长江口外围重要港区及邻近海域沉积物中有机锡分布特征及生态风险评价

束胜男， 沈婉晴， 尹 杰， 胡承晨， 李娟英

上海海洋大学海洋生态与环境学院， 上海 201306

有机锡化合物(OTCs)自20世纪就被广泛应用于工农业中，其具有良好的杀生防污性能，因此为了防止贝类生物附着腐蚀船体和构筑物，OTCs被更多地应用于海上构筑物和船只的防污涂料中，从而导致OTCs的逐步释放，其被认为是人类引入海洋环境中毒性最大的物质之一[1-4]. OTCs为美国环境保护局(US EPA)1998年公布的67种内分泌干扰物质之一，其对海洋生物体的新陈代谢以及生长发育都有极大的危害[5-6]. 2001年，施华宏等[7]对中国沿海地区进行大范围采样调查发现，疣荔枝螺的性畸变率在90%以上，并且与水环境中三丁基锡(TBT)的含量呈显著相关；此外，TBT还可干扰海洋中贝壳生物的钙代谢，导致贝壳畸形变厚[8]. 何依芳等[9]发现，TBT的生物放大作用已在海洋食物链(即浮游生物、无脊椎动物和鱼类)中出现，如果海洋环境长期遭受OTCs的污染可能将导致更多的螺类、贝类种群衰退，不仅对海产品质量安全产生威胁，更会对生态系统造成难以修复的破坏. 近年来，有关TBT海洋船舶防污涂料禁令已经逐渐完善并实施[10-11]，但是由于TBT在沉积物中降解速率缓慢以及部分旧船只仍在使用含TBT的防污涂料等情况，TBT污染依不容乐观[12-13]. Chen等[14]研究发现，我国苯基锡(PhTs，包含单体MPhT、DPhT、TPhT)污染也呈一定的加重趋势.

长江口附近的港口众多，其中上海港历史悠久、海运交通频繁，是我国沿海的主要枢纽港，也是世界第一大港口，每年承担的货物吞吐量和集装箱吞吐量分别在 6 000 多万吨和 4 000 多万标箱，周围海域往来船只包括国内船只、远洋船只以及各类型渔船等[15]，北部是六大国家级中心渔港之一的吕四渔港，南部是世界级综合性港口(宁波-舟山港)、世界三大渔港之一的沈家门渔港以及中国最大的渔场(舟山渔场)，航运及渔业活动频繁. Liu等[16-17]研究发现，渔业活动中网箱防腐和渔业船只会使用OTCs涂料，因此可能导致长江口附近海域存在一定的OTCs污染. 另外，大量冲淡水由此入海，也将大量陆源污染物质带入此海域[18]. Chen等[19-20]研究表明，长江口及杭州湾地区受OTCs污染影响. 目前，研究地域较多局限在长江口和杭州湾内部，对承担主要远洋航运的洋山港周围，以及南部更为复杂的宁波-舟山港、沈家门渔港和舟山渔场的混合区域研究较少，对远离河口的较远海域的研究较为鲜见. 因此，该研究主要针对长江口外围重要港区及邻近海域(北至吕四渔港，南至沈家门渔港以及远离河口位置海域)的海洋表层沉积物进行OTCs含量水平测定，全面了解该区域OTCs污染状况，并对其进行来源分析和生态风险初步评价，以期为OTCs污染治理提供基础数据和指导建议.

1 材料与方法

1.1 样品采集

2019年1月—2020年12月，在长江口外围重要港区及邻近海域选取29个采样点(见图1)，使用彼德森抓斗式采泥器(DXCN1/16，厦门登迅仪器设备有限公司)采集0～15 cm表层沉积物. 采样方法参照GB 17378.3—2007《海洋监测规范》，将采集好的样品装于铝箔袋中，密封标号后低温运输至实验室，进行48 h的冷冻干燥，再研磨过100目(150 μm)筛后进行后续分析.

图1 长江口外围重要港区及邻近海域采样点示意Fig.1 Sampling points in important harbor areas and adjacent sea areas in the periphery of the Yangtze Estuary

