封蘇蘭　李玉　朱琳　謝藝萱　洪晨飛　盧霞　李向陽(yáng)　王雪

摘要：為了解江蘇連云港海州灣海洋牧場(chǎng)的環(huán)境狀況，通過(guò)采集20個(gè)站位的表層水體和沉積物樣品，對(duì)海水和沉積物中的8種重金屬元素（Cr、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As、Hg）進(jìn)行測(cè)定；采用物種敏感性分布法、地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法評(píng)估海州灣的重金屬污染狀況及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度，并結(jié)合PCA/APCS模型對(duì)沉積物重金屬的可能來(lái)源進(jìn)行定量分析，可為海洋污染防控和海水養(yǎng)殖綠色高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明：（1）物種敏感度分布法評(píng)估認(rèn)為海水中的As具有高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Cu和Zn處于中度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；（2）綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)發(fā)現(xiàn)海州灣海洋牧場(chǎng)沉積物中重金屬處于中度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，主要受到Cd與Hg的影響；（3）由受體模型定量分析可知，海洋牧場(chǎng)重金屬污染的潛在來(lái)源主要包括養(yǎng)殖中產(chǎn)生的污染、陸源排污及2009年以前的臨河口排污，其中養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染對(duì)Cu、Zn、Ni、Pb和Cr的貢獻(xiàn)率大于50%，陸源排污對(duì)As和Cd的貢獻(xiàn)率分別為40.33%和82.85%，而Hg主要受2009年以前臨河口排污的影響。

關(guān)鍵詞：海洋牧場(chǎng)；生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)；重金屬；污染物；海州灣

中圖分類號(hào)：X502? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-3075（2023）05-0114-09

海州灣海洋牧場(chǎng)是具有南北方地域特征的多種海洋生物資源匯集地，也是江蘇省重要的水產(chǎn)品養(yǎng)殖和捕撈基地，還是江蘇省四大漁場(chǎng)之一（謝飛等，2008）。據(jù)報(bào)道，海州灣經(jīng)濟(jì)動(dòng)物眾多，包括200多種魚類、30多種蝦類、80多種貝類、47種軟體動(dòng)物和7種腔腸動(dòng)物等（朱孔文等，2011）。隨著沿海城市工業(yè)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大量污染物直接或間接排入近海，其中重金屬因具有持續(xù)性與難以降解的特點(diǎn)，通過(guò)食物鏈在生物體內(nèi)不斷積累，并最終進(jìn)入人類生活（Liu et al，2019;Gu et al，2021）。由于存在威脅人類健康安全的潛在問(wèn)題，海洋牧場(chǎng)的重金屬污染狀況因此受到更為廣泛的關(guān)注。

目前，國(guó)內(nèi)外評(píng)價(jià)海水和沉積物重金屬污染的方法有多種，常用方法包括單因子評(píng)價(jià)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、臉譜法、地累積指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法、物種敏感度分布法（Species sensitivity distribution，SSD）和潛在生態(tài)危害指數(shù)法（張棟等，2011；張碩等，2011；姚勝勛等，2020；張杰等，2020；徐慧韜等，2021）；其中，SSD法具有運(yùn)算簡(jiǎn)單、生態(tài)意義明晰等優(yōu)點(diǎn)， 近年來(lái)成為國(guó)際上重金屬風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的熱點(diǎn)方法之一（杜建國(guó)等，2013）。地累積指數(shù)法在數(shù)據(jù)資料不充分的情況下可用于沉積物重金屬污染狀況的評(píng)價(jià)，該方法不僅考慮了人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，還考慮了自然成巖作用引起的背景值變動(dòng)（甘居利等，2000）。潛在生態(tài)危害指數(shù)法充分考慮到不同元素的生態(tài)危害影響程度可能不同，該法目前已成為應(yīng)用最廣泛的沉積物風(fēng)險(xiǎn)程度評(píng)價(jià)方法之一（甘居利等，2000）。

本研究以江蘇省連云港市海州灣海洋牧場(chǎng)的海水和沉積物中8種重金屬（Cr、Ni、Cu、Pb、Zn、Cd、As和Hg）為調(diào)查對(duì)象，探究其空間分布特征，采用物種敏感度分布法對(duì)海州灣海洋牧場(chǎng)海水進(jìn)行生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，對(duì)沉積物污染程度和風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)等級(jí)分別采用地累積指數(shù)法和潛在生態(tài)危害指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià)；在主成分分析的基礎(chǔ)上，采用受體模型計(jì)算重金屬污染物不同來(lái)源的貢獻(xiàn)率，旨在了解海州灣海洋牧場(chǎng)的重金屬污染現(xiàn)狀，為海洋污染防控和海水養(yǎng)殖綠色高質(zhì)量發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1? ?材料與方法

