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Journal of Tropical Oceanography >

2023 , Vol. 42 >Issue 2: 169 - 177

DOI: https://doi.org/10.11978/2022129

Marine Environmental Protection

Investigating the contents and sources of heavy metals in winter season in the Xisha waters of South China Sea*

  • DONG Hanying , 1 ,
  • SU Juan 1 ,
  • ZHOU Shengzhen 1 ,
  • LIANG Shaoxia 2 ,
  • CHEN Guanyu 2 ,
  • WANG Fan , 1, 3
Expand
  • 1. School of Atmospheric Sciences, Sun Yat-sen University, Guangzhou 519082, China
  • 2. PerkinElmer, Inc., Guangzhou 510370, China
  • 3. Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory (Zhuhai), Zhuhai 519082, China
WANG Fan. email:

Copy editor: YIN Bo

Received date: 2022-06-08

  Revised date: 2022-09-06

  Online published: 2022-09-14

Supported by

National Natural Science Foundation of China(U21A6001)

National Key Research and Development Program of China(2016YFC0402604)

Fold

Abstract

In order to investigate the contents and sources of heavy metals in the Xisha waters in the South China Sea, 24 seawater samples at six sites were collected in December of 2021. Vertical profiles of temperature, salinity, turbidity, dissolved oxygen, colored soluble organic matter and chlorophyll were determined by Conductivity-Temperature-Depth instrument. Inductively coupled plasma mass spectrometry was used to measure the contents of heavy metals in seawater samples, and the average Cu, Pb, Zn, Cd, Ni, Cr, As, Fe and Mn contents were 0.22~20.79 µg·L-1, n.d. (not detected) ~0.25 µg·L-1, 1.90~15.90 µg·L-1, 0.13~0.17 µg·L-1, 0.54~1.31 µg·L-1, 0.29~0.33 µg·L-1, 2.93~3.17 µg·L-1, 0.39~1.23 µg·L-1 and 0.35~1.14 µg·L-1, respectively; Hg was not detected. Only Cu or Zn contents in 5m-depth seawater at D2~D4 sites exceeded Class I requirement of National Seawater Quality Standard (GB 3097-1997), and the spatial distribution of heavy metals was influenced by terrestrial inputs, environmental factors and human activities. Principal component analysis indicated that the heavy metals in the Xisha waters are mainly from three sources: ship emission, terrestrial agricultural runoff, as well as terrestrial debris and industrial inputs. The measurements in this study are generally within the range of heavy metal contents previously reported in the South China Sea. However, compared with the background values of the South China Sea in 1998, the contents of Cu, Pb, Zn and Cd in surface seawater have increased by one order of magnitude, reflecting the impact of recent intense human activities in this region.

Key words： heavy metal; ship pollution; Xisha waters; source analysis

Cite this article

DONG Hanying , SU Juan , ZHOU Shengzhen , LIANG Shaoxia , CHEN Guanyu , WANG Fan . Investigating the contents and sources of heavy metals in winter season in the Xisha waters of South China Sea*[J]. Journal of Tropical Oceanography, 2023 , 42(2) : 169 -177 . DOI: 10.11978/2022129

