【关键字】隘顽湾,海域,环境质量评价
【出 处】 2018年 1期
【收 录】中文学术期刊网
【作 者】余文翎,王峰,李妙聪
【单 位】
【摘 要】 摘 要:根据2009年6月、8月、10月对隘顽湾海域的水质、沉积物、生物监测结果,采用环境质量单项评价标准指数法,根据海洋环境功能区划对该海域环境质量现状进行了评价与分析;
摘 要:根据2009年6月、8月、10月对隘顽湾海域的水质、沉积物、生物监测结果,采用环境质量单项评价标准指数法,根据海洋环境功能区划对该海域环境质量现状进行了评价与分析;并综合分析了水质中富营养化程度,沉积物中重金属的富集程度及潜在生态风险指数。结果表明:(1)海域水质中Hg、活性磷酸盐和无机氮是主要污染因子;(2)海区沉积物中Cu、As、粪大肠菌群是主要污染因子;(3)生物中粪大肠菌群、Hg 、Pb、Cd是主要污染因子;(4)沉积物综合污染程度和潜在生态风险均为低,As、Cu、Pb是主要污染因子,而As、Cu是主要的潜在生态因子,对Ri贡献率分别为35.7%和24.3%。
关键词:隘顽湾,海域,环境质量评价
隘顽湾位于浙江省海岸中下段,在浙江省温岭市城南镇、石桥头镇和松门镇界内,三面环陆,是一个半封闭的港湾,湾内滩涂不稳定,涂质较硬、油泥较薄,养殖条件较差。目前主要是缢蛏、泥蚶、彩虹明樱蛤、青蛤等贝类苗种暂养与紫菜等藻类养殖,整个隘顽湾海域的面积约1600公顷。近年来,由于沿海产业的发展,工农业和生活污水的不断排入,导致了近岸海域的环境质量呈下降趋势。本文根据2009年6、8、10月,对隘顽湾海域监测得到的水质、沉积物和生物资料,对该海域的环境质量现状进行了初步的分析与评价,为隘顽湾的海洋生态建设和环境保护规划合理布局提供基础资料,对隘顽湾的进一步保护、开发与建设,提高经济发展速度、改善海洋生态环境,促进海洋经济的可持续发展都有一定的意义。
1采样与方法
1.1采样及样品处理
在调查海域内设置了10个水质和5个沉积物监测站位(见图1、表1),同时监测隘顽湾东浦新塘内3个养殖塘的缢蛏和1个养殖塘内的泥蚶生物样。水质在2009年6月、8月和10月进行3次监测,沉积物、生物均在2009年8月进行1次监测。水质监测项目包括:pH值、DO、COD、活性磷酸盐、无机氮、石油类和重金属(Hg、As 、Cd、Pb)。沉积物监测项目包括:多氯联苯、六六六、硫化物、有机碳、石油类、粪大肠菌群和重金属(Hg、As 、Cu、Pb、Cd),生物样监测项目包括:粪大肠菌群、麻痹性贝毒、六六六、滴滴涕、石油类和重金属(Cu、Pb、Cd、Hg、As),样品的采集、贮存、运输和预处理及其实验室内的分析测定均按《海洋调查规范》[1]和《海洋监测规范》[2]中规定的方法进行。
图1 调查站位
Fig.1 Monitor Stations
表1监测站位表
Tab.1 Monitoring Stations
站位
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
经度
ddd.ddd
121.474
121.488
121.506
121.518
121.535
121.554
121.566
121.460
121.548
121.505
纬度
dd.ddd
28.300
28.289
28.288
28.283
28.279
28.271
28.272
28.279
28.260
28.283
监测
水、
底泥
水
水、
底泥
水
水、
底泥
水
水、
底泥
水
水
水、
底泥
1.2评价方法与标准
1.2.1评价方法
采用环境质量评价常用的单项评价标准指数法[3]。一般以评价因子的指数1.0作为该因子是否对环境产生污染的基本分界线,小于0.5为未受玷污,介于0.5~1.0之间为受到该因子玷污,大于1.0,表明该因子超过了评价标准中的规定值,已经不能满足该区海洋功能区域划分的要求。
其计算模式为:Pi=Ci/Si
式中:Pi ——第i项污染因子的标准数值;
Ci ——第i项污染因子的实测浓度;
Si ——第i项污染因子的评价标准值;
1.2.2评价标准
根据温岭市海洋功能区划的要求,该海域水质应达到《海水水质标准》(GB3097-1997)[4]二类海水水质标准,表层沉积物评价标准采用《海洋沉积物质量》(GBl8668-2002)[5]一类标准,生物评价标准采用《海洋生物质量》(GBl8421-2001) [6]一类标准。
1.2.3评价因子
本文选定水质评价因子为:pH值、DO、COD、活性磷酸盐、无机氮、石油类和重金属(Hg、As 、Cd、Pb);沉积物评价因子为:多氯联苯、六六六、硫化物、有机碳、石油类和重金属(Hg、As 、Cu、Pb、Cd);生物评价因子为:粪大肠菌群、麻痹性贝毒、六六六、滴滴涕、石油类和重金属(Cu、Pb、Cd、Hg、As)。