1.1? ?區(qū)域概況

本次調(diào)查時(shí)間為2019年12月，在調(diào)查區(qū)域（34°53′～34°56′N，119°26′～119°30′E）內(nèi)設(shè)置20個(gè)站位，調(diào)查區(qū)域的北側(cè)靠近贛榆航道區(qū)，東側(cè)靠近贛榆錨地區(qū)，東南側(cè)靠近連云港及徐圩錨地區(qū)（圖1）。根據(jù)《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》（GB17378-2007）對(duì)海水和沉積物樣品的采集、貯存運(yùn)輸及分析進(jìn)行操作。采樣點(diǎn)用GPS定位，使用采水器采集0～5 cm表層海水，取500 mL海水樣品至采樣瓶中，并采用0.45 μm濾膜對(duì)采集的樣品進(jìn)行過(guò)濾，低溫冷藏保存。測(cè)定前用硫酸試劑進(jìn)行酸化（pH<2）。使用抓斗式采泥器采集表層沉積物，在0～5 cm處分別取3～4份平行樣低溫冷藏，測(cè)樣時(shí)將樣品放在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干，手動(dòng)研磨并用160目過(guò)篩。

海水重金屬用原子熒光光譜法測(cè)量As和Hg的含量，石墨爐原子吸收光譜法分析Cr、Cd、Cu、Ni、Pb含量，火焰原子吸收光譜法測(cè)定Zn含量；沉積物樣品用原子熒光光譜法測(cè)量As、Cd、Hg含量，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)量Cr、Cu、Ni、Pb、Zn含量。測(cè)定過(guò)程中使用的試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為超純水，采用平行樣品進(jìn)行過(guò)程質(zhì)量控制，8種元素平行樣測(cè)定偏差均小于±5%。

1.2? ?物種敏感性分布法

物種敏感度分布法是將污染物對(duì)不同生物的毒性值按照大小排列，包括半數(shù)有效濃度（EC50）、半致死濃度（LC50）、無(wú)觀察效應(yīng)濃度（NOEC）和最低觀察效應(yīng)濃度（LOEC）等；隨后對(duì)這些數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)擬合，得到SSD曲線（Posthuma et al， 2002）。該方法將污染物實(shí)測(cè)濃度與可以保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)中大部分（95%）生物物種的污染物預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度作對(duì)比，由此來(lái)評(píng)價(jià)污染物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算公式如下：

PNEC = HC5/AF? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ①

RQ = MEC/PNEC? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ②

式中：PNEC為預(yù)測(cè)無(wú)效應(yīng)濃度（Predicted non-effect concentrations），HC5為重金屬危害5%生物物種的污染濃度值，AF為評(píng)估因子（Assessment factor），MEC為調(diào)查區(qū)域的實(shí)測(cè)濃度（Measured concentration），RQ為風(fēng)險(xiǎn)熵（Risk quotient）。RQ在0～0.1為低風(fēng)險(xiǎn)，0.1～1為中度風(fēng)險(xiǎn)，>1則為高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。

參考杜建國(guó)等（2013）的計(jì)算方法，7種重金屬Cu、Pb、Cd、Cr、Zn、As、Hg元素的HC5值分別為3.46、234.06、1.07、25.43、25.54、0.50、2.84 μg/L；根據(jù)毒性數(shù)據(jù)模型擬合及標(biāo)準(zhǔn)，取AF=3（ECB， 2003）。

1.3? ?評(píng)價(jià)指數(shù)

1.3.1? ?地累積指數(shù)法? ?參考海洋沉積物重金屬污染程度評(píng)價(jià)常用方法（Muller，1969），計(jì)算公式如下：

Igeo = log2Cn/（1.5×Bn）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?③

式中：Igeo為地累積指數(shù)，Cn為元素n的調(diào)查值，Bn為元素n自然條件下的背景值，考慮到不同地方巖石之間的差異性，變化系數(shù)取1.5。

1.3.2? ?潛在生態(tài)危害指數(shù)法? ?Hakanson（1980）提出的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)常用于評(píng)價(jià)沉積物重金屬的生態(tài)危害，計(jì)算公式如下：

