广西铁山港及其近岸海域不同海洋功能区重金属污染特征研究

粟启仲; 雷学铁; 申友利; 孙燕; 周鹏

doi:10.12111/j.mes.2023-x-0054

广西铁山港及其近岸海域不同海洋功能区重金属污染特征研究

粟启仲^{1, 2,},
雷学铁^{1, 2},
申友利^{1, 2, ,},
孙燕^{1, 2},
周鹏^{2, 3}

1.
国家海洋局北海海洋环境监测中心站, 广西北海 536000
2.
自然资源部海洋环境探测技术与应用重点实验室, 广东广州 510000
3.
国家海洋局南海海洋环境监测中心, 广东广州 510000

基金项目: 广西自然科学基金项目（2020GXNSFBA297065）；广西科技基地和人才专项（桂科AD20238018）

详细信息

作者简介:
粟启仲（1989-），男，广西柳州人，硕士研究生，主要从事海洋环境监测与评价工作，E-mail：qizhongsu@163.com

通讯作者:
申友利，博士，主要从事海洋环境评价与模拟研究，E-mail：youli0131@126.com

中图分类号: P734.4;X132
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-06
- 修回日期: 2023-07-10
- 录用日期: 2023-07-28
- 网络出版日期: 2023-12-07
- 刊出日期: 2023-12-19

Pollution characteristics of heavy metals in different marine functional areas of Tieshangang bay, Guangxi

SU Qizhong^{1, 2,},
LEI Xuetie^{1, 2},
SHEN Youli^{1, 2, ,},
SUN Yan^{1, 2},
ZHOU Peng^{2, 3}

1.
Marine Environmental Monitoring Centre of Beihai, State Oceanic Administration, Beihai 536000, China
2.
Key Laboratory of Marine Environmental Survey Technology and Application, Ministry of Natural Resources, Guangzhou 510000, China
3.
South China Sea Environmental Monitoring , State Oceanic Administration, Guangzhou 510000, China

摘要

摘要:
本研究基于广西铁山港及其近岸海域海水中重金属的季节性调查数据，分析了重金属在不同海洋功能区的污染特征及潜在来源。结果显示，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的平均浓度分别为1.00 µg/L、0.72 µg/L、10.93 µg/L、0.10 µg/L、0.60 µg/L、0.038 µg/L和0.72 µg/L。总体上，夏季重金属浓度高于冬季，并且夏、冬两季重金属浓度均呈现从海湾、近岸向离岸降低的趋势，这主要是受到陆源输入的影响。由于不同海洋功能区人类活动的差异，不同重金属在不同功能区的分布差异明显。受人类活动的影响，渔业区Cu和Pb的浓度明显高于其他区域。港口航运区较高浓度的Cd、Hg、Zn和As主要与陆源输入和船舶活动有关。然而，冬季偏远的离岸区较高的Zn和Cr浓度主要与水团输入有关。
- 重金属 /
- 污染特征 /
- 海洋功能区 /
- 季节变化 /
- 铁山港
Abstract:
Based on the seasonal survey results of heavy metal elements in the seawater of Tieshangang and its nearshore waters in Guangxi, this study explores the pollution characteristics and potential sources in different marine functional areas. The results showed that the average concentrations of Cu, Pb, Zn, Cd, Cr, Hg and As were 1.00 µg/L, 0.72 µg/L, 10.93 µg/L, 0.10 µg/L, 0.60 µg/L, 0.038 µg/L and 0.72 µg/L, respectively. Generally, the concentration of heavy metals is higher in summer than in winter, and the concentrations decrease seaward during both seasons, which mainly influenced by terrestrial inputs. Due to the differences in human activities in different marine functional areas, the distribution of different heavy metals in different functional areas varies significantly. Affected by the emissions from human activities, the concentrations of Cu and Pb in fishing areas are significantly higher than those in other areas. The high concentrations of Cd, Hg, Zn, and As in port transportation areas are mainly related to land-based inputs and ship activities. However, the higher concentrations of Zn and Cr in remote offshore areas during winter are mainly related to water mass input.
- heavy metals /
- pollution characteristics /
- marine functional areas /
- seasonal variation /
- Tieshangang bay

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重金属在环境中具有高毒性、难降解性的特点，并且能够累积于生物体内，从而对生物及人类健康造成威胁。目前，由于人类社会的快速发展，重金属广泛分布于全球各环境介质中，已经成为全球性环境公害^[1-3]。重金属可通过河流、近海直排、大气沉降等途径进入海洋环境^[4-8]。近年来，随着沿海经济的快速发展，大量的重金属被排放进入近海环境中，导致近海重金属污染严重，危害海洋生物及人类健康^[1,8-10]。此外，海洋酸化、海洋缺氧等环境事件可能会引发重金属的“二次”污染^[9,11-13]。

广西北部湾是位于南海西北部的一个半封闭海湾，该海湾具有较高的生产力，是全国著名的海水养殖基地。近年来，随着环北部湾经济的快速发展，大量的陆源污染物随地表径流、直排等途径进入近海环境，导致北部湾近海环境也受到不同程度的污染^[14-18]。重金属污染是北部湾环境面临的主要问题之一。北部湾部分近岸海湾，如茅尾海、钦州湾，海水中重金属浓度较高，目前认为主要是受近海人类活动如渔业和养殖活动、工业排放等的影响^[1,4,9,19]。此外，水团的运输也是影响北部湾重金属污染的重要因素^[20-21]。铁山港是位于北部湾东北部的一个天然深水港湾，是广西及中国大西南走向海洋、走向世界的“桥头堡”。目前，铁山港已经成为北部湾渔业养殖、港口工业、海洋运输、港口物流、海洋新兴产业等的聚集基地。然而，在工业快速发展的同时大量污染物随工业废水、生活污水等排入铁山港湾，水体污染逐渐加重^[22]。为保护海域生态环境，提高海洋开发、管控能力，相关职能部门在铁山港海域划分了不同的功能区，如农渔业区、港口航运区、海洋保护区等。前人对铁山港沉积物中重金属污染状况的研究显示，港湾内因受人类活动影响，重金属污染程度和潜在风险指数较高^[18]。然而，关于铁山港不同功能区重金属污染状况的研究仍鲜有报道。本研究对铁山港不同功能区海水重金属浓度、时空变化进行分析，探讨了影响重金属污染的主控因素，研究成果可为区域海洋生态环境保护提供科学依据，对区域海洋经济社会的可持续发展具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 研究区域和样品采集