2结果与讨论
2.1水质现状及评价
隘顽湾海域水质现状监测结果见表2,水质评价标准指数见表3。
各个站位的pH、DO、COD、无机氮、活性磷酸盐、石油类和重金属(Hg、As 、Cd、Pb)变化幅度不是很大,且各环境要素分布趋势不尽相同,无明显的规律性。监测海区pH、DO、COD、As 、Cd、Pb等评价因子均达到了相应的功能区海水水质标准要求; Hg、活性磷酸盐和无机氮严重超标,超标率分别为67%、71%和100%;石油类超标率为4%。究其原因,主要有一下两点:1、可能由于隘顽湾沿岸附近居民以养殖、捕捞为主要收入来源,饲料的大量投放及居民生活废物一起分解所产生的氮磷营养物质,同时,随着城市化的加快,居民生活污水的直接排入隘顽湾海区,由于城南镇、石桥头镇和松门镇当地没有污水处理厂,导致海区营养盐含量偏高;也可能由于当地企业大量向海水中排放工业废水,导致了海水中汞元素,也就是我们所说的水银严重超标。2、隘顽湾邻近观岙排污口,观岙排污口2009年污水排放量高达1650万吨,由于海水流动性较强,隘顽湾海域环境可能受到其邻近海区污染物的影响。
表2 隘顽湾海域水质现状监测结果 单位:mg/dm3(pH、Hg、As 、Cd、Pb除外)
Tab.2 The results of the Aiwan bay sea water
监测项目
变化范围
平均值
监测项目
变化范围
平均值
pH
8.06-8.19
8.12
石油类
0.0035-0.0544
0.0177
DO
5.86-8.43
7.08
Hg(μg/ dm3)
0.0942-0.6120
0.3391
COD
0.33-0.80
0.60
As(μg/ dm3)
0.949-1.320
1.090
无机氮
0.322-1.217
0.561
Pb(μg/ dm3)
0.54-0.87
0.69
活性磷酸盐
0.0140-0.1290
0.0480
Cd(μg/ dm3)
0.07-0.19
0.14
表3 水质评价标准指数
Tab.3 Assessment of the sea water standards index
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
pH
0.03-0.31
0.11
0
石油类
0.07-1.09
0.35
4
DO
0.00-0.75
0.39
0
Hg
0.47-3.06
1.70
67
COD
0.11-0.27
0.20
0
As
0.03-0.04
0.04
0
无机氮
1.07-4.06
1.94
100
Pb
0.11-0.17
0.14
0
活性磷酸盐
0.28-2.45
1.60
71
Cd
0.01-0.04
0.03
0
2.2沉积物现状及评价
隘顽湾海域沉积物现状监测结果见表4,沉积物评价标准指数见表5。
各站位的多氯联苯、六六六、硫化物、有机碳、石油类、粪大肠菌群和重金属(Hg、As 、Pb、Cd)含量变化幅度不大,该海区沉积物质量总体较好,除Cu、As、粪大肠菌群外其它评价因子均符合海洋沉积物质量标准一类标准,Cu、As、粪大肠菌群的超标率分别为100%、20%、100%。这可能与该海区所接纳不同废弃物的性质以及该海区沉积物环境质量中,生物、化学等循环有关。
表4 隘顽湾海域沉积物现状监测结果 单位:10-6(有机碳10-2、粪大肠菌群 MPN/g)
Tab.4 The results of the Aiwan bay sediments
监测项目
变化范围
平均值
监测项目
变化范围
平均值
多氯联苯
0.000778-0.0184
0.004956
Hg
0.0040-0.0193
0.0095
六六六
0.00147-0.00466
0.00302
As
13.0-22.8
16.6
硫化物
6.08-33.70
29.60
Cu
40-44
42
有机碳
0.514-0.675
0.614
Pb
26-36
29.6
石油类
94.8-211
152.8
Cd
0.05-0.08
0.06
粪大肠菌群
93-150
114
表5 沉积物评价标准指数
Tab.5 Assessment of the sediments standards index
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
多氯联苯
0.04-0.92
0.25
0
Hg
0.02-0.09