式中：RI為所有元素的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)值，Eri為單因子潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，Tri為毒理系數(shù)，Cfi為單項(xiàng)污染系數(shù)，Ci是元素i的調(diào)查值，Cni為自然條件的背景值。

沉積物背景值目前國(guó)內(nèi)外暫無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，由于存在地區(qū)性差異，采用不同的背景值對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果有較大的影響（賈振邦等，1997）；而背景值一般選用未受污染的元素含量，江蘇沿海工業(yè)化從20世紀(jì)80年代中后期開(kāi)始（呂建樹(shù)，2015），因此本文采用1980-1981年江蘇沿岸各重金屬的自然背景值（陳邦本等，1985），Cu、Pb、Cd、Cr、Ni、Zn、As、Hg自然背景值分別為15.02、11.40、0.04、60.11、19.89、47.15、7.38、0.02；參考徐爭(zhēng)啟等（2008）的毒性系數(shù)，Zn的毒性系數(shù)為1，Cr為2，Cu、Pb、Ni均為5，As、Cd、Hg分別為10、30、40。

地累積指數(shù)的污染程度標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

1.4? ?受體模型分析

受體模型（PCA/APCS）是在主成分分析（PCA）的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)重金屬含量值進(jìn)行因子分?jǐn)?shù)（APCS）歸一化，最終通過(guò)擬合確定污染源對(duì)每個(gè)樣本的含量貢獻(xiàn)（袁宏等，2019）。步驟如下：（1）標(biāo)準(zhǔn)化的重金屬元素含量得到歸一化的因子分?jǐn)?shù)；（2）引入濃度為0的人為樣本并計(jì)算人為樣本的因子分?jǐn)?shù)，用計(jì)算因子分?jǐn)?shù)減去人為樣本的因子分?jǐn)?shù)計(jì)算相應(yīng)的APCS；（3）將調(diào)查的各站點(diǎn)含量值作為因變量，元素對(duì)應(yīng)的絕對(duì)因子分?jǐn)?shù)作為自變量進(jìn)行多元線性回歸擬合，最終擬合出回歸系數(shù)，將絕對(duì)因子分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為每個(gè)樣本的含量污染源貢獻(xiàn)。計(jì)算公式如下：

式中：Zij是標(biāo)準(zhǔn)化的樣品含量值，Cij為調(diào)查含量值，[Ci]為元素i的平均濃度值，δi為標(biāo)準(zhǔn)偏差，（Z0）i為元素0濃度樣本的因子分?jǐn)?shù)，b0i是多元回歸擬合后的常數(shù)項(xiàng)，bpi是源p對(duì)元素i的回歸系數(shù)，APCSp為調(diào)整后源p的因子分?jǐn)?shù)，APCSp·bpi 表示源p對(duì)的質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)；所有樣本的平均質(zhì)量濃度貢獻(xiàn)便可作為源平均的絕對(duì)貢獻(xiàn)量。

1.5? ?數(shù)據(jù)處理

本文使用R（V4.2.0）處理原始數(shù)據(jù)與計(jì)算及繪制箱線圖、相關(guān)系數(shù)圖和聚類熱圖，以ArcMap10.2繪制重金屬的空間含量分布圖，通過(guò)SPSS軟件進(jìn)行重金屬相關(guān)性分析和主成分分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?海洋牧場(chǎng)重金屬含量

海州灣海洋牧場(chǎng)表層海水含量和沉積物中的重金屬含量空間分布如圖2和圖3所示。調(diào)查表明，海水中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Zn平均含量分別為1.82、0.06、0.10、0.91、0.04 、5.85 μg/L，Ni與Pb元素未檢出。沉積物中的As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn平均含量分別為9.25、0.13、65.86、22.43、0.04、27.99、23.78、60.18 mg/kg。20個(gè)站位的重金屬含量均符合《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB3097-1997）和《海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)》（GB18668-2002）Ⅰ類限值；其中16號(hào)站位沉積物中的重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb元素均高于其他站位。

2.2? ?海水重金屬物種敏感性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

采用物種敏感度分布法評(píng)價(jià)海州灣海洋牧場(chǎng)海水重金屬污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)程度，RQ值從大到小依次為As、Cu、Zn、Cd、Hg、Cr（圖4）。研究海域內(nèi)，As處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，Cu、Cd、Zn處于潛在中度風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，Cr和Hg處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.3? ?沉積物重金屬污染指數(shù)及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

