李洪濤+劉陽(yáng)+于國(guó)慶+王春曉

摘 要：于2013年春季、夏季及秋季對(duì)威海南部近岸海域表層海水重金屬進(jìn)行調(diào)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(shù)（WQI）進(jìn)行污染評(píng)價(jià)。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(xué)需要量之間的相關(guān)性。結(jié)果表明，威海南部近岸海域表層海水水質(zhì)良好，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，受外源輸入的影響較大；綜合污染指數(shù)均遠(yuǎn)低于1，呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)；重金屬元素含量與環(huán)境要素測(cè)值（pH、鹽度及COD）之間相關(guān)性順序?yàn)椋篈s>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn。

關(guān)鍵詞：威海南部近岸海域；表層海水；重金屬；污染評(píng)價(jià)

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)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(jìn)入水體后不能被微生物降解，只能在水、底質(zhì)和生物之間遷移轉(zhuǎn)化，發(fā)生分散和富集作用。海水中的重金屬，即使?jié)舛群苄?，也可以在藻類和底泥中富集，通過(guò)食物鏈的傳遞，最終進(jìn)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(cè)，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(yáng)河及乳山河入海。該海域是威海市的重要養(yǎng)殖基地，養(yǎng)殖活動(dòng)頻繁，同時(shí)入海河流大都流經(jīng)市區(qū)或者城鎮(zhèn)，承接市政污水和工業(yè)污水，因此該海域存在環(huán)境污染的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)該海域的重金屬監(jiān)測(cè)可以為養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展提供指導(dǎo)[2-3]。

為了評(píng)價(jià)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(gè)季節(jié)對(duì)該海域進(jìn)行水質(zhì)調(diào)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(jìn)行了相關(guān)的污染評(píng)價(jià)分析。

1 調(diào)查方法及數(shù)據(jù)處理

1.1 樣品采集及測(cè)定

調(diào)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(jìn)行，設(shè)置站位如圖1所示，共設(shè)置13個(gè)站位，采集表層海水。調(diào)查因子包括：銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎘（Cd）、砷（As）及汞（Hg），并測(cè)定了調(diào)查站位的pH、鹽度及化學(xué)需氧量（COD）。樣品的采集、存貯、運(yùn)輸、預(yù)處理及測(cè)定嚴(yán)格參照《海洋調(diào)查規(guī)范》及《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》的相關(guān)要求進(jìn)行，其中Cu、Pb及Cd采用原子吸收分光光度計(jì)石墨爐法（北京普析通用TAS-990），Zn采用原子吸收分光光度計(jì)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(jì)（北京科創(chuàng)海光AFS-3000）[4-5]。使用近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW07314）（國(guó)家海洋局第二海洋研究所）為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

1.2 評(píng)價(jià)方法

研究海域海水水質(zhì)評(píng)價(jià)方法參照《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》[6]單項(xiàng)污染指數(shù)法，計(jì)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(xiàng)污染指數(shù)，Ci，j為i在站位j的測(cè)定值，Ssi為調(diào)查海域功能需要水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中i的標(biāo)準(zhǔn)值。如果Si，j>1，表明調(diào)查海域該水質(zhì)參數(shù)超出了評(píng)價(jià)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，存在污染情況，不能滿足調(diào)查海域的功能需要。如果Si，j≤1，表明調(diào)查海域該水質(zhì)參數(shù)可以滿足調(diào)查海域的功能需要。

重金屬綜合污染指數(shù)（WQI）用于評(píng)價(jià)調(diào)查海域的重金屬綜合污染情況[7]，其計(jì)算公式如下：

WQI與海水污染情況關(guān)系如表1所示。

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

2 調(diào)查結(jié)果及評(píng)價(jià)

2.1 重金屬含量及單項(xiàng)污染指數(shù)

