徐軼肖 *，謝誼 ，趙鵬 ，張騰 ，周齊家 ，胡寶清

1. 廣西師范學(xué)院，北部灣環(huán)境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧530001；2. 廣西師范學(xué)院，廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西 南寧 530 001

潿洲島位于廣西壯族自治區(qū)北海市南部（N21°02′40.61″、E109°06′49.48″），屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，是南海北部灣最大的島嶼，中國最大最年輕的火山島。該島沿岸淺海生長著具有較高生態(tài)學(xué)價值的珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)，是北部灣地區(qū) 21世紀(jì)海洋資源持續(xù)發(fā)展與利用的重要對象之一（史海燕，2012）。然而，近幾十年來由于遭受人為和自然的雙重壓力，珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)面臨著嚴(yán)重退化，靠近大陸的沿岸淺海形勢尤為嚴(yán)峻，其中海水污染已對潿洲島珊瑚礁造成了一定的負(fù)面影響，成為珊瑚礁退化的一個重要因素（王麗榮等，2006；陳天然等，2013）。

近年來潿洲島旅游業(yè)發(fā)達(dá)，2005—2008年上島游客從9萬人增加至20萬人，客輪從每天1～2航次增加至4航次（譚趣孜等，2011）。潿洲島主要分布有中海油潿洲終端處理廠、水電廠、新奧燃?xì)夤镜裙I(yè)。旅游業(yè)、工業(yè)、運(yùn)輸業(yè)的迅猛發(fā)展，導(dǎo)致重金屬污染物在近岸海水中迅速增加，沿岸生態(tài)環(huán)境正承受著巨大壓力。這不僅制約地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，還對水生生物和人體健康產(chǎn)生負(fù)面影響。重金屬污染具有來源廣、殘毒時間長、易蓄積、污染后不易被發(fā)現(xiàn)且難于恢復(fù)等特征（雷富等，2013a），明確海水重金屬污染程度并加以管理顯得尤為重要。1999年邱紹芳（1999）對潿洲島附近海域的水質(zhì)和底質(zhì)進(jìn)行研究，均未發(fā)現(xiàn)污染，環(huán)境良好。后來研究發(fā)現(xiàn)該島潮灘多數(shù)地區(qū)開始出現(xiàn)Cu和As污染，石油類和重金屬 Pb含量超一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水質(zhì)呈輕度污染狀態(tài)（譚趣孜等，2011；唐璐璐等，2009）。2015年楊華等（2017）調(diào)查了潿洲島附近有珊瑚群落發(fā)育的海域，發(fā)現(xiàn)部分站點 Pb和Hg質(zhì)量濃度略高于一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并認(rèn)為Hg是珊瑚生長區(qū)主要生態(tài)風(fēng)險因子。綜上可見，潿洲島海域重金屬污染呈加劇趨勢。本文根據(jù)2015—2016年廣西潿洲島海水重金屬數(shù)據(jù)，分析該海域海水重金屬分布現(xiàn)狀、污染程度及特征，為該海區(qū)環(huán)境資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查站位

潿洲島位于北部灣海域中部，東西寬約 6 km，南北長約6.5 km，總面積24.74 km2，全鎮(zhèn)總?cè)丝?.53萬人。島上建有中海油潿洲終端處理廠、水電廠、新奧燃?xì)夤镜取１狙芯坑?2015年10月和2016年10月，在潿洲島周離岸0.8～2 km 處布設(shè) S1（N21°01′41″、E109°04′51″）、S2（N21°01′28″、E109°04′33″）、S3（N21°03′57″、E109°05′26″）、S4（N21°04′51″、E109°07′20″）、S5（N21°04′20″、E109°07′56″）、S6（N21°03′07″、E109°08′39″）、S7（N21°01′51″、E109°08′01″）、S8（N21°01′24″、E109°07′52″）共 8 個采樣點（圖1），分別采集表層0.5 m處海水1000 mL，搖勻，過0.45 μm濾膜，濾液加數(shù)滴硫酸酸化，低溫冷藏帶回實驗室。

1.2 評價標(biāo)準(zhǔn)及分析方法

海水樣品的采集、貯存、運(yùn)輸和分析均按《海洋監(jiān)測規(guī)范》（GB/T17378—2007）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2008）進(jìn)行。Cu、Pb、Zn、Cd、Cr分析采用原子吸收光譜儀，Hg、As采用原子熒光分光光度計，檢出限分別為0.2、0.03、3.1、0.01、0.4、0.007 和 0.5 μg·L-1。據(jù)廣西壯族自治區(qū)海洋功能區(qū)劃（2011—2020年）（廣西壯族自治區(qū)人民政府，2013），潿洲島主要功能為海洋保護(hù)和旅游休閑區(qū)，因涉及珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)，海洋生物資源恢復(fù)，結(jié)合中國海水水質(zhì)分類與標(biāo)準(zhǔn)（GB3097—1997）（國家環(huán)境保護(hù)局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，1998），本文采用第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)對潿洲島海水進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量狀況評價（表1）。