沉積物中重金屬地累積污染指數(shù)如圖5-a所示，Igeo平均值從大到小依次為Cd、Pb、Hg、Cu、Ni、Zn、As、Cr。根據(jù)表1地累積指數(shù)的污染程度標(biāo)準(zhǔn)，海州灣海洋牧場(chǎng)表層沉積物的Cd、Pb、Hg元素為輕度污染，部分站位Cd元素呈現(xiàn)為中度污染，研究區(qū)域的表層沉積物基本不受Cr、Ni、Cu、Zn、As污染，但仍有部分站位的Cu、Ni、As元素達(dá)到輕度污染級(jí)別。沉積物中重金屬的單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)排序依次為Cd、Hg、As、Pb、Cu、Ni、Cr、Zn（圖5-b）。所有站位的As、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn的單因素潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)均低于40，呈現(xiàn)為低風(fēng)險(xiǎn)，Hg和Cd均處于中-高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。綜合污染系數(shù)（CRI）顯示（圖5-c），該區(qū)域的評(píng)價(jià)結(jié)果為中等污染。綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（圖5-d）評(píng)價(jià)結(jié)果為中度風(fēng)險(xiǎn)，其中Cd和Hg占比的風(fēng)險(xiǎn)影響程度較大。

2.4? ?污染物來(lái)源

海洋沉積物常被用作污染物的來(lái)源分析，而主成分分析（PCA）方法被廣泛應(yīng)用。本文主成分分析的KMO檢驗(yàn)值為0.733>0.5，表明本次調(diào)查的重金屬含量之間具有強(qiáng)相關(guān)性。Bartlett球形檢驗(yàn)結(jié)果為P=0.000<0.05，表明因子分析有效（袁宏等，2019）。相關(guān)系數(shù)（圖6）分析表明，Ni、Cu、Zn、Pb兩兩之間的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.9以上，表明元素之間的來(lái)源具有強(qiáng)相關(guān)性。Cr、As和上述的Ni、Cu、Zn、Pb之間也具有明顯的相關(guān)性，而Hg、Cd與其他元素之間的相關(guān)程度不高，表明其來(lái)源不一致。因子載荷矩陣（表2）顯示，3個(gè)主成分最終綜合了83.34%的信息，即可反映出這8種重金屬的大部分信息。主成分分析和聚類結(jié)果一致表明，研究區(qū)沉積物中重金屬污染源的推測(cè)主要有3個(gè)。本研究中各元素的線性回歸模型R2在0.73～0.98，擬合出來(lái)的解析值與平均值的比值均達(dá)0.95以上（表3）。對(duì)于受體模型來(lái)說(shuō)，污染源的解析值可為負(fù)數(shù)，也可大于100%，可能與污染物的選擇有關(guān)（Miler et al，2002）；也可能與污染源的排入對(duì)其他非影響指標(biāo)的稀釋有關(guān)（黃旻旻等，2012）。

分析結(jié)果表明，主成分1對(duì)Cr、Ni、Cu、Zn、As、Pb元素的貢獻(xiàn)較大，主成分2對(duì)Cd元素有較大貢獻(xiàn)，主成分3對(duì)Hg元素有較大貢獻(xiàn)，聚類結(jié)果（圖7）顯示，橫向的8種重金屬可以大致分為3類，同樣反映出了海州灣海洋牧場(chǎng)表層沉積物中重金屬的3個(gè)主要來(lái)源。擬合結(jié)果表明，源1對(duì)Cu、Zn、As、Ni、Pb、Cr的貢獻(xiàn)率均在50%以上，源2對(duì)Cd的貢獻(xiàn)率均在50%以上，對(duì)As的貢獻(xiàn)率也在40%以上，源3對(duì)Hg的貢獻(xiàn)率均在80%以上。

3? ?討論

3.1? ?海州灣海洋牧場(chǎng)重金屬污染為中度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)

