俚岛湾海域砷的分布特征及污染评价

聂新华，李晓敏，张学超，宋喜红

1．潍坊滨海经济开发区环保局，山东 潍坊262737

2．威海市海洋环境监测中心，山东威海264209

砷元素长期以来一直被视为对人体有害的毒性元素，具有致癌、致畸、致突变的特性，中国将其列为环境污染的重点监控物质并作为第一类污染物加以控制。砷普遍存在于自然界中，岩石和土壤中的砷可以通过多种途径进入河流，最终汇入海洋，由于海带和贝类等海洋生物具有很强的富集砷的能力，故海产品的含砷量一般较高［1-4］，海带中砷超标事件时常引起人们的关注［5-7］。

俚岛镇位于胶东半岛最东端的荣成市，素有“中国海带第一镇”之称，海岸线长40 km，盛产海带、海参、鲍鱼、海胆、魁蚶、对虾、鹰爪虾等40多种海产品，海带养殖面积约2 533 hm2，海带产量约占全国的六分之一。目前，关于俚岛海域砷含量分布及污染状况尚未见报道，本文首次调查了俚岛湾海域海水和表层沉积物中总砷的分布特征和演变趋势，综合评价了砷的污染状况以及存在的潜在生态风险，以期对俚岛湾海域的环境质量评价和环境污染控制提供参考。

1 材料与方法

1.1 样品采集与预处理

在俚岛湾海域布设11个采样站位(图1)，所有站位采集表层水质样品，9个站位(01、02、A1、A3、B1、B3、C2、D1、D3)采样表层沉积物样品。水质样品分别在春季(2009年3月)、夏季(2009年8月)、秋季(2009年11月)、冬季(2010年1月)各采集1次，表层沉积物样品于2009年8月、2010年8月各采集1次。

图1 采样站位图

水样和沉积物样品的采集及处理均按《海洋监测规范》(GB 17378.3—2007)［8］进行。水样带回实验室后，经0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤，滤液加硫酸至pH＜2，放入冰箱保存待用;沉积物样品带回实验室后，经自然风干，研磨过筛(2 cm)，保存备用。

1.2 分析方法

海水中总砷的测定采用《海洋监测规范》(GB 17378.4—2007)［9］中的原子荧光法测定，沉积物中总砷的测定采用《海洋监测规范》(GB 17378.5—2007)［10］中的原子荧光法测定。

1.3 评价方法

1.3.1 海水水质评价

采用单因子指数法，以《海水水质标准》(GB 3097—1997)［11］的一类标准评价海水水质质量。

1.3.2 海洋沉积物评价

采用潜在生态风险指数法和沉积物重金属质量基准法评价沉积物中砷的潜在生态风险。

1.3.2.1 潜在生态风险指数法

瑞典地球化学家Hakanson［12］于1980年提出了利用沉积学原理评价沉积物中重金属污染以及生物毒性响应的潜在生态风险评价方法，其单因素潜在风险指数为

1.3.2.2 沉积物重金属质量基准法

美国学者 Long和 Morgan［14］于1990年首先提出了基于生物效应数据库建立响应型水体沉积物质量基准的方法，随后美国佛罗里达［15］、加拿大［16］、澳大利亚与新西兰［17］等国家和地区建立了生物响应型沉积物重金属质量基准，应用此基准对沉积物污染进行评价，易于比较和定量，可靠性较好［18］。其判断方法:当沉积物中某一重金属浓度低于临界效应浓度(TEL)时，意味着负面生物效应几乎不会发生;重金属浓度高于必然效应浓度(PEL)时，意味着负面生物效应经常发生，如介于两者之间，则负面生物效应会偶尔发生［19］。

2 结果与讨论

2.1 表层海水中总砷的分布特征和污染评价

俚岛湾海域表层海水中的总砷浓度分布情况见图2。用单因子指数法对11个站位海水中砷评价结果显示，春季海水中砷浓度A1站最高，C2站最低，污染指数的变化范围为0.07～0.11，平均值为0.09;夏季海水中砷浓度A1站最高，C2站最低，污染指数的变化范围为0.10～0.16，平均值为0.14;秋季海水中砷浓度C1站最高，A3站最低，污染指数的变化范围为0.06～0.21，平均值为0.11;冬季海水中砷浓度D1站最高，A3站最低，砷污染指数的变化范围为0.08～0.14，平均值为0.11。可以看出，俚岛湾海域表层海水中总砷浓度及分布具有如下特征:其一，明显的可变性。比较4个季节的调查结果，不论从总体上看还是从同一站位看，海水中砷的浓度具有一定的可变性。其二，砷分布总体上均呈现出由近岸向远岸逐渐降低的趋势，这说明海水中砷浓度分布可能与近岸陆源输入等因素有关［20-21］。

