海水网箱养殖所导致的环境污染问题，已引起普遍的关注。大鹏澳是大亚湾西南部的一个半封闭型的溺谷湾^[1]，从1985年开始开展海水网箱养鱼，至今养殖时间长达20余年。随着网箱养殖年限的增长，网箱养殖已造成养殖区水体富营养化、溶解氧降低和硫化物含量升高等环境问题^[2-4]。在对大亚湾大鹏澳网箱养殖环境污染的研究中，曾初步发现其沉积物环境中的重金属含量普遍高于对照区域。因此，笔者针对这一问题，对大鹏澳网箱养殖海域的重金属污染进行了系统的研究。初步研究表明，大鹏澳海域网箱养殖区和对照区之间沉积物铜(Cu)元素的含量水平表现出明显的区域差异，网箱养殖区要高于对照区^[5]，初步认为网箱养殖活动是导致网箱养殖区Cu元素含量较高的主要影响因素。在系统研究的基础上，本文探讨了大鹏澳网箱养殖海域沉积物中铅(Pb)元素的分布特征。

1.   材料与方法

1.1   样品采集

根据实际情况，在大鹏澳养殖海域设置了8个采样站点(图 1)，并应用GPS定位系统对各个站点进行准确定位。分别于2006年的1、4、7和11月对大鹏澳网箱养殖海域进行了4个航次的调查取样工作。采用柱状采泥器采取沉积物样品，取表层样品于聚乙烯袋中密封保存。

图  1  大鹏澳网箱养殖海域采样站位示意图

Figure  1.  Sample stations in Dapeng′ao Cove

下载: 全尺寸图片 幻灯片

1.2   样品分析

取0.3 g(±0.001 g)经烘干的沉积物样品于80 mL高型烧杯中，用少许水润湿样品，加5 mL硝酸，置于电热板加热，蒸至近干，再加入5 mL硝酸和1 mL高氯酸蒸干，残渣呈灰白色，用少量水仔细清洗盖杯玻璃片和杯壁，加热至白烟冒尽，取下稍冷后用1.0 mL(2+1)盐酸，微热浸提，将溶液及残渣全量用滤纸转入10 mL具塞比色管中，用水稀释至标线(同时做分析空白)。根据GB17378.5-1998^[6]，采用火焰原子吸收分光光度法对样品进行分析检测，仪器型号为日立Z-2000。

2.   结果与讨论

2.1   表层沉积物Pb的平面分布特征

研究结果显示(表 1、图 2)，不同季节大鹏澳表层沉积物中Pb含量均显示出不同的空间分布特征。

表  1  大鹏澳表层沉积物中Pb的含量

Table  1.  The contents of Pb in surface sediments from Dapeng′ao Cove  mg · kg^-1

季节 season	站位 sample station
	网箱养殖区 cage culture area					贝类区 shellfish area		对照区 control area
	1	2	3	均值 average		4		5	6	7	8	均值 average
春 spring	41.42	46.47	43.25	43.71		32.20		32.05	32.47	37.22	40.17	35.48
夏 summer	44.50	45.00	35.30	41.60		28.43		28.70	32.03	35.67	34.53	32.73
秋 autumn	27.02	39.13	25.15	30.43		21.72		26.55	25.62	30.25	21.27	25.92
冬 winter	40.83	39.45	31.20	37.16		34.13		23.03	31.63	29.75	32.20	29.15
均值 average	38.44	42.51	33.73	38.23		29.12		27.58	30.44	33.22	32.04	30.82

下载: 导出CSV 

| 显示表格

图  2  大鹏澳网箱养殖海域表层沉积物中Pb的空间分布

Figure  2.  Spatial distribution of Pb in surface sediments in Dapeng′ao Cove

下载: 全尺寸图片 幻灯片

春季，网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量变化范围为41.42~46.47 mg · kg^-1，均值为43.71 mg · kg^-1；贝类养殖区表层沉积物中Pb的含量为32.20 mg · kg^-1；对照区表层沉积物中Pb的含量范围为32.05~40.17 mg · kg^-1，均值为35.48 mg ·kg^-1。网箱养殖区Pb元素的含量高于贝类养殖区和对照区，差值分别为11.51和8.23 mg · kg^-1，呈现出以网箱养殖区为中心逐渐向外减少的分布特征。

夏季，网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量变化范围为35.30~45.00 mg · kg^-1，均值为41.60 mg · kg^-1；贝类养殖区表层沉积物中Pb的含量为28.43 mg · kg^-1；对照区表层沉积物中Pb的含量的变化范围为28.70~35.67 mg · kg^-1，均值为32.73 mg · kg^-1。与春季类似，网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量高于贝类养殖区和对照区，差值分别为13.17和8.87 mg · kg^-1，亦呈现出以网箱养殖区为中心逐渐向外减少的特征。

