2014年茅尾海海水及表层沉积物中6种重金属污染及评价

李素霞，韦司棋，林俊良，王道波（1.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室，广西 钦州 535000；2.北部湾海洋生物资源开发与保护重点实验室，广西 钦州 535000；3.钦州学院 资源与环境学院，广西 钦州 535000；.安徽海峰分析测试科技有限公司，安徽 合肥 230000）

2014年茅尾海海水及表层沉积物中6种重金属污染及评价

李素霞1，2，3，韦司棋4，林俊良1，2，3，王道波1，2，3
（1.广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室，广西 钦州 535000；2.北部湾海洋生物资源开发与保护重点实验室，广西 钦州 535000；3.钦州学院 资源与环境学院，广西 钦州 535000；4.安徽海峰分析测试科技有限公司，安徽 合肥 230000）

采集了广西钦州茅尾海12个海水样品和对应的海洋表层沉积物样品，分析了茅尾海海水及表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的含量，并利用单因子污染指数评价了海水及沉积物在该区的污染程度及利用地积累指数法评价了该区表层沉积物的重金属污染程度。结果表明：海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As平均含量均符合海渔业水质标准，但是Cu、Pb、Zn、Hg平均含量均超出第一类海洋水质标准，且Cu、Pb、Zn、Hg有超标现象。表层沉积物重金属平均污染指数均小于1，均符合一类标准，但是重金属元素Cu、Pb、Zn、Cd、As有超标现象。Pb、Zn、As的地积累指数均较小，Cu、Cd、Hg的地积累指数略大，污染多在钦江和大榄江的入海口附近。

茅尾海；重金属；污染评价；沉积物

茅尾海位于广西钦州湾海域顶部，位于108°28′E～108°37′E、21°46′N～21°54′N之间，面积约135 km2，北有钦江、茅岭江、大榄江注入，给茅尾海带来丰富的营养物质和矿物质，使茅尾海的渔业资源非常丰富。但近年来随着北部湾经济开发区的快速发展，茅尾海海洋工程的加速建设，养殖业的过渡发展，以及钦江、茅岭江、大榄江带来的工业污水和生活废水，使茅尾海的污染日益加重［1］。茅尾海是钦州市重点保护的生态区，2008年经国务院批复的《广西北部湾经济开发区发展规划》指出，要建设茅尾海海洋生态保护区，当地政府拟加大整治力度，力求恢复该海域的生态功能。为此，相关专家学者积极响应这一号召，对茅尾海生态环境的污染现状做了调查及评价工作，研究结果表明茅尾海已受到一定程度重金属污染［1-6］。但随着该区域经济快速发展，人类活动对其影响进一步加剧，需要对茅尾海的环境状况进行即时更新调查和评估。因此，笔者于2014年11月对茅尾海海域表层海水及对应的表层沉积物进行采样，系统分析了表层海水及对应的表层沉积物6种重金属元素（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）含量，采用单因子污染指数评价及地积累指数评价对海水及表层沉积物进行分析与评价，为茅尾海的环境保护及可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集及处理

基于茅尾海的水文水质特点，海湾形状、外流江分布，共设置12个采样点采集海水和对应的表层沉积物，采样点主要分布在钦江、大榄江、茅岭江的入海口附近以及茅尾海中央，具体采样点见图1。

试验于2014年11月进行，采用2.5 dm3有机玻璃采水器采集表层海水，表层沉积物用抓斗式采泥器采集，采样深度0～20 cm，样品调查、采集、保存和预处理按照《海洋调查规范》［7］和《海洋监测规范》［8］操作，表层沉积物采集后装入样品袋带回实验室风干、研磨过筛（200目）后进行分析。

1.2 样品检测

样品中的Cu、Pb、Cd、Zn采用原子吸收分光光度计测定，Hg采用冷原子吸收法测定，As采用原子荧光法测定。

1.3 评价方法

1）海水水质和表层沉积物采用单项污染指数（Pi）［9］评价，以《海水水质标准》［10］、《海洋沉积物质量》［11］及《国家渔业水质标准》［12］的一类标准限值作为评价标准，按Pi=Ci/C0进行计算，式中:Ci为污染物实测浓度；C0为海水水质（或海洋沉积物质量）一类标准限值。超标率%=超标的采样点数量÷12×100%。