研究区域所在海域水动力过程较为复杂，主要受到3个水团的影响，分别是环北部湾的近岸流（CC）、北部湾东侧的粤西沿岸流（WGCC）以及北部湾南部的南海水（SCSW），这3个水团在北部湾的分布呈现季节性变化^[20]，如图1所示。铁山港及其邻近海域包含了多个海洋功能区，这些海洋功能区的划分参照《广西壮族自治区海洋功能区划（2011－2020）》。本研究于2021年8月（夏季）和2022年2月（冬季）在铁山港海域进行采样，共31个海水站位，涉及的区域包括铁山港港口航运区、渔业区、铁山港保留区和合浦儒艮海洋保护区（图1）。为了对比不同功能区重金属污染状态，还设置了4个功能区以外的其他站位，该区域受人类活动影响较小，在此定义为背景区（图1）。调查的参数包括重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As）、水温、盐度、化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）、pH、溶解氧（DO）、总悬浮颗粒物（TSM）、无机氮（DIN）和叶绿素a（Chl a），样品采集及预处理均参照《海洋监测规范第3部分：样品采集、贮存与运输》（GB 17378.3－2007）执行。表层（0.5 m）海水样品利用10 L Niskin采水桶采集，其中Cu、Pb、Zn和Cd样品通过0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后分装于100 mL聚乙烯瓶中，加硝酸至样品的pH<2；Cr和As样品通过0.45 μm醋酸纤维滤膜过滤后分装于100 mL聚乙烯瓶中，加硫酸至样品的pH<2；Hg样品分装于125 mL玻璃瓶中，加硫酸至样品的pH<2，最后所有样品在冷藏（4 ℃）条件下保存，待测。

图 1 铁山港不同功能区以及作为对照的背景区的分布及采样站位

Fig. 1 Distribution and sampling stations of different functional and the background areas in Tieshangang bay

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1.2 样品分析及质量控制

DO浓度采用温克勒碘量法进行现场测定^[23]。Chl a样品通过90%丙酮溶液在暗处萃取24 h后采用紫外可见分光光度计（UV-8000S）测定^[24]。其他理化参数（COD、盐度、BOD、pH、DIN）和海水重金属的分析测定方法参照《海洋监测规范第4部分：海水分析》（GB 17378.4－2007）和文献[4]。其中，重金属Cu、Pb、Zn和Cd的浓度采用阳极溶出伏安法测定（仪器：797伏安极谱仪，瑞士万通），Cr的浓度采用无火焰原子吸收分光光度法测定（仪器：ZEEnit-700P原子吸收分光光度计，德国Jena），Hg和As的浓度采用原子荧光法测定（仪器：AFS-9530原子荧光光度计，北京海光）。Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的检测限分别为0.6 μg/L、0.3 μg/L、1.2 μg/L、0.09 μg/L、0.4 μg/L、0.007 μg/L和0.5 μg/L。

整个实验分析过程中均使用超纯水和分析纯试剂。实验中使用的所有玻璃器皿均在1∶3的硝酸溶液中浸泡7 d，然后使用超纯水清洗干净。采样过程中还采集了现场空白以及平行样品，样品的相对偏差小于5%。实验分析过程中使用标准物质GBW（E）080040、GBW（E）081693和GBW（E）081695进行加标回收实验，Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的加标回收率分别为（99±4）%、（95±5）%、（102±3）%、（98±3）%、（95±6）%、（103±6）%和（97±3）%。

2 结果与讨论

2.1 理化参数特征

采样期间，铁山港及其外海域不同海洋功能区海水盐度和Chl a的分布特征见图2。本研究区域水深范围为4.6～21.0 m。海水温度的范围为14.3 ℃～32.4 ℃，夏季（30.6 ℃～32.4 ℃）高于冬季（14.3 ℃～19.0 ℃），这两个季节的温度均表现为近岸高、外海低的特点。盐度范围为28.44～32.86，夏季盐度（28.44～32.74，平均值为31.29）和冬季（28.47～32.52，平均值为31.36）相差不大。夏季和冬季盐度均表现为从铁山港湾内向外海逐渐升高的趋势，但夏季湾内盐度（平均28.66）低于冬季（29.02）（图2），可能是受到夏季径流量增加的影响^[16]。DO浓度的变化范围较大，为5.37～10.29 mg/L，其中冬季浓度（8.14～10.29 mg/L）明显高于夏季（5.37～7.13 mg/L）。Chl a浓度范围为0.2～6.6 µg/L，其中夏季Chl a浓度（0.2～6.6 µg/L，平均1.8 µg/L）明显高于冬季（0.7～2.6 µg/L，平均1.3 µg/L）。夏季，Chl a浓度在铁山港湾内（港口航运区）和渔业区较高，其他区域浓度较低；冬季，Chl a浓度在儒艮保护区和外海域较高，其他区域浓度较低（图2）。

图 2 夏季和冬季铁山港湾理化参数分布特征

Fig. 2 Distribution characteristics of physico-chemical parameters in Tieshangang bay during summer and winter

