楊東方,宋文鵬,陳生濤,郭軍輝,鄭 琳
(1.國家海洋局 北海環(huán)境監(jiān)測中心,山東 青島 266033;2.上海海洋大學 生命學院,上海 201306;3.濰坊泰興生物化工有限責任公司,山東 濰坊 261300)
As是自然界普遍存在的元素,環(huán)境中高濃度的As對生態(tài)系統(tǒng)影響巨大,可在食物鏈中傳遞,導致染色體異常和基因突變,并導致癌癥[1]。在環(huán)境保護中,作為重點檢測的物質(zhì)。
隨著城市化進程的加快和經(jīng)濟的持續(xù)高速發(fā)展,環(huán)境污染日益嚴重。重金屬As也是海洋重要污染物之一。由于As可以誘發(fā)人類癌癥[2],于是,在水體中的As越來越危害著人類的健康。因此,探討海洋中As的分布、質(zhì)量濃度以及特征等影響因素,對評價As的污染狀況以及水體的環(huán)境質(zhì)量有著重要的意義。
本研究根據(jù)1981年膠州灣的調(diào)查資料,分析了As在膠州灣海域的分布、質(zhì)量濃度狀況,為治理As污染的環(huán)境提供科學依據(jù)。
膠州灣位于山東半島南部,其地理位置為120°04′~120°23′E,35°58′~36°18′N 之間,以團島與薛家島連線為界,與黃海相通,面積約為446km2,平均水深約7m,是一個典型的半封閉型海灣。膠州灣入海的河流十幾條:其中徑流量和含沙量較大的為大沽河和洋河,青島市區(qū)的海泊河、李村河和婁山河等河流基本上無自身徑流,河道上游常年干涸,中、下游已成為市區(qū)工業(yè)廢水和生活污水的排污河,構(gòu)成了外源有機物質(zhì)和污染物的重要來源。
本研究所使用的調(diào)查數(shù)據(jù)由國家海洋局北海監(jiān)測中心提供。以1981-04調(diào)查的數(shù)據(jù)代表春季,以8月調(diào)查的數(shù)據(jù)代表夏季。在膠州灣水域設30個站位:A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8,B1,B2,B3,B4,B5,C1,C2,C3,C4,C5,C6,C7,C8,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8和D9站(圖1)。分別于1981年的4月、8月進行取樣,根據(jù)水深取水樣>10m時取表層和底層,<10m時只取表層。用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法進行測定[3]。該方法與國家的《海洋檢測規(guī)范》中測定As標準是一致的。
圖1 膠州灣調(diào)查站位Fig.1 Surveying stations in the Jiaozhou Bay
1981-04,As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.02~2.70μg/L。在C1,C4,C8,D1,D3站位水體中As的表層質(zhì)量濃度范圍為2.00~2.70μg/L,其中在D1站位As達到最高值2.70μg/L。As在膠州灣整個水域達到了國家一類海水水質(zhì)標準(20.00 μg/L);在8月,As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.00~2.66μg/L。在B1,C2,C4,C6,C7,D2,D3,D5,D6,D9站位水體中 As的表層質(zhì)量濃度范圍為2.00~2.66 μg/L,其中在D3站位As達到最高值2.66μg/L。As在膠州灣整個水域達到了國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L)。
4月份,水體中As質(zhì)量濃度的平均值達到1.55μg/L;在8月,水體中As質(zhì)量濃度的平均值為1.81μg/L。8月的As質(zhì)量濃度平均值要比4月的高。而且,8月的水體中As質(zhì)量濃度超過2.00μg/L的站位要比4月的多,這表明8月的As質(zhì)量濃度超過2.00 μg/L水體范圍要比4月的大。
春季,表層As質(zhì)量濃度的等值線(圖2),展示了以站位D1,D3站位為中心,形成了一系列不同梯度的半個同心圓。站位D1,D3位于海泊河的入??诮端?,以海泊河入海口為中心形成了As的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.70μg/L沿梯度降低。又展示了以站位C1,C4,C8為中心水域,站位C1位于李村河的入??诮端?,站位C4,C8位于北部灣近岸水域,也是婁山河的入??诮端?,以李村河和婁山河的入海口近岸水域為中心形成了As的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.06μg/L沿梯度降低。
夏季,表層As質(zhì)量濃度的等值線(圖3),展示了以站位D2,D3,D5,D6,D9站位為中心,形成了一系列不同梯度的半個同心圓。站位D2,D3位于海泊河的入??诮端颍院2春尤牒?跒橹行男纬闪薃s的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.66μg/L沿梯度降低;又展示了以站位C2,C4,C6,C7為中心水域,站位C2,C6位于李村河的入??诮端?,站位C4,C7位于北部灣近岸水域,也是婁山河的入??诮端颍岳畲搴雍蛫渖胶拥娜牒?诮端驗橹行男纬闪薃s的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.50μg/L沿梯度降低。在整個As的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度范圍為2.02~2.50μg/L;又展示了以站位B1為中心水域,站位B1位于大沽河的入??诮端?,以大沽河入??跒橹行男纬闪薃s的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.20μg/L沿梯度降低。
