 杰， 胡承晨， 李娟英

上海海洋大學(xué)海洋生態(tài)與環(huán)境學(xué)院， 上海 201306

有機(jī)錫化合物(OTCs)自20世紀(jì)就被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)中，其具有良好的殺生防污性能，因此為了防止貝類生物附著腐蝕船體和構(gòu)筑物，OTCs被更多地應(yīng)用于海上構(gòu)筑物和船只的防污涂料中，從而導(dǎo)致OTCs的逐步釋放，其被認(rèn)為是人類引入海洋環(huán)境中毒性最大的物質(zhì)之一[1-4]. OTCs為美國環(huán)境保護(hù)局(US EPA)1998年公布的67種內(nèi)分泌干擾物質(zhì)之一，其對海洋生物體的新陳代謝以及生長發(fā)育都有極大的危害[5-6]. 2001年，施華宏等[7]對中國沿海地區(qū)進(jìn)行大范圍采樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，疣荔枝螺的性畸變率在90%以上，并且與水環(huán)境中三丁基錫(TBT)的含量呈顯著相關(guān)；此外，TBT還可干擾海洋中貝殼生物的鈣代謝，導(dǎo)致貝殼畸形變厚[8]. 何依芳等[9]發(fā)現(xiàn)，TBT的生物放大作用已在海洋食物鏈(即浮游生物、無脊椎動(dòng)物和魚類)中出現(xiàn)，如果海洋環(huán)境長期遭受OTCs的污染可能將導(dǎo)致更多的螺類、貝類種群衰退，不僅對海產(chǎn)品質(zhì)量安全產(chǎn)生威脅，更會(huì)對生態(tài)系統(tǒng)造成難以修復(fù)的破壞. 近年來，有關(guān)TBT海洋船舶防污涂料禁令已經(jīng)逐漸完善并實(shí)施[10-11]，但是由于TBT在沉積物中降解速率緩慢以及部分舊船只仍在使用含TBT的防污涂料等情況，TBT污染依不容樂觀[12-13]. Chen等[14]研究發(fā)現(xiàn)，我國苯基錫(PhTs，包含單體MPhT、DPhT、TPhT)污染也呈一定的加重趨勢.

長江口附近的港口眾多，其中上海港歷史悠久、海運(yùn)交通頻繁，是我國沿海的主要樞紐港，也是世界第一大港口，每年承擔(dān)的貨物吞吐量和集裝箱吞吐量分別在 6 000 多萬噸和 4 000 多萬標(biāo)箱，周圍海域往來船只包括國內(nèi)船只、遠(yuǎn)洋船只以及各類型漁船等[15]，北部是六大國家級中心漁港之一的呂四漁港，南部是世界級綜合性港口(寧波-舟山港)、世界三大漁港之一的沈家門漁港以及中國最大的漁場(舟山漁場)，航運(yùn)及漁業(yè)活動(dòng)頻繁. Liu等[16-17]研究發(fā)現(xiàn)，漁業(yè)活動(dòng)中網(wǎng)箱防腐和漁業(yè)船只會(huì)使用OTCs涂料，因此可能導(dǎo)致長江口附近海域存在一定的OTCs污染. 另外，大量沖淡水由此入海，也將大量陸源污染物質(zhì)帶入此海域[18]. Chen等[19-20]研究表明，長江口及杭州灣地區(qū)受OTCs污染影響. 目前，研究地域較多局限在長江口和杭州灣內(nèi)部，對承擔(dān)主要遠(yuǎn)洋航運(yùn)的洋山港周圍，以及南部更為復(fù)雜的寧波-舟山港、沈家門漁港和舟山漁場的混合區(qū)域研究較少，對遠(yuǎn)離河口的較遠(yuǎn)海域的研究較為鮮見. 因此，該研究主要針對長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域(北至呂四漁港，南至沈家門漁港以及遠(yuǎn)離河口位置海域)的海洋表層沉積物進(jìn)行OTCs含量水平測定，全面了解該區(qū)域OTCs污染狀況，并對其進(jìn)行來源分析和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)初步評價(jià)，以期為OTCs污染治理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和指導(dǎo)建議.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

2019年1月—2020年12月，在長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域選取29個(gè)采樣點(diǎn)(見圖1)，使用彼德森抓斗式采泥器(DXCN1/16，廈門登迅儀器設(shè)備有限公司)采集0～15 cm表層沉積物. 采樣方法參照GB 17378.3—2007《海洋監(jiān)測規(guī)范》，將采集好的樣品裝于鋁箔袋中，密封標(biāo)號后低溫運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室，進(jìn)行48 h的冷凍干燥，再研磨過100目(150 μm)篩后進(jìn)行后續(xù)分析.

