秦皇岛近岸爆发褐潮重金属分布研究

    曾思宁　张勇　李欣阳　石伟杰　陈燕

    

    

    

    摘要：2009年以来秦皇岛海域爆发褐潮，赤潮种是抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens），2017年8月对秦皇岛北戴河海域进行了海域调查，探讨和分析了秦皇岛海域抑食金球藻赤潮爆发期间的海水环境因子，主要分析海水重金属分布特征，并对环境因子进行了相关影响分析。赤潮期间整个调查海域大部分区域重金属含量符合海水一类水质标准。褐潮爆发区域海水中的重金属含量较其他海域偏高。

    關键词：抑食金球藻（Aureococcus anophagefferens）;重金属;秦皇岛

    1985年夏天，美国东部纳拉甘西特湾、罗得岛等地爆发褐潮，人们发现褐潮发生的原因是海水中存在的一种抑食金球藻（Aureococcus ophagefferens），后来抑食金球藻褐潮向南蔓延到新泽西州、马里兰州[1-2]等。

    2009年开始河北省秦皇岛市近岸海域爆发了褐潮，爆发时间在6-8月，水色异常区域最大自辽宁绥中沿岸至唐山市大清河口，最大面积约34万hm2[3-10]。褐潮爆发期间海水颜色呈酱油色，秦皇岛和唐山沿海养殖的扇贝出现生长停滞、甚至死亡等现象，给秦皇岛北戴河旅游业和养殖业带来了数亿计的损失，后赤潮种被学者确定为与美国东海岸爆发的赤潮种一样均为抑食金球藻。

    抑食金球藻是一种微藻，微藻是水域中的生产力主要贡献者， 海洋微藻是海洋食物链的基础。贝类、甲壳类等水产经济动物主要以海水中的微藻为食。近年来海水污染问题愈演愈烈，海水中重金属的含量超标严重，重金属对海水的微藻影响敏感，重金属离子通过海水生物食物链最终富集在人体内，对人体健康造成危害，因此重金属离子在海水中的含量变化引起了海内外学者进行大量的研究[11]。

    研究重金属胁迫对海洋微藻毒性效应已有较多的报道[12-15]。天然状态下的海水中重金属含量都相对较少，且是以微量元素存在，并不会对海水中动植物产生影响，但是工业污水和生活污水的排放，使海水中重金属含量不断升高。一般研究表明重金属能对微藻的种群增长有较明显的作用，低浓度的重金属胁迫能刺激微藻的种群生长，高浓度的重金属胁迫则有效抑制微藻种群生长，我们称这种抑制作用叫做Hormesis效应[16-19]。

    近年来我国对秦皇岛海域出现的抑食金球藻造成的有害藻华进行了很多研究，主要集中于其生理生化方面以及其对生态环境的影响[20-22]，但微量重金属是否对抑食金球藻有影响还鲜有研究。本文分析褐潮发生期海域理化因子分布特征及重金属的变化特征，以期为重金属对抑食金球藻的生长影响提供基础依据。

    1方法

    1.1外业采样

    2017年8月在秦皇岛附近海域经纬度（39°7′～39°9′N，119°4′～119°7′E）进行海上调查。共布设20个调查站位（图1）。站位覆盖了褐潮发生区域。

    1.2分析方法

    使用翻盖式采水器采集海水水样。每个站位采集表层水，带回实验室过滤，根据海洋监测规范[23]、海洋监测技术规程[24]测定海水中水温、盐度、营养盐、重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Fe、Mn）。

    1.3数据处理与分析

    数据统计过程使用SPSS 22.0完成，等值线图使用Surfer 16.0软件制作。柱状图使用Origin 2019完成。

    2结果与分析

    2.1水文因子分布特征

    8月调查海域的水文因子平面分布图（图2），8月表层海水温度的变化范围为27.2～35.0 ℃，平均值为28.3 ℃。8月份海域表层盐度变化范围是29.31‰～31.79‰。

    结果表明近岸盐度小于远岸，近岸水温高于远岸水温，主要是受入海淡水影响，附近主要河流有洋河、人造河、大蒲河等入海河流。

    2.2秦皇岛海域重金属总量平面分布特征

    对调查海域重金属（As、Cd、Cr、Pb、Cu、Zn、Hg、Mn Fe）平面分布如图3所示。

    如图3所示，调查海域重金属分布相对较均匀，砷在调查海域的北戴河南部近岸和中部海域出现高值区;镉在调查海域的中部近岸出现高值区;铬在调查海域中部近岸和北部近岸出现高值区;铅在调查海域的北部近岸和中部远岸出现高值区;铜和锌均在调查海域的东部近岸和中部近岸出现高值区;汞在北部和南部出现高值区;锰和铁均在调查海域的中部出现高值区。

    综上所述，秦皇岛近岸在抑食金球藻含量较高的海域（调查海域的中部和北部）重金属含量较其他海域偏高，重金属含量都在水质标准内，变化范围均不大。

    2.3秦皇岛海域无机氮和无机磷总量平面分布特征

    由于陆源污染物入海的原因，调查海域的无机磷和无机氮数值近岸大于远岸，平面分布情况区别不大（图4）。

    2.4秦皇岛海域水质评价标准

    海水水质评价采用单因子污染指数法进行评价（表1）。

    Pi=Ci/Cio

    式中：Pi为某污染因子的污染指数，即单因子污染指数;Ci为某污染因子的实测浓度;Cio为某污染因子的评价标准。

    凡是单因子指数≤1，为该站位水体没有遭受该要素污染，>1者为遭受污染，该值的大小代表了受到污染的程度。

    海水水质评价标准采用海水水质标准GB 3097-1997[25]（表2）。

    对调查海域的重金属、DIN、DIP水质评价（图5），全部符合海水水质二类标准，有40%的站位汞和锌超出一类水质标准，5%的站位铅超出一类水质标准，但符合二类水质标准。