海州灣海洋牧場(chǎng)的海水中重金屬元素與其他地區(qū)的養(yǎng)殖區(qū)相比無(wú)明顯差異（阮金山等，2009；廖勇等，2012；陳勇等，2015），但沉積物中重金屬含量均高出江蘇省海域土壤背景值的1～3倍，說(shuō)明海洋環(huán)境存在一定程度的污染。與2008年海州灣海洋牧場(chǎng)重金屬含量相比（張碩等，2011），本次調(diào)查的Cu、Pb、Zn、As有所增加；與2016年同海域調(diào)查數(shù)據(jù)相比（李大鵬等，2016），重金屬含量略有增長(zhǎng)；與止錨灣增養(yǎng)殖區(qū)、柘林灣養(yǎng)殖區(qū)和樂(lè)清灣養(yǎng)殖區(qū)相比（王傳花，2015；李奇，2019；張婷等，2019），Cr元素含量較高，其他元素處于中等水平。同為江蘇省的沿海地區(qū)，與如東貝類養(yǎng)殖區(qū)相比（廖勇等，2012），Hg和Zn元素的含量稍低，其他元素均偏高。

物種敏感度分布法評(píng)價(jià)結(jié)果表明，海水中重金屬 As（1.82 μg/L）處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，這主要源于As（III）具有強(qiáng)烈毒性。本研究中As濃度為總As，其中As（III）占5%～30% （Chen & Folt， 2000），As（III）進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)與酶的巰基相結(jié)合，最終使酶失去活性而影響生物的正?；顒?dòng)；對(duì)于其他重金屬，可能會(huì)與某些生物酶結(jié)合，導(dǎo)致必需蛋白質(zhì)合成受到抑制，從而影響正常生理活動(dòng)等（杜建國(guó)等，2013）。徐慧韜等（2021）調(diào)查發(fā)現(xiàn)，溫州6條河流入?？诘暮Ｋ亟饘貯s在所有站位中均處于高風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；杜建國(guó)等（2013）以重金屬對(duì)海洋生物的毒性數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用SSD法評(píng)估了各種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)As對(duì)于海水生物的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)更高。

地累積污染和單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)結(jié)果表明，該區(qū)域的表層沉積物基本不受Cr、Ni、Cu、Zn、As污染。地累積指數(shù)顯示Hg和Cd屬于輕度污染，而單項(xiàng)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果表明Hg和Cd屬于中度風(fēng)險(xiǎn)，兩者評(píng)價(jià)結(jié)果的差異來(lái)源于地累積指數(shù)法側(cè)重于背景值比較，而潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)從背景值和生物毒性綜合角度進(jìn)行評(píng)價(jià)。Hg具有較高毒性，即使含量低也依然存在較高風(fēng)險(xiǎn)的可能。本次調(diào)查中有90%站位呈現(xiàn)Cd高風(fēng)險(xiǎn)，表明研究區(qū)域的Cd存在較大的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，這與李飛和徐敏（2014）對(duì)海州灣整體區(qū)域的沉積物評(píng)價(jià)結(jié)果是一致。近年來(lái)，Cd的含量雖然保持在相當(dāng)?shù)乃?，沉積物重金屬綜合污染系數(shù)表明，該區(qū)域的總體評(píng)價(jià)為中等污染，綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果為中度風(fēng)險(xiǎn)，其中Cd和Hg占比的風(fēng)險(xiǎn)影響程度較大。綜合污染程度的空間分布與潛在生態(tài)評(píng)價(jià)結(jié)果一致，這表明Cd和Hg不僅是主要的重金屬污染物，同時(shí)也是造成生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。與其他海域相比，海州灣海洋牧場(chǎng)沉積物的重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)要高于萊州灣（趙玉庭等，2021）、舟山港（王姮等，2021）、紅海灣（孫欽幫等，2017）和興化灣中部（王偉力等，2016）。由于各地區(qū)域不一致，選取的背景值有所異同，并且研究的重金屬種類和數(shù)目也不一致，因此最后評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)有所差異。本研究中，沉積物中8種重金屬的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為中度風(fēng)險(xiǎn)，Cd和Hg是主要貢獻(xiàn)元素。

3.2? ?不同區(qū)域的重金屬污染比較與來(lái)源推測(cè)

