2013年威海南部近岸海域表層海水重金屬分布特征及污染評價

李洪濤+劉陽+于國慶+王春曉

摘 要：于2013年春季、夏季及秋季對威海南部近岸海域表層海水重金屬進行調查，分析了重金屬含量分布特征并利用重金屬綜合污染指數（WQI）進行污染評價。采用多元線性回歸方法分析了重金屬含量與表層海水鹽度、pH及化學需要量之間的相關性。結果表明，威海南部近岸海域表層海水水質良好，符合二類海水水質標準，受外源輸入的影響較大；綜合污染指數均遠低于1，呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢；重金屬元素含量與環境要素測值（pH、鹽度及COD）之間相關性順序為：As>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn。

關鍵詞：威海南部近岸海域；表層海水；重金屬；污染評價

隨著工農業的迅速發展，大量的外源污染物排入海洋，這些污染物中含有銅、鉛、鋅、汞、鎘、鉻等。這些重金屬進入水體后不能被微生物降解，只能在水、底質和生物之間遷移轉化，發生分散和富集作用。海水中的重金屬，即使濃度很小，也可以在藻類和底泥中富集，通過食物鏈的傳遞，最終進入人體，危害人體健康[1]。

威海南部近岸海域位于山東半島南側，分布有靖海灣、五壘島灣、浪暖口、乳山口等海灣，并由青龍河、母豬河、昌陽河及乳山河入海。該海域是威海市的重要養殖基地，養殖活動頻繁，同時入海河流大都流經市區或者城鎮，承接市政污水和工業污水，因此該海域存在環境污染的風險，對該海域的重金屬監測可以為養殖業的健康發展提供指導[2-3]。

為了評價威海南部近岸海域海水重金屬污染狀況，于2013年春季、夏季及秋季3個季節對該海域進行水質調查，分析了表層海水重金屬銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、砷（As）及汞（Hg）含量及分布特征，并進行了相關的污染評價分析。

1 調查方法及數據處理

1.1 樣品采集及測定

調查于2013年5月中旬（春季航次）、8月中旬（夏季航次）及10月中旬（秋季航次）進行，設置站位如圖1所示，共設置13個站位，采集表層海水。調查因子包括：銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、砷（As）及汞（Hg），并測定了調查站位的pH、鹽度及化學需氧量（COD）。樣品的采集、存貯、運輸、預處理及測定嚴格參照《海洋調查規范》及《海洋監測規范》的相關要求進行，其中Cu、Pb及Cd采用原子吸收分光光度計石墨爐法（北京普析通用TAS-990），Zn采用原子吸收分光光度計火焰法（北京普析通用TAS-990），As及Hg采用原子熒光分光光度計（北京科創海光AFS-3000）[4-5]。使用近海海洋沉積物成分分析標準物質（GBW07314）（國家海洋局第二海洋研究所）為標準物質。

1.2 評價方法

研究海域海水水質評價方法參照《環境影響評價技術導則》[6]單項污染指數法，計算公式如下：

Si，j=Ci，j/Ssi

其中Si，j為重金屬元素i在站位j的單項污染指數，Ci，j為i在站位j的測定值，Ssi為調查海域功能需要水質標準中i的標準值。如果Si，j>1，表明調查海域該水質參數超出了評價水質標準，存在污染情況，不能滿足調查海域的功能需要。如果Si，j≤1，表明調查海域該水質參數可以滿足調查海域的功能需要。

重金屬綜合污染指數（WQI）用于評價調查海域的重金屬綜合污染情況[7]，其計算公式如下：

WQI與海水污染情況關系如表1所示。

同時，為了分析各重金屬元素與海水化學要素（pH、鹽度及COD）之間的關系，利用SPSS（19.0）進行了多元線性回歸分析。

2 調查結果及評價

2.1 重金屬含量及單項污染指數

根據《山東省海洋功能區劃》（2011-2020）及《威海市海洋功能區劃》（2013-2020）[8-9]相關規定，調查海域在進行單項污染指數評價時，參考《海水水質標準》（GB 3097-1997）中二類海水水質標準[10]。調查結果表明3個航次Cu含量為1.91～3.95 μg/dm3，符合一類海水水質標準（≤5.00 μg/dm3）；Pb含量為0.19～0.88 μg/dm3，符合一類海水水質標準（≤1.00 μg/dm3）；Zn含量為2.95～23.18 μg/dm3，符合二類海水水質標準（20.00～50.00 μg/dm3）；Cd含量為0.06～028 μg/dm3，符合一類海水水質標準（≤1.00 μg/dm3）；As含量為0.66～1.13 μg/dm3，符合一類海水水質標準（≤20.00 μg/dm3）；Hg含量為2.00×10-2～3.60×10-2 μg/dm3，符合一類海水水質標準（≤5.00×10-2 μg/dm3）。重金屬調查表明，在3個航次中只有秋季航次的13號站位Zn含量不符合一類海水水質標準，其他3個航次重金屬含量均符合一類海水水質標準，單項污染指數分析表明，各重金屬元素的單項污染指數均小于1（表2），調查海域水質良好，符合二類海水水質標準，具備規定的功能需要。