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2.2 重金属时空分布特征

夏季和冬季重金属浓度的分布特征如图3、图4和表1所示。Cu浓度范围为0.60～3.49 µg/L（平均值为1.00 µg/L），其中夏季的浓度（平均值为1.30 µg/L）明显高于冬季（平均值为0.71 µg/L）。Pb浓度范围为0.18～2.45 µg/L（平均值为0.72 µg/L），其中夏季浓度（平均值为0.83 µg/L）明显高于冬季（平均值为0.61 µg/L）。Zn浓度范围为4.34～62.00 µg/L（平均值为10.93 µg/L），其中夏季浓度（平均值为12.77 µg/L）明显高于冬季（平均值为9.10 µg/L）。Cd浓度范围为0.09～0.40 µg/L（平均值为0.10 µg/L），夏季浓度（平均值为0.11 µg/L）与冬季（平均值为0.10 µg/L）相当。Cr浓度范围为0.40～0.97 µg/L（平均值为0.60 µg/L），夏季浓度（平均值为0.58 µg/L）与冬季（平均值为0.61 µg/L）相当。Hg浓度范围为0.017～0.060 µg/L（平均值为0.038 µg/L），其中夏季浓度（平均值为0.042 µg/L）明显高于冬季（平均值为0.035 µg/L）。As浓度范围为0.51～1.00 µg/L（平均值为0.72 µg/L），其中夏季浓度（平均值为0.76 µg/L）明显高于冬季（平均值为0.67 µg/L）。总体来说，夏季重金属浓度高于冬季，表明夏季可能存在重金属排放源。这与夏季河流径流输入污染物浓度增加、人类活动频繁（如渔业、船舶活动）的情况一致^{[1,4,9,16,21]}。

图 3 夏季和冬季铁山港湾重金属（Cu, Pb, Zn,Cd）分布特征

Fig. 3 Distribution characteristics of heavy metals (Cu, Pb, Zn and Cd) in Tieshangang bay during summer and winter

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图 4 夏季和冬季铁山港湾重金属（Cr,Hg,As）分布特征

Fig. 4 Distribution characteristics of heavy metals (Cr,Hg and As) in Tieshangang bay during summer and winter

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表 1 夏季和冬季铁山港湾重金属浓度（µg/L）

Tab. 1 The concentrations of heavy metals in Tieshangang bay during summer and winter

		Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As
夏季	全部区域	0.60～3.49 (1.30)	0.18～2.45 (0.83)	4.34～29.9 (12.77)	0.09～0.40 (0.11)	0.40～0.97 (0.58)	0.025～0.060 (0.042)	0.54～1.00 (0.76)
冬季	全部区域	0.60～3.01 (0.71)	0.30～1.23 (0.61)	4.80～27.4 (9.10)	0.09～0.20 (0.10)	0.44～0.75 (0.61)	0.022～0.053 (0.035)	0.51～0.89 (0.67)
夏季	港口航运区	0.60～1.98 (1.19)	0.36～1.29 (0.71)	5.83～29.9 (15.68)	0.09～0.40 (0.17)	0.42～0.83 (0.58)	0.032～0.060 (0.048)	0.73～1.00 (0.90)
	渔业区	0.60～3.39 (1.61)	0.36～1.99 (0.92)	6.88～20.00 (12.06)	0.09～0.11 (0.09)	0.40～0.79 (0.48)	0.028～0.049 (0.039)	0.61～0.77 (0.69)
	儒艮保护区	0.60～3.27 (1.05)	0.18～2.45 (1.10)	4.34～17.40 (10.48)	0.09～0.11 (0.09)	0.40～0.97 (0.60)	0.025～0.056 (0.044)	0.77～0.86 (0.82)
	保留区	0.60～3.49 (1.53)	0.58～1.16 (0.82)	6.56～22.80 (12.69)	0.09～0.11 (0.09)	0.49～0.76 (0.61)	0.029～0.049 (0.040)	0.62～0.82 (0.73)
	背景区	0.60～1.44 (0.86)	0.30～0.71 (0.52)	8.23～19.90 (13.06)	0.09～0.10 (0.09)	0.40～0.60 (0.49)	0.032～0.044 (0.041)	0.54～0.74 (0.67)
冬季	港口航运区	0.60～0.61 (0.60)	0.30～0.74 (0.53)	4.80～10.50 (8.39)	0.09～0.20 (0.12)	0.44～0.66 (0.56)	0.038～0.053 (0.045)	0.70～0.89 (0.78)
	渔业区	0.60～3.01 (1.00)	0.66～1.23 (0.93)	6.23～11.30 (9.00)	0.09	0.53～0.70 (0.62)	0.023～0.038 (0.031)	0.55～0.83 (0.63)
	儒艮保护区	0.59～0.60 (0.60)	0.30～0.76 (0.53)	4.80～10.90 (6.48)	0.09	0.48～0.64 (0.57)	0.024～0.037 (0.032)	0.51～0.76 (0.64)
	保留区	0.60	0.30～0.77 (0.55)	7.04～14.90 (9.62)	0.09	0.53～0.75 (0.63)	0.022～0.045 (0.033)	0.57～0.88 (0.68)
	背景区	0.60	0.30～0.69 (0.48)	7.24～27.40 (13.06)	0.09	0.53～0.74 (0.66)	0.025～0.039 (0.034)	0.54～0.66 (0.62)
海水水质一类标准		5	1	20	1	50	0.050	20
海水水质二类标准		10	5	50	5	100	0.2	30
注：括号内为平均值

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7种重金属，除了Pb和Zn存在超一类水质外，其他5种重金属浓度在夏季和冬季均满足中国海水水质一类标准，但Pb和Zn均满足二类水质标准。夏季，1、8、12、13、19、20、21和27站位的Pb，以及7、15、21和29站位的Zn超一类水质标准；冬季，19站位和28站位的Pb，以及22站位的Zn超一类水质标准。与其他区域相比（表2），铁山港Cu、Pb、As和Cd的浓度低于中国其他近岸海域，如广东近岸海域^[26]、象山湾^[27]和崂山湾^[28]。与北部湾其他海域相比，Cu、Pb、Cd、Hg和As的浓度低于北海廉州湾^[4]、钦州茅尾海^[4]和防城港珍珠湾^[4]海域。但Zn的浓度高于北海廉州湾和防城港珍珠湾海域^[4]。

