海南东寨港重金属在多种环境介质中污染状况及评价

曹玲珑，王平，田海涛，谢健，何远胜

（1.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院，广东 广州 510300；2.中山大学 地球科学系，广东 广州 510275；3.国家海洋局海口海洋环境监测中心站，海南 海口 570311）

金属在通过吸附、沉降等物理和化学过程后，大部分将转移为颗粒态并最终沉积于近岸海区（戴纪翠等，2009）。在水-沉积物转化体系中，许多物理、化学过程和生物化学等过程都通过这个转化体系进行，沉积物中特定化学成分的含量与其变化常被作为评价环境变化的重要因素（吴祥庆等，2010）。沉积物中重金属常常又被底栖生物摄取，这些被摄取的重金属能够通过食物链进行传递，从而引起生态系统中生物体的不良反应，甚至危害人体的健康与生存（马丽等，2003）。

红树林生态系统是地球上生产力最高、同时也是最濒危的海洋自然生态系统之一。广义的红树林生态系统不仅包括红树林、滩涂和基围鱼塘，还涵盖了其近岸水体、沉积物和生物。红树林地处河口与海岸带之间，属于海洋、陆地之间的交接带，常常成为重金属的源和汇（姚藩照等，2010）。在重金属研究中，红树林生态系统中重金属分布及评价研究已有较多工作（Tang et al，2008； Zhang et al，2007；谭凌智等，2010；丘耀文 等，2011；阳杰等，2012），但大部分是针对某个影响因子（如土壤、沉积物） 分析，对生态系统中水、沉积物、生物等多种因子的重金属综合调查研究鲜有报道。

针对红树林生态系统这一生态环境科学所关注热点，考虑海南东寨港是我国红树林生态系统重要的保护区，选择典型重金属元素（Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As） 为研究对象，对其重金属污染特征与污染状况进行综合评价，从而为东寨港红树林生态系统及其沿岸海洋生态系统的保护与可持续利用提供一定的理论意义和实用价值。

1 区域概况及研究方法

1.1 研究区域

海南东寨港为国家级红树林湿地自然保护区，列入了国际重要湿地名录。保护区位于海口市境内，属于热带海洋性气候，潮汐为不规则全日潮，平均潮差约1 m，年平均气温约23.8 ℃，海水表层年平均温度约24.5 ℃，年平均降雨量为1 676 mm，红树林面积约1 700 hm2，主要植物种类有木榄（Bruguiera gymnorrhiza）、白骨壤（Avicennia marina）、秋茄（Kandelia candel）、桐花树（Aegiceras corniculatum）。东寨港沿岸有多个自然村，港内保护区外有大面积的海水养殖区。

1.2 样品采集和研究方法

1.2.1 调查站位和时间

于2010年7月对东寨港海水（小潮期）、沉积物和海洋生物重金属的环境质量进行了调查，共设5 个站位，同时结合前人（丘耀文，2011） 对东寨港湿地沉积物调查资料，具体采用站位见图1。

图1 调查区取样站位图

1.2.2 样品采集和检测

用洁净聚乙烯瓶采集表层海水，现场用0.45 um Nuclepore 膜过滤后储存于瓶中带回实验室分析；沉积物样品用采泥器采集后装入样品袋带回实验室经风干、均一、研磨后进行分析；生物样品采集后经海水清洗后用聚乙烯袋装好冷冻保存，带回实验室待测。用石墨炉原子吸收分光光度法测定海水Zn、Cd、Cu、Pb，用砷化氢分光光度法测定As、用冷原子吸收分光光度法测定Hg。沉积物和生物体样品Cu、Zn、Cd、Pb 的测定采用火焰原子吸收分光光度法，用采用砷化氢分光光度法测定As，用冷原子吸收分光光度法测定Hg。各种样品的采集、分析及测定方法均严格参照《海洋监测规范》（GB 17378-1998） 进行。

2 结果与分析

2.1 海水重金属浓度分布和环境质量评价

海水重金属监测结果见表1、表2，表层海水一些重金属浓度呈现出一定的规律分布，如Hg、Zn、Pb 的分布趋势表现为从湾南部到湾口逐渐减少的趋势，结合本区潮流调查数据，表明该区重金属的分布可能与水动力条件和陆源污染物排放的影响有关，这与其它港湾内重金属分布研究规律相一致（Patharbison，1986；曲洪霞等，2009）。用海水水质标准（GB 3097-1997） 进行单因子评价法进行评价，结果显示除Pb 超一类符合二类海水标准外，东寨港海水其它金属都符合海水水质标准中的一类指标，远低于渔业水质标准，适合渔业养殖生产和海洋功能区划。