表1 一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 The first class seawater quality standard of China

重金屬評價方法采用綜合指數(shù)法（何祥英，2014；李壯偉等，2012），計算如下：

式中，Pi、Ci和 Si分別為某重金屬元素 i的單項指數(shù)、實測數(shù)據(jù)和評價標(biāo)準(zhǔn)值；n為參與評價的重金屬種類數(shù)；WQI為重金屬污染綜合指數(shù)。Pi≤1表示海水中重金屬i符合標(biāo)準(zhǔn)，Pi>1表示海水中重金屬i超過標(biāo)準(zhǔn)，總體污染水平等級劃分見表2。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

運(yùn)用Excel 2013對2015—2016年采樣原始數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與統(tǒng)計，ArcGIS 10.1進(jìn)行采樣點的描繪，OriginPro 9.0制作圖表并進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 重金屬含量

圖1 采樣地點Fig. 1 Sampling sites in Weizhou Island, Beibu Gulf of Guangxi

表2 海水重金屬綜合污染指數(shù)與污染程度的關(guān)系Table 2 Correlation of WQI and contamination Status

2015年潿洲島海水重金屬均值為 Hg

以《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3097—1997）一類海水作為參考，2015—2016年重金屬Cu、Cd、Cr、As均未發(fā)現(xiàn)超標(biāo)，但2016年Zn存在超標(biāo)現(xiàn)象（圖 2），超標(biāo)率為 37.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)高達(dá) 11.7（S6），最大質(zhì)量濃度為 253.7 μg·L-1，已超過三類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（100 μg·L-1）。Pb和Hg在2015年與2016年均存在超標(biāo)現(xiàn)象（圖2），2015年P(guān)b超標(biāo)率為25.0%，最大超標(biāo)倍數(shù)為2.2，最大質(zhì)量濃度（3.16 μg·L-1）介于一類與二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)之間；Hg超標(biāo)率為 75%，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.3，說明Hg盡管超標(biāo)現(xiàn)象明顯，但程度不嚴(yán)重。2016年P(guān)b超標(biāo)率為62.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)達(dá) 5.6，最大質(zhì)量濃度（6.56 μg·L-1）已超過二類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（5 μg·L-1），超標(biāo)現(xiàn)象和程度較2015年均有所增加；Hg超標(biāo)率為12.5%，最大超標(biāo)倍數(shù)為0.2，超標(biāo)現(xiàn)象和程度較2015年均下降。就地理位置而言，Zn超標(biāo)發(fā)生在潿洲島的東面和東南面（S6-S8）；2015年P(guān)b超標(biāo)位于島的西南面（S1-S2），Hg則在島周多處檢測到超標(biāo)現(xiàn)象（S1-S3、S5-S6、S8）；2016年在環(huán)島多地發(fā)現(xiàn)Pb超標(biāo)（S2-S6），而Hg僅在S6處有超標(biāo)，說明重金屬在潿洲島的分布存在地理差異和年際差異。

2.2 污染評價

根據(jù)單項污染指數(shù)Pi，2015年重金屬平均污染程度為 Cr

表4顯示，2015年和2016年潿洲島重金屬綜合污染指數(shù)分別為0.39和0.76，均小于1，整體上海域?qū)儆谇鍧嵓墸?016年WQI是2015年的1～2倍，表明2016年潿洲島重金屬污染程度總體較2015年有所加重。具體地說，2015年各站位WQI均小于1，各站位可認(rèn)為屬于清潔狀態(tài)，但2016年位于島北面的S4和東面的S6站位WQI分別為1.17和2.20，分別屬于輕度污染與中度污染（表4）。

表3 北部灣潿洲島海水重金屬含量特征Table 3 Heavy metals concentration in seawater of Weizhou Island, Beibu Gulf of Guangxi

表4 北部灣潿洲島海水重金屬綜合污染指數(shù)（WQI）Table 4 WQI of seawater in Weizhou Island, Beibu Gulf of Guangxi

圖2 潿洲島海水重金屬質(zhì)量濃度(橫線表示第一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn))Fig. 2 Mass concentrations of Heavy metals in seawater of Weizhou Island, Beibu Gulf of Guangxi