    2.5秦皇岛海域环境影响因素的相关性分析

    海域叶绿素a含量变化主要受光照、营养盐因子影响，也受径流量、潮汐变化、温度和盐度变化的影响，与海区浮游植物群落组成同样有密切关系。根据相关研究浮游植物的丰度随纬度升高而减小，随温度升高而增加。

    为了研究影响抑食金球藻发生赤潮期间海水理化因子的因素，对整个调查海域8月的总叶绿素a、温度、盐度、溶解氧、无机氮、无机磷和重金属等环境因子进行了相关性分析 （表3）。结果表明海水中的重金属与环境因子之间的关系并不相同。

    水温与重金属铬呈现显著正相关（P<0.05）;叶绿素a与重金属锰呈现显著负相关（P<0.05），与重金属铬呈现显著负相关（P<0.01）;DIN与重金属铬呈现显著负相关（P<0.05）;DIP与重金属锰、铬、汞呈现显著正相关（P<0.05）。表32017年8月调查海域重金属与环境因子相关性分析

    因子温度 盐度 pH值 Chl.a DINDIP Mn0.096-0.044-0.023-0.483*-0.3640.463*Fe0.218-0.2530.0160.1480.064-0.277Cu-0.032-0.141-0.081-0.171-0.0520.107Zn-0.060-0.122-0.311-0.2350.1040.132Cr0.458*-0.0780.091-0.581**-0.544*0.529*Hg0.4090.1980.318-0.460*-0.4220.517*Cd0.023-0.036-0.091-0.150-0.0490.016As0.0370.0700.080-0.316-0.3520.288Pb0.0540.0760.086-0.250-0.2600.172注：*表示在0.05水平（双侧）上显著相关，**表示在 0.01 水平（双侧）上显著相关

    根据近几年相关调查研究，此海域的营养盐数值较河北其他海域偏低，也有相关研究表明，微藻在寡营养盐的海域更易繁殖，这也可能是秦皇岛微微型浮游植物爆发褐潮的原因之一。

    3讨论

    褐潮形成的原因包含水温、盐度、营养盐等，重金属对褐潮的形成也起到了一定的作用。藻类生长发育过程离不开重金属离子，其在藻类的光合、呼吸作用和蛋白质与核酸合成等代谢过程中发挥着重要的作用。一般来讲，低浓度的金属离子促进藻细胞生长，高浓度金属离子抑制藻细胞生长。

    本文研究了此海域重金属浓度和水文、营养盐、pH、盐度、DIN、DIP等参数的相关性，发现除金属铬和锰与它们有显著相关性，其他元素与参数均不相关。

    调查海域的中部和北部褐潮浓度较高[3-10]，我们发现2017年此海域重金属含量较其他海域偏高，但重金属含量都在一类水质标准内，此海域重金属含量几年内较稳定[3-10]，对于高浓度的重金属对抑食金球藻的生长影响只能通过实验室内开展。

    本文研究褐潮發生期间海水中重金属的含量分布，对于找出可能胁迫抑食金球藻等微藻的重金属元素有重要的基础研究意义。

    参考文献：

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    [25] 国家环境保护局.海水水质标准：GB 3097-1997[S].北京：国家环境保护局，1997.

    Distribution of heavy metal in the brown tide near the coast of Qinhuangdao

    ZENG Sining1，2， ZHANG Yong2， LI Xinyang2， SHI Weijie2，CHEN Yan2

    （1.Ocean College of Hebei Agricultural University， Qinhuangdao 066002，China;2.Qinhuangdao Marine Environment Monitoring Central Station， SOA， Qinhuangdao 066002， China）

    Abstract：The brown tide occurred during August 2017 in the Beidaihe sea of Qinhuangdao， The brown tide species was later confirmed to be Aureococcus anophagefferens.Investigation was conducted on the Beidaihe sea of Qinhuangdao. The seawater environmental factors during the brown tide in the Qinhuangdao Sea area were discussed and analyzed. The distribution characteristics of seawater heavy metals were analyzed. The related environmental factors were analyzed. During the brown tide period， most of the heavy metals in the surveyed sea area met the first-grade seawater quality standard， and the heavy metal levels in seawater in the brown tide outbreak area were higher than those in other sea areas.

    Key words：Aureococcus anophagefferens;heavy metals; Qinhuangdao

    （收稿日期：2020-10-12;修回日期：2020-10-27）

    基金項目：自然资源部北海局海洋科技项目（2016B20、202014）。

    作者简介：曾思宁（1993-），男，硕士，研究方向：渔业资源。Email：superzsn@163.com。

    通信作者：张勇（1989-），男，工程师，硕士，研究方向：海洋环境污染监测与评价。E-mail：373470260@qq.com。

    DOI：10.3969/j.issn.1004-6755.2021.03.004