大亚湾近十年沉积物中汞、砷分布及污染评价

2020-11-19杨文超黄道建陈继鑫陈晓燕王宇珊

水产科学 2020年6期

杨文超，黄道建，陈继鑫，陈晓燕，王宇珊

( 生态环境部华南环境科学研究所，广东广州 510655 )

重金属污染是一种随着经济快速发展而出现的环境危机[1]，因其来源广泛，具有毒性强、生物难以降解和易富集等特性，目前已成为全球性的海洋污染问题[2-3]。沉积物是海洋中各种污染物的主要集聚处[4]，大部分陆源污染物均在沉积物中积累，由于生物积累等原因，重金属污染物可能会影响某些生物体，并且对人类健康和生态系统有着潜在的长期影响[5-7]。

大亚湾地处惠州市南部，是中国南方重要的深水海湾之一，湾内海产资源丰富[8-9]。近几十年来，随着大亚湾区经济的发展，大亚湾的海洋生态环境已受到不同程度的影响[10-11]，石化企业污染排放、城镇生活污水排放、海产养殖等带来的重金属污染问题成为该区域主要的环境问题[12]。大亚湾作为一个重要的石化产业基地，随着21世纪初中海油、壳牌一期项目相继投产后，石化区的废水年排放量接近9.2×106m3[13]，中海油、壳牌二期项目也分别于2018年建成并投入运行，根据《中海油惠州石化有限公司炼油二期工程竣工环境保护验收监测报告》，二期项目废水的年排放量约3.67×106m3，排海污水中重金属浓度限值：Hg为0.05 mg/L、As为0.5 mg/L。目前大亚湾石化区已形成年2.2×106t的炼油规模和年2.2×105t的乙烯石化产业规模，炼化一体化规模跃升至全国第一，石化区已落户项目达89宗，在石化企业和炼化企业投产多年后，且伴随着中海油、壳牌二期的陆续投产，大量的工业废水排放必然会对大亚湾的生态环境产生潜在影响。针对大亚湾海域沉积物的污染情况，已开展诸多相关研究[12-26]，但缺乏针对沉积物中Hg、As含量及分布的长期变化的跟踪研究，尤其是近十年来的研究更是鲜见报道。笔者以大亚湾海域表层沉积物为研究对象，对近十年来沉积物中的Hg、As含量时空分布特征进行分析，并采用潜在生态风险评价法对其污染情况进行评价，以期为大亚湾区域的污染防治提供参考依据。

1 研究方法

1.1 采样时间和站位

根据生态环境部华南环境科学研究所近十年来在大亚湾进行的监测结果进行分析，具体站位设置为：(1)2009年4月布设8个站位；(2)2012年2月布设13个站位；(3)2015年1月布设11个站位；(4)2018年12月布设6个站位。具体站位分布情况见图1。

图1 大亚湾表层沉积物采样站位Fig.1 Sampling stations of surface sediments in Daya Bay

1.2 采样及分析方法

采用抓斗式采样器采集表层沉积物，沉积物中Hg、As的总量分析按照《海洋监测规范》(GB 17378.5—2007)中的分析方法进行，Hg、As含量均采用原子荧光法测定(原子荧光分光光度计，PF6-2)。Hg的检出限为0.002 mg/kg，As的检出限为0.01 mg/kg。

1.3 评价方法

沉积物污染评价采用潜在生态风险法评价[27-28]：

2 结果与分析

2.1 表层沉积物中重金属含量及分布特征

表层沉积物中Hg、As含量监测结果见表1。监测期间，2009、2012、2015和2018年Hg含量分别为0.005～0.070 mg/kg、0.005～0.071 mg/kg、0.070～0.160 mg/kg、0.008～0.064 mg/kg，均值分别为0.04、0.04、0.12、0.04；As的含量分别为4.56～10.90 mg/kg、1.50～8.80 mg/kg、4.52～8.06 mg/kg、5.65～9.90 mg/kg，均值分别为7.98、4.81、6.78、7.35 mg/kg。Hg含量除2015年较高外，其余年份基本相当，而As含量差异不大。沉积物中Hg、As历年的监测值均低于《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)中Ⅰ类的标准值(Hg限值为0.20 mg/kg、As限值为20.0 mg/kg)。

表1 大亚湾表层沉积物中Hg和As含量 mg/kgTab.1 Contents of Hg and As in surface sediments of Daya Bay

监测期间，各年份Hg、As含量空间分布特征见图2、图3。Hg含量高值区于2009年出现在惠东近岸海域，2012、2015、2018年的主要高值区出现在湾顶部的近岸海域，整体上看湾口海域Hg的含量低于其他海域。As含量的高值区于2009、2012、2015、2018年均出现在湾顶的近岸海域，其中2009、2015、2018年均呈现出由湾内向湾外递减的趋势，仅2012年呈现自西向东递减的趋势。总之，Hg、As的含量分布有一定的相似性，主要高值区均集中在大亚湾澳头至石化区一带的近岸海域。

