茅尾海重金属分布特征及污染评价_田海涛.doc

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1、 DOI: 10. 13984/j. cnki. cn37-1141. 2014. 01. 012 2014 年 海 洋 湖 沼 通 报 Transactions of Oceanology and Limnology NQI 茅尾海重金属分布特征及污染评价 田海涛 胡希声 2, 谢健、 张少峰 3, 安劲松 1 (.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院， 广东广州 510300;2国家海洋局南海环境监测中心 , 广东广州 510300;3.国家海洋局北海海洋环境监测中心站，广西北海 536000 摘要： 分了茅尾海海水、 表层沉积物和生物体中 Cu、 Pb、 Zn、 Cd、 Hg 的含量及

2、分布特征， 并运用单因 子指 數 法、 地积累指数法 评价了该区重金属污染程度。 结果表明： 海水中 Pb、 Cd、 Hg 的含量大都符合海 水水质第一 类标准， Cu 符合第二类标准， Zn 超第二类标准，但含量均低于渔业水质标准；表层沉积物重 金爲含量符合海洋 沉积物质量第一类标准， (： 11、 卩 1)、 211、 匚 1 、 只 8 的地积累指教（ )均较小，匚 1 污染程度 略大， 污染 多在红树林湖滩， 沉积物质量属轻度污染， 与国内外海湾相比处于较低污染水平； 不同生物对 重金属吸附作用 存在较大差异，潮间带生物除对 Pb 外的其他重金属富集效果显著 。 关键词： 重金属； 分

3、布特征 污染评价；茅尾海 中图分类号 :X14S 文獻标志码： A 文章编号： 1003-6482(2014)01-161-08 引 言 河口海湾一般生产力较髙，生态服务功能强，大多数开发活动集中于此，分析该类海域重金属特征 能 指导人类活动。粒控效应使水中重金属大多吸附于悬浮颗粒，被水流搬运，当其负荷量超过搬运能力 时 便沉降进人沉积物，使沉积物中重金属呈明显的分布规律 121 。沉积物中重金属可通过一系列物理、化 学 和生物过程而释放出来 ,导致水环境的 “ 二次污染 ” 3 。同时，重金属还能够被底栖生物或其它生物 降解 , 通过食物链不间断在生物体间传递和富集，能引起生态系统中生物体的

4、不良反应，甚至危害人体 的健康 与生存 m。研究重金属元素在不同介质中的分布情况 ,可以揭示重金属元素在该区的富集程度及污 染状 况，有助于了解水体和沉积物中重金属的地球化学演化特征及潜在的环境风险，探讨区域人类活动 与自 然环境相互作用的过程，对海洋保护及开发利用具有重要意义 5 。 目前，国内海湾沉积物中重金属研究已开展较多 7 8 ，但对茅尾海水体、沉积物和生物中重金属多介 质 的系统 综合分析较少 9 。本文拟通过对茅尾海海水、沉积物及潮间带生物三种介质中五种重元素的实 验 分析，对重金属的分布特征与污染状况进行综合评价，为海域环境保护、海洋资源可持续利用提供科学 依 据。 1 研 究

5、 区 域 及 方 法 1.1 研究区域 茅尾海位于 广 西钦州湾海域顶部 ， 地理 坐 标 l 82E 10837E;2146N 2154N， 面积 约 135km2 ,北有 钦 江 、 茅岭 江 汇入 ， 南部 通 过 2km 宽狭 窄 水道与 北 部湾相通 ， 呈口 袋 状 ， 平均 水 深小 于 2m， 属 半 封闭 内 湾（见 图 1)。 属 于南 亚 热带海 洋 性气 候 ，年 平 均气 温 约 22. FC,年 平 均降 雨 量 为 2135mm, 潮 汐为 不 规则全日潮 ， 潮汐不等现 象 明显，平 均 潮差 约 2.5m。 该海 域 滩涂广布， 近 岸生长大量 红 树林 ，

6、现 有 广西茅尾海红树林自然保护区，总面 积 2784hm2 ,茅尾海还是我国南方最大的近江牡蛎采苗基地 ， 采苗 区 约 2340hm2 ,分布在 近 岸红树林外 围 滩涂、中北 部 和中南部海 区 。 基金项目：海洋公益性行业科研专项 (疏浚泥规棋化利用成套技术研究 201105024)资助 第一作者简介：田海涛（ 1983-),男 .山东泰安人，硕 士，工程师，国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院技术发展室副主任， 主要从亊海洋地质、海洋环境研究， E-maiM. 收稿日期 :2013-09-22 品袋带回实验室经风千、 均 一、研磨后进行分 析 ， 带回实 验 室分 析 。调査 中

