夏季广西北部湾近岸海域海水和表层沉积物中重金属污染现状及评价

雷 富 ，张荣灿 ，陈宪云 ，许铭本 ，何碧娟，姜发军*

（1.广西北部湾海洋研究中心，广西科学院，广西 南宁 530007；2.广西近海海洋环境科学重点实验室，广西科学院，广西 南宁 530007）

广西北部湾地处亚热带，气候温和，三面环陆，周围有多条小型河流注入，带来大量的无机盐和有机物质，是我国重要的渔场和养殖区。近10 a来海洋经济的迅猛发展和广西北部湾经济区的加速建设，广西北部湾沿岸生态环境正承受着愈来愈大的压力，工农业污染和生活污水导致湾内重金属污染物在海水和沉积物中迅速蓄积，重金属污染具有来源广、残毒时间长、易蓄积、污染后不易被发现并且难于恢复等特征，对水生生物和人体健康有较大的负面影响，并且蓄积在沉积物中的重金属有二次污染的可能，一旦参与食物链循环并最终在生物体内积累，将会破坏生物体正常生理代谢活动[1-3]。随着公众对环境污染的关注和重视，重金属污染评价在海洋环境质量评价中的作用越来越重要，已经成为海洋环境质量评价体系中十分重要的因子。

本文根据2010年6月广西北部湾近岸海洋环境调查资料，报道了该海域海水和沉积物中的重金属分布及污染水平，为该海域环境保护和可持续发展提供科学依据。

1 调查与方法

1.1 采样与分析

于2010年6月在广西北部湾海域设置了46个站位采集表层海水，24个站位采集表层沉积物。具体采样点见图1。结合本次调查站位布设状况，将广西沿岸海域进行了不同类型的海区划分。主要划分为3个海域：防城港海区，包括珍珠湾至防城湾毗连海域；钦州海区，龙门港至大风江的毗连海域，包括茅尾海、钦州港、大风江外近海；北海海区，包括廉州湾、银滩、营盘以及铁山港毗连海域。

采用2.5 dm3有机玻璃采水器采集表层海水，所有海水样品采集、保存和前处理均按照《海洋监测规范》[4]的要求操作。表层沉积物用抓斗式采泥器采集，用塑料勺取其中央未受干扰的表层泥样于聚乙烯袋中。Cu、Pb、Zn、Cd和As样品在（105±1）℃烘箱内烘干，用玛瑙研钵将其磨碎并全部通过160目筛，充分混匀后取样以备用；Hg样品经过自然风干，研磨通过80目筛，充分混匀后取样以备用。

图1 采样站点

海水和沉积物样品重金属含量的测定方法依据《海洋监测规范》[4]的要求进行，Cu、Pb、Zn、Cd含量采用原子吸收法测定，Hg、As含量采用原子荧光法测定。

1.2 评价方法

单项污染指数按式（1）进行计算：

沉积物中的重金属污染，已有许多科学家提出了多种评价方法。其中，瑞典科学家Ha¨kanson的潜在生态危害指数法(PERI)[9]不仅考虑到了用单因子法得出的金属污染系数，而且引入了重金属的毒性响应系数，二者综合后评价重金属对生态环境的危害，简便、快速且较为准确，此外还顾及了背景值的地域分异性[10]。潜在生态危害指数法的计算方法[11-12]如下。

沉积物中多种重金属的综合污染效应，通过综合污染指数Cd来表征，计算公式为：

式中：Cd是综合污染指数，是沉积物多种重金属污染指数之和，以前述所选择的6种重金属元素来评价沉积物中重金属的综合污染情况。

表1 各金属的毒性响应系数

沉积物中多个重金属的潜在生态危害指数(ERI):

2 结果与讨论

2.1 表层海水中重金属含量的分布特征与污染评价

2.1.1 表层海水中重金属含量的分布特征

2010年夏季的调查结果显示，广西北部湾近岸表层海水中重金属的含量均值从高到低的顺序依次是Zn>Cu>As>Pb>Cd>Hg。该海域夏季表层海水中重金属元素含量的分布特征如下（见图2）：

表2 、ERI与污染程度的关系

表2 、ERI与污染程度的关系

（1）Cu平均含量为1.7μg/L，变化范围为0.2～6.2μg/L，等值线呈现西高东低的趋势，高值区在防城港湾外海区域，整个广西北部湾除防城港海区的12号站位超标外，其他站位均达到国家一类海水水质标准。其中，防城港海区Cu平均含量为2.9μg/L，钦州湾海区Cu含量次之，平均值为1.7 μg/L，北海海区Cu含量最低，平均含量为1.0μg/L。

（2）Pb平均含量为1.1μg/L，变化范围为0～4.1μg/L，超标率为41.3%。最大值出现在防城江口的8号站位。各海区变化幅度和平均值相当，其中北海Pb含量和防城港相当，平均值为1.1μg/L，钦州湾海区Pb含量平均值为1.0μg/L。

