1. 引言
大亚湾是我国重要的石化产业区,对惠州市的经济建设发展举足轻重,根据《惠州市功能区划(2013-2020年)》海洋环境要求,对大亚湾海域的海水、沉积物和生物体质量要求相对较高,但由于大亚湾地理位置特殊,其经济社会发展被定位为世界级石化产业基地、陆域统筹综合发展区以及带动粤东粤北发展增长极等重要区域。快速发展下随之而来的是人类活动所带来的污染,不可避免会对大亚湾近岸海域带来了一定影响和风险,而石油类污染是影响大亚湾海洋生态环境质量的重要因素之一,故研究大亚湾海域石油类污染意义重大。人们向来对大亚湾海域环境非常关注,但对石油类含量的研究大多数集中在海水和沉积物,且石油类含量通常作为综合评价的其中因子之一,本研究聚焦大亚湾海域环境质量单一因素石油类,不仅对海水及沉积物的石油类质量进行检测分析,还增加对生物体石油类质量的研究,对采自2018年春季大亚湾海域的海水、沉积物和生物体中石油类含量进行检测,分析石化工业对该片海域的影响,为大亚湾海域的石油类污染防控与治理提供技术支撑。
2. 材料与方法
2.1. 采样储存
本次实验生物体采自大亚湾海域东部A~D四个站位点(见图1),生物体种类详见表1;同时选取39个站位点(见图1)采集海水及沉积物样品。根据《海洋监测规范第3部分:样品采集、贮存与运输》(GB17378.3-2007) [1],采用近岸表层采水法、抓斗式采泥方法以及虾拖捕捞法,获取水质样品39个、沉积物样品39个、生物体样品20个,共计样品98个;并对海水样品进行酸化、低温冷藏处理,对沉积物样品装入棕色玻璃瓶、低温冷藏处理;以及对生物体样品装入密封的聚乙烯袋、冷冻保存处理。
2.2. 检测方法
本研究选择《海洋监测规范第4部分:海水分析》(GB17378.4-2007) [2] 的紫外分光光度法对海水石油类含量进行检测,其原理为水体中油类的芳烃组分在紫外光区有特征吸收,其吸收强度与芳烃含量成正比;用正己烷萃取海水中的石油类,根据标准曲线测量出的吸光值,计算出萃取液中石油类的浓度,
通过公式
,计算得出海水样品中石油类含量的大小。
沉积物石油类检测采用《海洋监测规范第5部分:沉积物分析》(GB17378.5-2007) [3] 的紫外分光光度法,原理及步骤与海水的类似,但在实验的过程中,除了用正己烷对沉积物进行萃取,测得萃取液吸光值并计算出石油类浓度,还需对未受石油污染的沉积物样品进行萃取效率系数的测量与计算,以及计
算出被检沉积物样品中的含水率,最后通过公式
,计算得出沉积物样品中石油
类含量的大小。
生物体石油类含量检测采用《海洋监测规范第6部分:生物体分析》(GB17378.6-2007) [4] 的荧光分光光度法,生物样品经过皂化,用二氯甲烷萃取蒸发后,以脱芳石油醚溶解残留物,于激发波长310 nm,发射波长360 nm进行荧光分光光度测定,同时测量计算出生物体样品的干湿比,通过公式
,
计算出生物体样品中石油类含量的大小。
2.3. 数据处理
本研究对采样站位的布点,以及海域中海水和沉积物石油类含量的分布图,使用surfer软件进行分析绘制。
2.4. 评价依据
对海水、沉积物和生物体石油类质量状况使用单因子污染指数评价法:
[5],其中海水的
污染物评价标准参照《海水水质标准》(GB3097-1997) [6] 中第1、2类标准;沉积物的
污染物评价标准参照《海洋沉积物质量》(GB 18668-2002) [7] 中第1类标准;生物体的
污染物评价标准参照《海洋生物质量》(GB18421-2001) [8] 中第1类标准。根据《惠州市功能区划(2013~2020年)》对大亚湾海域不同功能区的划分,本研究将对应不同的海洋环境保护要求(见表2),对大亚湾海域进行分区评价。
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Table 2. Marine environmental protection requirements of Daya Bay functional area
表2. 大亚湾海域功能区海洋环境保护要求
3. 结果和讨论
3.1. 海洋环境中石油类含量状况
3.1.1. 海水中石油类含量状况
由检测数据可得(见表3),海水石油类含量范围为0.006~0.038 mg/L,平均值为0.015 mg/L。大亚湾海域海水石油类含量分布状况详见图2,靠近大亚湾石化区的海水石油类含量相对较高,浓度由大亚湾西北部近岸向东南部外海呈下降趋势,说明石化产业可能对海水石油类含量的升高具有一定影响。
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Table 3. The petroleum content of sea water and sediments and Single factor pollution index (PIi)