表 2 铁山港海水重金属浓度与其他区域对比（µg/L）

Tab. 2 Comparison of concentrations of heavy metals (μg/L) in seawater of Tieshangang bay with other regions

区域	年份	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As	参考文献
铁山港及其外海域	2021－2022	1.00	0.72	10.93	0.10	0.60	0.038	0.72	本研究
北部湾	1998	1.70	1.26	19.90	0.05	－	0.03	1.74	[1]
北部湾	2003	1.08	0.74	－	0.07	－	0.01	1.24	[1]
北部湾	2017	3.03	0.71	10.00	0.17	0.69	0.10	0.74	[1]
北海廉州湾	2018	2.69	0.78	9.62	0.17	1.40	0.052	0.89	[4]
钦州茅尾海	2018	3.69	0.85	15.28	0.11	0.98	0.099	0.81	[4]
防城港珍珠湾	2018	1.63	0.84	4.77	0.14	0.27	0.094	1.56	[4]
湛江湾	2014	4.40	0.23	13.64	0.12	2.70	－	－	[25]
粤西近岸海域	2007	1.91	1.81	11.86	0.09	1.27	－	1.86	[26]
粤东近岸海域	2007	2.24	1.94	14.05	0.11	1.20	－	2.48	[26]
象山湾	2011－2016	3.40	1.93	16.80	0.22	0.22	0.062	2.60	[27]
崂山湾	2017－2018	1.50	0.81	1.81	0.12	1.23	0.015	1.16	[28]
注：“－”表示无数据

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总体上，夏季和冬季铁山港海水重金属分布呈现近岸浓度较高、离岸浓度较低的特征，如Pb、Zn、Cd、Hg和As（图3和图4）。重金属的污染水平在不同海洋功能区存在差异（表1），这可能与不同区域人类活动特征存在差异有关。夏季和冬季，Cu和Pb在渔业区的浓度明显高于其他区域，这与该区域较为频繁的人类活动有关。在北部湾，渔业活动被认为是该区域海水和沉积物中Cu和Pb的主要来源^[1,9]。重金属Cu和Pb是防污涂料、冶炼等主要的添加料，为防止渔船、养殖设施等受到海水、生物等侵蚀，大量使用这些添加料可能会加剧这些重金属对海水的污染^[9]。Cd、Hg、Zn和As在港口航运区的浓度高于其他区域，并且在夏季明显高于冬季。港口航运区位于铁山港湾内，受陆源（夏季雨水冲刷）以及来往船舶的影响较大。与渔船诱因相似，这些船舶也会使用防污涂料^[1,18]。此外，铁山港湾内更为密集的人类活动，可能是导致这些金属元素在港口航运区的浓度高于其他区域的主要原因。值得注意的是，冬季Zn和Cr在背景区的浓度明显高于其他区域。背景区位于北部湾的离岸区域，受人类活动的影响较小，人类活动直接排放不太可能是导致该区域Zn和Cr浓度高的原因。研究显示，北部湾水团分布呈明显的季节性变化（图1），而水团分布的变化直接影响着北部湾污染物的分布^[20]。冬季，随着北部湾北部陆地径流量的减少，该时期北部湾海水主要受到南侧南海水以及东侧粤西沿岸流入侵的影响^[20]。粤西沿岸流可将广东近岸海域较高浓度的污染物穿过琼州海峡带入北部湾，导致冬季北部湾中部区域污染物浓度较高^[20-21]。此外，在粤西近岸海域，受当地人类活动的影响，海水中Zn和Cr的浓度较高^[25-26]。Zhu等^[21]对北部湾海水重金属污染的研究发现，在离岸区域部分重金属浓度较高，主要是受到粤西沿岸流输入的影响。因此， Zn和Cr浓度在背景区较高可能与粤西沿岸流将其他区域高浓度的金属元素输入有关^[21]。综上所述，北部湾海水重金属的分布不仅受到当地人类活动的影响，还受到北部湾水团季节性变化的影响^[21]。

2.3 环境因子对重金属分布的影响

环境因素和水文条件是影响海水中重金属分布和迁移的重要因素^[1,11,13]。研究显示，海水pH的变化（如海洋酸化）以及海洋缺氧事件都会导致海洋沉积物或颗粒物中的重金属重新释放到海水中，从而增加水体中重金属的负荷^[9,11,13]。为进一步阐明铁山港及其邻近海域不同海洋功能区重金属分布存在差异的原因，本研究对海水重金属浓度与其他理化参数进行了相关性和主成分分析，结果列于表3和表4。港口航运区位于湾内，受人类活动影响显著，Cd、Hg和As与盐度呈显著负相关性，说明这些金属元素受陆源冲淡水输入的影响。因此，港口航运区较高浓度的Cd、Hg和As与陆源输入有关。然而，Hg和Zn与总悬浮颗粒物（TSM）呈显著负相关性，Hg与Chl a呈显著负相关性，表明海洋中颗粒物以及浮游植物可能对这些金属元素具有吸附作用。在渔业区，Chl a浓度较高（图2），颗粒物以及生物的吸附作用^[1,4,9]，可能是导致该区域Hg和Zn浓度较低的主要原因。Cd、Hg和As与pH呈显著负相关性，Cu、Pb、Cd、Hg和As与DO呈显著负相关性，均表明这些重金属的分布受海水环境状况的影响。然而，重金属浓度与环境中COD和BOD的相关性较小。

表 3 铁山港海水重金属浓度与其他理化参数的相关性分析

Tab. 3 Correlation analysis between heavy metals and other physicochemical parameters in the Tieshangang bay