0.05
0
六六六
0.003-0.009
0.006
0
As
0.65-1.14
0.80
20
硫化物
0.02-0.11
0.06
0
Cu
1.14-1.25
1.20
100
有机碳
0.26-0.34
0.31
0
Pb
0.43-0.60
0.49
0
石油类
0.19-0.42
0.31
0
Cd
0.10-0.16
0.12
0
粪大肠菌群
2.33-3.76
2.85
100
2.3 缢蛏生物现状及评价
隘顽湾缢蛏生物监测结果见表6,缢蛏生物评价标准指数见表7。
4个站位的粪大肠菌群、麻痹性贝毒、六六六、滴滴涕、石油类和重金属(Cu、Hg、As)含量各站相差不大,Pb、Cd含量各站相差较大,该海区生物质量总体较好,除粪大肠菌群和重金属(Hg 、Pb、Cd)外其它评价因子均符合海洋贝类生物质量标准一类标准,粪大肠菌群和重金属(Hg 、Pb、Cd)的超标率分别为100%、25%、80%、50%。这可能与该海区所接纳不同废弃物的性质以及该海区生物环境质量中,生物、化学等循环有关,隘顽湾沿岸大型工业不多,该海域生物受到重金属污染,重金属(Hg 、Pb、Cd)超标严重的原因有待进一步调查研究。
表6 隘顽湾海域生物现状监测结果 单位:10-6(粪大肠菌群MPN/g、麻痹性贝毒MU/100g)
Tab.6 The results of the Aiwan bay biological monitoring
监测项目
变化范围
平均值
监测项目
变化范围
平均值
粪大肠菌群
88-98
93
Hg
0.0247-0.0527
0.0405
滴滴涕
0.0001-0.0021
0.000142
As
0.076-0.495
0.235
六六六
0.00201-0.00497
0.00350
Cu
4.6-5.0
4.8
麻痹性贝毒
-
-
Pb
0.09-0.35
0 .20
石油类
6.88-8.94
7.99
Cd
0.107-0.881
0.363
注:“-”表示未检出, 麻痹性贝毒的检出限是400MU/100g。
表7 生物评价标准指数
Tab.7 Assessment of the biological monitoring standards index
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
监测项目
变化范围
平均值
超标率(%)
粪大肠菌群
2.93-3.27
3.10
100
Hg
0.49-1.05
0.81
25
滴滴涕
0.01-0.21
0.07
0
As
0.08-0.50
0.24
0
六六六
0.10-0.25
0.18
0
Cu
0.46-0.50
0.48
0
麻痹性贝毒
-
-
-
Pb
0.90-3.50
2.00
80
石油类
0.46-0.59
0.53
0
Cd
0.54-4.40
1.81
50
注:“-”表示未检出。
3综合分析
3.1水质富营养化、有机污染程度分析
近海富营养化主要是由于营养盐类以及耗氧有机物的输入量出现动态平衡失调而引起的生态异常现象,是发生赤潮的物质基础,2007年、2008年隘顽湾海域连续发生赤潮。本文选用富营养化指数来衡量监测海区水质的富营养化状况,富营养化指数(E)公式如下:
COD×DIP×DIN
E= ×106
4500
式中:COD、DIP和DIN的单位均为mg/L:当E≥1时即为富营养化。
本文选用的有机污染模式为单因子无量纲评价模式[7]:
CODi DINi DIPi DOi
A= × × ×
CODa DINa DIPa DOa
式中:A为水质指数;CODa、DINa、DIPa和DOa为标准值,采用《海水水质标准》(GB3097-1997)一类标准。
表8 有机污染评价分级
Tab.8 Assessment and classification in the organic pollution
水质指数(A)值
污染程度分级
水质质量评价
A <0
0
良好
0 ≤A<1
1
较好
1 ≤A<2
2
开始受污染
2 ≤A<3
3
轻度污染
3 ≤A<4
4
中度污染
A≥4
5
严重污染
表9指数富营养化(E)和水质指数(A)比较
Tab.9 Comparison of the monitoring eutrophication (E) and the Water Quality Index (A)
项目
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
E
4.86
4.80
3.23
3.40
4.04
3.22