1.2 试剂与材料

三丁基氯化锡(TBT)、二丁基氯化锡(DBT)、一丁基氯化锡(MBT)、三苯基氯化锡(TPhT)、二苯基氯化锡(DPhT)、三丙基氯化锡(TPrT)均购自德国Dr. Ehretorfer Gm-bH. 一苯基氯化锡(MPhT)、环庚三烯酚酮(>98%)购自美国Sigma-Aldrich. 乙酸(HPLC级)、甲醇(HPLC级)、正己烷(HPLC级)均购自美国supelco. 使用甲醇配置浓度为 10 000 mg/L(以锡离子计)的OTCs储备液，-20 ℃避光储存，每周试验前稀释至500 mg/L(以锡离子计)作为标准使用液，4 ℃避光储存待用. 超纯水仪(Milli-Q® Direct，Merck KGaA，美国)制备超纯水(电阻率，18 MΩ/cm). 四乙基硼酸钠(NaBEt4，98%)购自美国Strem Chemicals，试验前使用超纯水配制成1%四乙基硼酸钠溶液. 醋酸-醋酸钠溶液(1 mol/L，pH为4.7)由无水乙酸钠(AR)和无水乙酸(AR)配置. Florisil柱(1 g，6 mL)购自美国Waters.

1.3 沉积物粒径及有机碳含量测定

沉积物样品的粒径采用马尔文激光粒度仪(Mastersizer 2000型，英国马尔文仪器有限公司)进行测定.

参照文献[21]的方法，称5 g沉积物样品于50 mL玻璃比色管，加20 mL 1 mol/L HCl，混匀后静置16 h，使用超纯水清洗沉积物样品至pH为7，在105 ℃ 条件下烘干. 称取上述烘干样品300 mg，使用元素分析仪(vario MAX，elementar analysen systeme GmbH，德国)测定有机碳(TOC)含量.

由表1可见，此次采样点沉积物粒径在13～240 μm之间，参照GB/T 12763.11—2007《海洋调查规范 第11部分：海洋工程地质调查》，除S14采样点沉积物粒径稍大为粉砂(75～250 μm，颗粒组成含量>50%)外，其他采样点均属于粉土(5～75 μm)，有机碳含量均在1%以下.

表1 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物粒径及有机碳含量

1.4 沉积物OTCs含量测定

1.4.1样品前处理

将Chen等[19]前处理方法稍加改进，步骤如下：称取1 g样品粉末置于30 mL玻璃离心管中，加入10 mLV乙酸∶V甲醇为1∶9的混合溶液(含0.03%环庚三烯酚酮)；再使用涡旋振荡仪混匀，室温下超声(200 W，40 kHz)30 min后 3 000 r/min离心10 min；取5 mL上清液置于60 mL棕色玻璃样品瓶中，依次加入25 μL浓度为 1 000 ng/mL的TPrT、40 mL醋酸-醋酸钠缓冲溶液(1 mol/L，pH=4.7)、1 g氯化钠(400 ℃烘2 h)、5 mL正己烷、600 μL 1%的NaBEt4溶液，振荡衍生20 min；然后吸取4 mL己烷相通过Florisil柱，再使用5 mLV正己烷∶V乙醚为9∶1的混合溶液洗脱，收集洗脱液于玻璃离心管中，氮吹近干，定容至0.5 mL待测.

1.4.2色谱条件

使用气相色谱-三重四级杆串联质谱仪(GC-MS/MS，Agilent 8890-7000D型，Agilent Technologies，美国)测定沉积物中的MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT，测定使用保留时间及离子对参数(见表2)，并对各物质进行定性，使用TPrT作为内标定量. 色谱柱使用HP-5-MS〔30 m (柱长)×0.25 mm (内径)，膜厚0.25 μm〕，进样模式为不分流进样，进样口温度为260 ℃，传输线温度为230 ℃，进样量为1.0 μL. 柱温采用程序升温，初始温度为50 ℃，保持2 min，以10 ℃/min升至150 ℃，再以8 ℃/min升至180 ℃，再以15 ℃/min 升至280 ℃. 离子源为EI源(70 eV)，离子源温度为230 ℃，电离能量为70 eV，载气为高纯氦气(99.999 9%，1 mL/min). 选择多反应检测(MRM)模式扫描.

表2 GC-MS/MS分析OTCs优化参数

1.5 质量控制与保证

使用空白沉积物样品进行加标回收试验，样品中6种OTCs回收率在64%～115%之间，标准偏差在8%以内；同时进行检出限测定试验，沉积物中6种OTCs检出限均在0.2 ng/g (以干质量计、以锡离子计)以内. 每个沉积物样品均设置3组平行试验，每次试验设置程序空白及仪器空白. 试验过程中使用的玻璃仪器均经过2%稀硝酸溶液隔夜浸泡. 沉积物中OTCs测定结果使用内标校正曲线进行定量.

1.6 数据处理

使用SPSS 26软件进行数据结果分析，评价沉积物中OTCs浓度与沉积物的基本特征关系. 使用ArcGIS 10.7软件制作长江口附近海域OTCs污染分布图.