表3. 海水、沉积物石油类含量及单因子污染指数(PIi)
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Figure 2. Distribution of Petroleum content in sea water
图2. 海水中石油类含量分布图
3.1.2. 沉积物中石油类含量状况
沉积物石油类含量范围为44.1~483 mg/kg,均值为105mg/kg (见表3),含量分布详见图3。由此可得,沉积物的石油类浓度空间分布趋势与海水基本一致,均是从沿岸石化区向外海逐渐降低。
3.1.3. 生物体中石油类含量状况
生物体石油类含量范围为 < DL~31.7 mg/kg,均值为8.5 mg/kg,不同种类的生物体石油类含量详见图4,甲壳动物虾类石油类含量测量值范围为 < DL~14.1 mg/kg,均值为8.7 mg/kg;蟹类石油类含量测量值范围为 < DL~15.2 mg/kg,均值为6.3 mg/kg;软体动物石油类含量测量值范围为 < DL~21.1 mg/kg,均值为10.8 mg/kg;鱼类石油类含量测量值范围为 < DL~31.7 mg/kg,均值为9.8 mg/kg。
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Figure 3. Distribution of petroleum content in sediments
图3. 沉积物中石油类含量分布图
“< DL”视为小于检出限 0.2 mg/kg 的未检出值[9]。
Figure 4. Test result of the petroleum content of organisms (unit: mg/kg)
图4. 生物体石油类含量检测结果(单位:mg/kg)
3.2. 海洋环境质量评价
3.2.1. 海水
通过海洋环境单因子污染分析,海水石油类PIi值范围为0.12~0.76,均值为0.30 (见表3),符合《海水水质标准》(GB3097-1997) [6] 中第1、2类质量标准;除了靠近石化区的站位2和3中海水石油类含量值偏高,大亚湾海域整体海水质量优良。站位2和3属于大亚湾惠州港口区,该区域总体开发强度较大,沿岸建有石化基地,海底布设电缆管道、建众多石化码头、集装箱码头、煤码头、渔港及渔业码头等,并停泊大量渔船,使用类型为交通运输用海及适度兼容旅游开发。海洋环境保护要求执行海水水质第3类标准,故站位2和3的海水石油类含量虽偏高,但海水质量仍远低于管控标准。
3.2.2. 沉积物
通过单因子污染分析,沉积物石油类PIi值范围0.09~0.97,均值为0.21 (见表3),符合《海洋沉积物质量》(GB 18668-2002) [7] 中第1类质量标准;其中,站位7和26的沉积物石油类含量值偏高,站位7所处小桂文体休闲娱乐区,该区域存在较大面积的浮筏养殖、网箱养殖等开放式养殖用海;零星分布有几个小型码头,停泊大量渔船,相适宜的海域使用类型为旅游娱乐用海及适度兼容网箱养殖用海,海洋环境保护要求执行海洋沉积物质量1类标准。而站位26所处大亚湾海洋保护区,该海域总体未开发,建有大亚湾水产资源省级自然保护区,对该海域进行保护和管理采取严格的生态保护措施,相适宜的海域使用类型为特殊用海,用海要求高,海洋环境保护要求执行海洋沉积物质量1类标准。故站位7及26的沉积物石油类含量虽未超过1类标准,但其偏高的石油类含量值得关注且需做长期监测。值得一提的是,站位26的沉积物石油类含量达到了483 mg/kg的高值,已经接近超1类标准,而该站位对应的海水石油类含量却属低值范围,造成这种差异有可能是因为相比起水质,沉积物的石油类含量更为稳定,而水体具有流动性,得到的数值稳定性较差。
3.2.3. 生物体
根据生物体石油类含量情况分析(见图4),除了锥螺的21.1 mg/kg、二长棘鲷的31.7 mg/kg超出了《海洋生物质量》(GB18421-2001) [8] 中1类生物体质量的标准,其余的生物体石油类含量基本符合1类标准。超出1类的生物体锥螺是软体动物,相比其他动物,软体动物代谢石油类能力弱 [10],且锥螺的运动习性缓慢,难以规避石油类污染的风险 [11],这可能导致其石油类含量数值偏高;而二长棘鲷属于洄游小型鱼类,虽具有较强的回避风险能力及较高的石油类代谢能力 [10] [11],但也受到了石油类的污染,这说明除去生存环境与运动习性,影响生物体受到石油类污染的因素很多。
若除掉二长棘鲷这一异常值,鱼类石油类含量范围为 < DL~14.3 mg/kg,均值为5.3 mg/kg,4种生物体石油类含量的富集程度为软体动物 > 甲壳动物虾类 > 甲壳动物蟹类 > 鱼类,这一结论与任娜 [12]、王召会 [11] 等人的研究所得基本相符。