西沙海域总面积50多万km2, 是我国主要的热带渔场(康霖, 2016); 毗邻我国经济最活跃和最具潜力的华南大陆沿海地区和海南岛, 工农业生产、渔业养殖、海岛开发及海上运输等活动日益增强, 可能造成海域水质污染(孙立广 等, 2005; 暨卫东, 2011)。重金属具有存留时间长及易被生物富集等特点, 海水中过量重金属会危及海洋生物生存, 甚至破坏海洋生态系统, 对海洋渔业产生不利影响(Bruland, 1983)。因此, 开展日益增强的人类活动影响下的西沙海域重金属质量浓度水平和来源分析研究对该区域的海洋生态安全评估及渔业可持续发展具有重要意义。
自20世纪90年代开始, 不少学者开展了包括西沙海域在内的南海海域重金属污染调查和风险评估等研究工作(Han et al, 2012; 彭加喜 等, 2014; 贺仕昌 等, 2020, 2021; Jian et al, 2021), 其中海水中重金属污染调查最多。霍文冕等(2002)和于涛(2003)利用 “南海海洋环境调查”计划, 分析了整个南海海域表层海水中重金属Cu、Pb、Zn、Cd的质量浓度, 结果表明早期南海海域各重金属的平均值均未超过国家一类海水水质标准, 接近世界大洋海水的浓度水平。而周静等(2007)发现西沙群岛附近表层海水中Cu、Hg、Zn、Cr、Mn、Fe、Cd和Co质量浓度均在国家一类海水水质标准范围内, 但Pb和Ni质量浓度在部分站位超标, 与海南岛近岸海水具有类似的分布特征。近年针对南海北部湾和三亚湾珊瑚生长区和西沙群岛岛礁区的研究也表明: 表层海水中Zn、Cr、As、Cu和Cd质量浓度均低于国家一类海水水质标准, 但部分站位的Pb、Hg超标(王璐 等, 2017; 杨华 等, 2017)。然而, 永兴岛海域表层海水的重金属综合污染指数远小于1.0, 仍属于清洁型(贺仕昌 等, 2021)。从以上研究可见, 受采样条件限制, 大多数学者关注的是表层(< 10m深度)海水中重金属质量浓度水平, 极少开展不同深度海水重金属分布特征研究。迄今为止, 西沙海域的重金属垂向分布特征尚未明确, 西沙海域海水中重金属的来源也缺少系统分析。
本研究采样区域由华南大陆近岸海域向西沙群岛最大岛屿永兴岛靠近, 沿程采集了不同深度水层的海水样品, 研究西沙海域中重金属的空间分布特征, 并分析温度、盐度、溶解氧等环境因子及人类活动对重金属分布规律的影响; 采用主成分分析等统计方法, 探究了南海东北部西沙海域重金属的来源。该研究将丰富西沙海域重金属质量浓度水平的基础数据, 为评价南海海水重金属污染状况提供支撑。

1 材料与方法

1.1 采样站位与时间

采样区域位于珠海市高栏港至西沙群岛永兴岛的沿线西沙海域(112°18′—113°15′E, 17°06′—21°54′N), 共布设6个采样站位(D1 ~ D6)(图1)。采样站位的选择综合考虑了海下地形结构和周边地理环境, 旨在考察由大陆向海岛水平和垂向梯度上海水中重金属质量浓度水平及来源变化。采样时间为2021年12月(冬季), 各站位周边除偶见渔船作业外, 无其他显著人为活动影响。
图1 西沙海域海水采样站位位置

该图基于国家测绘地理信息局标准地图服务网站下载的审图号为GS(2019)1821的标准地图制作, 底图无修改。图中黑色实心圆为采样站位位置, 红色五角星从北至南分别为高栏港、龙湾港和潭门港

Fig. 1 Seawater sampling sites in the Xisha waters. This map is based on the standard map with the review number of GS(2019)1821 downloaded from the website of National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation of China. Black solid circles denote sampling stations, and red stars denote the Gaolan Port, Longwan Port and Tanmen Port from north to south

1.2 样品采集

6个采样站位分水面以下5m、20m、50m、100m或200m 4个垂直深度, 按《海洋监测技术规范》(GB 17378.3-2007)(国家质量技术监督局, 2007)共采集海水样品24个, 其中5m海水由痕量金属级走航海水泵采集, 其他深度海水采用Sea Bird公司(美国) SBE55 ECO型采水器采集。采水器采样前进行充分自冲洗, 采样过程中尽量远离船体以避免船体污染的影响。采样用聚氯乙烯塑料瓶在实验室以20%硝酸溶液浸泡数天, 用自来水冲洗3次, 再用Millipore超纯水(电阻率18.2MΩ·cm-1)冲洗3次, 晾干备用。采样现场先用海水润洗采样瓶两次以上, 采集海水500mL。测定Hg的样品无需加酸固定, 测定其他重金属的样品每瓶加Fisher Chemical公司(美国)痕量金属级硝酸数滴至pH < 2 (pH试纸检验为深红色), 4℃冷藏保存, 运回实验室尽快分析。采样站位的垂直剖面温度、盐度、浊度、溶解氧、有色可溶性有机质和叶绿素质量浓度由Sea Bird公司SBE25 plus盐温深测量系统现场测定。