使用丁基锡(BTs，包含单体MBT、DBT、TBT)生物降解系数(BDI)和PhTs生物降解系数(PhDI)预测TBT和TPhT是否为近期污染[19]，计算公式[22]：

BDI=(CDBT+CMBT)/CTBT

(1)

PhDI=(CDPhT+CMPhT)/CTPhT

(2)

式中，CMBT、CDBT、CTBT、CMPhT、CDPhT和CTPhT分别表示沉积物中MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT的含量(以干质量计、以锡离子计)，ng/g.

BDI值或PhDI值小于1，表示TBT或TPhT存在新近输入；BDI值或PhDI值大于1，表示存在历史残留；BDI值或PhDI值大于2，表示可能有其他陆地降解来源[22-23].

2 结果与讨论

2.1 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物OTCs污染特征

长江口外围重要港区及邻近海域表层沉积物BTs、PhTs均被检出，总含量(以干质量计、以锡离子计，下同)范围为0.91～25 ng/g(见图2). MBT、DBT、TBT、MPhT、DPhT和TPhT含量范围分别为nd(未检出)～16 ng/g、nd～7.8 ng/g、nd～2.6 ng/g、nd～1.0 ng/g、nd～2.3 ng/g、nd～3.3 ng/g，检出频率分别为82.8%、48.3%、6.9%、41.4%、75.9%、72.4%. 皮尔逊线性相关性分析发现，沉积物粒径与OTCs含量无显著相关性(R=0.206，P>0.05)，而TOC含量与OTCs含量(R=0.491，P<0.01)呈显著相关. 如S19、S24采样点TOC含量相对较高(见表1)，其OTCs含量也相对较高(见图2)；而S14、S6、S16采样点TOC含量相对较低(见表1)，其OTCs含量也相对较低(见图2). 笔者研究结果与Mattos等[24]研究结果一致，沉积物中不同颗粒对OTCs的相对吸附能力影响沉积物中OTCs污染情况. 该海域OTCs污染主要表现出PhTs检出率较高但含量较低，BTs虽然含量较高，但主要是由MBT贡献，而毒性相对较高的TBT在大部分位点均未检出(见图3). 沈家门渔港、宁波-舟山港区域附近OTCs污染较高，其次是洋山港区域和吕四渔港区域，而远离港口的开阔水域OTCs污染较低. 中国于2011年生效的《2001年国际控制船舶有害防污底系统公约》(AFS 2001)中禁用含TBT船舶防污涂料[25]，但是对小型渔船使用TBT涂料的管制能力有限[26]. 有研究[14,20]表明，与TBT具有相似毒性效应的TPhT有应用于船舶防污系统和农业生产的情况，但中国目前还缺乏相应法规管制. 长江口外围重要港区及邻近海域还可能存在江浙沪沿海地区污水排放带来的低取代基有机锡(MBT、DBT、MPhT、DPhT)污染情况，以及长江上游地区带来的OTCs污染[27]. 综上，长江口附近海域整体呈现出离海港越近OTCs污染越严重的趋势，与Liu等[16]研究结论一致.

图2 长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染空间分布Fig.2 Spatial distribution of organotin concentrations in important harbor areas and adjacent sea areas in the periphery of the Yangtze Estuary

图3 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物中不同种类OTCs占比Fig.3 The proportion of different types of organotin in the sediments of important harbor areas and sea areas around the Yangtze Estuary

与其他地区对比(见表3)发现：长江口外围重要港区及邻近海域BTs含量远低于我国杭州湾[20]、厦门市[28]、台湾近海[16]以及法国土伦湾[29]、意大利卡利亚里[30]、秘鲁利马海岸[31]、南波罗的海沿岸[32]、韩国镇海湾[33]，与我国长江口[19]、深圳湾[22]以及智利科金博港[31]处于相当水平；PhTs含量略低于我国杭州湾[20]、深圳湾[22]，与厦门市[28]、长江口[19]水平相当. 综上，长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染含量在世界范围内处于较低水平.

表3 世界范围内沉积物中OTCs的残留量

2.2 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物OTCs污染来源

根据BDI值和PhDI值对该海域OTCs污染来源进行判断[22-23]. 由表4可见：28个采样点的BDI值大于2.00，S3采样点的BDI值小于1.00，说明BTs的主要来源是历史残留，同时可能存在其他陆源污染；16个采样点的PhDI值大于2.00，5个采样点的PhDI值在1.00～2.00之间，3个采样点的PhDI值小于1.00，说明PhTs的主要来源是历史残留，部分区域存在其他陆源污染. 综上，长江口附近海域OTCs污染主要来源于历史残留，低取代基有机锡污染还可能存在除防污涂料之外的其他陆源污染.