（3）Zn平均含量为19.3μg/L，变化范围为1.0～41.3μg/L，超标率为47.8%，最大值出现防城江口的8号站位。各海区Zn含量差异很大，防城港含量最大，钦州湾含量最小，各海区调查最大值均出现在江河入海口。其中，防城港海区Zn平均含量为28.7μg/L，整个防城港海区Zn含量处于国家二类海水水质标准范围；北海海区Zn含量平均值为22.1μg/L；钦州湾海区Zn平均含量为8.4μg/L。

（4）Cd平均含量为0.13μg/L，变化范围为0～0.54μg/L，最大值在钦州湾的13号站位，Cd含量均达到国家一类海水水质标准。从等值线得出，3个海区Cd含量差别不大，其中，钦州湾海区Cd含量最高，平均值为0.18μg/L，北海海区Cd含量次之，平均含量为0.12μg/L。防城港海区Cd平均含量为0.08μg/L。

（5）Hg含量变化范围为0.013～0.237μg/L，平均值为0.043μg/L，超标率为19.6%。Hg含量最高值出现在防城江口的8号站，最低值出现在钦州湾茅尾海的17号站。3个海区中，防城港海区的Hg含量平均值最高，为0.082μg/L，钦州湾和北海海区的Hg含量平均值均为0.029μg/L。

（6）As含量变化范围为0.17～3.67μg/L，平均值为1.51 μg/L。所有站位的As含量均达到一类海水水质标准。As含量最高值出现在位于北海濂州湾海域的29号站，最低值出现在位于钦州湾茅尾海的17号站。3个海区中，北海近岸海区的As含量平均值最高，为1.85μg/L，钦州湾次之，As含量平均值为1.53μg/L，防城港近岸海区As含量平均值最低，为0.93μg/L。

2.1.2 表层海水中重金属污染评价

广西北部湾表层海水中各重金属元素(Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As)平均单项污染指数的计算结果列于表3。从表3可见，防城港海区Pb、Zn、Hg 3种重金属的平均单项污染指均大于1，表明3种重金属平均含量均超国家一类海水水质标准，各重金属污染程度由高到低的排序分别是Hg>Zn>Pb>Cu>Cd>As；钦州海区各重金属的平均单项污染指均小于或等于1，各种重金属平均含量均符合国家一类海水水质标准，各重金属污染程度由高到低的排序分别是Pb>Hg>Zn>Cu>Cd>As；北海海区Pb和Zn两种重金属的平均单项污染指大于1，两种重金属平均含量均超国家一类海水水质标准，各重金属污染程度由高到低的排序分别是Zn>Pb>Hg>Cu>Cd>As。从整个广西北部湾近岸海域来看，海水中的Pb平均含量超过国家一类海水水质标准，其余元素平均含量均未超过一类标准限值，各重金属污染程度由高到低的排序分别是Pb>Zn>Hg>Cu>Cd>As。

图2 广西北部湾近岸表层海水中重金属含量（μg/L）的平面分布

表3 广西北部湾海水中各种重金属的污染指数

2.2 表层沉积物中重金属含量的分布特征与污染评价

2.2.1 表层沉积物中重金属含量的分布特征

广西北部湾海域表层沉积物中的重金属含量测定结果见表4。从表中可以看到，表层沉积物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量变化范围分别为（0～50.9）×10-6、（4.9～97.7）×10-6、（5.0～156.0）×10-6、（0～0.45）×10-6、（0.01～0.16）×10-6、（0.61～27.00）×10-6，平均含量分别为9.5×10-6、20.0×10-6、39.0×10-6、0.05×10-6、0.05×10-6、9.49×10-6。其中防城港海区表层沉积物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分别为10.9×10-6、19.2×10-6、41.0×10-6、0.08×10-6、0.03×10-6、6.83×10-6；钦州湾海区表层沉积物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分别为13.9×10-6、19.4×10-6、49.0×10-6、0.10×10-6、0.09×10-6、11.29×10-6；北海海区表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量分别为4.8×10-6、21.2×10-6、29.0×10-6、0.02×10-6、0.05×10-6、10.34×10-6。

2.2.2 表层沉积物中重金属综合污染指数

从表5可看出，本次调查防城港海区重金属综合污染指数最大值出现在防城江口的8号测站值，Cd为6.52。其中Cu、Pb、Zn的值均大于1，为中污染。该海区表层沉积物中各种重金属元素的平均污染程度由大到小依次为：As>Pb>Cu>Zn>Hg>Cd，平均重金属综合污染指数Cd为1.58，属低污染海域；钦州海域重金属综合污染指数最高值出现在钦江口的18号站位，茅岭江口的17号站位重金属综合污染指数值次之，以上两个站位As的Cif值均大于1，为中污染，海域表层沉积物中各种重金属元素的平均污染程度由大到小依次为：As>Hg>Cu>Zn>Pb>Cd，整个钦州海域，平均综合污染指数Cd为2.50，属低污染。北海海域重金属综合污染指数最高值出现南流江口的30号站位，南流江口的29号站位及铁山港的45号站位As的Cif值均大于1，为中污染，海域表层沉积物中各种重金属元素的平均污染程度由大到小依次为：As>Pb>Hg>Zn>Cu>Cd，整个北海海域，平均综合污染指数Cd为1.48，属低污染。本次调查，广西北部湾近岸海域，沉积物综合质量状况较好，综合污染指数Cd仅为1.84，污染水平为低污染，表明广西近岸海域沉积物尚未被玷污，沉积物环境质量状况良好，各海区重金属综合污染指数最大值均出现在江河入海口，这可能与陆源重金属输入有关。从污染程度角度看，广西北部湾近岸海域重金属元素的排列顺序为：As>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd。从空间污染程度来看，整个调查海域重金属污染状况为：钦州海域>防城港海域>北海海域。