2）表层沉积物重金属污染评价方法采用地积累指数法，地积累指数法是德国MÜLLER提出［13］，既考虑到地球化学背景值及人类造成污染的因素，还关注自然造岩成因可能引起的背景值的变动因素。

其公式表达为

式中，BEn指重金属地球化学背景值，mg/kg；1.5是常数，是考虑到由于成岩的作用可能会引起的背景值的变动；Cn是指重金属元素在沉积物中的含量，mg/kg。地积累指数共分为7级（0-6级），表示污染物程度由无至极强。表1采用2007年广西北部湾沉积物中重金属含量作为背景值［14］，表2列出了地积累指数与污染程度的关系。

表1 广西北部湾重金属地球化学背景值Tab.1 Geo-chemical background values of heavy metals in Guangxi Beibu Gulf

表2 地积累指数与地积累污染级数Tab.2 Indices of geo-accumulation and pollution grades

2 结果与分析

2.1 海水重金属含量的分析与污染评价

海水中重金属含量及海水水质标准见表3。依据单因子污染指数评价结果，表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As单因子平均污染指数分别为1.12、2.7、2.42、0.38、1.36、0.021。其中Cu、Pb、Zn、Hg的单项平均污染指数均大于1，表明其平均含量均超过海水一类标准，各重金属污染程度由高到底的排列顺序分别是Pb＞Zn＞Hg＞Cu＞Cd＞As。

由表3可知，在12个采样点中，以海水水质一类标准为参考标准，Cu和Pb的超标率达58.33%，Zn的超标率达100%，Cd的超标率达8.33%，Hg的超标率为66.66%，As的超标率为0。以渔业水质标准为参考，仅Cu的超标率达到8.33%（只有3号采样点超标），其余均未超标。与雷富等［2，4］的两次（2011年6月和2011年11月取样）监测结果以及田海涛等［3］的评价结果（2011年11月取样）相比，各种污染物的超标率及平均值有明显的升高趋势，尤其是靠近钦江、大榄江、茅岭江的入海口等采样点超标率及平均浓度显著增高，这说明海水重金属污染主要受人类活动影响所致，这些河流携带上游大量的生活污水入海，再加之近几年北部湾经济开发区的快速发展，大量的工业废水也随之排入，造成海水重金属含量明显升高。

2.2 表层沉积物重金属含量的分析与污染评价

茅尾海表层沉积物中重金属含量及评价结果见表4。由表4可知，在研究区域范围内6种（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）重金属单因子污染指数分别为0.87、0.54、0.73、0.64、0.35、0.67，其大小顺序为Cu＞Zn＞As＞Cd＞Pb＞Hg。与海洋沉积物一类标准相比，Cu、Zn、Cd的超标率均达到16.67%，Pb和As的超标率均为8.33%，Hg在12个采样点中没有超标现象，说明茅尾海沉积物相对比较安全。

2.3 茅尾海表层沉积物重金属的地积累指数和级别

利用地积累指数和级别评价茅尾海表层沉积物重金属污染结果见表5，在12个采样点中，Pb、Zn、As的地积累指数均较小，地积累污染级别大部分为0或1，处于无污染至中度污染之间。Cu、Cd、Hg的地积累指数分别有0、1、2、3，地积累指数最高的是采样点3的Cd和Hg，地积累指数最高的是Cd，在所有的采样点均在1～3，其中采样点3是中-强污染程度，采样点1、2、4、5、6、8、9的地积累指数为2，属于中污染程度，7、10、11、12的地积累指数为1，属于无-中污染程度。其次Hg的地积累指数较高，在12个采样点中，采样点3地积累指数为3，属于中-强度污染，采样点1、2、4地积累指数为2，属于中污染程度，采样点5、6、7、8地积累指数为1，属于无-中污染程度，9、10、11、12地积累指数为0，属于无污染程度。Cu的地积累指数最高的是3号采样点，属于中污染程度，1、2、4、5、6、7、8、9号采样点的地积累指数均为1，属于无-中污染程度，10、11、12号采样点的地积累指数均为0，属于无污染程度。总体来看，茅尾海表层沉积物重金属地积累指数相对偏低，但是与田海涛等［3］的研究成果相比有显著提高，表明茅尾海周围工矿企业、养殖业、上游陆源污染物质等排放在逐年增加。