2.2 潜在生态风险评价

大亚湾海域表层沉积物中Hg、As的潜在生态风险评价结果见表2。整体来看，Hg、As的污染指数均较高，除As在2012年的污染指数为1.84外，其他年份均高于2。各年份Hg的潜在生态风险高于100，呈现很强的潜在生态风险，As的潜在生态风险值除2009年稍高于30外，其余年份均低于30，表明As的潜在生态风险较轻微，且历年变化较平缓。

表2 潜在生态风险评价结果汇总Tab.2 Summary of potential ecological risk assessment

图3 As含量(mg/kg)分布Fig.3 The distribution of As content (mg/kg)in surface sediments of Daya Bay

3 讨论

3.1 沉积物中Hg、As来源分析

沉积物中Hg的含量分布主要取决于其来源[33]。研究表明，近岸海域重金属污染的来源包括地表径流[34-35]、大气沉降[28,36]、海水养殖[37-38]等，而陆源径流输入是重金属污染的主要来源[39]。根据《惠州大亚湾经济技术开发区海洋环境保护三年行动计划(2017—2019年)》，惠东近岸海域已基本无工业污染排放，而大亚湾区沿岸的63个陆源排海口中有20个分布在石化区沿岸。从Hg的分布特征来看，近些年来高值区主要集中于大亚湾湾顶的澳头至石化区一带的近岸海域，整体上呈现出由湾顶向湾口降低的趋势，这也与林丽华等[23]的研究结果一致。Hg含量在南部湾口较低，其中8、21、30、31号站位均位于大亚湾第一条排污管线排海口附近，这些站位的Hg含量低于湾顶站位监测值，主要是湾口区域海水交换能力好，交换更频繁，重金属更易随着海流而流动，使得重金属累积量相对较低，而湾顶的含量高值区一带靠近大亚湾石化区，人类活动频繁，工业企业较多，海水交换能力较差，重金属易于沉积。2015年Hg的监测值高于2009年、2012年的监测值，其中最高值出现在22、23、24站位，均为0.16 mg/kg，这些站位距大亚湾石化区较近，沿岸的污染物排放较多，但其含量低于唐得昊等[12]的调查结果(表3)，不同调查间其监测站点并未完全重合，可能导致监测结果的差异，因为海流、排污及海底地形等的差异都可能引起重金属在地域上的差异。2015年29号站位的Hg含量较2009年5号站位的Hg含量增加了4倍，这一站位靠近惠东沿岸，含量增加可能与日益增长的近岸人类频繁活动有关。综合分析，沿岸大量陆源废水的排放以及石化区工业企业使用化石燃料后排放的含重金属废气通过大气沉降[33]进入海域等可能是大亚湾海域沉积物中Hg的主要来源。这一点也与其他海域类似，吴文成等[40]针对茅尾海沉积物中重金属的调查也指出，化石燃料的大量使用可能是该海域沉积物中Hg污染原因；李玉等[41]指出，连云港工业快速发展加剧了海州湾海域沉积物中Hg等重金属污染。

陆源输入是近岸海域沉积物中砷的主要来源[42]，As的含量分布与Hg的类似，这表明大亚湾近岸海域As的来源可能与沿岸工业排污有关。曹玲珑等[14]也指出，As等元素高值区分布与大亚湾近岸城镇密集的工业活动相关。

表3 大亚湾与其他海域沉积物中重金属含量对比 mg/kgTab.3 Comparison of heavy metal contents in sediments of Daya Bay with other seas

3.2 沉积物中Hg、As含量变化及污染情况分析

Hg、As历年的监测值均低于《海洋沉积物质量》(GB 18668—2002)中的Ⅰ类标准，含量分别为0.005～0.160 mg/kg、1.50～10.90 mg/kg，监测最大值是工业化以前背景值[29]的14.5倍、4.1倍。结合表1和表3的数据，Hg、As的含量与近些年来大亚湾表层沉积物中重金属的研究报道[12,14-15,23,25]以及舟山海域[43]的研究数据基本相当，但低于珠江口黄茅海[44]、茅尾海[40]海域表层沉积物中Hg、As的含量。这表明沉积物中Hg、As的含量虽然远高于背景值，但是近十年来沉积物中Hg、As的含量变化相对较稳定。潜在生态风险评价表明，Hg呈现很强的潜在生态风险。Hg的污染指数较高，同时毒性系数更高(Hg为40，As为10)是导致本调查中Hg的潜在生态风险值远远高于As潜在生态风险值的原因。Hg的潜在生态风险评价结果与林丽华等[23,25,45]的研究结果一致，潜在生态风险值远高于1996年丘耀文等[46]的调查结果，表明近十年来大亚湾区域的Hg污染并未缓解，当地监管部门应引起足够的重视，抑制Hg输入途径，加大入海排污口的监控以及区域内企业废气中Hg排放的监测和监管。

笔者对大亚湾海域表层沉积物中Hg、As近十年的时空变化进行分析，结果表明其并未恶化。但是受限于监测频次和范围，大亚湾海域沉积物生态环境的影响还有待更深入的调查研究。