2.2.3 表层沉积物中重金属潜在生态风险

表6给出了广西北部湾海域所有监测站位的重金属潜在生态风险指数，从总体污染程度上看，该海域的重金属潜在生态风险指数ERI 值范围在6.02～79.40，平均值为23.79，远小于110，表明该海域表层沉积物重金属对海洋生态系统的潜在风险较低。重金属潜在生态风险性最高的测站为防城江口的8号站，最低为北海银滩的34号站。从空间分布上看，整个调查海域重金属生态风险状况为钦州海域>北海海域>防城港海域。从单个重金属污染来看，Hg的潜在生态风险系数Eir平均值最高，有17%的监测站Hg的Eir值大于25，为中等潜在生态风险；其余重金属Cu、Pb、Zn、Cd和As的潜在生态风险系数Eir较低，为低等潜在生态风险，对海洋生态系统的危害性较低。该海域各种重金属元素对海洋生态系统潜在危害的影响程度从大到小顺序是：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。

表4 北部湾海域表层沉积物中重金属含量（×10-6）

表5 广西北部湾近岸海域沉积物重金属污染程度及分布状况

2.2.4 不同重金属对ERI 的贡献率

用某一重金属各站Eir的平均值除以各站ERI 的平均值，可以算出不同重金属对ERI 的总体贡献(图3)，可以看出Hg、As的贡献率分别为47.2%和24.4%，几乎占了所有重金属的70%，Zn的贡献率最小，只占l.1%，因此，Hg、As为广西北部湾近岸海域的主要风险因子，对海洋生态具有较高的潜在生态危害性。因此，在今后应该加强对Hg、As的监测。

图3 不同重金属对ERI 的贡献率

表6 广西北部湾海域沉积物重金属的潜在生态风险因子和风险指数

综合上述两种评价结果，可以看出，从污染程度角度看，广西北部湾近岸海域表层沉积物中重金属元素的排列顺序为：As>Pb>Hg>Cu>Zn>Cd，从生态危害的角度看，各金属元素的潜在生态风险性排列顺序为：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。可以看出两种结果的排列顺序并不一致，这可能是由于有些重金属元素具有亲颗粒性，容易被悬浮物迁移进入沉积物中矿化埋藏，使它们对生物的毒性降低[14]，同时，各种金属元素对海域生物的毒性不同，污染程度较高的不一定对生态系统的危害就高，因此，只有把两种方法相结合，才能更全面的反映广西北部湾近岸海域重金属的污染特征和对海洋生态系统的危害性。

3 结论

通过对2010年6月广西北部湾近岸海域表层海水和沉积物中的重金属的调查和评价，得到以下结论：

（1）该海域海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量范围分别为0.2～6.2μg/L、0～4.1μg/L、1.0～41.3μg/L、0～0.54μg/L、0.013～0.237μg/L、0.17～3.67μg/L，平均含量分别为1.73 μg/L、1.1μg/L、19.3μg/L、0.13μg/L、0.043μg/L、1.51μg/L,海水中的Pb平均含量超过国家一类海水水质标准，各种重金属单因子污染程度依次为Pb>Zn>Hg>Cu>Cd>As。

（2）表层沉积物中的Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量变化范围分别为（0～50.9）×10-6、（4.9～97.7）×10-6、（5.0～156.0）×10-6、（0～0.16）×10-6、（0.01～0.16）×10-6、（0.61～27.00）×10-6，平均含量分别为9.5×10-6、20.0×10-6、39.0×10-6、0.05×10-6、0.05××10-6、9.49×10-6。

（3）从污染程度角度分析，广西北部湾近岸海域表层沉积物重金属元素污染的排列顺序为：As>Pb>Hg=Cu>Zn>Cd，从空间污染程度来看，整个调查海域重金属污染状况为：钦州海域>防城港海域>北海海域。

（4）该海域表层沉积物重金属对海洋生态系统的潜在风险较低，该海域各种重金属元素对海洋生态系统潜在危害的影响程度从大到小顺序是：Hg>As>Cd>Pb>Cu>Zn。整个调查海域重金属生态风险状况为钦州海域>北海海域>防城港海域。Hg、As为广西北部湾近岸海域的主要风险因子。

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