表1 海水中重金属含量及评价标准

表2 海水中重金属评价结果

2.2 表层沉积物重金属含量和环境质量评价

2.2.1 重金属含量

东寨港表层沉积物样品重金属元素平均含量见表3，从表3 知，红树林潮滩沉积物中重金属比东寨港水底沉积物中重金属含量高（例如Cd、Cu等）。本文通过与海南岛及周边区典型红树林潮滩沉积物重金属含量（Vane et al，2009） 相对比，指出东寨港处于中等偏高的水平。从表4 知，根据海洋沉积物质量一类标准用单因子评价法进行评价，东寨港海区表层沉积物各重金属污染指数均小于1.0，其污染指数从高到低依次为Zn、Pb、As、Cu、Cd、Hg，均符合海沉积物一类标准，超标率为0%，这与目前本海区开发程度较低、人类活动影响较小的现状相吻合。

表3 沉积物中重金属的含量

表4 沉积物中重金属评价结果

2.2.2 重金属污染评价

（1） 评价方法

沉积物的重金属污染评价采用地积累指数法。地积累指数（lgeo） 是德国科学家Muller（1969） 提出的一种研究水环境沉积物重金属污染的定量指标。其不仅考虑到地球化学背景值及人类造成污染等因素，特别是关注到自然造岩成因可能引起的背景值变动因素。计算公式如下：

式中，BEn 是指重金属地球化学背景值，mg/kg；常数1.5，是由于考虑到成岩作用可能会引起背景值的变动；Cn 是指元素n 在沉积物中的含量（指质量比，实测值），mg/kg。地积累指数共分为7级，即0～6 级，表示污染程度由无至极强。表5列出了采用全国第二次土壤普查海南生态地球化学调查之《海南岛1∶25 万多目标区域地球化学调查报告》为背景值，表6 列出了地积累指数（lgeo） 与污染程度的关系（贾振邦等，2000）。

表5 重金属地球化学背景值

表6 地积累指数（lgeo） 与地积累污染级数

（2） 评价结果

本文选取Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、As 6 种重金属元素来评价东寨港表层沉积物中重金属污染程度，结果列于表7。结果表明，总体上5 个样点的Cu、Zn、Pb、Cd、Hg 的地积累指数（lgeo） 均较小，地积累污染级数大部分为0；As 的地积累指数（lgeo） 值在3～4 之间，污染程度为强；总体来看，东寨港红树林湿地中重金属地积污染指数比东寨港水底沉积物重金属地积污染指数略高，与上述单因子评价法结果相一致。由于东寨港附近有多个自然村，农业较发达，本地区重金属污染源可能主要来自陆地，如生活废水、农田排污等，同时位于潮间带的红树林生态系统具有吸附、沉淀固定重金属元素的特性，使暗滩的沉积物重金属含量比水中高。As 地积污染指数高也可能与来往船只船体防护漆中重金属的不断释放污染有关。通过对比研究及结合前人研究（丘耀文，2011；Patharbison，1986），表明港湾内潮滩上红树林区域可能为重金属元素富集区。

表7 东寨港沉积物重金属的地积累指数（lgeo） 和级别

2.3 生物体重金属的调查结果与评价

对研究海区的典型鱼类（4 种）、甲壳类（5种）、贝类（3 种） 生物样品中的重金属进行检测，采用单因子法评价，贝类（双壳类） 生物体内污染物质含量评价标准采用《海洋生物质量》 （GB 18421-2001） 规定的第一类标准值；其他软体类、甲壳类和鱼类生物体内污染物质（Hg、As、Pb、Cd） 含量评价标准因没有国家标准，本文采用《农产品安全质量无公害水产品安全要求》 （GB 18406.4-2001） 中限量标准对生物体进行评价，结果见表8、表9。可以看出贝类的重金属污染程度相对最高。有研究表明，牡蛎、贻贝等双壳类动物产生金属硫蛋白能牢固地与大量重金属结合，因而可能导致这些动物体中重金属含量值较高（曲洪霞等，2009）；从结果也可发现生物体中Cu、Zn 的含量比Hg、Pb、As 和Cd 的含量要高，可能是由于生命必需元素Cu、Zn 的背景含量常高于非生命必需元素Hg、Pb、As 和Cd 的背景含量（薛克等，1994），另一原因可能是贝类对生命必需元素常具有强烈的选择性吸收作用，而对非生命必需元素一般没有明显的选择性吸收作用（Usero et al，1997），这与东寨港海区未受到明显的重金属污染有关。按照《农产品安全质量无公害水产品安全要求》 限量标准（GB 18406.4-2001；GB 18421-2001） 对生物体进行比对，生物体均符合无公害水产品的要求。

