南麂海域水质营养盐和表层沉积物重金属污染评价

阮素玲 李敏 陆荣茂 肖国强 张翔 陆振

摘要 于2019年5月、8月、12月和2020年3月对南麂海域的环境（海水和沉积物）进行调查，采用有机污染评价指数（A）法、营养状态质量指数（NQI）法对水环境进行评价，用潜在生态危害指数（RI）法对表层沉积物重金属潜在生态危害进行评价。结果表明，南麂海域海水水质除无机氮（DIN）外，其余参数基本能符合二类海水水质标准。南麂海域海水水质除2019年12月各层A值较其他略高外，其他监测时间水质状况较好。营养状态质量指数处于贫营养水平（NQI<2）。表层沉积物除铜（Cu）和铬（Cr）外，其余参数均符合第一类海洋沉积物质量标准。沉积环境处于轻微生态危害状态（Eij<30，RI<100）。

关键词 营养盐;表层沉积物;重金属;有机污染评价指数;营养状态质量指数;潜在生态危害指数;南麂海域

中图分类号 X-834  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）12-0060-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.12.017

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Evaluation of Nutrients in Water Quality and Heavy Metals in Surface Sediments in Nanji Sea Area

RUAN Su ling1， 2，LI Min1， 2， LU Rong mao1， 2 et al

（1.Zhejiang Mariculture Research Institute，Wenzhou，Zhejiang 325005;2. Zhejiang Key Laboratory of Exploitation and Preservation of Coastal Bio resource，Wenzhou，Zhejiang 325005）

Abstract We investigated the environment （sea water and sediments） in Nanji sea area in May 2019， August 2019， December 2019 and March 2020. The organic pollution evaluation index（A） and nutritional status quality index（NQI） were used to evaluate water environment. Meanwhile potential ecological hazard index（RI） was used to evaluate the potential ecological hazards of heavy metals in surface sediments. The results showed that except for DIN， the other parameters of the seawater quality in the Nanji sea area could basically meet the second class seawater quality standards. The A value of each layer was slightly higher in December 2019. The water quality was better at other monitoring times in the Nanji sea area. The nutritional status quality index was at the oligotrophic level （NQI<2）. Except for Cu and Cr， the other parameters of the surface sediment could meet the quality standards of the first type of marine sediment. The sedimentary environment was in a state of slight ecological hazard （Eij<30，RI<100）.

Key words Nutrients;Surface sediments;Heavy metals;Organic pollution evaluation index;Nutritional status quality index;Potential ecological hazard index;Nanji sea area

南麂列島因其优越的海洋环境，成为浙江省重要的养殖基地之一。随着南麂列岛旅游业、水产养殖业等的高附加值产业的兴起加之陆源工业、农业的快速发展及人类活动的增加，给南麂海域的环境带来了一定的影响。目前有关南麂附近海域水环境、潮间带环境调查方面的研究已有研究报道[1-5]，然而对于南麂海域环境质量综合分析方面的研究仍然不多。李扬等[6]研究了南麂海域氮、磷营养盐的季节变化特征及其影响因素，发现该海域氮、磷营养盐的季节性变化显著，且作为无机氮主要组成成分的亚硝酸盐氮与水温、pH、盐度等因子之间均具有显著的相关性。施青松等[7]对南麂海域潮间带水环境进行了评价，发现该海域N/P值很高，春季时无机氮和活性磷酸盐超标较严重。

该研究在2019年5月至2020年3月对南麂保护区及周边海域进行4次调查采样，并对水质、沉积物进行监测分析，采用有机污染评价指数（A）法、营养状态质量指数（NQI）法对水环境进行评价，采用潜在生态危害指数（RI）法对表层沉积物重金属潜在生态危害进行评价，旨在科学评价南麂海域环境质量状况，为南麂海域环境质量评价提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集