4.47
3.81
4.59
7.10
A
4.32
4.27
3.11
3.10
3.71
3.14
4.03
3.06
3.66
5.66
监测海区各站位的富营养化指数(E)和水质指数(A)列于表9。由表9可知,各站的富营养化指数(E)在3.22~7.10之间,10个站位的富营养化指数均大于1,可见,该海区富营养化程度较高。从有机污染角度分析,各站位的水质指数在3.06~5.66之间。其中,6个站位的水质指数在3~4之间,污染程度为4级,水质受到中度污染;4个站位的水质指数大与4,污染程度为5级,水质受到严重污染。
3.2沉积物中重金属的富集特征及潜在生态危害分析
根据研究表明,水体中重金属不易降解,能迅速由水相转入固定相(悬浮物和沉积),最后进入沉积物中。在水系中重金属含量甚微,而且随机性大,易受各种条件(水力、排放)的影响。但沉积物中重金属含量由于累积作用比相应水相中的含量要高,且表现出一定的分布规律。
本文采用富集系数法来衡量监测海区沉积物中各种重金属指标在沉积物环境中的富集程度。其计算公式如下:
Cif=Cis/Cin
式中:Cif为表层沉积物重金属i的污染指数;Cis为表层沉积物重金属i浓度的实测值;Cin 为重金属的i的参照值,即背景值(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背景值,见表10);重金属各因子污染指数见表11。
多种沉积物的综合效应通过综合污染指数Cd 来表示,计算公式为:
5
Cd= ∑Cif
i=1
式中:Cd为综合污染指数,是沉积物多种因子的污染指数之和,以选择的5种要素来评价沉积物的综合污染指数。
表10重金属的参照值、毒性系数、污染指数和潜在风险系数
Tab.10 Background reference values ,toxicity response factor and Cif , Eir of heavy metal
金属元素
Hg
As
Pb
Cd
Cu
参照值(Cin/10-6)
0.25
15
25
0.5
30
毒性系数(Tir)
40
10
5
30
5
污染指数(Cif/平均值)
0.04
1.07
1.18
0.12
0.71
潜在风险系数(Eir/平均值)
1.52
10.71
5.92
3.72
3.54
表11污染要素的污染程度及分布状况
Tab.11 Distribution of pollution indexes and pollution status
Cif
站 位 Cd 污染程度分类
Hg
As
Pb
Cd
Cu
1
0.02
0.87
1.16
0.12
1.33
3.50
低污染
3
0.02
0.89
1.08
0.12
1.37
3.48
低污染
5
0.08
1.08
1.20
0.12
1.43
3.91
低污染
7
0.04
1.00
1.04
0.10
1.47
3.65
低污染
10
0.03
1.52
1.44
0.16
1.40
4.55
低污染
平均值
0.04
1.07
1.18
0.12
1.40
3.82
低污染
利用污染指数和综合污染指数对隘顽湾海域表层沉积物污染现状进行评价,结果见表11。分析结果表明,沉积物中的Hg、As、Pb、Cd、Cu的平均污染指数为0.04~1.40,对比表12,其中Hg、Cd的污染指数均小于1,为低污染水平; As、Pb、Cu的污染指数大于1,小于3,为中污染水平。其中,As、 Pb、 Cu的平均污染指数分别为1.07、1.18、 1.40,明显高于其它污染因子,是主要污染因子,污染程度由大到小依次为:Cu>Pb >As > Cd >Hg 。沉积物的综合污染指数为3.48~4.55,均小于5,均为低污染。
表12 Cif,Cd,Eir,RI与污染程度的关系
Tab.12 Relationship of Cif ,Cd ,Eir ,and pollution level
Cif
污染程度
分极
Cd
污染程度
分级
Eir
潜在生态风险程度分级
RI
潜在生态风险程度分级
Cif<1
低污染
Cd<5
低污染
Eir<40
低
RI<150
低
1≤Cif<3
中污染
5≤Cd<10
中污染
40≤Eir<80
中
150≤RI<300
中
3≤Cif<6
较高污染
10≤Cd<20
较高污染
80≤Eir<160
较高
300≤RI 600
较高
Cif≥6
很高污染
Cd≥20
很高污染
160≤Eir<320
高
RI≥600
很高
Eir≥320
很高