7、样品的 采 集、 保 存 、 162 海 洋 湖 沼 通 报 2 0 1 4 年 1 . 2 样 品 采 集 和 检 测 1.2.1 样品采集 2011 年 11 月采集了茅尾海海水（涨落潮）、沉积物和海洋生物重金属 的环境质量进行了调査，共 设 水质 24 站（ 17 个大面站、 4 个人海口断面站）、沉积物 11 站、潮间带生物 3 个，见图 1,本文分析剔出 茅尾 海外 15#、 16#站。用洁净聚乙烯瓶采集表底 2 层海水，现场用 0. 45um Nud 印 ore 膜过滤后储存于瓶 中 带 M 实验室分析 ;沉积物样品用采泥器采集后装人样 ； 生 物样品采集后经海水清洗后用聚乙烯袋装

8、好冷冻保存 运 输 均按照 海洋调査规 范 KGB12763-2007)执行 IH 1 。 1.2. 2 样品检 测 样品中 Cu、 Pb、 Cd 含量使用 TAS-986 原子吸 收分光光度计采用无火焰原子吸收分光光度法分 析 ,Zn 使用 TAS-986 原子吸收分光光度计采用火 焰原子吸收分光光度法分析， Hg 使用 XGY-1011A 原 f 荧光光度计采用原子荧光法分析。调查中样 品分析按照海洋监测规范（ GB1H78-2007)执 行 1111 ,测试分析在国家海洋局北海环境监测中心 站 Vd 成。 1 . 3 重 金 属 污 染 评 价 方 法 1.3. 1 评价方法 沉积物重金

9、厲污染评价采用地积累指数法 地 积 累 指 数 适 德 国 Muller 提出的研究水环境 沉积物重金厲污染的定量指标 1121 。其不仅考虑到 地球化学背景值及人类造成污染等因素 B 1 ,还关 注自然造岩成因可能引起的背景值变动因素。 公式为 Wjro = l g2(n/U.SBEn 式中，BEn 是指重金属地球化学背景值， mg/ kg;常数 1.5,是考虑到成岩作用可能会引起背景 值的变动； Cn 是指元素 n 在沉积物中的含量， mg/ 表 丨 广 西 霣 金 厲 地 球 化 学 背 最 值 Table 1 Geo-chemical background values of heav

10、y metals in (juangxi 元家 Cu lh Zn Cd Hg BEnCXIO 6) 24. 25 20. 30 55. 25 C. 07 0. 11 表 2 地积累指数（ 1 狀 0)与地积累污染级数 Table 2 Indices of geo-accumulation ) and the pollution grades 污染程度 类别 无 无 中 中 中 强 强 强 极强 极强 5 lgc 。级 别 0 1 2 3 4 5 6 6 1 期 茅尾海重金属分布特征及污染评价 1 6 3 2 结 果 与 分 析 2.1 海水重金屬含置分布和环境质置 评价 海水重金属分析见表 3

11、, 重金属含量呈现出一定的规律分布， Zn 含量在落潮时含量比涨潮时显著增 加 ,且在航道附近变化最为明显，考虑潮流及径流调査数据，重金属分布受水动力条件和陆源污染物排放 的影响明显，与其它港湾规律相一致 1617 。依据海水水 质标准 (GB 3097-1997)18 采用单因子指数法 进行评价，结果显示茅尾海各站位 Zn 全部超出海水水质第一类标准，且有 4 个站位还超出第二类标准， 超标率为 21%。部分站位 Cu 轻微超出海水水质第一类标准，超标站位均在航道附近。 Pb、 Hg 除航道附 近 个别站位外均未超出第一类标准。 Cd 均未超出第一类标准。整体上海水基本符合海水水质第一类标

12、准， 除 Zn 外均未超出第二类水质标准，属较清洁海域，这与上游工业欠发达、人类活动影响相对较小有 关。 各重金属元素含量远低于渔业水质标准 19 ，适合渔业养殖生产， Zn 超标可能与上游水泥厂有关。 表 3 涨落 *海水中重金厲浓度 |mg/L)及评价结果（海水水质第一类标准） Table 3 Concentrations and quality assessment results of heavy metals in marine water (The first-class water quality standard) 元家 Cu Pb Zn Cd Hg 最大值 0. 0061 0

13、,0012 0.0581 0. 00019 0. 00009 落潮 最小值 0. 0036 0. 0006 0. 0356 0.00010 0. 00001 平均值 0. 0048 0.0008 0. 0476 0. 00014 0. 00003 最大值 0, 0062 0.0011 0. 0539 0. 00064 0. 00007 涨潮 最小值 0. 0035 0. 0006 0. 0332 0.00010 0.00001 平均值 0. 0048 0. 0008 0. 0439 0. 00018 0. 00003 涨落潲平均值 0. 0048 0.0008 0. 0457 0.00016