春季,底層As質(zhì)量濃度的等值線(圖4),展示了以海泊河入??跒橹行男纬闪薃s的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度2.40μg/L沿梯度降低。遠離海泊河入海口的近岸水域,到灣口水域,As質(zhì)量濃度都是下降的。
夏季,底層As質(zhì)量濃度的等值線(圖5),展示了以灣中心形成了As的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度從中心高質(zhì)量濃度1.80μg/L沿梯度降低。從灣中心到灣口水域,As質(zhì)量濃度都是下降的。
春、夏季,在A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8,B5,D5站位,得到了As在表、底層的質(zhì)量濃度值。在春季,As在表、底層的質(zhì)量濃度之差范圍為:-0.86~0.62μg/L(圖6)。在夏季,As在表、底層的質(zhì)量濃度之差范圍為:-0.38~0.36μg/L(圖7)。因此,As的表、底層質(zhì)量濃度都相近。在春季,As在表層質(zhì)量濃度中,A5,A6的表層質(zhì)量濃度比較高,而As在底層質(zhì)量濃度中,A7,D5的底層質(zhì)量濃度比較高。在夏季,As在表層質(zhì)量濃度中,A6的表層質(zhì)量濃度比較高,而As在底層質(zhì)量濃度中,B5的底層質(zhì)量濃度比較高。這樣,在海泊河的入??冢蚯把由?,遠離近岸水域,As在底層質(zhì)量濃度中比較高。而在灣口的近岸水域,As在表層質(zhì)量濃度中比較高。
在春季,整個膠州灣表層水體中As的表層質(zhì)量濃度為1.02~2.70μg/L。在夏季,表層水體中As的表層質(zhì)量濃度為1.00~2.66μg/L,8月海水中的As質(zhì)量濃度大部分高于4月的。在膠州灣水域設23個站位A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8,B1,B3,B4,B5,C2,C4,C6,C7,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8和D9中,以同樣的站位,作8月與4月的HCH質(zhì)量濃度的差,得到A1,A2,A5,A6,A7,C4站為負值-0.46~-0.04μg/L,其他站都為正值0.14~0.96μg/L。這表明在夏季,膠州灣的表層水體中As的表層質(zhì)量濃度幾乎都高于春季的。
在A1,A2,A3,A5,A6,A7,A8,B5站中,作8月與4月的As的底層質(zhì)量濃度的差,得到A1,A2,A3,A7站為負值-0.26~-0.40μg/L,其他站 A5,A6,A8,B5都為正值0.04~0.40μg/L。這表明在整個膠州灣的底層水體中,春季和夏季的As底層質(zhì)量濃度都沒有高低可分的。
在4月,As在膠州灣水體中的底層質(zhì)量濃度范圍為1.04~2.40μg/L。在8月,As在膠州灣水體中的底層質(zhì)量濃度范圍為1.00~1.80μg/L。這樣,在春、夏季,As的底層質(zhì)量濃度變化小于表層的。
圖2 4月表層As的分布(μg·L-1)Fig.2 Distribution of As in the surface water in April(μg·L-1)
圖7 8月表、底層As的質(zhì)量濃度(μg·L-1)Fig.7 Mass concentration of As both in the surface and the bottom water in August(μg·L-1)
4月份,As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.02~2.70μg/L;8月份,As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.00~2.66μg/L。As在膠州灣整個水域都達到了國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L),而且遠遠的優(yōu)于一類海水水質(zhì)標準。這表明在一年中,膠州灣整個水域都未受到As的污染。
春季,在海泊河、李村河和婁山河入??诮端?,都出現(xiàn)了在膠州灣水體中As的高質(zhì)量濃度區(qū)。夏季,在海泊河、李村河、婁山河和大沽河入海口近岸水域,也都出現(xiàn)了在膠州灣水體中As的高質(zhì)量濃度區(qū)。在這些As的高質(zhì)量濃度區(qū),As質(zhì)量濃度都大于2.00μg/L。這表明在膠州灣水域,As的質(zhì)量濃度來源于河流的輸送,其質(zhì)量濃度相對于國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L)是非常低的。