圖1 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域采樣點(diǎn)示意Fig.1 Sampling points in important harbor areas and adjacent sea areas in the periphery of the Yangtze Estuary

1.2 試劑與材料

三丁基氯化錫(TBT)、二丁基氯化錫(DBT)、一丁基氯化錫(MBT)、三苯基氯化錫(TPhT)、二苯基氯化錫(DPhT)、三丙基氯化錫(TPrT)均購自德國Dr. Ehretorfer Gm-bH. 一苯基氯化錫(MPhT)、環(huán)庚三烯酚酮(>98%)購自美國Sigma-Aldrich. 乙酸(HPLC級)、甲醇(HPLC級)、正己烷(HPLC級)均購自美國supelco. 使用甲醇配置濃度為 10 000 mg/L(以錫離子計(jì))的OTCs儲(chǔ)備液，-20 ℃避光儲(chǔ)存，每周試驗(yàn)前稀釋至500 mg/L(以錫離子計(jì))作為標(biāo)準(zhǔn)使用液，4 ℃避光儲(chǔ)存待用. 超純水儀(Milli-Q? Direct，Merck KGaA，美國)制備超純水(電阻率，18 MΩ/cm). 四乙基硼酸鈉(NaBEt4，98%)購自美國Strem Chemicals，試驗(yàn)前使用超純水配制成1%四乙基硼酸鈉溶液. 醋酸-醋酸鈉溶液(1 mol/L，pH為4.7)由無水乙酸鈉(AR)和無水乙酸(AR)配置. Florisil柱(1 g，6 mL)購自美國Waters.

1.3 沉積物粒徑及有機(jī)碳含量測定

沉積物樣品的粒徑采用馬爾文激光粒度儀(Mastersizer 2000型，英國馬爾文儀器有限公司)進(jìn)行測定.

參照文獻(xiàn)[21]的方法，稱5 g沉積物樣品于50 mL玻璃比色管，加20 mL 1 mol/L HCl，混勻后靜置16 h，使用超純水清洗沉積物樣品至pH為7，在105 ℃ 條件下烘干. 稱取上述烘干樣品300 mg，使用元素分析儀(vario MAX，elementar analysen systeme GmbH，德國)測定有機(jī)碳(TOC)含量.

由表1可見，此次采樣點(diǎn)沉積物粒徑在13～240 μm之間，參照GB/T 12763.11—2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第11部分：海洋工程地質(zhì)調(diào)查》，除S14采樣點(diǎn)沉積物粒徑稍大為粉砂(75～250 μm，顆粒組成含量>50%)外，其他采樣點(diǎn)均屬于粉土(5～75 μm)，有機(jī)碳含量均在1%以下.

表1 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物粒徑及有機(jī)碳含量

1.4 沉積物OTCs含量測定

1.4.1樣品前處理

將Chen等[19]前處理方法稍加改進(jìn)，步驟如下：稱取1 g樣品粉末置于30 mL玻璃離心管中，加入10 mLV乙酸∶V甲醇為1∶9的混合溶液(含0.03%環(huán)庚三烯酚酮)；再使用渦旋振蕩儀混勻，室溫下超聲(200 W，40 kHz)30 min后 3 000 r/min離心10 min；取5 mL上清液置于60 mL棕色玻璃樣品瓶中，依次加入25 μL濃度為 1 000 ng/mL的TPrT、40 mL醋酸-醋酸鈉緩沖溶液(1 mol/L，pH=4.7)、1 g氯化鈉(400 ℃烘2 h)、5 mL正己烷、600 μL 1%的NaBEt4溶液，振蕩衍生20 min；然后吸取4 mL己烷相通過Florisil柱，再使用5 mLV正己烷∶V乙醚為9∶1的混合溶液洗脫，收集洗脫液于玻璃離心管中，氮吹近干，定容至0.5 mL待測.