表8 生物体中重金属评价标准

表9 生物体中重金属的评价结果

3 小结

（1） 东寨港海水中除Pb 的含量符合二类海水标准外，Cu、Zn、Hg、As、Cd 的含量均符合一类海水标准，且远低于渔业水质标准，适合渔业养殖生产的需要。

（2） 东寨港表层沉积物重金属Cu、Pb、As、Hg、Zn、Cd 的含量都符合海洋沉积物质量一类标准，表明东寨港的沉积物未受到明显的重金属污染；东寨港暗滩湿地沉积物中的重金属含量比海南岛及周边区典型红树林湿地略偏高。

（3） 根据地积累指数（Igeo） 法所得到的评价结果，表明东寨港海区表层沉积物中重金属除As 外污染程度基本上属无污染。红树林及暗滩沉积物中重金属比东寨港水底沉积物重金属含量高，表明河口湾潮滩上的红树林区可能是重金属元素的富集区。

（4） 根据海洋生物质量标准对鱼类、甲壳类、贝类生物样品进行评价，贝类的重金属污染程度相对最高，均符合一类标准，符合无公害水产品的要求。

Muller G，1969. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine River.Geojoumal，2：108-118.

Patharbison，1986. Mangrove mud-a sink and a source for trace metal.Marine Pollution Bulletin，17（6）：246-350.

Tang Yijie，Fang Zhanqiang，Yu Shixiao，2008.Heavy metals，polycyclic aromatic hydrocarbons and 0rganchlorine pesticides in the surface sediments of mangrove swamps from coastal sites along the Leizhou Peninsula，South China. Acta.Oceanologica Sinica，27（1）：42-53.

Usero J，Gonzalez-regalado E，Gracia I，1997.Trace metal in the bivalve molluscs Ruditapes decussatus and Ruditapes philinarum from the Atlantic coast of southern spain. Environ Intern，23（3）：291-298.

Vane C H，Harrison I，Kim A W，et al，2009.Organic and metal contamination in surface mangrove sediments of South China.Mar Pollut Bull，58：134-144.

Zhang Luoping，Xin Ye，Huan Feng，et al，2007. Heavy metal contamination in western Xiamen Bay sediments and its vicinity ，China.Marine Pollution Bulletin，54：974-982.

戴纪翠，倪晋仁，2009.红树林湿地环境污染地球化学的研究评述.海洋环境科学，28（6）：779-784.

贾振邦，周华，赵智杰，等，2000.应用地积累指数法评价太子河沉积物中重金属污染.北京大学学报（自然科学版），36（4）：525-530.

马丽，蔡立哲，袁东星，2003.红树林区底栖动物污染生态学研究进展.台湾海峡，22（1）：113-119.

丘耀文，余克服，2011.海南红树林湿地沉积物中重金属的累积.热带海洋学报，30（2）：102-108.

曲洪霞，董树刚，汤志宏，等，2009.罗源湾多介质中重金属的分布特征与评价.海洋环境科学，28（3）：293-308.

谭凌智，祁士华，傅杨荣，等，2010.海南八门湾高位池养殖区表层土壤重金属污染调查与评价.环境化学，29（2）：335-336.

吴祥庆，黎小正，兰柳春，等，2010.广西防城珍珠港珍珠养殖区表层沉积物重金属污染评价.海洋通报，29（5）：584-587.

薛克，韩家波，庄人沁，1994.辽宁沿海贝类体内重金属含量分析.水产科学，13（2）：16-19.

阳杰，曹玲珑，姜万钧，等，2012.洋浦港近岸海域沉积物中重金属含量分布特征及污染评价.海洋湖沼通报，（4）：121-128.

姚藩照，张宇峰，胡忻，等，2010.厦门西海域沉积物中重金属的赋存状态及潜在迁移性.台湾海峡，29（4）：532-538.