秋季，网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量变化范围为25.15~39.13 mg · kg^-1，均值为30.43 mg · kg^-1；贝类养殖区表层沉积物中Pb的含量为21.17 mg · kg^-1；对照区表层沉积物中Pb的含量变化范围为21.27~30.25 mg · kg^-1，均值为25.92 mg · kg^-1。网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量高于贝类养殖和对照区，差值分别为9.16和4.51 mg ·kg^-1，其差值变化小于春季和夏季。基本上也是以网箱养殖区为中心逐渐向外减少，但与其它季节不同的是，在7号站附近也出现一个较高值区。

冬季，网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量范围为31.20~40.83 mg · kg^-1，均值为37.16 mg ·kg^-1；贝类养殖区表层沉积物中Pb的含量为34.13 mg · kg^-1；对照区表层沉积物中Pb的含量范围为23.03~32.20 mg · kg^-1，均值29.15 mg · kg^-1。网箱养殖区高于贝类养殖区和对照区，差值分别为3.03和8.01 mg · kg^-1，差值变化也低于春季和夏季。冬季Pb元素的含量以网箱养殖区为中心扩散的同时，在湾口附近也出现较高的含量。

总体而言，Pb在大鹏澳海域表层沉积物中的分布特征是以网箱养殖区为中心向外逐渐减少，尤其在养殖活动较为活跃的春、夏季，表现更为明显。但在秋、冬季，除网箱区出现高值外，湾口附近也出现较高值。

2.2   沉积物Pb的垂直分布特征

柱状沉积物的分析结果显示，大鹏澳网箱养殖海域各站位Pb的垂直分布呈现不同的变化特征(图 3)。其中，各站0~15 cm层沉积物Pb的变化范围和差值分别为位于网箱养殖区的1号站的29.10~40.83 mg · kg^-1和11.73 mg · kg^-1；2号站为30.03~39.45 mg · kg^-1和9.42 mg · kg^-1；3号站为28.72~31.20 mg · kg^-1和2.48 mg · kg^-1；贝类养殖区的4号站为26.93~34.13 mg · kg^-1和7.20 mg ·kg^-1；对照区的5、6、7和8号站分别为23.13~29.07 mg · kg^-1、25.83~31.63 mg · kg^-1、28.35~30.77 mg · kg^-1和32.20~36.72 mg · kg^-1，差值分别为6.06、5.08、2.42和4.52 mg · kg^-1。总体上，柱状样品中Pb在0~15cm层的含量差值，网箱养殖区为10 mg · kg^-1(1和2号站)左右，而其他区差值变化范围在2~7 mg · kg^-1之间，网箱养殖区的变化幅度大于对照区，表明网箱养殖区表层沉积物受到的扰动要大于对照区。

图  3  大鹏澳网箱养殖海域柱状沉积物中Pb的垂直分布

Figure  3.  Distribution of Cu in hole contents from Dapeng′ao Cove

下载: 全尺寸图片 幻灯片

总体而言，1、2、3、4和6号站柱状沉积物的垂直分布具有明显的梯度变化特征，尤其在0~15 cm层，变化更为明显，说明其受到环境扰动的明显影响；5、7和8号站的垂直分布虽有波动，但没有明显的梯度变化特征，其受环境扰动的影响较小。结合上述有关平面分布特征，可以认为，网箱区沉积物中的Pb含量主要也受到网箱养殖活动的影响，这与作者对大鹏澳网箱养殖海域沉积物中Cu的研究结果相似^[5]。

2.3   表层沉积物Pb的季节变化

季节变化的研究结果显示(表 1、图 4)，网箱养殖区、贝类养殖区和对照区表层沉积物的Pb含量具有相似的变化特征，总体上以春、夏季较高，秋季最低，冬季又有所增加。其中，网箱养殖区和贝类养殖区的季节波动要大于对照区。从季节变化情况看，春、夏、秋、冬季网箱养殖区表层沉积物的Pb含量均要高于对照区和贝类区。

图  4  大鹏澳各区域表层沉积物中Pb元素的季节分布特征

Figure  4.  Seasonal variations of Pb in surface sediments from all areas in Dapeng′ao Cove

下载: 全尺寸图片 幻灯片

2.4   表层沉积物中Pb的污染评价

本文采用GB18688-2002海洋沉积物质量标准^[7]为评价标准，单因子污染指数法作为评价方法，对大鹏澳网箱养殖海域表层沉积物中的Pb进行了污染评价。方法如下：

P=C/C_S

P为污染指数，C为污染元素的实测值，C_S为污染元素的评价标准值。计算出的污染指数P≤1时说明环境未受污染，环境良好；P>1，说明环境受污染，值越大，污染越严重。评价结果见表 2。

表  2  大鹏澳表层沉积物中Pb污染评价的结果

Table  2.  The assessment result for Pb in the surface sediment of Dapeng′ao Cove

	季节 season	站号 sample station
		1	2	3	4	5	6	7	8
污染分数 pollution index	春 spring	0.69	0.77	0.72	0.54	0.53	0.54	0.62	0.67
	夏 summer	0.74	0.75	0.59	0.47	0.48	0.53	0.59	0.58
	秋 autumn	0.45	0.65	0.42	0.36	0.44	0.43	0.50	0.35
	冬 winter	0.68	0.66	0.52	0.57	0.38	0.53	0.50	0.54
	沉积物质量标准/mg·kg-1  sediment quality							60