1.4.2色譜條件

使用氣相色譜-三重四級桿串聯(lián)質(zhì)譜儀(GC-MS/MS，Agilent 8890-7000D型，Agilent Technologies，美國)測定沉積物中的MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT，測定使用保留時(shí)間及離子對參數(shù)(見表2)，并對各物質(zhì)進(jìn)行定性，使用TPrT作為內(nèi)標(biāo)定量. 色譜柱使用HP-5-MS〔30 m (柱長)×0.25 mm (內(nèi)徑)，膜厚0.25 μm〕，進(jìn)樣模式為不分流進(jìn)樣，進(jìn)樣口溫度為260 ℃，傳輸線溫度為230 ℃，進(jìn)樣量為1.0 μL. 柱溫采用程序升溫，初始溫度為50 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升至150 ℃，再以8 ℃/min升至180 ℃，再以15 ℃/min 升至280 ℃. 離子源為EI源(70 eV)，離子源溫度為230 ℃，電離能量為70 eV，載氣為高純氦氣(99.999 9%，1 mL/min). 選擇多反應(yīng)檢測(MRM)模式掃描.

表2 GC-MS/MS分析OTCs優(yōu)化參數(shù)

1.5 質(zhì)量控制與保證

使用空白沉積物樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，樣品中6種OTCs回收率在64%～115%之間，標(biāo)準(zhǔn)偏差在8%以內(nèi)；同時(shí)進(jìn)行檢出限測定試驗(yàn)，沉積物中6種OTCs檢出限均在0.2 ng/g (以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì))以內(nèi). 每個(gè)沉積物樣品均設(shè)置3組平行試驗(yàn)，每次試驗(yàn)設(shè)置程序空白及儀器空白. 試驗(yàn)過程中使用的玻璃儀器均經(jīng)過2%稀硝酸溶液隔夜浸泡. 沉積物中OTCs測定結(jié)果使用內(nèi)標(biāo)校正曲線進(jìn)行定量.

1.6 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 26軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)結(jié)果分析，評價(jià)沉積物中OTCs濃度與沉積物的基本特征關(guān)系. 使用ArcGIS 10.7軟件制作長江口附近海域OTCs污染分布圖.

使用丁基錫(BTs，包含單體MBT、DBT、TBT)生物降解系數(shù)(BDI)和PhTs生物降解系數(shù)(PhDI)預(yù)測TBT和TPhT是否為近期污染[19]，計(jì)算公式[22]：

BDI=(CDBT+CMBT)/CTBT

(1)

PhDI=(CDPhT+CMPhT)/CTPhT

(2)

式中，CMBT、CDBT、CTBT、CMPhT、CDPhT和CTPhT分別表示沉積物中MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT的含量(以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì))，ng/g.

BDI值或PhDI值小于1，表示TBT或TPhT存在新近輸入；BDI值或PhDI值大于1，表示存在歷史殘留；BDI值或PhDI值大于2，表示可能有其他陸地降解來源[22-23].

2 結(jié)果與討論

2.1 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物OTCs污染特征

長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域表層沉積物BTs、PhTs均被檢出，總含量(以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì)，下同)范圍為0.91～25 ng/g(見圖2). MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT含量范圍分別為nd(未檢出)～16 ng/g、nd～7.8 ng/g、nd～2.6 ng/g、nd～1.0 ng/g、nd～2.3 ng/g、nd～3.3 ng/g，檢出頻率分別為82.8%、48.3%、6.9%、41.4%、75.9%、72.4%. 皮爾遜線性相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，沉積物粒徑與OTCs含量無顯著相關(guān)性(R=0.206，P>0.05)，而TOC含量與OTCs含量(R=0.491，P<0.01)呈顯著相關(guān). 如S19、S24采樣點(diǎn)TOC含量相對較高(見表1)，其OTCs含量也相對較高(見圖2)；而S14、S6、S16采樣點(diǎn)TOC含量相對較低(見表1)，其OTCs含量也相對較低(見圖2). 筆者研究結(jié)果與Mattos等[24]研究結(jié)果一致，沉積物中不同顆粒對OTCs的相對吸附能力影響沉積物中OTCs污染情況. 該海域OTCs污染主要表現(xiàn)出PhTs檢出率較高但含量較低，BTs雖然含量較高，但主要是由MBT貢獻(xiàn)，而毒性相對較高的TBT在大部分位點(diǎn)均未檢出(見圖3). 沈家門漁港、寧波-舟山港區(qū)域附近OTCs污染較高，其次是洋山港區(qū)域和呂四漁港區(qū)域，而遠(yuǎn)離港口的開闊水域OTCs污染較低. 中國于2011年生效的《2001年國際控制船舶有害防污底系統(tǒng)公約》(AFS 2001)中禁用含TBT船舶防污涂料[25]，但是對小型漁船使用TBT涂料的管制能力有限[26]. 有研究[14,20]表明，與TBT具有相似毒性效應(yīng)的TPhT有應(yīng)用于船舶防污系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的情況，但中國目前還缺乏相應(yīng)法規(guī)管制. 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域還可能存在江浙滬沿海地區(qū)污水排放帶來的低取代基有機(jī)錫(MBT、DBT、MPhT、DPhT)污染情況，以及長江上游地區(qū)帶來的OTCs污染[27]. 綜上，長江口附近海域整體呈現(xiàn)出離海港越近OTCs污染越嚴(yán)重的趨勢，與Liu等[16]研究結(jié)論一致.