	T	S	pH	Chl a	TSM	DO	COD	BOD	DIN	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As
T	1.00	−0.11	−0.30^*	0.26^*	0.52^**	−0.95^**	−0.28^*	−0.52^**	−0.12	0.56^**	0.41^**	0.24	0.24	−0.09	0.46^**	0.39^**
S		1.00	0.58^**	−0.45^**	−0.23	0.00	−0.67^**	−0.13	−0.79^**	−0.06	0.06	0.00	−0.41^**	0.06	−0.35^**	−0.42^**
pH			1.00	−0.07	−0.28^*	0.40^**	−0.13	0.18	−0.68^**	−0.11	−0.03	0.07	−0.67^**	−0.15	−0.63^**	−0.63^**
Chl a				1.00	0.26^*	−0.13	0.29^*	0.06	0.05	0.04	0.09	0.18	−0.12	−0.08	−0.30^*	0.18
TSM					1.00	−0.50^**	−0.06	−0.23	0.12	0.27	0.21	−0.38^**	0.12	−0.11	−0.35^**	0.24
DO						1.00	0.42^**	0.64^**	0.12	−0.53^**	−0.40^**	−0.15	−0.29^*	0.01	−0.49^**	−0.40^**
COD							1.00	0.46^**	0.53^**	−0.20	−0.24	0.05	0.08	−0.11	−0.04	0.13
BOD								1.00	0.10	−0.24	−0.16	−0.07	−0.19	−0.07	−0.24	−0.12
DIN									1.00	−0.05	−0.22	−0.08	0.45^**	0.14	0.25^*	0.44^**
Cu										1.00	0.63^**	0.40^**	0.43^**	0.30^*	0.20	0.21
Pb											1.00	0.21	0.05	0.12	0.03	0.12
Zn												1.00	0.19	0.13	0.15	0.25^*
Cd													1.00	0.28^*	0.42^**	0.40^**
Cr														1.00	−0.18	0.07
Hg															1.00	0.47^**
As																1.00
注：*在0.01水平显著；在0.05水平显著

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表 4 铁山港海水重金属浓度与其他理化参数的主成分分析

Tab. 4 The results of PCA of heavy metals and other physicochemical parameters in the Tieshangang bay

参数	主成分1	主成分2	主成分3	主成分4
T	0.79	−0.40	0.25	−0.07
S	−0.45	−0.77	−0.16	−0.15
pH	−0.71	−0.48	0.26	0.31
Chl a	0.28	0.20	0.66	0.32
TSM	0.02	−0.07	0.67	0.02
DO	−0.80	0.46	−0.09	0.22
COD	−0.07	0.79	0.21	0.35
BOD	−0.50	0.50	0.14	0.26
DIN	0.34	0.81	−0.24	−0.04
Cu	0.60	−0.38	−0.24	0.77
Pb	0.56	−0.59	−0.04	0.68
Zn	0.32	0.15	0.08	0.63
Cd	0.61	0.28	−0.53	0.01
Cr	0.10	−0.03	−0.69	0.58
Hg	0.70	0.70	0.20	−0.30
As	0.69	0.29	−0.01	−0.02
特征值	4.745	3.375	1.704	1.478
贡献率/（%）	29.659	21.093	10.652	9.582
累计贡献率/（%）	29.659	50.752	61.404	70.641
注：加粗字体表示较高的载荷

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为进一步了解铁山港海水中重金属的潜在来源及主控因素，本研究对海水中重金属浓度与各环境因子进行主成分分析，结果列于表4。当特征值大于1时，可提取4种主成分，分别解释总因子的29.659%、21.093%、10.652%和9.582%。在主成分1中，Cu、Pb、Cd、Hg和As与pH和DO具有较高的负向载荷值，进一步证明了这些重金属的分布可能受海水环境状况的影响。在较高的悬浮颗粒物、生物量以及pH环境下，重金属倾向吸附于颗粒物（包括生物体内）或者沉积物环境中，使水体中重金属浓度降低^[9]。但是，水环境并不是重金属浓度的主控因素。在渔业区和港口航运区，虽然pH、Chl a和DO浓度较高（图2），但是渔业区的Cu和Pb浓度较高，港口航运区的Cd、Hg、Zn和As浓度较高，这主要是受人类活动排放的影响。在主成分2中，Pb与盐度有较高的正向载荷值，相反，Pb与无机氮和COD具有较高的负向载荷值，表明铁山港海域的Pb可能主要受外海水入侵的影响。这与Pb在离岸海域浓度较高的情况一致，如背景区和渔业区（图3）。在主成分3中，Cd和Cr与Chl a和TSM具有较高的负向载荷值，表明这些重金属浓度受浮游植物生长的影响，这可能也是导致渔业区这些重金属浓度较低的原因（表3）。在主成分4中，Cu、Pb、Zn和Cr具有较高的正向载荷值，表明这些重金属具有相似的来源。Cu、Zn和Cr主要用于防污涂料^[9,21]，而Pb被广泛用于运输的防腐化合物和柴油中的抗爆剂。因此，船舶的运输以及海水养殖活动可能是Cu、Pb、Zn和Cr的主要来源。综上所述，不同海洋功能区重金属分布存在较大的差异，人类活动排放是导致渔业区和港口航运区重金属浓度较高的主要因素。然而，在离岸区域，如背景区，部分重金属浓度较高主要受水团输入的影响。

3 结论

（1）铁山港海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的平均浓度分别为1.00 µg/L、0.72 µg/L、10.93 µg/L、0.10 µg/L、0.60 µg/L、0.038 µg/L和0.72 µg/L，该浓度水平与中国其他近岸海域相比处于较低水平，大部分重金属浓度满足中国海洋海水质量一类标准。在季节分布上，重金属浓度在夏季高于冬季，主要原因是受夏季陆源输入增加的影响。

（2）不同海洋功能区重金属的污染水平存在差异。主要表现为Cu和Pb在渔业区的浓度明显高于其他区域，而Cd、Hg、Zn和As在港口航运区的浓度高于其他区域。冬季Zn和Cr在背景区的浓度明显高于其他区域。人类活动，如渔业、养殖和船舶运输等，以及北部湾水团季节性变化是影响不同功能区海水重金属分布的主要因素。

