2021—2022 年潿洲島近岸海域表層海水重金屬分布特征及質量分析

◎ 楊 敏,王天濟,覃旭健

海洋重金屬污染是海洋生態環境修復重點關注的問題,也是眾多學者重點研究的對象。北海潿洲島是廣西著名的海島風景區,隨著潿洲島旅游產業的快速發展,客流量和常駐商戶與日俱增,人類活動日益頻繁,潿洲島近岸海域表層海水重金屬污染狀況也備受關注。研究小組根據《廣西海岸帶沉積動力監測與研究項目》（原《廣西海洋重大工程建設和重點旅游區海岸帶地質環境監測項目》）的調查資料,對2021—2022年潿洲島近岸海域表層海水重金屬分布特征及質量進行分析,以期為潿洲島海洋生態資源保護與開發提供參考。

一、研究區概況

潿洲島位于廣西北海市北部灣海域中部,北臨北海市,東望雷州半島,南與海南島隔海相望,西面面向越南。潿洲島南北長6 500 米,東西寬6 000 米,總面積24.74 平方千米。潿洲島是火山噴發堆凝而形成的島嶼,95%以上的地層由火山巖組成,是中國地質年齡最年輕的火山島。潿洲島年平均氣溫23℃,終年無霜,年平均降水量1 297 毫米,干濕季明顯,6—9月為雨季。潿洲島周邊海域為全日潮特征,一天出現1 次高潮和低潮,漲潮和落潮歷時基本相等,潮差2.8～4.51 米。該區海域冬季以北東向和北北東向波浪為主,夏季以南—南南西向為主。潮流為往復流,漲潮流向東北,落潮流向西南。整個北部灣以逆時針環流為主。潿洲島周邊海域夏季潮流平均流速小于冬季。

二、調查與評價方法

（一）樣本采集

研究小組于2021—2022 年在潿洲島近岸海域4 個站位共采集10 個表層海水樣本,其中1 號站位取4 個樣本,取樣時間為2021 年夏季、2021 年冬季、2022 年夏季和2022 年冬季；2號站位取2 個樣本,取樣時間為2021 年夏季和2021 年冬季；3 號站位取2 個樣本,取樣時間為2021 年夏季和2021 年冬季；4 號站位取2 個樣本,取樣時間為2022 年夏季和2022 年冬季。采用有機玻璃海水取樣器采集表層（不超過0.5 米）海水,每個海水樣本體積不少于2 升,樣本采集后封裝在聚乙烯瓶子中,后送檢進行重金屬測試分析,各項流程均按照《海洋監測規范》的要求操作。

（二）分析測試

根據《海洋監測規范》海水分析的要求,測定海水樣本的重金屬含量,重金屬測試項目包括汞、鉛、鋅、銅、砷、鎘、鉻。其中,鋅、銅、鉛、鎘、鉻采用TAS-990AFG 原子吸收分光光度計測定；汞、砷采用PF32原子熒光分光光度計測定。

（三）評價方法

1.單因子污染指數評價方法

采用單因子污染指數法進行評價,以海水樣本中重金屬元素的實測值除以《海水水質標準》中該元素的I 類海水水質標準值,得到該元素的單因子污染指數Pi值,當Pi＞1 時,代表海水樣本中該重金屬含量超過I 類海水水質標準。

2.內梅羅綜合污染指數評價方法

采用內梅羅綜合污染指數法進行評價,分別計算各項重金屬元素單因子污染指數Pi值的算術平均值Pave和最大值Pmax,求得Pave和Pmax的均方根值,即得到內梅羅指數Pn。Pn值越大,水質越差。參考內梅羅指數計算方法,將Pn值細分為清潔級、輕污染級、中污染級、重污染級4 個等級,對應的Pn值范圍分別為Pn≤1.0、1.0＜Pn≤2.0、2.0＜Pn≤3.0、Pn＞3.0。

三、結果與分析

（一）潿洲島近岸海域表層海水重金屬分布特征及評價

1.分布特征

2021—2022年潿洲島近岸海域表層海水重金屬含量統計結果如表1 所示。檢測結果顯示,潿洲島近岸海域表層海水重金屬含量均值從大到小排列順序為鋅＞銅＞鉻＞砷＞鉛＞鎘＞汞。鋅的范圍值為9.7～26.8 微克/升,平均含量為16.2 微克/升；銅的范圍值為1.33～5.88微克/升,平均含量為2.78 微克/升；鉻的范圍值為0.88～1.86 微克/升,平均含量為1.29微克/升；砷的范圍值為0.81～1.45 微克/升,平均含量為1.14 微克/升；鉛的范圍值為0.28～1.89 微克/升,平均含量為0.91 微克/升；鎘的范圍值為0.32～0.83 微克/升,平均含量為0.57 微克/升；汞的范圍值為0.009～0.034微克/升,平均含量為0.02 微克/升。潿洲島近岸海域表層海水中重金屬含量具有以下2 個方面的特征。