1.3 样品分析和质量保证

因样品中颗粒物质量浓度极低, 采用PerkinElmer公司(美国) NexION 1000G型电感耦合等离子体-质谱仪(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS), 直接测定不过滤水样中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn和Hg总量。在每6个样品中选取一个做加标回收试验, 回收率在92.1% ~ 100.3%, 样品5h稳定相对标准偏差在1.0% ~ 5.3%。以Ge 72 (IS)、Rh 103 (IS)、Re 185 (IS)作为内标元素补偿基体效应。试验用水为Millipore超纯水(电阻率18.2MΩ·cm-1), 硝酸为Fisher Chemical公司(美国)痕量金属级。分析测试在珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司广州实验室进行。

1.4 数据处理方法

各项数据进行正性检验和方差齐次检验, 通过正态与方差齐次检验的数据进行单因素方差分析以评估组间差异的显著性, 未通过正态或方差齐次检验的数据进行克鲁斯卡尔-沃利斯检验以评估组间差异的显著性。Spearman相关分析被用于确定各重金属与环境因子间的相关性。主成分分析前首先进行KMO (Kaiser-Meyer-Olkin)检验和Bartlett球度检验, 当KMO值> 0.5, Bartlett球度检验相伴概率< 0.001时可采用主成分分析法。统计分析均利用SPSS 26.0进行。

2 结果与讨论

2.1 海水中重金属质量浓度及其空间分布特征

6个采样站位不同深度水层海水中重金属质量浓度见表1。海水中Cu、Pb、Zn、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn质量浓度的平均值范围分别为0.22 ~ 20.79µg·L-1、未检出~ 0.25µg·L-1、1.90 ~ 15.90µg·L-1、0.13 ~ 0.17µg·L-1、0.54 ~ 1.31µg·L-1、0.29 ~ 0.33µg·L-1、2.93 ~ 3.17µg·L-1、0.39 ~ 1.23µg·L-1、0.35 ~ 1.14µg·L-1, Hg在各站位均未检出。根据全国海洋功能规划, 该采样海域主要为农渔业区, 应执行国家一类海水水质标准。对照海水水质标准(GB 3097-1997)(国家环境保护局, 1998), Cu质量浓度在站位D2、D3、D4超过一类标准, Zn质量浓度在站位D3和D4超过一类标准, 其他重金属质量浓度均符合一类标准。该采样海域的重金属质量浓度显著高于开放大洋, 反映了近岸海水重金属质量浓度水平, 但整体上低于我国渤海、黄海、东海近岸海域的重金属质量浓度(Bruland, 1983; 陈敏, 2009; 暨卫东, 2011)。
表1 各站位海水重金属质量浓度及海水水质标准(GB 3097-1997)(单位: µg·L-1)

Tab. 1 Heavy metal contents in the seawater from six sampling sites and National Seawater Quality Standard (GB 3097-1997)

观测站位 采样深度/m Cu Pb Zn Cd Ni Cr As Hg Fe Mn


D1		 20 0.24 n.d. 0.57 0.15 0.53 0.35 2.97 n.d. 0.63 0.50
50 0.23 n.d. 4.26 0.12 0.37 0.29 3.10 n.d. 0.94 0.33
100 0.20 n.d. 1.29 0.14 0.32 0.32 3.11 n.d. 0.32 0.24
200 0.20 n.d. 4.10 0.21 3.99 0.36 3.50 n.d. 0.55 0.31
平均值 0.22 n.d. 2.55 0.16 1.31 0.33 3.17 n.d. 0.61 0.35


D2		 5 5.32 0.54 9.95 0.08 0.47 0.34 2.81 n.d. 1.53 0.79
50 0.31 n.d. 2.13 0.13 0.38 0.28 2.84 n.d. 0.38 0.32
100 0.24 n.d. 1.19 0.14 0.31 0.30 3.07 n.d. 0.29 0.21
200 0.25 0.03 1.25 0.24 3.28 0.33 3.61 n.d. 0.64 0.40
平均值 1.53 0.14 3.63 0.15 1.11 0.31 3.08 n.d. 0.71 0.43


