舟山海域和杭州湾北岸水体及生物体内的重金属污染分析与评价

2013-03-20李娟英崔昱肖利吴惠仙薛俊增

海洋通报 2013年4期

李娟英，崔昱，肖利，吴惠仙，薛俊增

（上海海洋大学水产与生命学院，上海 201306）

近海沿岸和河口是人类理想的居住地，同时也是受纳人类活动污染物最多的区域。舟山群岛位于我国东南沿海，长江口南侧，杭州湾外缘的东海洋面上，是国内南北航线和江海联运的枢纽地带，海上交通运输业极为发达，拥有世界大港之一的洋山港。作为海运和水运的交接点，船舶的挂靠以及货物集疏运输工具的使用会对港口环境产生大量的污染物，如重金属、油类等，造成港口及其邻近海域污染（薛俊增等，2011）。杭州湾紧邻舟山海域，洋山港的船舶货运、经济效应、污染物迁移等众多因素都将对周边海域产生影响；反之，周边海域的状况也会影响洋山港的建设和运作，而洋山港建设和开港后对舟山及其邻近海域海水污染的研究比较缺乏，因此本文着重对上述海域海水及海洋生物（藤壶和僧帽牡蛎）体内重金属污染状况开展了调查和评价。

藤壶广泛分布于岩相潮间带，营固着生活，是研究海洋环境重金属在生物体内积累的良好材料。日本笠藤壶（Tetraclita japonica）是舟山群岛潮间带的广布种，个体容易采集。白脊管藤壶（Fistulobalanus albicostatus）大量分布在潮间带沿岸，对重金属污染有较高的敏感性（张语克等，2007）。僧帽牡蛎（Ostrea cucullata）是我国潮间带常见的一种牡蛎，舟山各岛屿沿岸均有发现，以壳固着在岩礁石上生活，以中潮带最多，对一些重金属有较强的富集作用（柯才焕等，2002；李磊等，2010）。本文选取藤壶和牡蛎作为生物代表，就舟山海域和杭州湾北岸的海水和生物体内的重金属进行了分析与评价，以期为该海域环境质量的管理和评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 采样点布设

2011年8月大潮期间在舟山海域和杭州湾北岸的采样点如图1 所示，各采样点均采集一次样品。

1.2 采样方法

据《海洋调查规范》（GB/T 12763-2007）采样要求，在舟山海域进行海水、生物样品（日本笠藤壶和白脊管藤壶）的采集；在杭州湾北岸进行海水、生物样品（僧帽牡蛎）的采集；并带回实验室进行后续分析测定。

图1 舟山海域和杭州湾采样点分布图

生物样品采集方法：用洁净不锈钢铲子和铁锤（外层均用塑料胶带包裹），在每个样点低潮带以上的天然礁石上分别铲下15 个大小一致的藤壶或牡蛎个体，装入经过稀硝酸溶液浸泡过并用去离子水冲洗过的聚乙烯塑封袋，并迅速转移到便携冰盒低温（4 ℃）保存。在实验室中用洁净聚乙烯刀将藤壶或牡蛎肉质部分取出，并随机将每个样点的藤壶或牡蛎肉质部分分成3 组，每组5 只。将每组样品进行称重，记下重量数据，然后冷冻干燥至恒重（两次称量重量相差不超过总重量的0.5%），记下最后重量数据。用玛瑙研钵将冷冻干燥后的藤壶或牡蛎样品研磨粉碎，过80 目筛，粉末用洁净标本瓶装好，放入-20 ℃冰箱冷冻保存备用。

1.3 重金属测定指标及分析监测方法

1.3.1 样品前处理海水及生物样品的前处理方法详见参考文献（肖利，2011）。

1.3.2 分析测定方法 As，Hg 测定采用AFS-9130顺序注射双道原子荧光光度计，Cu、Pb、Cd 测定采用TAS990 原子吸收分光光度计，Cr 测定采用GBC932plus 原子吸收光谱仪。生物样重金属测量结果准确度分别采用贻贝成分分析标准样品（GBW 08571）评估，回收率在80%～110%之间，精密度控制在10%以内。

2 结果与讨论

2.1 表层海水中重金属含量分析

监测海域表层海水中重金属含量如表1 所示。将数据按照I 类海水质量标准进行单因子评价的结果如图2 所示。用综合污染指数法（WQI）对所有样点进行分析如表2 所示，然后用SPSS15.0 根据WQI 得出的结论进行聚类分析结果如图3 所示。

表1 监测海域表层海水重金属含量（单位：μg·L-1）

图2 监测海域表层海水重金属单因子评价

表2 监测海域表层海水重金属综合污染指数评价

图3 监测海域表层海水重金属综合污染指数评价聚类分析

由图3 可知，舟山海域和杭州湾北岸表层海水综合污染程度可以分为三大类，第一类样点是小洋、大洋、朱家尖、岱山、芦潮港和南汇嘴，综合污染程度相对严重；第二类样点是衢山、金山和乍浦，综合污染程度中等；第三类样点是嵊泗、枸杞和海盐，综合污染程度相对较轻。