3 討論

重金屬具有生物富集、生物放大及難解降等特點，海水重金屬污染會對近海的植物、動物造成影響，從而影響近海漁業(yè)和生態(tài)環(huán)境，并最終對食物鏈頂層的人類安全構(gòu)成威脅。潿洲島熱帶北緣珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)發(fā)育典型，海水重金屬污染除了對該海域各級生物產(chǎn)生影響外，更可對珊瑚幼蟲階段和珊瑚骨骼形成等產(chǎn)生不利影響（Woods et al.，2016；Guzman et al.，2002），理應(yīng)受到特別重視。

3.1 潿洲島重金屬變化趨勢

與其他中國沿海地區(qū)類似，潿洲島海域經(jīng)歷了清潔到一定程度重金屬污染的過程。20世紀(jì)90年代初，潿洲島海域的水質(zhì)和底質(zhì)重金屬濃度均符合海水一類標(biāo)準(zhǔn)，不存在超標(biāo)現(xiàn)象（邱紹芳，1999）。2007年，潿洲島海水呈輕度污染，Pb超標(biāo)率達(dá)17%（譚趣孜等，2011），相應(yīng)地，在人為活動較頻繁的島東面和南面潮灘，發(fā)現(xiàn)重金屬元素累積明顯（唐璐璐等，2009）；2015年，個別站位Pb含量超一類海水標(biāo)準(zhǔn)（μg·L-1），Hg盡管未超標(biāo)，但其最大值（0.05 μg·L-1）已達(dá)一類海水標(biāo)準(zhǔn)上限（楊華等，2017）。本研究 2015年亦檢測到重金屬Pb、Hg超標(biāo)，高風(fēng)險重金屬元素組成與楊華等（2017）研究結(jié)果一致，程度較后者嚴(yán)重，可能與兩者之間的采樣時間及站位差異有關(guān)。2016年，在原Pb、Hg超標(biāo)的基礎(chǔ)上，本研究發(fā)現(xiàn)島東面和東南面的 Zn檢出超標(biāo)，且最大濃度已超過海水三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？梢姅?shù)十年來，潿洲島海域重金屬污染呈加重趨勢，這對該海域生物及珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)都將是嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.2 潿洲島重金屬污染分布特征

盡管 2015—2016年潿洲島海域重金屬綜合污染仍屬清潔級，但元素Pb、Hg、Zn超標(biāo)，前兩者在該島的西面、北面和東面均存在污染，Zn則在該島的東面和東南面出現(xiàn)污染，這與前人的研究結(jié)果基本一致（譚趣孜等，2011；唐璐璐等，2009；楊華等，2017）。由于本研究未在潿洲島南部海域采樣，無法得知該海區(qū)重金屬污染情況，考慮到南部為潿洲島的經(jīng)濟(jì)和人口中心，受人類活動和養(yǎng)殖行為影響污染嚴(yán)重，海洋災(zāi)害如赤潮頻發(fā)（何本茂等，2013；竇勇等，2015），可推測該海區(qū)重金屬污染不容樂觀。另外，本研究中2016年P(guān)b污染程度較2015年加重，Hg污染減輕，并新發(fā)現(xiàn)了 Zn污染，推測由重金屬來源變化引起，潿洲島存在的工業(yè)排污、旅游客運(yùn)業(yè)，油氣開采及原油運(yùn)輸船、油井平臺、養(yǎng)殖業(yè)極可能是變化的原因（廣西壯族自治區(qū)人民政府，2013），學(xué)者們指出上述人類活動與該島海水重金屬含量大小密切相關(guān)（譚趣孜等，2011；楊華等，2017）。

3.3 與其他海域的比較

與國內(nèi)其他礁區(qū)，如西沙海域礁區(qū)、廣東大亞灣礁區(qū)、三亞鹿回頭礁區(qū)、湛江燈樓角礁區(qū)的海水重金屬含量比較（楊華等，2017；周靜等，2007），本研究潿洲島海域海水重金屬平均含量與鹿回頭和西沙接近，目前上述礁區(qū)重金屬含量仍屬于清潔級或僅對珊瑚生態(tài)系統(tǒng)具有輕微潛在風(fēng)險（楊華等，2017；周靜等，2007），可認(rèn)為基本不影響海域珊瑚生長。