于2019年5月、8月、12月和2020年3月进行调查采样，共设置28个水质站位和17个沉积物站位（图1）。采样方法以《海洋调查规范》（GB/T 12763—2007）为主要参考规范，海水样品用有机玻璃采水器进行采集，水质根据各站点水深情况，进行分层采样;表层沉积物样品用抓斗式采泥器进行采集。

1.2 监测项目和检测方法

海水监测项目包括pH、溶解氧（DO）、化学需氧量（COD）、无机氮（DIN）、活性磷酸盐（DIP）、叶绿素a（Chl-a）;沉积物重金属监测项目包括铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、镉（Cd）、铬（Cr）、汞（Hg）、砷（As）。海水不同指标检测方法主要参考《海洋调查规范第4部分：海水化学要素调查》（GB/T 12763.4—2007）、《海洋监测规范第4部分：海水分析》（GB 17378.4—2007）;沉积物不同指标的检测方法主要参考《海洋监测规范 第5部分：沉积物分析》（GB 17378.5—2007）。

1.3 评价方法

海水的有机污染评价指数（A）和营养状态质量指数（NQI）以及表层沉积物重金属潜在生态危害指数（RI）依据以下公式进行计算。

A=CODCOD0+DINDIN0+DIPDIP0-DODO0（1）

式中，A为有机污染评价指数，评价分级见表1;COD、DIN、DIP和DO分别为化学需氧量、无机氮、活性磷酸盐、溶解氧的测定值;COD0、DIN0、DIP0和DO0分别为水体上述各项指标的评价标准值，分别为3、0.10、0.015和5 mg/L。

NQI=CODCOD0+DINDIN0+DIPDIP0（2）

式中，NQI为营养状态质量指数，营养状态分级：NQI<2为贫营养水平，2～3为中营养水平，>3为富营养水平;COD、DIN和DIP分别为化学需氧量、无机氮和活性磷酸盐的测定值;COD0、DIN0和DIP0分别为水体上述各项指标的评价标准值，分别为3、0.60和0.03 mg/L。

Cij=CiCi0（3）

Eij=Tij×Cij（4）

RI=i=1Eij（5）

式中，Cij为表层沉积物第i种重金属的污染系数;Ci为表层不同重金属的测定值;Ci0为不同重金属的背景值（选用国际上常用的工业化以前沉积物中重金属的全球最高值）;Eij为潜在生态危害系数;Tij为表层不同重金属的毒性系数;RI为潜在生态危害指数，即不同重金属的潜在生态系数之和。各重金属的背景值和毒性系数见表2。采用潜在生态危害系数法综合分析监测海区沉积物中重金属潜在的危害效应[8]。

2 结果与分析

2.1 水环境特征

从调查时间内水质各评价因子监测情况（表3）可以看出，2019年5月pH变化不大，平均值8.24～8.80，各层分布均匀;DIN垂直方向浓度变化明显，表层DIN浓度较高;垂直方向上DIP浓度有逐层增大的趋势，其中底层DIP平均值最高;Chl-a浓度由表层至底层略减;COD表层21.43%超标;DIN表层14.29%超标，底层4.00%超标。2019年8月pH略低于5月，平均值8.02～8.82，从表层到底层pH逐渐下降;DO浓度相比5月普遍较低;COD垂直方向上浓度有逐层增大的趋势;底层DIN浓度最高，所有层DIN浓度相比5月普遍较低;Chl-a浓度相比5月普遍较低;DO底层超标率为12.00%;COD底层4.00%超标;DIN底层4.00%超标。2019年12月pH略低于5月，平均值8.04～8.22;DO浓度相比8月普遍較高，相比5月普遍较低;COD在表层略高;表层DIN浓度最高，所有层DIN浓度相比8月普遍较高;Chl-a浓度在表层最高，相比8月普遍较高，相比5月普遍较低;COD表层3.57%超标;DIN表层10.71%超标，底层4.17%超标。2020年3月pH略低于2019年5月，平均值8.11～8.23;DO浓度相比2019年8月和12月普遍较高，相比2019年5月普遍较低;COD在底层略高;10 m层DIN浓度略高，所有层DIN浓度相比2019年8月、2019年12月普遍较高;Chl-a浓度相比2019年8月普遍较高，相比2019年5月和12月普遍较低;DIN表层50.00%超标，10 m层63.64%超标，底层56.52%超标。