用SPSS 15.0 对两个海域分别进行重金属指标的聚类分析，结果为舟山海域Hg 为一类，污染相对较重，Cu、Cd、Pb、Cr 和As 为另一类，污染相对较轻；杭州湾北岸Hg 和Pb 为一类，污染相对较重，Cu、Cd、Cr 和As 为另一类，污染相对较轻。结果表明，两个海域重金属污染情况略有差异，这与海域不同的地理位置及使用功能密切相关。舟山海域主要的污染物为Hg，其中洋山港所在的小洋样点表层海水中Hg 的含量高于其他样点。佟俊旺等（2011）的研究表明多数码头表层海水和深层海水会不同程度地受到Hg 污染，王卫平等（2010）的研究认为石油中Hg 的质量分数最高可达数千μg/kg。所以小洋样点表层海水的Hg污染可能是由于大型船舶的中转和停靠过程中导致的海洋溢油而造成的。而曹宏梅等（2009）研究2002年舟山海域水质的报道中指出，舟山海域水质情况控制良好，未因船舶数量增长等因素恶化，说明近几年随着航运业的快速发展，对该海域中重金属污染的影响已经逐步显现。

杭州湾北岸的主要污染物为Hg 和Pb，其中金山、芦潮港和南汇嘴等样点表层海水中Pb 和Hg的含量相对较高，可能与金山石化、奉新等工业区的废水排放有关。在金卫红等（2003）对杭州湾的研究中也得出相同重金属污染特征的结论，研究指出化工废水经常规生活污水厂处理后直接排入河海是造成铅汞堆积的直接原因。

2.2 生物体内重金属含量分析

2.2.1 舟山海域两种藤壶体内重金属含量与评价舟山海域日本笠藤壶和白脊管藤壶体内重金属含量如表3 所示。

由表可知，舟山海域两种藤壶体内各重金属含量的顺序均为：Cu＞Pb＞Cr＞Cd＞As＞Hg，其中Cu的含量平均值分别达到13.11 和18.33，远大于位列次席的Pb，这是因为Cu 为生理必需元素，未经重金属污染的生物体已含有Cu，所以生物体内的Cu 并不完全是生物对环境的富集所造成的，而其他元素为生理非必需元素，生物本底值小，体内的高含量是由于生物对环境的富集作用造成的（庄树宏等，1998）。对两种藤壶体内重金属水平的差异性检验的结果表明，除了As 之外，其他5种重金属在两种藤壶体内含量均无显著差异（P＞0.05）。

表3 舟山海域藤壶体内重金属含量（单位：mg·kg-1）

根据表内数据，按照海洋生物质量标准中的三级标准为参照进行单因子评价，评价结果如图4所示。由图可知，6 种重金属在两种藤壶体内以Hg 的污染最为严重，小洋、朱家尖、衢山和岱山采样点处于劣Ⅲ类水平，其次是Pb，处于Ⅱ类到Ⅲ类之间，Cu、Cr 和Cd 处于Ⅰ类到Ⅱ类之间，As的污染程度最轻，处于Ⅰ类水平。与他人报道的舟山海域贝类体内Hg 含量最高的紫贻贝为0.032 mg/kg（徐韧等，2007），与贝类体内Hg 含量范围仅为0.001～0.002 mg/kg（曹宏梅等，2009）相比，本文中Hg 在两种藤壶体内的含量和污染程度极高，相比于贝类则高出几十甚至几百倍，说明在舟山海域，这两种藤壶比贝类遭受更严重的Hg污染，这也更能整体地反映出舟山海域表层海水中的Hg 污染情况。

图4 舟山海域藤壶体内重金属单因子评价

用SPSS 15.0 对两种藤壶体内重金属含量进行聚类分析结果如图5 所示。由图可知，舟山海域两种藤壶体内重金属的污染程度可以分为三大类，第一类样点是小洋和岱山，重金属污染相对严重；第二类样点是大洋，重金属污染中等，第三类样点是嵊泗、枸杞、朱家尖和衢山，重金属污染相对较轻。两种藤壶体内主要污染物为Hg，与舟山海域表层海水的主要污染物一致。小洋和岱山样点表层海水Hg 含量高于其他样点，并使对应样点藤壶体内Hg 污染最严重。Laura 等（2005）的研究结果表明生物体内重金属污染程度与海水中重金属的浓度，尤其是采样点海水中重金属的生物可利用性密切相关，不同的水文条件导致的海水pH、有机物含量、盐度、氧化还原电位以及沉积物粒度等相关因素也存在较大差别，从而影响生