表3 茅尾海海水重金属含量及评价结果Tab.3 Concentration and quality assessment results of heavy metals in water of Maowei Sea /（mg·L-1）

表4 茅尾海表层沉积物中重金属含量及评价结果Tab.4 Heavy metals'concentration and evaluation results in surface sediments of Maowei Sea w/×10-6

表5 茅尾海沉积物重金属的地积累指数和级别Tab.5 Indices of geo-accumulation and pollution grades of heavy metals in Maowei Sea

2.4 重金属来源的分析

表3和表4显示6种重金属元素的最大值均出现在采样点3，结合图1可知，采样点3恰好是钦江的入海口处，其次污染比较严重的是5号采样点，由图1可知，这是大榄江的入海口处。另外，6种重金属元素的最小值9、10、11、12采样点，这些采样点基本分布在茅尾海的中央部位，这种分布模式主要是受人类活动影响的体现，靠近钦江、大榄江、茅岭江入海口附近重金属含量明显升高。由评价结果及图1分布可以看出钦江和大榄江入海口附近的海水及表层沉积物重金属元素含量明显较其他区域高，表明此区域人类活动频繁，直接影响了海洋生态的重金属污染。

由表3和表4还可知，无论是海水还是表层沉积物，浓度较高者均出现在钦江、大揽江、茅岭江入海口的3、5、8号采样点，这说明茅尾海近年来重金属急剧上升的主要原因是人类活动所致，主要是上游的生活污水、工矿企业的三废排放（由于北部湾的快速发展，工矿企业快速入驻，环保工作没有及时跟上）、养殖业以及游轮船只所致。

2.5 海水重金属含量与沉积物重金属相关性分析

海水重金属与表层沉积物重金属相关性分析见表6。由表6可知，海水中重金属含量与相对应的表层沉积物重金属含量呈不同程度的相关性，其中Zn、Cd、Hg、As呈显著性相关，重金属Cu和Pb虽然没有达到显著相关，但其相关系数也趋于显著。这可能是由于海水中重金属铅的来源主要受人类活动影响所致，例如游轮、船只的漏油，生活污水的排放所致。而其他几种重金属元素一方面受人类活动的影响，另一方面主要受自然发育的岩性所致。

表6 海水重金属含量与表层沉积物重金属含量相关性分析Tab.6 Correlation analysis of heavy metal content in seawater and heavy metal content in surface sediments in Maowei Sea

3 结论

1）茅尾海海水中，在采样区域的12个采样点中，6种（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As）重金属元素含量中除As元素含量外，其余5种（Cu、Pb、Zn、Cd、Hg）重金属元素含量均不同程度地超过海水水质第一类标准。且Cu元素含量有8.33%超出渔业水质标准。

2）茅尾海表层沉积物重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As的平均单因子污染指数均小于1。但是，在采样的12个采样点中，除Hg元素含量外，其余5种重金属元素含量均有部分超过海洋沉积物的一类标准。

3）根据地积累指数（Igeo）评价结果，Pb、Zn、As地积累指数较小，均为0和1，除3号采样点外，Cu的地积累指数也为0和1；Cd、Hg的污染程度略大，地积累指数为0、1、2、3，从无到强度污染不等。在采样的12个采样点中，污染最严重的出现在3号采样点，Cd和Hg的地积累污染指数为3，达到中-强度污染。

4）茅尾海海水重金属含量与相对应的表层沉积物重金属含量呈不同程度的正相关，且重金属Zn、Cd、Hg、As达显著性相关水平。

综上所述，广西茅尾海海域正在遭受重金属元素的危害，尤其是钦江和大揽江入海口处污染严重，需及时采取措施以降低重金属对生态和人类健康可能带来的危害。

（References）

［1］ 吴文成，任露陆，蔡信德.茅尾海沉积物营养物质空间分布特征研究［J］.农业环境科学学报，2014，33（1）:162-171.