下载: 导出CSV 

| 显示表格

评价结果表明，大鹏澳网箱养殖海域沉积物中Pb的含量污染指数P均小于1，说明其未受Pb污染。但上述垂直分布的研究结果表明，网箱养殖区沉积物中Pb元素的累积有逐渐增加的趋势，应引起关注。

2.5   与其他水域的比较

大鹏澳网箱养殖区表层沉积物中Pb的含量(30.43~43.71 mg · kg^-1，均值38.23 mg · kg^-1)高于大鹏澳外面的大亚湾水域(20.7~56.3 mg ·kg^-1，均值34.5 mg · kg^-1)^[9]，也高于对照区(25.92~35.48 mg · kg^-1，均值30.82 mg · kg^-1)(表 3)。本文的研究结果与Kasumigaur湖的研究结果吻合，均表现为网箱养殖区沉积物中Pb的含量高于对照区。比较的结果也说明，大鹏澳网箱养殖活动对网箱养殖区沉积物Pb的含量产生了影响。

表  3  不同水域表层沉积物中Pb含量的比较

Table  3.  Comparison of Pb content in surface sediments from different waters  mg · kg^-1

水域 waters		含量范围 range	均值 average	资料来源 reference
大鹏澳 Dapeng′ao Cove	网箱养殖区 cage culture area	30.43~43.71	38.23	本文
	对照区 control area	25.92~35.48	30.82	本文
Kasumigaur 湖	网箱养殖区 cage culture area	18.85~27.60	25.77	文献[8]
	对照区 control area	10.26~28.00	14.82	文献[8]
大亚湾 Daya Bay		20.7~56.3	34.5	文献[9]

下载: 导出CSV 

| 显示表格

3.   讨论

大鹏澳网箱养殖海域沉积物中Pb的时空变化特征显示，网箱养殖区沉积物中的Pb含量明显高于对照区域，网箱养殖区0~15 cm层沉积物的Pb含量明显受到环境扰动的影响，呈垂直梯度减少趋势。与大鹏澳湾外的大亚湾其它海域沉积物的重金属含量比较，本文研究的对照区域沉积物的Pb含量相对较低，而且至网箱养殖区之间有明显的梯度变化，这说明大鹏澳湾外的大亚湾其它区域没有对网箱养殖区沉积物中Pb含量的分布产生影响。换言之，网箱养殖区沉积物中出现较高的Pb含量，主要与网箱养殖活动有关。日本学者ALAM等^[8]曾对Kasumigaur湖网箱养殖区和对照区沉积物中的重金属进行了研究，其结果也表明，网箱养殖区沉积物中Pb的含量要高于对照区，这与本文的结果相似，其原因主要与网箱养殖过程中投喂饲料有关。

另一方面，Pb也可以通过气体沉降进入海洋环境。20世纪80年代以来，中国经济的快速发展，汽车数量的迅猛增加，汽油的使用量也大幅度增长，含Pb汽车尾气大量进入大气中，使Pb和Pb的有机物成为广东大气污染物的主要物质^[10]，且其含量也在逐年升高。这些含有Pb元素物质随着大气沉降和雨水淋降进入海洋水体和沉积物中，也可能导致沉积物中累积的Pb含量不断上升。但其影响相对于整个研究海域来说，应该是机会相等的。从本文的研究结果可以看到，各个季节沉积物中Pb的平面分布均显示以网箱区为中心向外逐渐减少的趋势，说明网箱养殖活动对其平面分布的影响起主导作用。

大鹏澳网箱养殖海域沉积物中的Pb含量表现出相似的季节变化特征，即春、夏季较高，秋季较低，这说明无论是网箱区，还是对照区和贝类区，影响其季节变化的环境因素可能是相似的。其季节变化原因除了与春、夏季是网箱养殖活动较为活跃的季节有关外，可能与本海域的水文、气象、降雨等环境因素的影响也有关^[11]，但这一方面尚有待于进一步研究。

4.   小结

(1) 表层沉积物中Pb呈如下的平面分布特征，网箱养殖区的含量高于对照区和贝类养殖区，含量分布以网箱养殖区为中心向外逐渐减少，网箱养殖活动较为活跃的春、夏季尤为明显。

(2) 垂直分布的研究结果显示，网箱养殖区沉积物中Pb的含量从表层往下呈逐渐降低的趋势，在0~15 cm层受到明显的环境扰动的影响，说明网箱养殖活动对其分布有影响。

(3) 所研究的各个区域沉积物中的Pb含量显示相似的季节变化特征，但各季节网箱养殖区沉积物中Pb的含量均高于对照区和贝类区，说明季节变化受到相似环境因素的影响，网箱养殖活动和其它环境条件均有可能影响季节变化，但网箱养殖活动的影响可能起主导作用。

(4) 污染评价的结果显示，大鹏澳网箱养殖海域表层沉积物未受Pb的污染，但根据垂直变化的研究结果，Pb的污染有增加的趋势。