黄河口牡蛎产卵场及邻近海域沉积物中重金属分布及生态风险评价

李壮，王志忠，张金路，巩俊霞，田功太，陈秀丽，杜兴华，许国晶

（山东省淡水渔业研究院，山东省淡水水产遗传育种重点实验室，山东 济南 250013）

黄河口牡蛎产卵场位于黄河口南侧的小岛河入海口水域，活牡蛎在此大量聚集、繁殖、生长形成大面积的天然牡蛎礁[1]。牡蛎产卵场在净化水质，提供海洋生物栖息生境，保护生物多样性等方面具有重要生态功能；捕捞牡蛎也是当地居民重要收入来源之一，具有重要的经济价值。沉积物环境中的重金属是一种持久性污染物[2]，残留时间长，毒性大，隐蔽性强，不易降解，可通过食物链传递、富集[3-6]，严重威胁生态系统安全和人体健康[7]。目前，对黄河口牡蛎产卵场海域沉积物重金属污染状况尚未见报道。本文通过调查及分析黄河口牡蛎产卵场海域沉积物重金属分布，评价其生态风险，以期为了解该海域生态环境状况，保护和修复牡蛎产卵场提供数据支持。

1 材料与方法

1.1 样品采集

2015 年8 月，在黄河口牡蛎产卵场及邻近海域6 个采样点采集沉积物样品，测定重金属含量。用QNC6-1 型抓泥斗采集表层（0～5cm）沉积物样品，装入聚乙烯自封袋，密封后冷冻保存。每个采样点设2 个平行。调查采样站位分布见图1。

图1 黄河口牡蛎产卵场及邻近海域调查站位Fig.1 The survey sites in Yellow River estuary and adjacent waters

1.2 样品处理和分析

样品采集和重金属含量测定参照《海洋监测规范第5 部分：沉积物分析》（GB 17378.5-2007）：将采集的沉积物置于阴凉通风处自然风干，剔除杂质后用玛瑙研钵研磨，然后过100 目尼龙筛，装入聚乙烯塑料袋内备用。用HNO3-HCLO4-HF 混合消解法处理样品，并定容。Hg、As 含量采用原子荧光法测定；Zn含量采用火焰原子吸收分光光度法测定；Pb、Cd、Cu和Cr 含量采用无火焰原子吸收分光光度法测定[8]。

1.3 评价方法

用潜在生态风险指数评价法[9]评价沉积物污染程度及其水域潜在生态风险。该指数值可反映重金属污染物的种类数、含量、毒性水平以及水体对重金属污染物的敏感性。

（1）单个重金属污染系数

式中，Cr为第i 种实测重金属含量；为第i 种重金属的背景值。Cu、Zn、Cd 和Pb 的背景值分别采用26.26mg/kg、75mg/kg、0.136mg/kg 和17.31mg/kg[10]；Cr、As 和Hg 的背景值分别为90mg/kg、15mg/kg 和0.25mg/kg[9]。用来表征沉积物中第i 种金属污染物的污染程度，为低污染；，为中污染；3≤，为较高污染；，为很高污染。

（2）重金属污染综合指数

Cd为综合污染程度，Cd＜5 为低污染；5≤Cd＜10为中度污染；10≤Cd＜20 为较高污染；Cd≥20 为很高污染[11]。

（3）单因子潜在生态风险系数

（4）综合潜在生态风险指数（RI）

按指数大小分为5 个等级：RI＜150 为低潜在生态风险，；150≤RI＜300 为中度潜在生态风险；300≤RI＜600 为较强生态风险；RI≥600 为很强潜在生态风险。

2 结果与分析

2.1 重金属含量的空间变异系数

变异系数CV=（标准偏差SD/平均值Mean）×100%，反映了重金属的空间分布均匀度，变异系数越大，表明该重金属受人为活动干扰越强烈[12]。由表1可知，该海域沉积物中不同重金属污染物的变异系数存在差异（14%～100%），其中Hg 的空间变异系数最大（100%），Cd、Cu、Pb 和As 较大，均大于50%，Zn和Cr 的空间变异系数较小，小于20%。表明该海域沉积物中重金属Hg、Cd、Cu、Pb 和As 含量的空间分布不均匀，离散性较大，受人为活动影响较大；而重金属Zn 和Cr 含量的空间分布比较均匀，波动程度不大，空间离散性较小。

2.2 重金属污染评价

由表1 可知，各站位Zn、Cd、Pb、Cu、Cr、As 和Hg 的含量均符合国家海洋沉积物Ⅰ类质量标准（GB18668—2002）。

由表2 可知，Cd、Pb 和As 的单因子平均污染系数较高，分别为1.49、1.11 和1.05，为中度污染；其他因子均小于1，从大到小依次为：Zn＞Cu＞Cr＞Hg，为低污染水平。Cd 的含量大于1 的站位有3 个，占50%，其中2 个站位为中污染、1 个站位为较高污染；各站位中Pb 的含量大于1 的站位亦是3 个，占50%，均为中污染；各站位中As 的含量大于1 的站位有4个，占66.67%，均为中污染；各站位中其他重金属的含量均小于1。可见，Cd 在沉积物中的富集程度最大，Pb 和As 次之，因此，Cd、Pb 和As 是沉积物中主要的潜在重金属污染因子。