［2］ 雷富，陈宪云，陈默，等.广西茅尾海夏季海水和表层沉积物中重金属污染现状及评价［J］.广西科学，2013，20（3）: 205-209.

［3］ 田海涛，胡希声，谢健，等.茅尾海重金属分布特征及污染评价［J］.海洋湖沼通报，2014，35（1）:162-168.

［4］ 雷富，陈宪云，许铭本，等.广西茅尾海海水和表层沉积物中重金属污染的调查与评价［J］.广西科学院学报，2013，29 （3）:176-180，185.

［5］ 田海涛，胡希声，张少峰，等.茅尾海表层沉积物重金属污染及潜在生态风险评价［J］.海洋环境科学，2014，33（2）: 187-191.

［6］ 雷富，张荣灿，许铭本.茅尾海表层沉积物重金属污染及潜在生态危害［J］.广西科学院学报，2010，26（1）:59-61.

［7］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 12763-2007海洋调查规范［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［8］ 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 17378-2007海洋监测规范［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［9］ 国家环境保护局环境工程评估中心.环境影响评价技术方法［M］.北京:中国环境科学出版社，2005.

［10］国家环境保护局国家海洋局.GB 3097-1997海水水质标准［S］.北京:环境科学出版社，2004.

［11］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB 18668-2002海洋沉积物质量标准［S］.北京:中国标准出版社，2002.

［12］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB 11607-1989国家渔业水质标准［S］.北京:中国标准出版社，1989.

［13］MULLER G.Index of geoaccumulation in sediments of the Rhine river［J］.Geo Journal，1969，2（3）:108-118.

［14］张志锋，王燕，韩庚辰，等.北部湾沉积物中重金属元素的地球化学特征及物源初探［J］.海洋学报，2013，35（2）:72-81.

（责任编辑:胡燕梅）

Pollution Evaluation of Heavy Metals in Sea Water and Surface Sediments in Maowei Sea

LI Suxia1，2，3，WEI Siqi4，LIN Junliang1，2，3，WANG Daobo1，2，3
（1.Guangxi Key Laboratory of Beibu Gulf Marine Biodiversity Conservation，Qinzhou 535000，Guangxi，China；2.Key Laboratory of Exploitation and Protection of Beibu Gulf Marine Biological Resources，Qinzhou 535000，Guangxi，China；3.College of Resources and Enviroment of Qinzhou University，Qinzhou 535000，Guangxi，China；4.Anhui Haifeng Analysis Testing Technology Co.，Ltd.，Hefei 230000，Anhui，China）

The author collected 12 seawater samples and the corresponding marine surface sediments samples from Maowei Sea.The heavy metals content such as Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As in seawater and surface sediments were determined.The index of single factor and geo-accumulation were used to assess heavy metals pollution.The results showed the average concentration of Cu，Pb，Zn，Cd，Hg，As were up to the second-class seawater quality standard and water puality standard for fisheries.But the average concentration of Cu，Pb，Zn，Hg were higher than the first-class seawater quality standard and Cu，Pb，Zn，Hg have exceeded the standard.The average pollution level of heavy metals were lower than 1 from the surface sediments，but the heavy metal Cu，Pb，Zn，Cd，As have exceeded the standard.The geoaccumulation index of Pb，Zn，As were smaller，and the geo-accumulation Index of Cu，Cd，Hg were larger.Pollution sites were found nearby Qin River and Tai Lam River estuary.

Maowei Sea；heavy metals；pollution assessment；sediments

X834

A

1673-0143（2015）05-0471-06

10.16389/j.cnki.cn42-1737/n.2015.05.018

2015-06-24

广西北部湾海洋生物多样性养护重点实验室、北部湾海洋生物资源开发与保护重点实验室联合资助项目（2015ZC05；2015ZD02）；广西省教育厅高校科学技术研究项目（KY2015LX514）

李素霞（1976—），女，副教授，硕士，研究方向：海洋及海岸带生态风险研究。