黎安港水體砷含量分布特征和污染評價

謝慶安 公維潔 宋堃瑜 王春珠 梁佰靖 張貝妮 仇鶴潼

收稿日期：2023-09-27

基金項目：2023年大學生志愿者暑期文化科技衛生“三下鄉”社會實踐活動項目。

作者簡介：謝慶安（2000-），男，從事海洋生態環境研究。

通信作者：公維潔（1982-），女，漢，高級實驗師，碩士研究生，主要從事海洋生態環境監測。。

摘 要：為了全面了解黎安港水體砷的污染情況，對黎安港上覆水進行了取樣分析。結果表明：黎安港表層水體三價砷的濃度范圍為0.112～0.685 μg/L，五價砷濃度范圍為0.563～1.218 μg/L，總砷濃度范圍為1.041～1.515 μg/L，砷污染以五價砷為主，近岸點位砷濃度整體高于中央水體中砷濃度。對各價態砷與理化參數進行相關性分析，利用單因子污染指數法對As元素無機化合物進行污染評價，并利用Hakanson指數法對各站點的總As濃度進行重金屬潛在生態風險評估，得出黎安港水體中重金屬砷污染水平為自然本底，潛在生態危害等級為輕微生態危害，黎安港水體水質中砷濃度符合國家海水水質一類的標準。

關鍵詞：黎安港；砷；空間分布；污染評價

中圖分類號：X82文獻標志碼：A文章編號：1673-9655（2024）03-00-04

0 引言

近年來，漁業傳統漁排養殖用海與環境之間的矛盾日益突出，處理好海洋保護與資源開發之間的平衡點成為急需解決的問題[1]。隨著生態環境改革持續深化和漁業轉型的升級，2007年海南省政府正式批復同意建立了陵水新村港-黎安港海草特別保護區，這是我國首個以海草床生態系統為保護對象的特別保護區。該保護區的建立對于黎安港內的漁業養殖有著重要的影響與改變，傳統漁排養殖的拆除對于港內水質有著明顯的改善。

砷具有強烈的毒性和致癌性，廣泛存在于自然界中，具有來源廣、富集性、難降解等特點，是海洋環境中主要的污染物[2-4]。其毒性主要來源于砷的化合物[5]，其中砷化物和砷酸鹽等無機砷物質具有劇毒性，有機砷僅有少部分，且毒性相對較低。一定程度上，總砷的含量能夠反映出環境砷污染的狀況[6-8]，但砷的毒性還與其價態及分布有關[9-10]。因此，綜合不同賦存形態砷的特征進行環境健康風險評價更具科學性。

本研究以黎安港水體為研究對象，通過野外采樣和室內分析對上覆水中總砷及各形態砷含量進行測定，探討黎安港水體中砷的賦存形態分布特征，并在此基礎上分析影響砷分布的主控因素，分別用單因子法和Hakanson指數法對砷的環境生態風險進行評價，揭示人為影響下海灣現狀，為海南省自由貿易港建設、海岸帶環境保護等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域概括

黎安港位于海南省東南部的陵水縣黎安鎮，地形平坦，底質為泥沙，是我國熱帶一個沒有地表徑流的半封閉的潟湖海港，集成了珊瑚群、海草床、紅樹林等多個海洋生態系統。該水域面積約9 km2，南北長約4 km，東西寬約3 km，水深1.90～7.60 m，屬熱帶海洋季風氣候，年平均氣溫25.40℃。該區域雨量充沛，年降雨量在1500～2500 mm，港內無明顯徑流匯入。

1.2 實驗方法

1.2.1 點位設置和樣品采集

2023年6月在黎安港海域設置21個調查點位，如圖1所示，采集上覆水樣品，樣品的采集、貯存和運輸參照《GB 17387.5—2007海洋監測規范》。

1.2.2 分析方法

采用便攜式多參數水質測定儀（Multi3430，德國WTW公司）對水質pH、鹽度（S）、水溫（T）和溶解氧（DO）等參數進行測定。

總砷參照《GB 17378—2007海洋監測規范第四部分：海水分析》通過原子熒光分光光度計測定，三價砷參照海洋行業標準《HY/T 152—2013海水中三價砷和五價砷形態分析原子熒光光譜法》測定，五價砷的濃度等于總砷濃度減去三價砷的濃度。

1.2.3 健康風險評價方法

采用單因子污染指數法（Pi）評價陵水黎安港內表層海水中重金屬總砷的污染狀況，采用《GB 3097—1977海洋水質標準》中的第一類海水的重金屬含量限值作為評價標準