由于采樣時間與季節(jié)的差異，無法將潿洲島與廣西北部灣其他海域海水重金屬含量進(jìn)行比較，但仍可發(fā)現(xiàn)潿洲島 As含量總體上比廣西北部灣其他海域低，而Cu、Pb、Cd、Cr、Hg與廣西北部灣近岸整體水平較接近，但比北部灣潮間帶、北海、廉州灣、欽州灣、防城港等低（表5）。推測因前者屬離岸島嶼，與后者相比，較少受到沿岸工業(yè)活動、河流匯入、農(nóng)業(yè)和生活污染等不利因素影響。由于2016年S6站位的異常高濃度Zn貢獻(xiàn)，本研究海域Zn平均含量較廣西北部灣大多數(shù)海域高。除S6外，其余站位Zn基本滿足一類海水標(biāo)準(zhǔn)，與北部灣其他海域相仿。

3.4 重金屬相關(guān)性

重金屬元素相關(guān)性能夠說明元素的來源和遷移累積特征（唐璐璐等，2009；黃向青等，2014）。采用 Pearson積矩法對本研究海域重金屬含量進(jìn)行相關(guān)性分析，并進(jìn)行0.05水平雙尾檢驗。根據(jù)表6，2016年潿洲島海域重金屬元素間的相關(guān)性大于2015年。2015年Cu和Cd、2016年Zn和Hg呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.7578和0.7967，后者均為超標(biāo)元素。

根據(jù)不同重金屬元素的相關(guān)性特點將重金屬元素分成兩組，第一組為具有顯著正相關(guān)性的Cu-Cd、Zn-Hg，說明其來源相近。研究發(fā)現(xiàn)，合金船舶中含有Cu和Zn（羅萬次等，2014），而船舶防腐材料中含有 Cd的成分（易志全等，2011）。隨著廣西北部灣經(jīng)濟(jì)區(qū)的開發(fā)，潿洲島沿岸進(jìn)行的海水養(yǎng)殖、用海工程建設(shè)項目的增加及沿岸邊貿(mào)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，潿洲島沿岸捕魚、交通運(yùn)輸船等各類船只活動頻繁。2015年Cu與Cd呈顯著正相關(guān)，說明海域很可能受到了各類來往船舶的污染。工業(yè)污染是 Zn的重要來源（柴小平，2015），而農(nóng)用殺蟲劑、除草劑、餌料、消毒劑、魚蝦類排泄物中含有 Hg（唐璐璐等，2009），由此推測2016年海水中Zn與Hg來源與近岸發(fā)展的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)等人類影響源有關(guān)。第二組為存在一定相關(guān)性的Pb-As-Cr。據(jù)了解，海水中的溶解態(tài) Pb通常來源于工業(yè)廢水的排放和大氣沉降等人為污染源（孫維萍等，2009）。加之潿洲島西南海域有油氣田，而原油含 Cr、Pb、Ni等重金屬，其運(yùn)輸船污水排放中

也含有Cr和Pb（譚趣孜等，2011）。農(nóng)用殺蟲劑、除草劑中含有As（魏大成，2003）。由此推測，此類重金屬有工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和運(yùn)輸業(yè)等多重復(fù)雜來源。

表5 潿洲島與廣西北部灣其它海域海水重金屬含量比較Table 5 Comparison of heavy metals concentration in seawater of Weizhou Island with Other seawaters in Beibu Gulf of Guangxi μg·L-1

表6 潿洲島海域海水重金屬相關(guān)性分析Table 6 Correlation analysis of heavy metals in seawater of Weizhou Island, Beibu Gulf of Guangxi

4 結(jié)論

（1）2015年潿洲島海水重金屬均值為Hg

（2）2015—2016年潿洲島整體海域重金屬綜合污染指數(shù)均小于1，屬于清潔級，但2016年位于島北面的S4和東面的S6站位綜合污染指數(shù)均大于1，分別屬于輕度和中度污染。重金屬Zn、Pb、Hg存在超標(biāo)，最高濃度分別超一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的 11.7、5.6、0.3倍，人類活動可能是潿洲島海水重金屬污染的主要原因。

（3）潿洲島除 As含量總體比廣西北部灣其他海域低外，其余6項重金屬含量均比北部灣潮間帶、北海、廉州灣、欽州灣、防城港低，但與廣西北部灣近岸水體接近。近30年來，潿洲島海域重金屬污染呈增加趨勢，盡管目前基本不影響珊瑚生長，但對海域生物及珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)存在的潛在威脅加重，亟需引起重視。

（4）2015年潿洲島海水重金屬 Cu和 Cd，2016年潿洲島海水重金屬Zn和Hg之間均存在顯著正相關(guān)，且2016年重金屬元素間的相關(guān)性大于2015年，相關(guān)系數(shù)分別為0.7578和0.7967，Zn和Hg均為超標(biāo)元素。推測此類重金屬主要來源于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)。

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