图 1 铁山港不同功能区以及作为对照的背景区的分布及采样站位

Fig. 1. Distribution and sampling stations of different functional and the background areas in Tieshangang bay

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图 2 夏季和冬季铁山港湾理化参数分布特征

Fig. 2. Distribution characteristics of physico-chemical parameters in Tieshangang bay during summer and winter

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图 3 夏季和冬季铁山港湾重金属（Cu, Pb, Zn,Cd）分布特征

Fig. 3. Distribution characteristics of heavy metals (Cu, Pb, Zn and Cd) in Tieshangang bay during summer and winter

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图 4 夏季和冬季铁山港湾重金属（Cr,Hg,As）分布特征

Fig. 4. Distribution characteristics of heavy metals (Cr,Hg and As) in Tieshangang bay during summer and winter

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表 1 夏季和冬季铁山港湾重金属浓度（µg/L）

Tab. 1 The concentrations of heavy metals in Tieshangang bay during summer and winter

		Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As
夏季	全部区域	0.60～3.49 (1.30)	0.18～2.45 (0.83)	4.34～29.9 (12.77)	0.09～0.40 (0.11)	0.40～0.97 (0.58)	0.025～0.060 (0.042)	0.54～1.00 (0.76)
冬季	全部区域	0.60～3.01 (0.71)	0.30～1.23 (0.61)	4.80～27.4 (9.10)	0.09～0.20 (0.10)	0.44～0.75 (0.61)	0.022～0.053 (0.035)	0.51～0.89 (0.67)
夏季	港口航运区	0.60～1.98 (1.19)	0.36～1.29 (0.71)	5.83～29.9 (15.68)	0.09～0.40 (0.17)	0.42～0.83 (0.58)	0.032～0.060 (0.048)	0.73～1.00 (0.90)
	渔业区	0.60～3.39 (1.61)	0.36～1.99 (0.92)	6.88～20.00 (12.06)	0.09～0.11 (0.09)	0.40～0.79 (0.48)	0.028～0.049 (0.039)	0.61～0.77 (0.69)
	儒艮保护区	0.60～3.27 (1.05)	0.18～2.45 (1.10)	4.34～17.40 (10.48)	0.09～0.11 (0.09)	0.40～0.97 (0.60)	0.025～0.056 (0.044)	0.77～0.86 (0.82)
	保留区	0.60～3.49 (1.53)	0.58～1.16 (0.82)	6.56～22.80 (12.69)	0.09～0.11 (0.09)	0.49～0.76 (0.61)	0.029～0.049 (0.040)	0.62～0.82 (0.73)
	背景区	0.60～1.44 (0.86)	0.30～0.71 (0.52)	8.23～19.90 (13.06)	0.09～0.10 (0.09)	0.40～0.60 (0.49)	0.032～0.044 (0.041)	0.54～0.74 (0.67)
冬季	港口航运区	0.60～0.61 (0.60)	0.30～0.74 (0.53)	4.80～10.50 (8.39)	0.09～0.20 (0.12)	0.44～0.66 (0.56)	0.038～0.053 (0.045)	0.70～0.89 (0.78)
	渔业区	0.60～3.01 (1.00)	0.66～1.23 (0.93)	6.23～11.30 (9.00)	0.09	0.53～0.70 (0.62)	0.023～0.038 (0.031)	0.55～0.83 (0.63)
	儒艮保护区	0.59～0.60 (0.60)	0.30～0.76 (0.53)	4.80～10.90 (6.48)	0.09	0.48～0.64 (0.57)	0.024～0.037 (0.032)	0.51～0.76 (0.64)
	保留区	0.60	0.30～0.77 (0.55)	7.04～14.90 (9.62)	0.09	0.53～0.75 (0.63)	0.022～0.045 (0.033)	0.57～0.88 (0.68)
	背景区	0.60	0.30～0.69 (0.48)	7.24～27.40 (13.06)	0.09	0.53～0.74 (0.66)	0.025～0.039 (0.034)	0.54～0.66 (0.62)
海水水质一类标准		5	1	20	1	50	0.050	20
海水水质二类标准		10	5	50	5	100	0.2	30
注：括号内为平均值

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表 2 铁山港海水重金属浓度与其他区域对比（µg/L）

Tab. 2 Comparison of concentrations of heavy metals (μg/L) in seawater of Tieshangang bay with other regions

区域	年份	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As	参考文献
铁山港及其外海域	2021－2022	1.00	0.72	10.93	0.10	0.60	0.038	0.72	本研究
北部湾	1998	1.70	1.26	19.90	0.05	－	0.03	1.74	[1]
北部湾	2003	1.08	0.74	－	0.07	－	0.01	1.24	[1]
北部湾	2017	3.03	0.71	10.00	0.17	0.69	0.10	0.74	[1]
北海廉州湾	2018	2.69	0.78	9.62	0.17	1.40	0.052	0.89	[4]
钦州茅尾海	2018	3.69	0.85	15.28	0.11	0.98	0.099	0.81	[4]
防城港珍珠湾	2018	1.63	0.84	4.77	0.14	0.27	0.094	1.56	[4]
湛江湾	2014	4.40	0.23	13.64	0.12	2.70	－	－	[25]
粤西近岸海域	2007	1.91	1.81	11.86	0.09	1.27	－	1.86	[26]
粤东近岸海域	2007	2.24	1.94	14.05	0.11	1.20	－	2.48	[26]
象山湾	2011－2016	3.40	1.93	16.80	0.22	0.22	0.062	2.60	[27]
崂山湾	2017－2018	1.50	0.81	1.81	0.12	1.23	0.015	1.16	[28]
注：“－”表示无数据

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表 3 铁山港海水重金属浓度与其他理化参数的相关性分析

Tab. 3 Correlation analysis between heavy metals and other physicochemical parameters in the Tieshangang bay