D3		 5 82.35 0.98 59.61 0.14 2.88 0.34 2.77 n.d. 1.22 1.06
50 0.32 n.d. 1.69 0.14 0.31 0.27 2.72 n.d. 0.26 0.28
100 0.23 n.d. 0.85 0.15 0.29 0.27 3.05 n.d. 0.21 0.29
200 0.25 n.d. 1.45 0.23 1.72 0.27 3.74 n.d. 0.44 0.56
平均值 20.79 0.25 15.90 0.16 1.30 0.29 3.07 n.d. 0.53 0.55


D4		 5 19.49 0.26 28.97 0.14 1.12 0.44 2.67 n.d. 4.19 3.44
50 0.26 n.d. 0.70 0.16 0.29 0.26 2.71 n.d. 0.10 0.36
100 0.21 n.d. 0.68 0.13 0.25 0.29 2.89 n.d. 0.21 0.30
200 0.30 n.d. 1.09 0.24 1.54 0.34 3.47 n.d. 0.42 0.46
平均值 5.06 0.07 7.86 0.17 0.80 0.33 2.93 n.d. 1.23 1.14


D5		 5 3.27 0.09 4.50 0.07 0.33 0.39 2.59 n.d. 0.90 0.49
50 0.22 n.d. 1.29 0.10 0.28 0.25 2.69 n.d. 0.20 0.36
100 0.25 n.d. 1.00 0.12 0.37 0.34 3.19 n.d. 0.36 0.34
200 0.27 n.d. 1.37 0.23 1.20 0.29 3.95 n.d. 0.33 0.34
平均值 1.01 0.02 2.04 0.13 0.54 0.31 3.11 n.d. 0.45 0.38


D6		 5 2.12 0.03 4.22 0.10 2.76 0.34 2.83 n.d. 0.79 0.86
50 0.27 n.d. 1.00 0.10 0.30 0.25 2.68 n.d. 0.17 0.37
100 0.22 n.d. 0.96 0.12 0.32 0.32 2.98 n.d. 0.26 0.25
200 0.21 n.d. 1.40 0.24 0.91 0.30 3.57 n.d. 0.35 0.45
平均值 0.71 0.01 1.90 0.14 1.07 0.30 3.02 n.d. 0.39 0.48
海水水质标准
(GB 3097-1997)		 一类 5 1 20 1 5 50 20 0.05 n.a. n.a.
二类 10 5 50 5 10 100 30 0.20 n.a. n.a.
三类 50 10 100 10 20 200 50 0.20 n.a. n.a.
四类 50 50 500 10 50 500 50 0.50 n.a. n.a.

注: n.d.表示未检出; n.a.表示未报道

2.1.1 大陆-海岛水平梯度上站位差异

总体而言, 各重金属质量浓度在不同站位间无统计学上显著性差异(p > 0.05), 但站位D3和D4的5m层海水中Cu、Zn质量浓度明显高于其他站位约一个数量级, 而6个站位的50m、100m和200m层海水中Cu、Zn质量浓度均相近。站位D3和D4的5m层海水中高Cu、Zn质量浓度一方面可能是因为在冬季东北季风时期海南岛近海重金属污染物受海流偏转作用的影响(李荣凤 等, 1994; 赵德 等, 2022)扩散至此, 这与周静等(2007)发现一致; 另一方面是因为这两个站位临近自海南岛琼海市潭门港和龙湾港向西沙、中沙和南沙补给的航道上, 5m层海水易受航行船舶的污染(霍文冕 等, 2002; 杨华 等, 2017), 但由于海水在水平和垂直方向上的混合作用, 深层海水中重金属质量浓度显著降低。而距离华南大陆最近的D1站位(水深约200m), 50m层以下的海水中Zn质量浓度最高, 可能与近岸沉积物中Zn质量浓度较高有关(Han et al, 2012; Liu et al, 2022)。