参照海洋生物体单因子污染评价法的评价标准 [12] [14],PIi < 0.2为正常污染程度,0.2 ≤ PIi ≤ 0.6为轻度污染程度,0.6 < PIi < 1.0为中度污染程度,PIi ≥ 1.0为重度污染程度。本研究调查的生物体石油类单因子污染指数详见表4,虽大多数生物体石油类含量不超过1类标准,但污染程度大多集中在正常到中度污染的范围内;其中,处正常污染范围的生物体占总体的40%,处轻度污染范围的占15%,处中度污染范围的占30%,处重度污染范围的占15%,频率分布见图5。
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Table 4. Single factor pollution index of petroleum in organisms (PIi)
表4. 生物体单因子污染指数(PIi)
数据分析中,未检出值按照《海洋检测规范第2部分:数据处理与分析质量控制》处理 [13]。
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Figure 5. The frequency of single factor pollution index of petroleum in organisms
图5. 生物体石油类单因子污染指数频率
3.3. 讨论
3.3.1. 大亚湾海域海水石油类含量历年比较
本研究收集了大亚湾海域2005至2018年以来海水石油类含量的数据,从而进行计算对比。整体上看(见表5),2005到2018年间,大亚湾海水石油类含量范围虽逐年以微弱的形式增加,但仍属1类水标准;2012年到2015年期间,海水石油类含量范围和平均含量变大,除去2014年,其余的年份均超出1类水范围。
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Table 5. Analysis of petroleum content in sea water and sediments from Daya Bay in different years
表5. 大亚湾历年来海水、沉积物石油类含量分析
3.3.2. 大亚湾海域沉积物石油类含量历年比较
大亚湾海域沉积物石油类含量的历年数据收集不足,单从1996~1997年、2007年、2012年、2015年和2018年六个年度看,沉积物石油类含量大体上处于较为稳定的状态,都属1类沉积物标准。
通过与本研究的数据比较,历年来大亚湾海水石油类含量偏高,这可能是近些年来,由于人们对海洋生态环境保护意识的提高,政府对海洋环境保护工作力度的加大,使得大亚湾海水的石油类污染情况得到改善;而历年来的沉积物石油类含量偏低且变化趋势稳定,这与海水的情况存在着差异,造成这一差异的原因,一是可能海水的流动性大而沉积物的稳定性大,二是海水存在的悬浮颗粒,对水体中石油类污染物具有较高的富集系数,而沉积物由于其粒度相对于海水中悬浮颗粒较大,故对石油类的凝絮作用就相应较小 [21]。
3.3.3. 生物体石油类含量与其他地区相比较
本研究通过收集和计算我国各地海域生物体石油类含量的均值,与大亚湾海域的生物体石油类含量进行对比分析(见表6),大亚湾海域鱼类的石油类含量高于均值,而甲壳类和软体动物的石油类含量低于均值,生物体质量情况整体处中低水平。由于收集到的数据时间跨度较长,在此只能借以参考。由此可见,尽管近些年来开展了一系列历史围填海生态修复工作,但大亚湾海域的生物体质量仍受到石化产业一定程度的影响,需要加强政府部门与企业间的联系,做好石化污染源的控制与监管工作,共同维护好海域的生态环境。
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Table 6. Analysis of petroleum content in organisms from different seas (unit: mg/kg)
表6. 不同海域生物体石油类含量分析(单位:mg/kg)
“-”为未查到详细数据。
4. 结论
本研究通过对大亚湾海域石油类质量状况的调查分析,得出以下结论:
大亚湾海域海水、沉积物石油类含量均符合1类标准,生物体石油类含量基本符合1类标准;靠近石化区的海水与沉积物石油类含量偏高,浓度大体呈现从北部石化区向外海降低的分布状况;生物体的石油类含量富集程度为软体动物 > 甲壳动物虾类 > 甲壳动物蟹类 > 鱼类。
通过对大亚湾海域历年石油类含量的情况比较,2018年春季大亚湾海水、沉积物的石油类质量相对良好;而通过与我国各地海域生物体石油类含量的均值对比,大亚湾的生物体石油类含量大体上处于中低水平。
基金项目
惠州市海洋与渔业资源环境调查项目(F2017-01-2)。
NOTES
*通讯作者。