（1）

式中：Pi—元素i的污染指數；Ci—重金屬元素i的實際測定含量；Si—《海水水質標準》中重金屬元素i的含量限值。

海水污染狀況等級劃分見表1。

采用Hakanson指數法進行重金屬的潛在生態風險評估，該指數法是根據重金屬的含量、毒性條件和敏感性條件計算重金屬潛在生態危害指數的方法。單一重金屬的潛在生態危害系數為：

（2）

式中：Ei—重金屬元素i的潛在生態危害指數；Ti—重金屬元素i的毒性系數，砷的毒性系數值取10[11]；Pi—重金屬元素i的單因子污染指數。

Ei與生態風險等級的對應關系見表2。

2 結果與討論

2.1 黎安港上覆水的物理化學參數

黎安港各采樣點的理化參數如表3所示。黎安港水溫為32.04℃左右，電導率在50 mS/cm左右。pH測量值介于8.064～8.266，在一類海水pH標準范圍7.8～8.5，且測量值波動范圍為0.202，與一類海水標準的同一片海域的正常波動范圍0.2接近；溶解氧含量在5.69～8.02 mg/L，溶解氧平均值約為7.39 mg/L＞6 mg/L；海面沒有出現油膜、浮沫和其他漂浮物質，幾乎沒有異色、異味、異臭等現象，黎安港水質符合海水水質一類的標準。

2.2 研究區域砷含量及影響因素

2.2.1 不同價態砷濃度及空間分布特征

黎安港表層水中砷含量分布特征見表4，由表4可知，研究區域總砷的濃度范圍在1.041～1.515 μg/L，平均濃度為1.286 μg/L，差異性較小。三價砷的濃度范圍在0.112～0.685 μg/L，平均濃度為0.455 μg/L，三價As的平均濃度占表層總砷平均濃度的34.60%；海水中五價砷的濃度范圍在0.563～1.218 μg/L，平均濃度為0.842 μg/L，五價砷的平均濃度占表層總砷平均濃度的65.47%，黎安港上覆水砷污染主要以五價砷為主。三價砷與五價砷可以相互轉化，五價砷相對穩定。參照《GB 3097—1977海洋水質標準》，黎安港上覆水中的總砷含量符合海水水質一類標準。

黎安港上覆水水體中不同價態砷的濃度分布如圖2所示，黎安港上覆水中砷離子分布不均勻，近岸點位砷濃度整體高于中央水體中砷濃度，由此可見，砷離子含量受人類活動影響較大。

2.2.2 不同價態砷濃度與理化參數的相關性分析

環境因子可能對天然水體中砷的含量起主要控制作用，為明確環境因素對砷含量及分布的影響，對不同價態砷含量及理化參數如溫度、鹽度、pH、DO進行相關性分析（表5）。從表5可以得出，五價砷與總砷呈極顯著正相關（P＜0.01），

五價砷與三價砷呈極顯著負相關，而五價砷和三價砷之間可以相互轉化，表明在黎安港內水體中總砷主要受五價砷的影響。三價砷和總砷與鹽度成負相關，說明可能受到陸源淡水和生活用水輸入有關[12]；五價砷與總砷與水溫呈正相關，而三價砷與水溫呈負相關，表明五價砷在夏季高水溫下比三價砷更加穩定。總砷和三價砷與pH和DO均呈負相關性，表明其分布受到海水環境狀況的影響。這說明不同價態砷的含量受多種因素的影響，如：水動力、潮汐、陸源污染等，需要綜合分析討論[13]。

2.3 污染和風險評估

2.3.1 海水砷污染評價

根據單因子污染指數法，將各站點總As濃度的測量值代入式（1）進行計算，結果見表5。黎安港表層水體中的平均值＜0.4，并且選取的所有站點的值都是＜0.4，表明該區域海水污染水平為1級，污染程度為自然本底，水質較好，沒有受到明顯的污染，水質屬于國家海水水質一類標準。

2.3.2 海水砷的潛在生態風險評價

根據Hakanson指數法計算得出黎安港表層水中重金屬元素A砷的值結果見圖3，值越高，說明重金屬對海水危害的程度越大。根據計算結果得知值在0.521～0.758，均值為0.643，參照表2的分級，各站點的值均＜40，生態風險等級均為輕微，砷元素對黎安港水體的潛在生態危害程度較低，屬于輕微生態危害。