根據(jù)《山東省海洋功能區(qū)劃》（2011-2020）及《威海市海洋功能區(qū)劃》（2013-2020）[8-9]相關(guān)規(guī)定，調(diào)查海域在進(jìn)行單項(xiàng)污染指數(shù)評(píng)價(jià)時(shí)，參考《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097-1997）中二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[10]。調(diào)查結(jié)果表明3個(gè)航次Cu含量為1.91～3.95 μg/dm3，符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤5.00 μg/dm3）；Pb含量為0.19～0.88 μg/dm3，符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤1.00 μg/dm3）；Zn含量為2.95～23.18 μg/dm3，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（20.00～50.00 μg/dm3）；Cd含量為0.06～028 μg/dm3，符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤1.00 μg/dm3）；As含量為0.66～1.13 μg/dm3，符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤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(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（≤5.00×10-2 μg/dm3）。重金屬調(diào)查表明，在3個(gè)航次中只有秋季航次的13號(hào)站位Zn含量不符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他3個(gè)航次重金屬含量均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)污染指數(shù)分析表明，各重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1（表2），調(diào)查海域水質(zhì)良好，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具備規(guī)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(diào)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(diào)查海域有青龍河、母豬河、昌陽(yáng)河、乳山河及黃壘河等眾多河流入海，這些河流大都流經(jīng)市區(qū)或者城鎮(zhèn)，承接市政污水和工業(yè)污水，導(dǎo)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(xiàn)高值點(diǎn)。同時(shí)近年來(lái)大氣污染愈加嚴(yán)重，導(dǎo)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(xué)因子密切相關(guān)，如懸浮物的吸附影響、溫度鹽度的影響、有機(jī)物的螯合作用、以及海洋生物的生長(zhǎng)吸附等。因此，在進(jìn)行重金屬含量平面分布研究時(shí)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(diào)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(gè)航次中Cu含量變化較小。略高于于國(guó)慶等（2015）在乳山灣附近海域的調(diào)查結(jié)果（夏季2.48 μg/dm3，秋季2.40 μg/dm3）[11]。平面分布圖表明，3個(gè)季節(jié)中均呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)，特別是在海灣河口區(qū)域出現(xiàn)高值點(diǎn)（圖2），說(shuō)明表層海水中Cu含量受人類的影響較大，來(lái)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(guó)慶等（2015）在乳山灣附近海域的調(diào)查數(shù)據(jù)（夏季0.66 μg/dm3，秋季0.65 μg/dm3）[12]。平面分布趨勢(shì)表明，6號(hào)站位在秋季航次中明顯升高，可能與秋季航次中該區(qū)域?yàn)轲B(yǎng)殖生物的收獲期，漁船活動(dòng)頻繁相關(guān)。去除6號(hào)站位，3個(gè)航次分布規(guī)律基本一致，均呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸升高的趨勢(shì)（圖3）。高值點(diǎn)沒(méi)有出現(xiàn)在近岸區(qū)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(guān)，因?yàn)殡x岸較遠(yuǎn)海區(qū)風(fēng)力大，空氣流動(dòng)快，海水波動(dòng)大，加快了大氣氣溶膠向海面的沉降，此現(xiàn)象與賀志鵬等（2008）的調(diào)查一致[13]。李月等（2010）在山東半島近海調(diào)查中也發(fā)現(xiàn)這種趨勢(shì)[14]。而乳山灣口出現(xiàn)高值點(diǎn)說(shuō)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(hào)站外，其他均符合國(guó)家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。夏季航次調(diào)查結(jié)果低于于國(guó)慶等（2015）在乳山灣附近海域的調(diào)查結(jié)果（11.14 μg/dm3），而秋季航次的調(diào)查結(jié)果高于其調(diào)查（8.32 μg/dm3）[11]。平面分布圖表明，Zn含量大致呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)，乳山灣附近Zn含量相對(duì)比較高（圖4）。說(shuō)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(guó)家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。調(diào)查結(jié)果與于國(guó)慶等（2015）調(diào)查結(jié)果基本一致（夏季0.17 μg/dm3，秋季0.15 μg/dm3）[10]。平面分布呈現(xiàn)從海岸向外海逐漸升高的趨勢(shì)，高值點(diǎn)不是出現(xiàn)在近岸區(qū)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(tài)Cd轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)Cd，因此高值區(qū)易出現(xiàn)在離岸區(qū)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(guó)家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。高值點(diǎn)出現(xiàn)在近岸河口區(qū)域，特別是靖海灣口及五壘島灣口海域，基本呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)（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(guó)家一類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)果具有季節(jié)一致性[14-15]。這種季節(jié)差異與初級(jí)生產(chǎn)力及溫度相關(guān)，夏秋季節(jié)水溫較高，利于水體中的汞向大氣轉(zhuǎn)移，同時(shí)夏秋季節(jié)海洋生物生長(zhǎng)旺盛，促使了汞與有機(jī)物的結(jié)合，因此導(dǎo)致了夏秋季節(jié)汞含量較低的現(xiàn)象。平面分布表明，在灣口海域出現(xiàn)高值點(diǎn)。說(shuō)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(píng)價(jià)