圖2 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染空間分布Fig.2 Spatial distribution of organotin concentrations in important harbor areas and adjacent sea areas in the periphery of the Yangtze Estuary

圖3 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物中不同種類OTCs占比Fig.3 The proportion of different types of organotin in the sediments of important harbor areas and sea areas around the Yangtze Estuary

與其他地區(qū)對比(見表3)發(fā)現(xiàn)：長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域BTs含量遠(yuǎn)低于我國杭州灣[20]、廈門市[28]、臺(tái)灣近海[16]以及法國土倫灣[29]、意大利卡利亞里[30]、秘魯利馬海岸[31]、南波羅的海沿岸[32]、韓國鎮(zhèn)海灣[33]，與我國長江口[19]、深圳灣[22]以及智利科金博港[31]處于相當(dāng)水平；PhTs含量略低于我國杭州灣[20]、深圳灣[22]，與廈門市[28]、長江口[19]水平相當(dāng). 綜上，長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染含量在世界范圍內(nèi)處于較低水平.

表3 世界范圍內(nèi)沉積物中OTCs的殘留量

2.2 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物OTCs污染來源

根據(jù)BDI值和PhDI值對該海域OTCs污染來源進(jìn)行判斷[22-23]. 由表4可見：28個(gè)采樣點(diǎn)的BDI值大于2.00，S3采樣點(diǎn)的BDI值小于1.00，說明BTs的主要來源是歷史殘留，同時(shí)可能存在其他陸源污染；16個(gè)采樣點(diǎn)的PhDI值大于2.00，5個(gè)采樣點(diǎn)的PhDI值在1.00～2.00之間，3個(gè)采樣點(diǎn)的PhDI值小于1.00，說明PhTs的主要來源是歷史殘留，部分區(qū)域存在其他陸源污染. 綜上，長江口附近海域OTCs污染主要來源于歷史殘留，低取代基有機(jī)錫污染還可能存在除防污涂料之外的其他陸源污染.

表4 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物OTCs的生物降解系數(shù)