（1）時間分布特征。10 份海水樣本中5 份為夏季海水樣本、5 份為冬季海水樣本,分別統計后發現,潿洲島近岸海域表層海水中砷和鉻在夏季和冬季的含量差別不大,銅、鋅、鉛、汞、鎘在夏季的含量均高于冬季的含量,銅在夏季的平均含量是冬季平均含量的2.5 倍。潿洲島存在多種污染源,有工業污水、旅游業產生的污染物、海洋石油開采產生的污染以及海產養殖產生的污染等。研究小組推測潿洲島近岸海域表層海水重金屬含量夏季比冬季高的主要原因是夏季人類生產生活較為頻繁,夏季潮流平均流速小于冬季而不利于污染物擴散。

（2）空間分布特征。10 份海水樣本中6 份樣本取樣點位于潿洲島西南岸海域、4 份取樣點位于潿洲島東北岸海域,分別統計后發現,潿洲島西南岸海域表層海水各重金屬含量均值均高于潿洲島東北岸海域。潿洲島西南岸海域分布有較多景區和居民住宅生活區,絕大部分漁民出海捕魚和游客租船游玩是都從南灣碼頭進出,西南岸海域的人類活動比東北岸海域頻繁,而且潿洲油田位于潿洲島西南岸海域。潿洲島西南岸海域漁船漏油造成的污染、潿洲油田采油造成的污染以及島上工業廢水排海造成的污染均大于東北岸海域,研究小組推測這為潿洲島西南岸海域表層海水重金屬含量高于東北岸海域的原因。

綜上所述,潿洲島近岸海域表層海水重金屬分布存在地理差異與季節差異。

2.污染評價

（1）單因子污染指數評價結果。通過表1中重金屬含量實測值計算潿洲島近岸海域表層海水重金屬單因子污染指數Pi,計算得到銅、鋅、鉛、鎘、鉻、砷、汞的Pi值范圍分別為0.27～1.18、0.49～1.34、0.28～1.89、0.32～0.83、0.18～0.37、0.04～0.07、0.17～0.68,均值分別為0.56、0.81、0.91、0.57、0.26、0.06、0.36。由計算結果可知,2021—2022 年采集的10 份潿洲島近岸海域表層海水樣本中銅、鋅、鉛、鎘、鉻、砷、汞的單因子污染指數Pi的平均值均小于1,以10份樣本的重金屬單因子污染指數平均值來評價,潿洲島近岸海域表層海水水質達到國家I 類海水水質標準。但其中仍有3 份海水樣本的銅、鋅、鉛的單因子污染指數Pi值大于1,因此,還需加強對銅、鋅、鉛3 種重金屬元素的監測。潿洲島近岸海域表層海水重金屬污染程度從高到低排列順序為鉛＞鋅＞鎘＞銅＞汞＞鉻＞砷。

（2）內梅羅綜合污染指數評價結果。內梅羅指數Pn計算結果顯示,10 份海水樣本中的銅、鋅、鉛、鎘、鉻、砷、汞的Pn值分別為1.47、0.76、0.49、0.56、1.39、0.58、1.41、0.54、0.43、0.39。根據計算結果,10 份海水樣本中7 份樣本的Pn值小于1.0,為清潔級；3份海水樣本的Pn值在1.0～2.0 之間,為輕污染級。輕污染級的3 份樣本均為2021 年夏季所取樣本。2022 年采取的4 份海水樣本為清潔級。由計算結果可知,潿洲島近岸海域表層海水整體重金屬污染程度較低,海水樣本清潔級達標率為70%,且2022 年的水質優于2021 年。同一站位同一年夏季的Pn值基本高于冬季,說明潿洲島近岸海域冬季水質優于夏季。從空間對比來看,1 號和2 號站位為潿洲島西南岸海水取樣站位,3 號和4 號站位為潿洲島東北岸海水取樣站位。同一取樣時期下東北岸表層海水Pn值低于西南岸表層海水Pn值,說明2021—2022 年期間潿洲島東北岸近岸海域表層海水水質優于西南岸近岸海域表層海水水質。

表1 潿洲島近岸海域表層海水重金屬含量統計表（單位：微克/升）

四、建議

根據2021—2022 年的監測結果,研究小組提出以下3 點建議。

（1）潿洲島近岸海域表層海水重金屬污染程度夏季明顯高于冬季,在旅游旺盛的夏季應重視工業廢水的治理和排放監管工作,并開展對漁民進行規范用船防止漏油、船上垃圾統一回岸處理的宣傳工作。

（2）潿洲島西南岸海域表層海水重金屬污染程度高于東北岸海域,因此潿洲島西南岸海域應作為重金屬污染重點監測區域。

（3）鉛、鋅、鎘為潿洲島近岸海域表層海水污染程度前三的重金屬元素,應作為重點監測對象。