图2 海水中砷浓度分布图(μg·L－1)

俚岛湾海域海水中砷浓度平均值的季节变化见图3。可以看出，海水中砷浓度在夏季较高(2.78 μg/L)，秋、冬季基本稳定，然后逐渐下降到春季的最低水平(1.78 μg/L)。由于海带具有较为发达的选择性吸收功能，能够使水体中的砷向生物相富集，海藻中砷含量可以作为海水中砷含量的特征标志［22］。俚岛湾养殖区海带养殖密度较大，春季3、4月份是海带生长最旺盛代谢能力最强的季节，对水体中砷的富集能力也最强，夏季7、8月份海带进入成熟衰老期或已收割，对水体中砷的影响最弱，海水中砷的浓度与海带对砷的富集作用有一定关系。

由图3可见，俚岛湾海域海水砷浓度为1.78 ～2.78 μg/L，平均浓度为2.20 μg/L，砷的平均浓度约为一类海水水质标准(≤20.0 μg/L)的十分之一，可以认为该海域海水水质较好，未受到砷污染。太平洋、大西洋水中砷浓度范围分别为1.1 ～ 1.8 μg/L［23-24］、1.0 ～ 1.5 μg/L［20］，与此相比，俚岛湾海域海水中砷浓度比大洋水略高，说明俚岛湾海域砷含量正常，未受到明显污染。

图3 海水中砷浓度的季节变化

2.2 表层沉积物中总砷含量分布特征和污染评价

俚岛湾海域表层沉积物中各站位砷含量见表1。

表1 俚岛湾海域表层沉积物中砷含量 mg/kg

从表1可见，2009、2010年俚岛湾海域表层沉积物中砷含量的平均值分别为12.48、12.20 mg/kg，沉积物中砷含量的年际变化甚微，基本保持稳定的水平。近岸01、02、A1、B1点位的沉积物砷含量明显高于远岸D3、A3点位，砷含量平面分布呈现出由东向西降低的梯度，这种分布趋势可能与陆源污染、沉积物特性及地质地貌等有关［25］。

可见，俚岛湾海域9个站位沉积物砷含量均符合《海洋沉积物质量》的一类标准(≤20.0 mg/kg)，海洋沉积物质量较好。根据国内近岸海域的调查结果，俚岛湾海域沉积物中砷含量远低于辽宁大连 (81.57 mg/kg)［26］、锦州湾(129.2 mg/kg)［27］、葫芦岛绥中(38.8 mg/kg)［28］等近岸海域。

为进一步评估俚岛湾海域沉积物中砷的生态危害大小，采用潜在生态风险指数法和沉积物重金属质量基准法进行评价。潜在生态风险指数法评价结果见表2。

表2 沉积物中砷的潜在生态风险系数()

表2 沉积物中砷的潜在生态风险系数()

年份01 02 A1 B1 B3 C2 D1 D3 A3 2009 7.4 7.0 6.6 6.9 6.9 5.7 5.4 5.4 4.9 2010 7.3 7.1 6.9 6.9 6.0 5.5 5.0 5.1 5.2

3 结论

1)俚岛湾海域表层海水中总砷含量分布具有如下特征:其一，明显的可变性，不论从总体看还是从同一站位看，砷的浓度具有一定的可变性;其二，砷分布总体上呈现出由近岸向远岸逐渐降低的趋势。海水中砷浓度季节变化表现为夏季较高，秋、冬季基本稳定，然后逐渐下降到春季最低水平。

2)俚岛湾海域表层海水总砷浓度为1.78～2.78 μg/L，平均浓度为 2.20 μg/L，约为一类海水水质标准的十分之一，可以认为该海域海水水质较好，未受到砷污染。

3)2009、2010年俚岛湾海域表层沉积物中总砷含量平均值分别为12.48、12.20 mg/kg，沉积物中砷含量的年际变化甚微，基本保持稳定。砷在表层沉积物中的平面分布呈现出由东向西降低的趋势。

4)采用潜在生态风险指数法和沉积物重金属质量基准法对俚岛湾海域沉积物中总砷含量进行评价，结果表明，该海域表层沉积物中砷污染水平较低，处于低潜在生态风险水平。

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