	T	S	pH	Chl a	TSM	DO	COD	BOD	DIN	Cu	Pb	Zn	Cd	Cr	Hg	As
T	1.00	−0.11	−0.30^*	0.26^*	0.52^**	−0.95^**	−0.28^*	−0.52^**	−0.12	0.56^**	0.41^**	0.24	0.24	−0.09	0.46^**	0.39^**
S		1.00	0.58^**	−0.45^**	−0.23	0.00	−0.67^**	−0.13	−0.79^**	−0.06	0.06	0.00	−0.41^**	0.06	−0.35^**	−0.42^**
pH			1.00	−0.07	−0.28^*	0.40^**	−0.13	0.18	−0.68^**	−0.11	−0.03	0.07	−0.67^**	−0.15	−0.63^**	−0.63^**
Chl a				1.00	0.26^*	−0.13	0.29^*	0.06	0.05	0.04	0.09	0.18	−0.12	−0.08	−0.30^*	0.18
TSM					1.00	−0.50^**	−0.06	−0.23	0.12	0.27	0.21	−0.38^**	0.12	−0.11	−0.35^**	0.24
DO						1.00	0.42^**	0.64^**	0.12	−0.53^**	−0.40^**	−0.15	−0.29^*	0.01	−0.49^**	−0.40^**
COD							1.00	0.46^**	0.53^**	−0.20	−0.24	0.05	0.08	−0.11	−0.04	0.13
BOD								1.00	0.10	−0.24	−0.16	−0.07	−0.19	−0.07	−0.24	−0.12
DIN									1.00	−0.05	−0.22	−0.08	0.45^**	0.14	0.25^*	0.44^**
Cu										1.00	0.63^**	0.40^**	0.43^**	0.30^*	0.20	0.21
Pb											1.00	0.21	0.05	0.12	0.03	0.12
Zn												1.00	0.19	0.13	0.15	0.25^*
Cd													1.00	0.28^*	0.42^**	0.40^**
Cr														1.00	−0.18	0.07
Hg															1.00	0.47^**
As																1.00
注：*在0.01水平显著；在0.05水平显著

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表 4 铁山港海水重金属浓度与其他理化参数的主成分分析

Tab. 4 The results of PCA of heavy metals and other physicochemical parameters in the Tieshangang bay

参数	主成分1	主成分2	主成分3	主成分4
T	0.79	−0.40	0.25	−0.07
S	−0.45	−0.77	−0.16	−0.15
pH	−0.71	−0.48	0.26	0.31
Chl a	0.28	0.20	0.66	0.32
TSM	0.02	−0.07	0.67	0.02
DO	−0.80	0.46	−0.09	0.22
COD	−0.07	0.79	0.21	0.35
BOD	−0.50	0.50	0.14	0.26
DIN	0.34	0.81	−0.24	−0.04
Cu	0.60	−0.38	−0.24	0.77
Pb	0.56	−0.59	−0.04	0.68
Zn	0.32	0.15	0.08	0.63
Cd	0.61	0.28	−0.53	0.01
Cr	0.10	−0.03	−0.69	0.58
Hg	0.70	0.70	0.20	−0.30
As	0.69	0.29	−0.01	−0.02
特征值	4.745	3.375	1.704	1.478
贡献率/（%）	29.659	21.093	10.652	9.582
累计贡献率/（%）	29.659	50.752	61.404	70.641
注：加粗字体表示较高的载荷

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参考文献(28)