表4 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物OTCs的生物降解系数

从OTCs污染物空间分布(见图2)来看，洋山港(S19采样点)作为全球单体规模最大的全自动码头，货运吞吐量及集装箱吞吐量连年世界第一，舟山港(S22采样点)同样是世界级港口，航运发达，但是二者附近海域OTCs污染并不明显，可能与国际及国家OTCs防污涂料管控法规日益完善，近年来船只已经极少使用OTCs防污涂料有关[10-11]. 沈家门渔港附近(S24采样点)的OTCs污染相对较高且PhDI值小于1.00，表明该点可能存在TPhT新近输入，相比主要进出大型远洋货船的洋山港及舟山港，沈家门渔港是中国最大的天然渔港，也是世界三大渔港之一，情况更加复杂，研究表明渔船修造厂为降低成本违规使用含OTCs防污涂料的情况较多[26]，这也可能是沈家门渔港附近的OTCs浓度高于洋山港等其他区域，以及该区域出现TPhT新近输入的原因之一. 东极镇附近(S26采样点)海域OTCs污染也相对较高，这可能与周围频繁的渔业活动及周边存在大量网箱养殖区域有关. Liu等[16]研究发现，海水养殖使用的养殖网箱可能使用OTCs防污涂料，对海洋环境造成一定的OTCs污染. Chen等[20]研究表明，在养殖过程中可能使用了含OTCs的杀菌剂、杀螺剂(主要是含BTs或PhTs类药剂)，从而导致环境受到OTCs污染. 江苏省吕四渔港区域OTCs浓度比开阔水域稍高，并且附近海域(S2、S3、S4采样点)的生物降解系数小于1.00，表明可能存在TBT、TPhT新近输入，同样可能存在小型渔船违规使用含OTCs涂料的情况；另外，在开阔水域OTCs污染相对较低，与Liu等[16,34]研究结论一致，即港口比行船频繁的开阔水域更容易累积OTCs. 综上，长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染主要来源于船舶活动的历史残留和陆源污水污染，小部分渔业活动频繁区域还有渔具和养殖过程带来的污染.

2.3 长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染生态风险评价

由于我国还未制定明确的沉积物中OTCs污染生态风险评价标准，故采用国际标准对长江口外围重要港区及邻近海域进行生态风险评价. 澳大利亚《沉积物质量指南》规定，TBT的低触发值和高触发值分别为5和70 ng/g(以干质量计、以锡离子计)[35]，我国长江口外围重要港区及邻近海域所有采样点(nd～2.6 ng/g)均未达到上述低触发值. US EPA建议的TBT低筛分值(LSV)和高筛分值(HSV)分别为5.15和72.04 ng/g (以干质量计、以锡离子计,含1%TOC校准)[19]，我国长江口外围重要港区及邻近海域所有采样点TBT含量(nd～2.6 ng/g)均未达到低触发值. 荷兰国家海岸与海洋管理研究所(RIKZ)制定的《沿海海洋沉积物质量指南》规定，TBT和TPhT的最大允许浓度(MPC)分别为0.7和1.0 ng/g(以干质量计、以锡离子计)[22]，我国长江口外围重要港区及邻近海域的TBT污染仅S3采样点〔(2.6±0.10)ng/g〕和S24采样点〔(0.90±0.31)ng/g〕超过其最大允许浓度，而TPhT仅在S24采样点〔(3.3±0.68)ng/g〕超过其最大允许浓度. 综上，长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染生态风险处于较低水平，但由于该区域历史残留严重，小部分渔业活动频繁区域的TBT、TPhT可能存在新近输入，沉积物中OTCs容易由于自然或人为因素重新进入水体并在生物体内富集[36]，故该海域的OTCs污染状况仍然不容忽视.

3 结论

a) 长江口外围重要港区及邻近海域沉积物均检出有机锡化合物(OTCs)，呈现出离海港距离越近OTCs污染越严重的特征. 与其他地区比较，长江口外围重要港区及邻近海域沉积物中OTCs含量处于较低水平.

b) 长江口外围重要港区及邻近海域OTCs污染主要来源于历史残留和周围发达地区的陆源污水输入，小部分区域还存在渔业活动带来的OTCs污染情况.

c) 基于对TBT和TPhT的生态风险评价，长江口外围重要港区及邻近海域的生态风险较低，仅个别渔业活动频繁位点OTCs含量超过荷兰国家海岸与海洋管理研究所(RIKZ)《沿海海洋沉积物质量指南》中规定的最大允许浓度(MPC)，且附近区域可能存在TBT、TPhT新近输入，故应当持续关注这些区域.