主成分分析和聚類結(jié)果一致表明，研究區(qū)沉積物主要來(lái)自3個(gè)重金屬污染源。與2016年同海域的沉積物重金屬濃度相比（李大鵬等，2017），2019年的海州灣海洋牧場(chǎng)的沉積物重金屬濃度略微增加。2008-2019年海州灣海洋牧場(chǎng)沉積物重金屬中的Cu、Pb、Zn、As呈增長(zhǎng)趨勢(shì)（張碩等，2011；李大鵬等，2017），與2019年江蘇沿海地區(qū)潮灘圍墾沉積物重金屬調(diào)查數(shù)據(jù)相比（Cao et al， 2020），海州灣海洋牧場(chǎng)沉積物中Cu、Pb、Cr元素的含量相對(duì)較高，說(shuō)明源1來(lái)自于陸地的可能性不大。Liang等（2016）發(fā)現(xiàn)珠江口三角洲海域養(yǎng)殖區(qū)沉積物中富含Cu、Zn、Pb，分析其主要來(lái)源可能是未食用的魚飼料、魚排泄物和防污涂料；Mao等（2017）認(rèn)為杭州灣南部水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)沉積物中的As主要來(lái)源于含As飼料。

Cu、Zn和Ni元素常被用在制作水產(chǎn)養(yǎng)殖金屬設(shè)施上，Dean 等（2007）對(duì)蘇格蘭網(wǎng)箱養(yǎng)殖漁場(chǎng)沉積物重金屬的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，距離網(wǎng)箱越遠(yuǎn)，Cu和Zn含量越低，說(shuō)明沉積物重金屬含量與水產(chǎn)養(yǎng)殖的金屬器具有關(guān)；田亞靜等（2017）對(duì)船舶防污漆的分析檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，Pb含量遠(yuǎn)高于其他元素，因此防污涂料可能是Pb的重要來(lái)源；Wang等（2016）對(duì)浙江灣沉積物重金屬的調(diào)查研究表明，船用燃油的燃燒和船舶防污漆是As、Pb、Ni的潛在來(lái)源。然而，隨著無(wú)鉛汽油的使用，船用燃油對(duì)沉積物中Pb的貢獻(xiàn)將逐漸減少。由于Cu、Ni、Zn、As、Pb、Cr在源1中的占比較大，且這些重金屬多為水產(chǎn)養(yǎng)殖活動(dòng)中常見(jiàn)的金屬元素，故推測(cè)源1與養(yǎng)殖活動(dòng)有較為密切的關(guān)系，主要來(lái)源于養(yǎng)殖中的飼料、糞便、船舶和金屬制品防污涂料。

與張碩等（2011）的調(diào)查結(jié)果相比，海州灣海洋牧場(chǎng)2019年Cd和Hg的含量呈下降趨勢(shì)；該海洋牧場(chǎng)在2008年開(kāi)始建立，隨著對(duì)Cd和Hg元素生物高毒風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，近年來(lái)逐步控制了Cd與Hg的潛在陸源輸入，但本研究調(diào)查海域Cd和Hg的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍處于中-重度風(fēng)險(xiǎn)，且2種元素對(duì)于綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的貢獻(xiàn)較大，這與盧霞等（2020）的研究結(jié)果一致。Cd主要來(lái)源為工業(yè)廢水，由此推測(cè)源2為陸源排入污染。擬合結(jié)果表明，源2對(duì)Cd和As的貢獻(xiàn)率在40%以上，并且As在自然環(huán)境中很少，主要來(lái)源為化肥和農(nóng)藥，與上述推測(cè)源2是陸源排污相契合。隨著時(shí)間的推移，Hg含量在降低。2008年的Hg含量相比2019年較高，張存勇和馮秀麗（2009）推測(cè)臨洪河是海州灣南部近岸沉積物重金屬Hg污染的主要來(lái)源之一，推測(cè)源3是前期污染的遺留結(jié)果。

從海水的重金屬風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)來(lái)看，Hg處于低風(fēng)險(xiǎn)，但沉積物處于中高風(fēng)險(xiǎn)，否定了瞬時(shí)污染的可能性；而沉積物是長(zhǎng)期累積的結(jié)果，因此可能由于近10年的有效管控，輸入源頭得到了有效控制。雖然Cd和Hg隨著年份增加而下降，但單項(xiàng)潛在生態(tài)評(píng)價(jià)表明，Cd和Hg仍處于中度-重度風(fēng)險(xiǎn)；而綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)發(fā)現(xiàn)，處于中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)主要是由Cd與Hg引起，這2種元素的污染和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍然不容忽視，需長(zhǎng)期關(guān)注。

4? ?結(jié)論

（1）物種敏感性表明，目前海州灣海水中的As 具有潛在高生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，Cd、Cu、Zn處于潛在中度生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，Cr和Hg處于低風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