2.1.2 垂向分布特征

D2 ~ D6站位的5m层海水中Cu、Zn、Pb、Fe和Mn质量浓度明显高于其他深度层海水中质量浓度, Cr和As的垂直分布较均一, Ni在各站位垂向分布表现不同; 所有站位的50m和100m层海水中重金属质量浓度无统计学上显著性差异(p > 0.05), 但在200m层与50m层或100m层海水中重金属质量浓度之间有统计学上显著性差异(p < 0.05)。
天然海水中的重金属垂向分布通常受洋流运动、温度、盐度、溶解氧等海洋动力及环境因子的影响(Bruland, 1983)。6个采样站位不同深度水层海水样品的环境因子参数见表2。本采样时段各站位海水的平均水温范围为21.60 ~ 22.78℃, 盐度为34.06‰ ~ 34.18‰, 各站位上层海水温暖而盐度低, 下层海水寒冷而盐度高, 温度和盐度跃层均发生在深度100m左右。温盐跃层上方和下方水层海水中重金属质量浓度有显著性差异, 是由于温盐跃层导致海水垂直方向上的混合作用非常缓慢。海水中浊度、溶解氧和叶绿素质量浓度两两极显著正相关(R2 > 0.7, p < 0.001), 这3个环境因子通常与浮游植物初级生产力正相关(Hayward et al, 1982; 黄以琛 等, 2008; 暨卫东, 2011)。海水中Cd、Ni和As质量浓度与浊度、溶解氧和叶绿素质量浓度均呈显著负相关(p < 0.01), 可能与Cd、Ni和As 3种金属的生物有效性有关, 垂向分布因而受浮游植物利用的影响(Bruland, 1983; 陈敏, 2009)。海水中Fe和Mn质量浓度与有色可溶性有机质显著正相关(p < 0.05), 可能是由于Fe和Mn与有色可溶性有机质存在络合作用(Nagai et al, 2004)。
表2 各站位海水环境因子参数

Tab. 2 Environmental factors of seawater at the six sampling sites

观测站位 采样深度/m 水温/℃ 盐度/‰ 浊度/NTU 溶解氧/
(mg·L-1)		 有色可溶性有机质 质量浓度/(μg·L-1) 叶绿素质量浓度/(µg·L-1)


D1		 20 25.72 33.75 0.061 6.47 222.88 0.355
50 25.72 33.77 0.067 6.46 170.02 0.330
100 23.58 34.30 0.060 5.62 80.98 0.209
200 15.76 34.60 0.041 4.69 9.23 0.048
平均值 22.70 34.11 0.057 5.81 120.78 0.236


D2		 5 25.95 33.66 0.067 9.38 161.99 0.295
50 25.92 33.66 0.067 6.53 74.79 0.331
100 22.95 34.37 0.054 5.45 9.23 0.197
200 14.50 34.55 0.048 4.58 9.23 0.053
平均值 22.33 34.06 0.059 6.49 63.81 0.219


D3		 5 25.95 33.86 0.067 6.52 9.23 0.417
50 25.71 33.86 0.077 6.53 9.23 0.429
100 22.31 34.40 0.061 5.15 9.22 0.247
200 15.75 34.59 0.048 4.59 9.23 0.054
平均值 22.43 34.18 0.063 5.70 9.23 0.286


D4		 5m 25.77 33.78 0.067 6.53 191.11 0.208
50m 25.77 33.80 0.073 6.53 104.82 0.258
100m 24.11 34.26 0.062 5.85 16.24 0.236
200m 15.41 34.58 0.054 4.24 9.23 0.052
平均值 22.76 34.11 0.064 5.79 80.34 0.189


D5		 5m 25.31 33.97 0.077 6.66 286.25 0.164
50m 25.27 33.97 0.072 6.61 186.06 0.367
100m 25.27 33.98 0.083 6.57 104.54 0.355
200m 15.65 34.58 0.042 3.94 9.22 0.053
平均值 22.78 34.12 0.069 5.95 146.52 0.235