14、0. 00003 第一类标准 0.005 0.001 0. 02 0.001 0. 00005 第二类标准 0.01 0.005 0.05 0.005 0.0002 渔业水质标准 0.01 0. 05 0. 1 0.005 0. 0005 评价结果 0. 95 0. 80 2. 38 0. 14 0. 56 落潮 结果范围 0.72 1.22 0 60 1. 20 1.78 2. 90 0. 10 0. 19 0.14 1.70 超 标率 /% 37 5 100 0 5 评价结果 0. 97 0.78 2. 19 0. 18 0.65 涨潮 结果范围 0 70 1.24 0 60 1. 05

15、1.66 2. 70 0 10 0 64 0.16 1.37 超标率 /% 37 5 100 0 21 涨落潮平均值 0. 96 0.79 2.29 0. 16 0. 60 2.2 表层 沉积物 重金属含置和环境质置评价 2 . 2 . 1 重 金 属 含 量 表层 沉 积物中重 金 属含量见 表 4， Zn 含量 相 对最高， 其 含量变化 范 围 为 11. 50 X1(T6 119. 00 X 10_5 ,平均 含 童 60. 28X10 6 ;Pb、 Cu、 As 次之 ， 含量变 化 范围分 别 为 1.50X10 6 44.20X 1(T6、 6.90X 1 -6 28. 10XK

16、T6、 4. 25XltTs29. 20X 10-6 ,平 均 含童 分 别 为 23. 33 X 1(TS、 16. 96X 1CT6、 13. 52X 10_%(： (8 相 对 较 低 ，含 量 变化 范 围 分 别为 0.061 -0.461 -、 0. 210 0.111 - ,平均 含 量 分 别 为 . 16X 1(T6、 0. 05 X KTS,整 体 上表 现 为 ZnPbCuCdHg。 重 金 属自 近 岸红 树 林 潮 滩 至 茅 尾海 中 部呈明显下 降 趋势 ， 且在 北 部人海河流 断 面及南部 口 门处含 量 最 低 。 依 据 海洋 沉 积物质量 (GB 186

17、68-2002)2 第一类 标 准用单因子 指 数法进行评价 ， 表 4 显示茅 尾 海表层沉积 物 重金属污染 程 度 依 次 为 CUZnPbCdHg，各重金 属 污染指数均 小 于 1.0,符合海 洋 沉积物质量 第 一类标准， 超 标 率 1 6 4 海 洋 湖 沼 通 报 2 (U 4 年 为 %。 对比国内外典型海湾沉积物中重金属含量（见表 5)，茅尾海表层沉积物中 Cu、 Pb、 Zn、 Cd、 Hg 的 含 量处于较低水平，与国内海湾整体相比，本海区明显较低 ,污染也较轻 ;与西班牙 Algeciras 湾中重金属 含 量最为接近。 表 4 茅 尾 海表 层 沉积 物 中重 金

18、 厲含 量 平均值 16. 96 23.33 60. 28 0.16 0.05 第一类标准 35.00 60. 00 150.00 0. 50 0.20 单项因子污染指数 0.48 0. 39 0.40 0.32 0. 23 评价结果范围 0, 20 0, 80 0. 19 0.74 0. 08 0. 79 0,12 0. 92 0.09 0.56 表 5 茅尾海表层沉积物重金属含量与国内外典型海湾对比（ W/X1(T6J Table 5 Concentrations of heavy metals in surface sediment of Maowei Sea and in the do

19、mestic and foreign typical bays 海湾 Cu Pb Zn Cd Hg 茅尾海 16. 96 23.33 60. 28 0. 16 0.05 钦州湾 19.80 31.30 60.00 0.083 0.046 深 圳 湾 181 69. 94 38.40 489.08 4,61 - 大 亚 湾 191 11.00 34.50 101.00 0.54 0.07 叛州渖 30. 86 50. 30 111.60 0. 40 海 口 湾 1 川 12.41 16.70 27. 53 0. 29 0.02 H ma 泻 湖 （ 土 耳 其 ） 如 18.51 10.49 7

20、1.00 0. 11 0.33 Ribeira 湾 （ 巴 西 ） 23 11.64 16.48 52.82 0. 20 - Toulon 湾 (法 国 24 60.60 87,30 142.00 0. 17 1.60 Algeciras 湾 （ 西 班 牙 ） 25 17.00 24. 00 73.00 0. 30 注 ” 代表该元索未分析 1 期 茅尾海重金厲分布特征及污染评价 165 2. 2 . 2 重金属含量评价结果 重金属污染评价结果见表 6， 11 个样品 111、 211、 日 8 的地积累指数 (/调 査 及 评 价结 果 分 别 见表 7贝 类 的 重 金属 污 染 程 度