污染综合指数（Cd）大于5 的站位有3 个（占50%），为中度污染，其他3 个站位均小于5，为低污染。各站位污染综合指数平均值为5.39，大于5 小于10，表明目前该海域沉积物中的重金属污染主要为中度污染，污染程度不是过大，可维持持续发展的海洋生态环境。

2.3 重金属生态风险评价

由表3 得出，各种重金属污染物的单因子潜在生态风险系数（）平均值在0.57～44.72 之间，除Cd外均小于40，表明利用各种重金属的潜在生态风险系数评价该海域沉积物中的重金属污染程度，总体属低潜在生态风险，Cd 属中等潜在生态风险。3#、4#和2#站位中Cd 的潜在生态风险系数较高，均大于40，分别为91.99、61.54 和50.07。3#站位综合潜在生态风险指数（RI）较高，属较高潜在生态风险，4#和2#站位均属中度潜在生态风险；其他站位各种重金属的潜在生态风险系数相对较低，均属于低潜在生态风险，因此，Cd 为该海域的潜在生态风险因子。各种重金属的潜在生态风险系数由大到小依次为：Cd＞As＞Hg＞Pb=Cu＞Zn＞Cr，与单因子污染系数的排序有较大差异。

表1 重金属含量平均值及其变异系数（CV）Tab.1 Average contents of heavy metals and the variation coefficients（CV）

表2 重金属污染单因子污染指数（）和综合污染指数（Cd）Tab.2 Single factor pollution index（）and integrated pollution index（Cd）of heavy metal pollution

表2 重金属污染单因子污染指数（）和综合污染指数（Cd）Tab.2 Single factor pollution index（）and integrated pollution index（Cd）of heavy metal pollution

注：表中A、B、C 分别代表污染程度为低污染、中污染和较高污染

表3 各种重金属的潜在生态风险系数（）和风险指数（RI）Tab.3 Potential ecological risk coefficients（）and risk indices（RI）of heavy metals

表3 各种重金属的潜在生态风险系数（）和风险指数（RI）Tab.3 Potential ecological risk coefficients（）and risk indices（RI）of heavy metals

注：表中X、Y、Z 分别代表风险等级为低潜在生态风险、中潜在生态风险和较高潜在生态风险

各调查站位的综合潜在生态风险指数RI 为36.12～126.24，均值为71.51，均小于150，因此该海域各站位和总体潜在生态风险均为低潜在生态风险。

3 讨论

本次调查研究表明，黄河口牡蛎产卵场海域沉积物中重金属含量由高到低分别是锌（Zn）（42.65±6.43）mg/kg、铬（Cr）（41.00±5.76）mg/kg、铅（Pb）（19.17±9.83）mg/kg、砷（As）（15.71±7.95）mg/kg、铜（Cu）（14.72±8.11）mg/kg、镉（Cd）（0.20±0.13）mg/kg和汞（Hg）（0.04±0.04）mg/kg；从空间分布上看，Hg、Cd、Cu、Pb 和As 含量的空间分布不均匀，离散性较大；Zn 和Cr 含量的空间分布较为均匀，离散性较小。

各种重金属的单因子污染系数从大到小依次为：Cd＞Pb＞As＞Zn＞Cu＞Cr＞Hg，其中Cd、Pb 和As 污染系数较高，为中污染，其他重金属污染系数均较低，为低污染。在各站位重金属含量均符合国家海洋沉积物Ⅰ类质量标准的海域中，通过单因子污染系数分析，则出现了Cd、Pb 和As 为中污染的结果，究其原因：一是单因子污染系数是重金属实测值与背景值的比值，背景值为变量，随空间、时间以及选择的不同而产生变化，因此背景值的不同选择对单因子污染系数具有显著影响；二是各种重金属的生态毒性系数不同，以及某些重金属元素虽然污染程度较高，但其具有亲颗粒性，容易被悬浮物迁移进入沉积物中矿化埋藏，降低了生物毒性[13]，也就是重金属不同结合形态决定了重金属的生物有效性，使重金属的生物毒性不同[14]。因此，在评价沉积物中重金属时，只有把单因子指数法和潜在生态危害指数法相结合，并加上相应的生物或生态效应指标，才能较全面反映沉积物中重金属的污染状况[15]。从综合污染指数来看，该海域总体重金属污染水平为中污染。

总体来看，该海域重金属污染水平为低潜在生态风险。单因子潜在生态风险系数由高到低分别为Cd＞As＞Hg＞Pb=Cu＞Zn＞Cr，其中，Cd 的潜在生态风险系数较高，有3 个站位超过40，是潜在生态风险因子。

研究表明，高浓度重金属沉积物直接危害底栖生物，并随着食物链的传递和富集，严重威胁人体健康[16,17]。牡蛎对Cu、Zn、Cd 的富集能力比其他生物高[18,19]，但重金属在生物体内富集受生物因子（种类、大小）、非生物因子（温度、盐度）及金属化学形态等多种因素影响[20,21]。该海域沉积物中重金属含量均不超标，潜在生态风险和对牡蛎的食品安全风险也较低。但是，应引起足够的重视，对牡蛎产卵场水域牡蛎体内重金属含量与评价，以及沉积物重金属与牡蛎体内重金属含量的相关性等仍需进一步研究。