（2）綜合污染指數(shù)法表明，海州灣處于中等污染；綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，該研究區(qū)域處于中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，主要受到Cd與Hg的影響。

（3）PCA/APCS模型推演顯示，Cu、Zn、Ni、Pb、Cr的來(lái)源主要是養(yǎng)殖過(guò)程中產(chǎn)生的污染，As和Cd主要來(lái)源于陸源排污，Hg受到2009年之前的臨河口污染影響。

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（責(zé)任編輯? ?萬(wàn)月華）

Spatial Distribution and Source Analysis of Heavy Metals

in the Haizhou Bay Marine Ranch

FENG Su‐lan1，2， LI Yu1， ZHU Lin2， XIE Yi‐xuan1，2， HONG Chen‐fei1，2，

LU Xia3， LI Xiang‐yang1，2， WANG Xue1

（1. College of Ocean Technology and Surveying and Mapping， Jiangsu Ocean University，

Lianyungang? ?222005， P.R. China;

2. Yellow Sea Fisheries Research Institute， Chinese Academy of Fishery Sciences， Key Laboratory of Sustainable Development of Marine Fisheries， Ministry of Agriculture and Rural Affairs， Shandong Provincial Key Laboratory of Fishery Resources and Ecological Environment， Qingdao? ?266071， P.R. China；

3. School of Geography and Surveying and Mapping， Suzhou University of Science and Technology，

Suzhou? ?215009， P.R. China）

Abstract： In this study， we explored the spatial distribution of eight heavy metals in the surface water and sediment of Haizhou Bay Marine Ranch. The? heavy metal pollution and ecological risk were then evaluated using species sensitivity distribution， the geoaccumulation index and the potential ecological risk index. Sources of heavy metals to the surface water and sediment were identified using PCA/APCS. The objectives were to better understand environmental conditions in the Haizhou Bay Marine Ranch and provide a scientific basis for the prevention and control of marine pollution and sustainable development of marine aquaculture. In December 2019， surface water and sediment samples were collected at 20 stations for determination of eight heavy metals? （Cr， Ni， Cu， Zn， Pb， Cd， As and Hg）. Results show that： （1） The average concentrations of? Cu， Cd， Cr， Zn， As and Hg in the surface water samples were 0.91， 0.06， 0.10， 5.85， 1.82 and 0.04 μg/L， respectively， and Ni and Pb were not detected. The average concentrations of? Cu， Pb， Cd， Cr， Ni， Zn， As and Hg in the sediment samples were 22.43， 23.78， 0.13， 65.86， 27.99， 60.18， 9.25 and 0.04 mg/kg， respectively. The heavy metal concentrations in both water and sediment samples all met the first degree Sea Water Quality Standard and Marine Sediment Quality Standard. The potential ecological risk of heavy metals in the surface sea water was evaluated by the species sensitivity distribution method and results show that As poses a high ecological risk， Cu， Cd and Zn pose a medium ecological risk，? and Cr and Hg pose a low ecological risk. （2） The comprehensive ecological risk index shows that heavy metals pose a medium ecological risk in the sediments， contributed primarily by Cd and Hg. （3） According to quantitative analysis using the PCA/APCS model， potential sources of heavy metal pollution were breeding pollution， land-based pollution? and? river discharges before 2009. Among the sources， breeding contributed? more than 50% of the Cu， Zn， Ni， Pb and Cr. The contribution of land source pollution to As and Cd was 40.33% and 82.85%， respectively， and the content of Hg was primarily from river discharges.

Key words：marine ranch; ecological risk; heavy metals; pollutant sources; Haizhou Bay

收稿日期：2021-08-17? ? ? 修回日期：2023-05-08

基金項(xiàng)目：江蘇省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（BK20171262）；江蘇省海洋科學(xué)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)學(xué)科建設(shè)工程項(xiàng)目（5511202001X）；江蘇海洋大學(xué)2020年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目（SY202011641107004）。

作者簡(jiǎn)介：封蘇蘭，1996年生，女，碩士研究生，研究方向?yàn)楹Ｑ蟓h(huán)境化學(xué)與生態(tài)毒理學(xué)。E-mail：fengsulan814@163.com

通信作者：李玉，1976年生，女，博士，教授，主要從事海洋環(huán)境化學(xué)教研工作。E-mail：liyu241@sina.com

盧霞，1976年生，女，博士，教授，主要從事海洋環(huán)境遙感教研工作。E-mail：luxia1210@163.com