[1]	LAO Q B, SU Q Z, LIU G Q, et al. Spatial distribution of and historical changes in heavy metals in the surface seawater and sediments of the Beibu Gulf, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2019, 146: 427-434. doi: 10.1016/j.marpolbul.2019.06.080
[2]	LI C M, WANG H C, LIAO X L, et al. Heavy metal pollution in coastal wetlands: a systematic review of studies globally over the past three decades[J]. Journal of Hazardous Materials, 2022, 424: 127312. doi: 10.1016/j.jhazmat.2021.127312
[3]	NASER H A. Assessment and management of heavy metal pollution in the marine environment of the Arabian Gulf: a review[J]. Marine Pollution Bulletin, 2013, 72(1): 6-13. doi: 10.1016/j.marpolbul.2013.04.030
[4]	LIU G Q, LAO Q B, SU Q Z, et al. Spatial and seasonal characteristics of dissolved heavy metals in the aquaculture areas of Beibu Gulf, South China[J]. Human and Ecological Risk Assessment:An International Journal, 2020, 26(7): 1957-1969. doi: 10.1080/10807039.2019.1629273
[5]	曾维特, 杨永鹏, 张东强, 等. 海南岛北部海湾沉积物重金属来源、分布主控因素及生态风险评价[J]. 环境科学, 2018, 39(3): 1085-1094.
[6]	郑江鹏, 王长友, 赵永刚, 等. 海州湾渔港经济区及邻近海域沉积物主要污染物分布特征和潜在风险[J]. 海洋环境科学, 2022, 41(5): 731-737.
[7]	赵思佳, 张媛媛, 余克服, 等. 南海珊瑚礁区棘冠海星重金属含量及其生物积累特征分析[J]. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 579-585. doi: 10.12111/j.mes.2021-x-0063
[8]	符运拓, 杨红, 王春峰. 长江口邻近海域表层沉积物重金属赋存形态及生态危害评估[J]. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 534-542,553.
[9]	LAO Q B, CAI S J, HUANG P, et al. Contaminant characteristics and influencing factors of heavy metals in seawater and sediments in a typical mariculture bay in South China[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 923494. doi: 10.3389/fmars.2022.923494
[10]	许艳, 王秋璐, 曾容, 等. 渤海湾表层沉积物重金属污染状况及年际变化分析[J]. 中国环境科学, 2022, 42(9): 4255-4263.
[11]	CHAKRABORTY P, CHAKRABORTY S, JAYACHANDRAN S, et al. Effects of bottom water dissolved oxygen variability on copper and lead fractionation in the sediments across the oxygen minimum zone, western continental margin of India[J]. Science of the Total Environment, 2016, 566/567: 1052-1061. doi: 10.1016/j.scitotenv.2016.05.125
[12]	ATKINSON C A, JOLLEY D F, SIMPSON S L. Effect of overlying water Ph, dissolved oxygen, salinity and sediment disturbances on metal release and sequestration from metal contaminated marine sediments[J]. Chemosphere, 2007, 69(9): 1428-1437. doi: 10.1016/j.chemosphere.2007.04.068
[13]	MA X L, ZUO H, TIAN M J, et al. Assessment of heavy metals contamination in sediments from three adjacent regions of the Yellow River using metal chemical fractions and multivariate analysis techniques[J]. Chemosphere, 2016, 144: 264-272. doi: 10.1016/j.chemosphere.2015.08.026
[14]	劳齐斌, 刘国强, 高劲松, 等. 钦州湾养殖区营养盐分布特征及富营养化状况研究[J]. 海洋环境科学, 2021, 40(3): 407-416. doi: 10.12111/j.mes.20200066
[15]	粟启仲, 雷学铁, 刘国强, 等. 广西北部湾近岸海域近20年赤潮灾害特征分析[J]. 广西科学, 2022, 29(3): 552-557.
[16]	劳齐斌, 刘国强, 申友利, 等. 北部湾入海河流营养盐的分布特征及入海通量研究[J]. 海洋学报, 2020, 42(12): 93-100.
[17]	陈海南, 张春华, 刘国强, 等. 广西北部湾沉积物重金属污染特征及生态风险评价[J]. 环境化学, 2022, 41(9): 2872-2879.
[18]	青尚敏, 陈海南, 孙燕, 等. 广西铁山港邻近海域表层沉积物中重金属污染现状[J]. 广西科学, 2021, 28(6): 568-576.
[19]	YANG J C, WANG W G, ZHAO M W, et al. Spatial distribution and historical trends of heavy metals in the sediments of petroleum producing regions of the Beibu Gulf, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2015, 91(1): 87-95. doi: 10.1016/j.marpolbul.2014.12.023
[20]	LAO Q B, ZHANG S W, LI Z Y, et al. Quantification of the seasonal intrusion of water masses and their impact on nutrients in the Beibu gulf using dual water isotopes[J]. Journal of Geophysical Research:Oceans, 2022, 127(7): e2021JC018065.
[21]	ZHU Z H, WEI H H, GUAN Y, et al. Spatial and seasonal characteristics of dissolved heavy metals in the seawater of Beibu Gulf, the Northern South China Sea[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 996202. doi: 10.3389/fmars.2022.996202
[22]	CHEN C Q, LAO Q B, SHEN Y L, et al. Comparative study of nitrogen cycling between a bay with riverine input and a bay without riverine input, inferred from stable isotopes[J]. Frontiers in Marine Science, 2022, 9: 885037. doi: 10.3389/fmars.2022.885037
[23]	LORENZEN C J. Determination of chlorophyll and pheo-pigments: spectrophotometric equations[J]. Limnology and Oceanography, 1967, 12(2): 343-346. doi: 10.4319/lo.1967.12.2.0343
[24]	STRICKLAND J D H, PARSONS T R. A Practical Handbook of Seawater Analysis. 2nd edition. Bulletin Fisheries Research Board of Canada [M]. Ottawa, Canada, Fisheries Research Board of Canada. 1972(Nr. 167): P.310. Nr. 167 (2nd ed).
[25]	ZHANG J B, ZHOU F X, CHEN C L, et al. Spatial distribution and correlation characteristics of heavy metals in the seawater, suspended particulate matter and sediments in Zhanjiang Bay, China[J]. PLoS One, 2018, 13(8): e0201414. doi: 10.1371/journal.pone.0201414
[26]	ZHANG L, SHI Z, ZHANG J P, et al. Spatial and seasonal characteristics of dissolved heavy metals in the east and west Guangdong coastal waters, South China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2015, 95(1): 419-426. doi: 10.1016/j.marpolbul.2015.03.035
[27]	ZHAO B F, WANG X M, JIN H B, et al. Spatiotemporal variation and potential risks of seven heavy metals in seawater, sediment, and seafood in Xiangshan Bay, China (2011-2016)[J]. Chemosphere, 2018, 212: 1163-1171. doi: 10.1016/j.chemosphere.2018.09.020
[28]	WANG X Y, LIU L, ZHAO L L, et al. Assessment of dissolved heavy metals in the Laoshan Bay, China[J]. Marine Pollution Bulletin, 2019, 149: 110608. doi: 10.1016/j.marpolbul.2019.110608

施引文献(5)

期刊类型引用(3)

1.	谢庆安，公维洁，宋堃瑜，王春珠，梁佰靖，张贝妮，仇鹤潼. 黎安港水体砷含量分布特征和污染评价. 环境科学导刊. 2024(03): 67-70 . 百度学术
2.	何烽，李昂，程铮，董志国，唐玉泽，李镇，李加琦，毛玉泽. 江苏徐圩港区表层沉积物重金属污染评价及来源分析. 江苏海洋大学学报(自然科学版). 2024(02): 23-30 . 百度学术
3.	庞巧珠，陈晓慧，谢海群，梁计林，邢孔敏. 万宁小海海域重金属分布特征研究及其风险评价. 广西科学. 2024(03): 554-564 . 百度学术

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1 材料与方法
1.1 研究区域和样品采集
1.2 样品分析及质量控制
2 结果与讨论
2.1 理化参数特征
2.2 重金属时空分布特征
2.3 环境因子对重金属分布的影响
3 结论

广西铁山港及其近岸海域不同海洋功能区重金属污染特征研究

作者简介: 粟启仲（1989-），男，广西柳州人，硕士研究生，主要从事海洋环境监测与评价工作，E-mail：qizhongsu@163.com

通讯作者: 申友利，博士，主要从事海洋环境评价与模拟研究，E-mail：youli0131@126.com

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