2.2 重金屬平面分布特征

各重金屬元素受調查海域本底、河流外源輸入、大氣沉降及懸浮物吸附等因素的綜合影響。調查海域有青龍河、母豬河、昌陽河、乳山河及黃壘河等眾多河流入海，這些河流大都流經市區或者城鎮，承接市政污水和工業污水，導致了大量外源重金屬的輸入，因此大多重金屬在河流入?？?、海灣口或者近岸海域出現高值點。同時近年來大氣污染愈加嚴重，導致大氣沉降在表層海水重金屬污染中起重要作用。此外表層海水重金屬含量的高低還與其他化學因子密切相關，如懸浮物的吸附影響、溫度鹽度的影響、有機物的螯合作用、以及海洋生物的生長吸附等。因此，在進行重金屬含量平面分布研究時需要綜合考慮各種因素的影響[11]。

2.2.1 Cu平面分布特征 調查表明，春季航次Cu含量范圍1.91～3.10 μg/dm3，平均值為2.62 μg/dm3；夏季航次含量范圍為2.05～3.25 μg/dm3，均值為2.55 μg/dm3；秋季航次含量范圍為1.99～3.90 μg/dm3，均值為2.66 μg/dm3。3個航次中Cu含量變化較小。略高于于國慶等（2015）在乳山灣附近海域的調查結果（夏季2.48 μg/dm3，秋季2.40 μg/dm3）[11]。平面分布圖表明，3個季節中均呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢，特別是在海灣河口區域出現高值點（圖2），說明表層海水中Cu含量受人類的影響較大，來源主要為河流的外源輸入。

2.2.2 Pb平面分布特征 春季航次Pb含量范圍0.27～0.88 μg/dm3，平均值為0.55 μg/dm3；夏季航次含量范圍為0.26～0.80 μg/dm3，均值為0.50 μg/dm3；秋季航次含量范圍為0.19～076 μg/dm3，均值為0.48 μg/dm3。Pb含量低于于國慶等（2015）在乳山灣附近海域的調查數據（夏季0.66 μg/dm3，秋季0.65 μg/dm3）[12]。平面分布趨勢表明，6號站位在秋季航次中明顯升高，可能與秋季航次中該區域為養殖生物的收獲期，漁船活動頻繁相關。去除6號站位，3個航次分布規律基本一致，均呈現從海岸線向外海逐漸升高的趨勢（圖3）。高值點沒有出現在近岸區域（乳山灣口除外），可能與Pb含量受大氣沉降的影響較大有關，因為離岸較遠海區風力大，空氣流動快，海水波動大，加快了大氣氣溶膠向海面的沉降，此現象與賀志鵬等（2008）的調查一致[13]。李月等（2010）在山東半島近海調查中也發現這種趨勢[14]。而乳山灣口出現高值點說明該海域的外源輸入高于其他海域。

2.2.3 Zn平面分布特征 Zn春季航次含量范圍3.39～17.51 μg/dm3，平均值為10.67 μg/dm3；夏季航次含量范圍為4.28～19.27 μg/dm3，均值為10.96 μg/dm3；秋季航次含量范圍為2.95～23.18 μg/dm3，均值為9.67 μg/dm3。除秋季航次13號站外，其他均符合國家一類水質標準。夏季航次調查結果低于于國慶等（2015）在乳山灣附近海域的調查結果（11.14 μg/dm3），而秋季航次的調查結果高于其調查（8.32 μg/dm3）[11]。平面分布圖表明，Zn含量大致呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢，乳山灣附近Zn含量相對比較高（圖4）。說明Zn含量受外源輸入的影響較大。

2.2.4 Cd平面分布特征 春季航次Cd含量范圍0.07～0.23 μg/dm3，平均值為0.16 μg/dm3；夏季航次含量范圍為0.11～0.28 μg/dm3，均值為0.17 μg/dm3；秋季航次含量范圍為0.06～024 μg/dm3，均值為0.15 μg/dm3，均符合國家一類水質標準。調查結果與于國慶等（2015）調查結果基本一致（夏季0.17 μg/dm3，秋季0.15 μg/dm3）[10]。平面分布呈現從海岸向外海逐漸升高的趨勢，高值點不是出現在近岸區域（圖5）。賀志鵬等（2008）的研究表明Cd含量受鹽度的影響較大，高鹽海域利于顆粒態Cd轉化為溶解態Cd，因此高值區易出現在離岸區域[13]。

2.2.5 As平面分布特征 春季航次含量范圍0.80～1.13 μg/dm3，平均值為0.89 μg/dm3；夏季航次含量范圍為0.66～0.78 μg/dm3，均值為0.73 μg/dm3；秋季航次含量范圍為0.72～0.90 μg/dm3，均值為0.80 μg/dm3，均符合國家一類水質標準。高值點出現在近岸河口區域，特別是靖海灣口及五壘島灣口海域，基本呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢（圖6）。表明As含量的高低受外源輸入的影響較大。