從OTCs污染物空間分布(見圖2)來看，洋山港(S19采樣點(diǎn))作為全球單體規(guī)模最大的全自動(dòng)碼頭，貨運(yùn)吞吐量及集裝箱吞吐量連年世界第一，舟山港(S22采樣點(diǎn))同樣是世界級港口，航運(yùn)發(fā)達(dá)，但是二者附近海域OTCs污染并不明顯，可能與國際及國家OTCs防污涂料管控法規(guī)日益完善，近年來船只已經(jīng)極少使用OTCs防污涂料有關(guān)[10-11]. 沈家門漁港附近(S24采樣點(diǎn))的OTCs污染相對較高且PhDI值小于1.00，表明該點(diǎn)可能存在TPhT新近輸入，相比主要進(jìn)出大型遠(yuǎn)洋貨船的洋山港及舟山港，沈家門漁港是中國最大的天然漁港，也是世界三大漁港之一，情況更加復(fù)雜，研究表明漁船修造廠為降低成本違規(guī)使用含OTCs防污涂料的情況較多[26]，這也可能是沈家門漁港附近的OTCs濃度高于洋山港等其他區(qū)域，以及該區(qū)域出現(xiàn)TPhT新近輸入的原因之一. 東極鎮(zhèn)附近(S26采樣點(diǎn))海域OTCs污染也相對較高，這可能與周圍頻繁的漁業(yè)活動(dòng)及周邊存在大量網(wǎng)箱養(yǎng)殖區(qū)域有關(guān). Liu等[16]研究發(fā)現(xiàn)，海水養(yǎng)殖使用的養(yǎng)殖網(wǎng)箱可能使用OTCs防污涂料，對海洋環(huán)境造成一定的OTCs污染. Chen等[20]研究表明，在養(yǎng)殖過程中可能使用了含OTCs的殺菌劑、殺螺劑(主要是含BTs或PhTs類藥劑)，從而導(dǎo)致環(huán)境受到OTCs污染. 江蘇省呂四漁港區(qū)域OTCs濃度比開闊水域稍高，并且附近海域(S2、S3、S4采樣點(diǎn))的生物降解系數(shù)小于1.00，表明可能存在TBT、TPhT新近輸入，同樣可能存在小型漁船違規(guī)使用含OTCs涂料的情況；另外，在開闊水域OTCs污染相對較低，與Liu等[16,34]研究結(jié)論一致，即港口比行船頻繁的開闊水域更容易累積OTCs. 綜上，長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染主要來源于船舶活動(dòng)的歷史殘留和陸源污水污染，小部分漁業(yè)活動(dòng)頻繁區(qū)域還有漁具和養(yǎng)殖過程帶來的污染.

2.3 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

由于我國還未制定明確的沉積物中OTCs污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，故采用國際標(biāo)準(zhǔn)對長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià). 澳大利亞《沉積物質(zhì)量指南》規(guī)定，TBT的低觸發(fā)值和高觸發(fā)值分別為5和70 ng/g(以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì))[35]，我國長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域所有采樣點(diǎn)(nd～2.6 ng/g)均未達(dá)到上述低觸發(fā)值. US EPA建議的TBT低篩分值(LSV)和高篩分值(HSV)分別為5.15和72.04 ng/g (以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì),含1%TOC校準(zhǔn))[19]，我國長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域所有采樣點(diǎn)TBT含量(nd～2.6 ng/g)均未達(dá)到低觸發(fā)值. 荷蘭國家海岸與海洋管理研究所(RIKZ)制定的《沿海海洋沉積物質(zhì)量指南》規(guī)定，TBT和TPhT的最大允許濃度(MPC)分別為0.7和1.0 ng/g(以干質(zhì)量計(jì)、以錫離子計(jì))[22]，我國長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域的TBT污染僅S3采樣點(diǎn)〔(2.6±0.10)ng/g〕和S24采樣點(diǎn)〔(0.90±0.31)ng/g〕超過其最大允許濃度，而TPhT僅在S24采樣點(diǎn)〔(3.3±0.68)ng/g〕超過其最大允許濃度. 綜上，長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)處于較低水平，但由于該區(qū)域歷史殘留嚴(yán)重，小部分漁業(yè)活動(dòng)頻繁區(qū)域的TBT、TPhT可能存在新近輸入，沉積物中OTCs容易由于自然或人為因素重新進(jìn)入水體并在生物體內(nèi)富集[36]，故該海域的OTCs污染狀況仍然不容忽視.

3 結(jié)論

a) 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物均檢出有機(jī)錫化合物(OTCs)，呈現(xiàn)出離海港距離越近OTCs污染越嚴(yán)重的特征. 與其他地區(qū)比較，長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域沉積物中OTCs含量處于較低水平.

b) 長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域OTCs污染主要來源于歷史殘留和周圍發(fā)達(dá)地區(qū)的陸源污水輸入，小部分區(qū)域還存在漁業(yè)活動(dòng)帶來的OTCs污染情況.

c) 基于對TBT和TPhT的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，長江口外圍重要港區(qū)及鄰近海域的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較低，僅個(gè)別漁業(yè)活動(dòng)頻繁位點(diǎn)OTCs含量超過荷蘭國家海岸與海洋管理研究所(RIKZ)《沿海海洋沉積物質(zhì)量指南》中規(guī)定的最大允許濃度(MPC)，且附近區(qū)域可能存在TBT、TPhT新近輸入，故應(yīng)當(dāng)持續(xù)關(guān)注這些區(qū)域.