3 結論

（1）黎安港上覆水中三價砷濃度為0.112～

0.685 μg/L，平均濃度為0.455 μg/L；五價砷濃度為0.563～1.218 μg/L，平均濃度為0.842 μg/L；總砷濃度為1.041～1.515 μg/L，平均濃度為1.286 μg/L。黎安港上覆水砷污染主要以五價砷為主，空間上表現為五價砷濃度變化趨勢與總砷濃度變化趨勢一致，近岸點位砷濃度整體高于中央水體中砷濃度。水體砷含量符合國家海水水質一類的標準。

（2）總砷主要受到五價砷的影響，而不同價態砷的含量受多種因素的影響，如：水動力、潮汐、陸源污染等，需要綜合分析討論。

（3）水體中砷的均值為0.064，污染程度屬于自然本底；均值為0.643，潛在生態風險等級為輕微生態危害。

參考文獻：

[1] 陳家鑫.海南陵水疍家漁村海洋休閑漁業轉型與提升研究[D].重慶：西南大學，2022.

[2] 曾維特，張東強，劉兵，等.海南島北部海灣表層海水重金屬分布特征、主控因素及污染評價[J/OL].熱帶海洋學報：1-12[2023-08-27].http：//kns.cnki.net/kcms/detail/44.1500.P.20230414.1523.004.html.

[3] 張建坤，楊紅，王春峰，等.長江口中華鱘保護區附近海域重金屬分布特征及生態風險評價[J].上海海洋大學學報，2020，29（5）：720-733.

[4] 吳佳玲，毛德華.湘江流域水體重金屬污染及健康風險評價[J].人民珠江，2023，44（3）：94-103.

[5] 黃秋嬋，韋友歡，吳穎珍.砷污染對人體健康的危害效應研究[J].微量元素與健康研究，2009，26（4）：65-66.

[6] Zhang N， Wei C Y， Yang L S. Occurrence of arsenic in two large shallow freshwater lakes in China and a comparison to other lakes around the world [J]. Microchemical Journal， 2013（110）： 169-177.

[7] Rahman M A， Hasegawa H. Arsenic in freshwater systems： Influence of eutrophication on occurrence， distribution， speciation， and bioaccumulation [J]. Applied Geochemistry， 2012， 27（1）： 304-314.

[8] 史小紅，趙勝男，李暢游，等.烏梁素海水體砷存在形態模擬及影響因素分析[J].生態環境學報， 2015， 24（3）： 444-451.

[9] Palumbo-Roe B， Wragg J， Cave M. Linking selective chemical extraction of iron oxyhydroxides to arsenic bioaccessibility in soil [J]. Environmental Pollution， 2015（207）： 256-265.

[10] Forghani G， Mokhtari A R， Kazemi G A， et al. Total concentration， speciation and mobility of potentially toxic elements in soils around a mining area in central Iran[J].Chemie der Erde-Geochemistry， 2015， 75（3）： 323-334.

[11] 徐爭啟，倪師軍，庹先國，等.潛在生態危害指數法評價中重金屬毒性系數計算[J].環境科學與技術，2008（2）：112-115.

[12] 粟啟仲，雷學鐵，申友利，等.廣西鐵山港及其近岸海域不同海洋功能區重金屬污染特征研究[J].海洋環境科學，2023，42（6）：876-885.

[13] 謝文琦，楊玉峰，梁浩亮，等.惠州海水重金屬污染特征及生態風險評估[J].海洋開發與管理，2018，35（7）：83-87.

Distribution Characteristics and Pollution Evaluation of Arsenic in the Surface Seawater of Lian Lagoon

XIE Qing-an， GONG Wei-jie1， SONG Kun-yu， WANG Chun-zhu， LIANG Bai-jing， ZHANG Bei-ni， QIU He-tong

（College of Marine Science and Technology， Hainan Tropical Ocean University， Sanya Hainan 572022， China）

Abstract： In order to understand the arsenic pollution of Lian lagoon， the arsenic content of the surface seawater of the lagoon was monitored. The results showed that the content of arsenic （Ⅲ） ranged from 0.112 to 0.685 μg/L， arsenic（V） 0.563～1.218 μg/L， total arsenic1.041～1.515 μg/L，

which was spatially described as the highest value in the near shore and the lowest value in the middle of the lagoon. Arsenic pollution was mainly caused by arsenic（V）. The degree of arsenic pollution and potential ecological risks were evaluated by Single factor pollution index method， Hakanson potential ecological risk index method， and correlation analysis method. The pollution evaluation results showed that the arsenic was basically a slightly enriched， slightly ecologically harmful degree， and the potential harm was small. The arsenic concentration in the water quality of Li'an lagoon meets the first-class benchmark of Chinas national marine water quality criteria.

Key words： Lian lagoon; arsenic; spatial distribution; pollution assessment