综合水质监测结果，除DIN外，其余参数基本能符合二类海水水质标准，COD和DO出现少部分超标。其中DIN为主要超标指标，四季均出现超标情况，DIN平均超标率为17.67%（2019年12月、2020年3月高于2019年5月、8月），可能是由于洋流的影响，将长江营养物质带入，也可能是温度较低时浮游植物光合作用相对减弱，导致温盐跃层以下有机质快速降解，随着温度降低东海海域跃层下沉和减弱等也有利于各层营养盐的输送[9-10];COD平均超标率为3.21%。DO在2019年8月底层出现异常情况，超标率为12.00%，可能是由于取样点是水深比较深的地方（超标站位水深依次为27、30、24 m），也可能由于夏季东海海域强烈的跃层阻隔和底层水体中有机物的耗氧分解[11-13]。

2.2 水环境评价

从水环境评价结果（表4）可以看出，表层有机污染指数（A）2019年12月较其他高，处于轻度污染，2019年8月最低，处于0～1（较好）;10 m层A值2019年12月最高，处于1～2（开始污染），2019年5月最低，处于<0（良好）;底层A值2019年12月最高，处于2～3（轻度污染），2019年5月最低，处于0～1（较好）。可见，2019年12月各层A值均高于其他月份，可能与不同季节海流稀释扩散作用有关[7]。营养状态质量指数（NQI）在各月份各层间均无明显差异，且均小于2，属贫营养水平。

2.3 南麂海域表层沉积物监测情况及评价

从表层沉积物重金属监测情况（表5）可以看出，重金属浓度整体上呈Zn>Cr>Cu>Pb>As>Cd>Hg。2019年5月Cu、Cr超标率分别为93.75%、87.50%;2019年8月Cu、Cr超标率分别为86.67%、73.33%;2019年12月超标率分别为62.50%、6.25%;2020年3月超标率分别为11.11%、5.56%。表层沉积物各重金属在不同月份浓度变化较大，其中2020年3月表层沉积物超标情况明显好于其他采样时间。综合4次结果，除Cu和Cr以外，其余参数均符合第一类海洋沉积物质量标准，Cu和Cr平均超标率为63.51%和43.16%。

从表6可以看出，7种重金属的潜在生态危害系数（Eij）均小于重金属轻微生态危害的划分标准值，其中，Zn的Eij值明显大于其他重金属的Eij值，Pb的Eij值明显小于其他重金属的Eij值，表明Zn对南麂生态环境的潜在影响程度明显高于其他重金属，而Pb明显低于其他重金属。由多个重金属的潜在生态危害指数（RI）看，采样时间内RI值在45.19～50.62，其中2019年12月值最高，2020年3月值最低，并且RI值均小于100，总体而言南麂海域表层沉积物中7种重金属的潜在生态危害轻微。

3 结论

（1）南麂海域海水水质除DIN外，其余参数基本能符合二类海水水质标准。其中DIN为主要超标指标，四季均出现超标情况，COD和DO出现少部分超标。

（2）南麂海域水质状况较好，2019年12月各层有机污染指数（A）高于其他月份，其中表层、底层处于2～3（轻度污染），10 m层处于1～2（开始污染）。营养状态质量指数（NQI）在各月份各层间均小于2，属贫营养水平。

（3）表层沉积物除Cu和Cr外，其余参数均符合第一类海洋沉积物质量标准。潜在生态危害系数（Eij）均小于30，潜在生态危害指数（RI）在45.19～50.62，处于轻微生态危害状态。

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