D6		 5m 26.32 33.59 0.061 4.24 108.22 0.139
50m 26.01 33.65 0.077 6.39 9.20 0.439
100m 19.94 34.56 0.060 4.49 9.23 0.184
200m 14.12 34.53 0.042 4.17 9.23 0.052
平均值 21.60 34.08 0.060 4.82 33.96 0.204
此外, 西沙海域周边日益增强的人类活动和生物作用对海水中重金属垂向分布规律也有着重要影响。天然海水中Cu、Zn、Cd和Ni的垂直分布通常类似于营养盐而呈现表层低深层高的特点, 主要是由于Cu、Zn、Cd和Ni在表层会被浮游生物吸收, 而当浮游生物死亡后部分重金属元素会在中层或深层水体中发生颗粒沉降和分解而呈现极大值(Bruland, 1983; Liu et al, 2022)。然而, D2 ~ D6站位5m层海水中的Cu和Zn质量浓度远高于其他深度层海水中Cu和Zn质量浓度, 超出生物作用影响的范围而可能归因于周边日益增强的人类活动影响。D2 ~ D6站位的Pb、Fe和Mn也呈现明显的表面富集型特点, 与天然海水水体中Pb和Mn垂直分布特征一致, 可能是由于供给源的输入(大气沉降或陆源河流输送)主要发生在表层或次表层。海洋生物的生物还原作用通常会导致Cr(Ⅲ)和As(Ⅲ)在海水表层或次表层富集(Bruland, 1983; 陈敏, 2009), 但本研究未对金属价态进行区分, Cr和As总质量浓度在各深度上相对一致。

2.2 海水中重金属来源分析

本文结合主成分分析和相关系数分析方法对西沙群岛海水重金属来源进行推测分析。主成分分析得到的各重金属的前3个主成分载荷值如表3所示, 这3个主成分的方差贡献率分别为47.4%、24.6%和16.1%, 累计方差贡献率为88.1% (> 85%)。
表3 各重金属的主成分载荷值

Tab. 3 Loads of principle components for each heavy metal

重金属 成分
第一主成分(F1) 第二主成分(F2) 第三主成分(F3)
Cu 0.820 0.100 -0.535
Pb 0.843 0.005 -0.451
Zn 0.922 0.083 -0.347
Cd -0.232 0.906 0.030
Ni 0.333 0.767 -0.098
Cr 0.674 0.176 0.520
As -0.366 0.869 0.053
Fe 0.811 -0.014 0.540
Mn 0.791 0.004 0.517
第一主成分在Cu、Pb、Zn上有较高的正载荷, 且Cu、Pb、Zn两两间具有极显著的正相关性(p < 0.01), 表明其来源或赋存状态有很大的相似性。Cu、Zn质量浓度在部分站位的表层海水中远超过海水水质一类标准, 表明可能受到了污染。海水中Cu和Zn的重要污染源为船舶防污漆, 船舶的侵蚀使得船舶运输和作业中会释放Cu和Zn (Matthiessen et al, 1999; Tian et al, 2017; 王璐 等, 2017)。研究区域内渔船及旅游业游船通行较多, 船舶在航行过程中排放的油污废水等也可能造成Pb污染(Essoka et al, 2006; 谭趣孜 等, 2011)。因此, 第一主成分主要为船舶排放源。
第二主成分在Cd、Ni和As上有较高的正载荷, Cd与As呈极显著正相关(p < 0.001), Ni与Cd、As也具有一定的相关性。As主要存在于农药、化肥等有机化合物中, Cd也是矿物复合肥如磷肥的主要成分(贺仕昌 等, 2021), 因此As和Cd可能来自于华南大陆和海南岛的农业径流。虽然Cd与As也是西沙群岛鸟粪土沉积物的重要组成元素(孙立广 等, 2005), 但并未观察到西沙群岛附近D6站位的海水中存在显著较高Cd与As质量浓度, 鸟粪土淋失的贡献相对可忽略。因此, 第二主成分表征为陆源农业径流源。
第三主成分在Cr、Fe、Mn上有较高的正载荷, Cr、Fe、Mn两两间具有显著的正相关性(p < 0.05)。陆地花岗岩风化土壤是近岸海域Fe和Mn的主要输入来源之一(Behrenfeld et al, 1999), Cr主要来源于采矿、电镀、炼钢等工业活动(陈斌 等, 2021)。因此, 第三主成分表征为陆源碎屑和工业生产排放源。
综上分析, 本研究中的Cu、Zn和Pb主要受主成分1支配, 主要污染来源是船舶排放; Cd、As主要受主成分2支配, 表明主要来源是陆源农业径流; Ni主要受主成分1和2支配, 表明主要来源是船舶排放和陆源农业径流; Fe、Mn和Cr主要受主成分1和3支配, 表明主要来源是船舶排放及陆源碎屑和工业生产排放。