表層海水綜合污染指數(shù)分析表明，3個(gè)航次的表層海水重金屬綜合污染指數(shù)WQI均遠(yuǎn)低于1（表3），海水污染程度均為“清潔”，3個(gè)航次均值比較：春季航次>夏季航次>秋季航次，差異性檢驗(yàn)顯示3個(gè)航次無(wú)明顯差異。平面分布圖顯示，3個(gè)航次重金屬綜合污染指數(shù)均呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)（圖8），在靖海灣、五壘島灣及乳山灣等灣口區(qū)域出現(xiàn)高值點(diǎn)，說(shuō)明調(diào)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(xué)要素之間的關(guān)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(huán)境要素具有極大的相關(guān)性。為了探討環(huán)境因素對(duì)海水中重金屬含量的影響程度，本研究還進(jìn)行了多元線性分析，分別計(jì)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(xué)需要量之間的多元線性回歸方程和復(fù)相關(guān)系數(shù)。

分析表明， pH對(duì)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(fù)相關(guān)系數(shù)（R）按照從大到小的順序?yàn)锳s>Hg>Cu>Cd>Pb>Zn，此順序與李壯偉等（2013）在廣東紅海灣得出的結(jié)果具有較大的差異，表明不同海區(qū)之間的相關(guān)性存在較大差異[7]。

3 結(jié)語(yǔ)

威海南部海域水質(zhì)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(gè)航次中只有秋季航次的13號(hào)站位Zn含量不符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，其他3個(gè)航次重金屬含量均符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，單項(xiàng)污染指數(shù)分析表明，各重金屬元素的單項(xiàng)污染指數(shù)均小于1，調(diào)查海域水質(zhì)良好，符合二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，具備規(guī)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(diào)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(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)，在灣口出現(xiàn)高值點(diǎn)，說(shuō)明Cu受河流外源輸入的影響較大；Pb基本呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸升高的趨勢(shì)，可能與Pb含量受大氣沉降的影響較大有關(guān)；Zn基本呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)，且乳山灣口的含量相對(duì)較高，受外源輸入的影響較大；Cd呈現(xiàn)從海岸向外海逐漸升高的趨勢(shì)，可能與Cd的含量受鹽度的影響較大有關(guān)；As高值點(diǎn)出現(xiàn)在近岸河口區(qū)域，特別是靖海灣口及五壘島灣口海域，基本呈現(xiàn)從近岸向外海逐漸降低的趨勢(shì)，受外源輸入的影響較大；Hg含量變化較小，高值點(diǎn)出現(xiàn)在灣口區(qū)域，受外源輸入的影響較大。

海水綜合污染評(píng)價(jià)表，3個(gè)航次的表層海水重金屬綜合污染指數(shù)均遠(yuǎn)低于1，差異性檢驗(yàn)顯示3個(gè)航次無(wú)明顯差異。平面分布圖顯示，3個(gè)航次重金屬綜合污染指數(shù)均呈現(xiàn)從海岸線向外海逐漸降低的趨勢(shì)，在靖海灣、五壘島灣及乳山灣等灣口區(qū)域出現(xiàn)高值點(diǎn)，說(shuō)明調(diào)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(guān)性表明：pH對(duì)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(fù)相關(guān)系數(shù)（R）按照從大到小的順序?yàn)锳s>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）