以往的环境评价中一般采用单因子评价方法,未考虑环境因子、生物对污染的响应特征,不能充分说明该区的实际污染水平,本文研究的重金属中污染要素符合Hakanson提出潜在生态风险参数法要求参与评价的参数不得少于5项的规定,其计算公式如下:
Eir = Tir×Cif
式中:Cif为重金属i的污染指数;Tir为单个污染物的毒性响应参数(见表10)。污染指数反映了重金属的毒性水平和生物对重金属污染的敏感程度,揭示了重金属对生物的危害,评价标准见表10。
5
=∑ Eir
i=1
多种污染物的潜在生态风险指数为RI
RI等级划分反映了某一特定环境中全部污染的影响,进而通过潜在生态风险指数指出应该特别注意的物质,这对于污染的控制尤为重要。单个污染物和多种污染物的潜在生态风险程度分级见表12。
污染要素潜在生态风险因子Eir和风险指数RI结果见表13。5种因子的平均Eir为1.52~10.72,对比表12,潜在风险低。其中,As的Eir明显高于其它污染要素,是主要潜在生态风险因子,潜在风险程度由大到小依次为:As > Cu > Pb>Cd >Hg。沉积物的综合潜在生态风险指数RI为25.37~35.39,对比表12,潜在生态风险指数为低风险。
表13污染要素潜在生态风险因子和风险指数
Tab.13 Potential ecological risk factors and risk index ofpollutions
站位
Eir
潜在生态
风险分级
RI
Hg
As
Pb
Cd
Cu
1
0.64
8.67
5.80
3.6
6.7
25.37
低
3
0.89
8.87
5.40
3.6
6.8
25.59
低
5
3.01
10.80
6.00
3.6
7.2
30.65
低
7
1.78
10.00
5.20
3.0
7.3
27.31
低
10
1.19
15.20
7.20
4.8
7.0
35.39
低
平均值
1.52
10.71
5.92
3.7
7.0
28.86
低
沉积物的污染程度由大到小依次为:Cu>Pb >As > Cd >Hg,潜在风险程度由大到小依次为:As > Cu > Pb >Cd >Hg,可以看出,污染程度和潜在风险程度的排列顺序并不一致,这与张丽旭[8]和郑琳[9]等人的研究结果相一致。这可能是因为有些污染要素虽然污染程度较高,但其具有亲颗粒性,容易被悬浮物迁移进入沉积物中矿化埋藏使他们对生物的毒性降低,以至于使其潜在生态风险程度降低[10],因此,只有把各污染物在沉积环境中的累积程度与其对海洋生态系统的潜在生态危害程度相结合,才能全面反映沉积物中污染物的污染状况。
用某一污染要素各站Eir的平均值除以各站RI的平均值,可以计算除不同污染要素对RI的总体贡献率(图2)。根据分析结果,As的贡献率最大,为37.1%,其次为Cu,Pb、Cd的潜在风险高于Hg 。
图2 不同污染要素对RI的贡献率
Fig2 Contribution of different pollutions for potential ecological risk index
4讨论
(1)隘顽湾海域水质中的pH、DO、COD和重金属(As 、Cd、Pb)等环境因子均符合相应功能区的海水水质标准; Hg、活性磷酸盐和无机氮严重超标,超标率分别为67%、71%和100%;石油类超标率为4%。
(2)监测海区沉积物中的多氯联苯、滴滴涕、硫化物、有机碳、石油类和重金属(Hg、Pb、Cd)符合海洋沉积物质量标准一类标准;Cu、As、粪大肠菌群的超标率分别为100%、20%、100%。
(3)监测海区缢蛏和泥蚶生物中的麻痹性贝毒、六六六、滴滴涕、石油类、Cu符合海洋贝类生物质量标准一类标准,粪大肠菌群和重金属(Hg 、Pb、Cd)的超标率分别为100%、25%、80%、50%,其中粪大肠菌群超标准31倍,比温岭其它养殖区也高5倍,具体原因还在查找。
(4)从水质富营养化程度及有机污染程度来分析,隘顽湾海域水质富营养化程度较高,全部海区呈富营养化状态;该海区60%地区受到中度的有机污染,40%地区受到严重的有机污染。
(5)污染指数分析结果表明,隘顽湾海域沉积物中重金属As、Cu和Pb污染程度相对较大;其金属元素的平均富集程度由大到小依次为:Cu>Pb >As > Cd >Hg。
(6)重金属的潜在生态风险参数分析结果表明,隘顽湾海域沉积物中的重金属对海洋生态系统的潜在危害属于低级生态危害范围;其中,各站的多种污染物的潜在生态风险指数大小依次为:10>5>7>1>3;重金属各元素潜在生风险参数由大至小为:As > Cu > Pb >Cd >Hg。
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