砷污染主要是工業(yè)三廢造成的。通常,空氣中砷的質(zhì)量濃度極微,很難檢測出來;土壤中砷的濃度為2~10ppm,地面水為10ppm左右[4]。一般來說,水中砷的污染來源主要有兩個方面:一是含砷金屬礦石的開采、焙燒以及冶煉過程中排放的含砷煙塵、廢水、廢氣、廢渣和礦渣等以各種形式隨著河流等流進海灣造成的污染;二是用含砷農(nóng)藥防治病蟲害,滲入地層再沉積在水中流進海灣造成污染。
由此可見,在膠州灣水域,As的低質(zhì)量濃度說明膠州灣周邊地區(qū)的土壤、水體也沒有受到As的污染。在膠州灣周邊地區(qū),也沒有建立有關含砷金屬礦石冶煉的工廠,也沒有使用含砷的農(nóng)藥。這樣使得膠州灣周邊河流的As質(zhì)量濃度相對于國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L)是非常得低。
根據(jù)As的底層水平分布,As通過河流被輸送到膠州灣水域。在春季,在海泊河入海口形成了As的底層高質(zhì)量濃度區(qū);在夏季,遠離海泊河入??诘慕端?,在灣中心形成了As的底層高質(zhì)量濃度區(qū)。這說明在春季,雨季才開始,河流的輸送能力比較弱,As就沉降到入??诘慕端蚝5?。在夏季,8月份處于雨季,降雨量顯著增加,河流處于汛期,河流的輸送能力比較強,As就沉降到灣中心水域海底。因此,在夏季,膠州灣的表層水體中As的表層質(zhì)量濃度幾乎都高于春季的。而在整個膠州灣的底層水體中,春季和夏季的As底層質(zhì)量濃度都沒有高低可分的。
根據(jù)As的表、底層垂直分布,As的表、底層質(zhì)量濃度都相近。并且在海泊河的入海口,向前延伸,遠離近岸水域,As在底層質(zhì)量濃度中比較高。而在灣口的近岸水域,As在表層質(zhì)量濃度中比較高。
在4月,As在膠州灣水體中的底層質(zhì)量濃度范圍為1.04~2.40μg/L。在8月,As在膠州灣水體中的底層質(zhì)量濃度范圍為1.00~1.80μg/L。這樣,在春、夏季,As的底層質(zhì)量濃度變化小于表層的。這也展示了水體效應[5]的作用。
1)在膠州灣水域,1981-04As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.02~2.70μg/L,底層質(zhì)量濃度范圍為1.04~2.40μg/L;在8月,As在膠州灣水體中的表層質(zhì)量濃度范圍為1.00~2.66μg/L,底層質(zhì)量濃度范圍為:1.00~1.80μg/L。這表明As在膠州灣整個水域都達到了國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L),而且遠遠的優(yōu)于一類海水水質(zhì)標準。因此,在一年中,膠州灣整個水域都未受到As的污染,只是有一些低質(zhì)量濃度的輸入。
2)在春、夏季,海泊河、李村河、婁山河和大沽河的入??诮端?,都出現(xiàn)了在膠州灣水體中As的高質(zhì)量濃度區(qū),其質(zhì)量濃度都大于2.00μg/L且小于2.70μg/L。因此,在一年中,在膠州灣水域,As的質(zhì)量濃度來源于河流的輸送,其質(zhì)量濃度相對于國家一類海水水質(zhì)標準(20.00μg/L)是非常低的,小于2.70μg/L。
3)在陸地遷移過程中,由于在膠州灣周邊地區(qū),沒有建立有關含砷金屬礦石冶煉的工廠,也沒有使用含砷的農(nóng)藥。這樣就沒有含砷煙塵、廢水、廢氣、廢渣和礦渣等以各種形式隨著河流等流進海灣,也沒有含砷的農(nóng)藥滲入地層再沉積在水中流進海灣。因此,在膠州灣周邊地區(qū)的土壤、水體沒有受到As的污染。這樣才使得膠州灣周邊河流的As質(zhì)量濃度非常的低。
4)在水域遷移過程中,As的表、底層質(zhì)量濃度都相近。并且在海泊河的入???,向前延伸,遠離近岸水域,As在底層質(zhì)量濃度中比較高。而在灣口的近岸水域,As在表層質(zhì)量濃度中比較高。在夏季,膠州灣的表層水體中As的表層質(zhì)量濃度幾乎都高于春季的。而在整個膠州灣的底層水體中,春季和夏季的As底層質(zhì)量濃度都沒有高低可分的。這揭示河流的輸送能力決定了底層質(zhì)量濃度的分布和表、底層的垂直分布,決定了底層較高質(zhì)量濃度的位置,也決定了表、底層較高質(zhì)量濃度的季節(jié)變化。
在1981年的1a中,膠州灣整個水域都未受到As的污染。砷的污染主要是含砷的工業(yè)三廢和含砷的農(nóng)藥使用造成的,這表明加強了對環(huán)境的保護,As就不會有污染。由于砷對人體有毒害作用,大量的殘留在環(huán)境中勢必給人類帶來災害,因此,減少砷的使用有助于環(huán)境的治理和保護。
[1] 潘澤民,劉開泰,楊磊,等.砷對細胞和生物作用的研究進展[J].環(huán)境與健康,2003,(3):184-186.
[2] IPCS.Enviromental Health Criteria 18Arsenic[M].Geneva:WHO,1981.
[3] ANDREAEM O.Arsenic speciation in seawater and interstitial waters:The influence of biologicalchemical interactions on the chemistry of a trace element[J].Limnology and Oceanography,1979,24:440-442.
[4] 張玉洋,蓋赫莉,程卉.砷污染及其防治[J].黑龍江環(huán)境通報,2000,24(2):83-84.
[5] 楊東方,高振會,黃宏,等.膠州灣水域有機農(nóng)藥六六六污染源及分布[J].海岸工程,2009,28(4):69-79.