21、很 高 ， 1、 21、 0ZnCdHgPb，特别对 Cu、 Zn、 Cd、 Hg 的富集作用十分显著，就样品而言，富集系数分别高达 26979 倍、 14125 倍、 9789 倍、 1291 倍 丨 石璜对重金属富集顺序为 HgCuCdZnPb,对 Hg、 Cu、 Cd 富集 效果明显，分别高达 5394 倍、 2760 倍、 1182 倍。牡蛎对 Cu、 Zn 和 Cd 的富集作用显著高于石璜；但对 Hg 的富集作用远低于石璜。生物吸 附 作用是造成沉积物中重金属含量较低的重要原因，茅尾海的养殖活动极大的提髙了本海域对重金属的 自 净能力，特别是近江牡蛎由于养殖周期长、在茅尾海分布广，在

22、净化水质、维持区域生态环境等方面的 生 态价值巨大。 表 7 生 物 体 中 重 金 厲 含 量 ( w / X l O - 6 ) 及 评 价 结 果 Table 7 Concentrations and quality assessment results of heavy metals in marine organisms 重 金 屑 元 素 （ 鲜 重 6) 3 结 论 (1)茅尾海海水中 Pb、 Cd、 Hg 的含童大都符合海水水质第一类标准， Cu 略超标，符合海水水质第二 类标准， Zn 含量超第二类标准。各监测站位水体中 (： 1、？ 13、 211、 0)、 ?的含量低于渔

23、业水质标准，适合 渔业 养殖生产的需要。 (2茅尾海表层沉积物重金属 Cu、 Pb、 Zn、 Cd、 Hg 的单因子污染指数均小于 1，重金属含量处于较 低 水平，低于国内外典型海湾，尤其远低于国内海湾，符合海洋沉积物质量第一类标准 ,无超标现象。 (3根据地积累指数 (18 。）法评价结果，沉积物中 : 1293-1302. 8 谷阳光，王朝晖 方军，等 .大亚湾表层沉积物中重金肩分布特征及潜在生态危害评价 J.分析测试学报， 2009,28(4) :449-453. 9 宋忠魁 .广西茅尾海 2 种养殖牡蛎重 金厲含董评价 J.安徽农业科学， 2011， 39(1):317-319. 10

24、 GB12763-2007,海洋调査规范 S. 11 GB 17378-2007,海洋监澜规范 S. 12 Muller, G. Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine river, Geojoumal, 1969 2 (3)； 108, 13 Chih-An Huh Fluxes, and budgets of anthropogenic metals in the Santa Monica and San Pedro Basins off Los Angelesreview and reassessment J3, The Sc

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32、 Distribution Patterns of Heavy Metals and Pollution Assessments of Maowei Sea TIAN Haitao1, HU Xisheng2, XIE Jian1, ZHANG Shaofeng3, and AN Jinsong1 (1. South China Sea Marine Engineering and Environment Institute, SOA, Guangzhou 510300* China； 2. South China Sea Environmental Monitoring Center, SO

33、A, Guangzhou 510300, Chinaj 3. Beihai marine Environment Monitoring Center, SOA, Beihai 536000, China) Abstract： The characteristics of spatial distributions of the heavy metals in water, surface sediments and in organism of Maowei Sea in Guangxi were studied. The Index of one single factor and geo-

34、accumulation was used to assess heavy metals pollution. The results showed that the average concentration of Pb, Cd Hg, were lower than the first-class water quality standard* Cu did not exceed the second-class water quality standard, Zn exceed the second-class, but was much lower than the fishery w

35、ater quality standard. The pollution level in surface sediments do not exceed the first-class quality standard of marine sediments, the index of geo-accumulation for Cu Pb Zn Cd Hg, were lower than 1, the pollution level of Cd was slightly higher, the heavy metal contents of sediments in the wetland

36、 and shoals are higher than in the central Maowei Sea* the quality of sediment belonged to the slight pollution, compared with the domestic and foreign bays. There were significant differences in the different organisms * sorption on the heavy metals, Cu and Zn in oyster exceed the third-class marine organisms quality standard, Cu exceed the third-class standard and Hg exceed the second-class standard in Onchidiurn werrulatum cuvier * the organisms* sorption were very clear except Pb. Key words： heavy metals； distribution patterns； pollution assessment； Maowei Sea