图4 舟山海域藤壶体内重金属单因子评价物对水中重金属的富集量。因此进一步研究不同海域中重金属的存在形态及生物可利用性对更深刻地理解重金属在生物体内的含量和富集具有重要作用。

图5 两种藤壶体内重金属含量聚类分析

2.2.2 杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属含量与评价

杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属含量如表4所示。由表可知，杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属含量的顺序为：Cu＞Cd＞Pb＞As＞Cr＞Hg，僧帽牡蛎体内Cu 含量最高，Hg 含量最低，同样符合生理必需元素含量高于非必需元素的规律。比较大洋小洋两个样点的僧帽牡蛎和两种藤壶体内重金属的含量可知，两种生物体内重金属污染特征存在较大差异，这是因为生物体内重金属的富集与生物种类密切相关。Rosa 等（2012）的研究结果表明，重金属在生物体内的富集程度与物种种类密切相关，且主要是与重金属进入生物体内的分配机制有关，而这种胞内分配机制不仅指示着生物体在重金属胁迫下的应答机制，同时也决定着重金属进入生物体内的生物毒性。

将表内数据按照海洋生物质量标准中的三级标准为参照进行单因子评价的结果如图6 所示。

图6 杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属单因子评价

由图可知，杭州湾北岸僧帽牡蛎体内的6 种重金属以Cu 的污染最为严重，杭州湾北岸所有采样点均处于劣Ⅲ类水平，Cd、Pb、As 和Hg 处于Ⅰ类到Ⅱ类之间，Cr 的污染程度最轻，处于Ⅰ类水平。值得注意的是，虽然Cu 是生理必需重金属，但如过量仍会对生物产生较大的毒性。而僧帽牡蛎所在的杭州湾北岸海水中Cu 污染并不严重，均没有超过I 类海水质量标准，说明僧帽牡蛎体内过高的Cu 含量应该是从环境中富集而来。这与陈海刚等(2008) 的研究的结论双壳类软体动物（如牡蛎）对Cu、Zn、Cd 等有较高的富集能力相吻合。

用SPSS 15.0 对僧帽牡蛎内重金属含量进行聚类分析结果如图6 所示。由图可知，杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属的污染程度可以分为三大类，第一类样点是海盐，重金属污染相对严重；第二类样点是南汇嘴，重金属污染中等，第三类样点是芦潮港、小洋、大洋、金山和乍浦，重金属污染相对较轻。这与之前杭州湾北岸表层海水的重金属污染评价有较大出入，主要是因为该海域表层海水的主要污染物为Hg 和Pb，而对应的僧帽牡蛎体内主要污染物为Cu，它们都在各自的评价体系中起主导作用，但表层海水与生物体内的Cu 与Pb，Hg 都没有显著的相关性（用SPSS 15.0 进行相关性检验），所以导致了表层海水与生物体内重金属污染评价结论不一致。

表4 杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属含量（单位：mg·kg-1）

图7 僧帽牡蛎内重金属含量聚类分析

对杭州湾北岸表层海水主要污染物之一的Hg与该海域僧帽牡蛎体内的Hg 含量进行相关性分析，结果表明，两者相关性极显著（P＜0.01）。黄玉瑶等的研究表明，由于J 河河蚬体内Hg 含量与底泥Hg 含量之间存在极显著相关性，所以河蚬可作为该河口重金属污染的指示生物（黄玉瑶等，1979）。所以在本研究中，由两者极显著的相关性就可以认为僧帽牡蛎可以作为杭州湾北岸表层海水Hg 污染的指示生物。

3 结语

（1）舟山海域和杭州湾北岸表层海水污染较严重的样点为小洋、大洋、朱家尖、岱山、芦潮港和南汇嘴。舟山海域表层海水中主要污染物为Hg，杭州湾北岸表层海水中主要污染物为Hg 和Pb。

（2）舟山海域日本笠藤壶和白脊管藤壶体内Hg 超标情况最为严重，空间上以小洋和岱山的两种藤壶体内重金属污染最为严重，与该两点表层海水中Hg 含量最高相对应。两种藤壶在各样点受到污染程度不同，这与不同区域海水中重金属的生物可利用性密切相关。

（3）杭州湾北岸僧帽牡蛎体内重金属含量以Cu 含量为最高，且严重超标。空间上以海盐和南汇嘴的僧帽牡蛎体内重金属污染最为严重。大洋和小洋样点僧帽牡蛎与藤壶体内重金属污染特征相比有较大差异，这与物种不同而导致重金属进入生物体内的分配机制差异有关。

（4）杭州湾北岸僧帽牡蛎体内Hg 含量与其对应海域表层海水Hg 含量呈极显著相关性，说明僧帽牡蛎可作为该海域表层海水中Hg 污染的指示生物。

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