2.2.6 Hg平面分布特征 春季航次Hg含量范圍3.00×10-2～3.60×10-2 μg/dm3，平均值為3.30×10-2 μg/dm3；夏季航次含量范圍為2.40×10-2～3.10×10-2 μg/dm3，均值為2.70×10-2 μg/dm3；秋季航次含量范圍為2.00×10-2～2.70×10-2 μg/dm3，均值為2.30×10-2 μg/dm3，均符合國家一類水質標準。其中春季航次最高，秋季航次最低，與李月等（2010）及楊東方等（2008）的研究結果具有季節一致性[14-15]。這種季節差異與初級生產力及溫度相關，夏秋季節水溫較高，利于水體中的汞向大氣轉移，同時夏秋季節海洋生物生長旺盛，促使了汞與有機物的結合，因此導致了夏秋季節汞含量較低的現象。平面分布表明，在灣口海域出現高值點。說明汞的含量受外源輸入的影響較大（圖7）。

2.3 重金屬綜合污染評價

表層海水綜合污染指數分析表明，3個航次的表層海水重金屬綜合污染指數WQI均遠低于1（表3），海水污染程度均為“清潔”，3個航次均值比較：春季航次>夏季航次>秋季航次，差異性檢驗顯示3個航次無明顯差異。平面分布圖顯示，3個航次重金屬綜合污染指數均呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢（圖8），在靖海灣、五壘島灣及乳山灣等灣口區域出現高值點，說明調查海域的重金屬污染主要由外源輸入引起的。

2.4 表層海水重金屬含量與其他海水化學要素之間的關系

海水中重金屬元素的含量不僅受本底、河流輸入及大氣沉降的影響，還與海水中的環境要素具有極大的相關性。為了探討環境因素對海水中重金屬含量的影響程度，本研究還進行了多元線性分析，分別計算了重金屬元素的含量與同一站位的表層海水鹽度、pH及化學需要量之間的多元線性回歸方程和復相關系數。

分析表明， pH對各重金屬的影響較大，此外Cu、Pb及Hg還容易受COD的影響，Cd及As易受鹽度的影響。復相關系數（R）按照從大到小的順序為As>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn，此順序與李壯偉等（2013）在廣東紅海灣得出的結果具有較大的差異，表明不同海區之間的相關性存在較大差異[7]。

3 結語

威海南部海域水質良好，其中Cu含量為191～3.95 μg/dm3，Pb含量為0.19～0.88 μg/dm3，Zn含量為2.95～23.18 μg/dm3，Cd含量為0.06～0.28 μg/dm3，As含量為0.66～1.13 μg/dm3，Hg含量為2.00×10-2～3.60×10-2 μg/dm3。3個航次中只有秋季航次的13號站位Zn含量不符合一類海水水質標準，其他3個航次重金屬含量均符合一類海水水質標準，單項污染指數分析表明，各重金屬元素的單項污染指數均小于1，調查海域水質良好，符合二類海水水質標準，具備規定的功能需要。

各重金屬元素平面分布分析表明，各重金屬元素受調查海域本底、河流外源輸入、大氣沉降等因素的綜合影響。Cu基本呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢，在灣口出現高值點，說明Cu受河流外源輸入的影響較大；Pb基本呈現從海岸線向外海逐漸升高的趨勢，可能與Pb含量受大氣沉降的影響較大有關；Zn基本呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢，且乳山灣口的含量相對較高，受外源輸入的影響較大；Cd呈現從海岸向外海逐漸升高的趨勢，可能與Cd的含量受鹽度的影響較大有關；As高值點出現在近岸河口區域，特別是靖海灣口及五壘島灣口海域，基本呈現從近岸向外海逐漸降低的趨勢，受外源輸入的影響較大；Hg含量變化較小，高值點出現在灣口區域，受外源輸入的影響較大。

海水綜合污染評價表，3個航次的表層海水重金屬綜合污染指數均遠低于1，差異性檢驗顯示3個航次無明顯差異。平面分布圖顯示，3個航次重金屬綜合污染指數均呈現從海岸線向外海逐漸降低的趨勢，在靖海灣、五壘島灣及乳山灣等灣口區域出現高值點，說明調查海域的重金屬污染主要由外源輸入引起的。

重金屬元素含量與pH、鹽度及COD的相關性表明：pH對各重金屬的影響較大，Cu、Pb、Hg還容易受COD的影響，Cd及As易受鹽度的影響；復相關系數（R）按照從大到小的順序為As>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn。

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Abstract：To find out the distribution characteristics of heavy metals in surface water of Weihai south coastal area， the investigation was carried out in the spring， summer and autumn of 2013 and used the index WQI（comprehensive pollution index）to evaluate the pollution situation. And the multiple linear regression analysis method was used to analyze the relativity between concentrations of heavy metal and salinity， pH and COD. The research found that the surface water of the investigated area were clean and according with the second quality standard of sea water， largely influenced by external resource. WQI were far below 1 and decreased from the coast to open sea. Multiple linear regression method indicated that the descending order of the relativity between concentrations of heavy metal and salinity， pH and COD were： As>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn.

Key words：Weihai south coastal area； surface water； heavy metals； pollution evaluation

（收稿日期：2016-04-19；修回日期：2016-04-21）