2.3 与同地区其他研究比较

南海海域(不含华南大陆近岸区域)重金属质量浓度水平的已有调查数据按时间先后顺序列于表4。本研究的Cu质量浓度最大值远高于先前报道值, 而其他重金属质量浓度均在已有报道值范围内。与1998年南海海域重金属背景值(于涛, 2003)相比较, 后续调查及本研究的表层海水中Cu、Pb、Zn、Cd质量浓度要高1 ~ 2个数量级, 有可能反映了西沙海域日益增强的人类活动影响。
表4 本研究与南海海域已有海水重金属质量浓度(单位: µg·L-1)研究的比较

Tab. 4 Comparison with previous studies on the seawater heavy metal in South China Sea

研究海域 海水 层位 采样
时间		 Cu Pb Zn Cd Ni Cr As Hg Fe Mn 参考文献
南海海域背景值 表层<10m 1998年6月和
11月		 0.014~0.41 0.006~0.27 0.013~0.35 0.001~0.072 n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. n.a. 于涛(2003)
西沙海域 表层5m 2004年 0.87~4.33 0.79~3.89 0.41~1.44 0.01~1.00 2.09~8.46 0.05~0.23 n.d.~0.02 0.20~1.50 0.67~0.99 周静等(2007)
南海中南部海域 0m、200m、500m 2010年秋季 0.244~2.61 0.026~10.2 1.00~139 0.037~
0.909		 n.a. 0.314~0.908 0.032~3.46 n.a. n.a. n.a. 李景喜等(2013)
北部湾和三亚湾
珊瑚生长区		 表层2~10m 2015年8—10月 0.40~1.52 0.12~3.06 3.25~14.67 n.d.~ 0.55 n.a. 0.58~1.24 0.51~1.93 0.013~0.14 n.a. n.a. 杨华等(2017)
中沙和西沙岛礁区 表层 2015年夏 n.d.~4.119 n.d.~4.904 0.284~6.976 0.005~0.138 n.a. n.d.~0.589 0.041~0.553 n.a. n.a. n.a. 王璐等(2017)
七连屿海域 表层 2017年8月 0.13~0.66 0.13~3.82 3.3~14.0 0.011~0.399 n.a. 0.7~1.4 n.d.~ 1.7 n.d.~0.029 n.a. n.a. 贺仕昌等(2020)
永兴岛海域 表层 2020年5月 0.40 0.36 3.1 0.04 n.a. 0.03 1.7 0.014 n.a. n.a. 贺仕昌等(2021)
西沙海域海水 5m或20m、50m、
100m、200m		 2021年12月 0.195~82.34 n.d.~0.98 0.565~59.61 0.065~0.24 0.248~3.99 0.245~0.44 2.593~3.94 n.d. 0.098~4.19 0.21~3.44 本研究

注: n.d.表示未检出; n.a.表示未报道

3 结论

本研究结果丰富了南海西沙海域生态环境现状调查资料, 探讨了该海域内重金属质量浓度水平、分布特征及来源, 是揭示西沙乃至南海海域重金属污染的区域特征及迁移机制的重要研究基础。主要结论为: 1) 本研究西沙海域部分站位的5m层海水中Cu、Zn质量浓度超过国家海水水质一类标准, 其他重金属Pb、Cd、Ni、Cr、As、Fe、Mn均符合一类标准, 西沙海域海水质量整体优良, 未受到明显重金属污染危害; 2) 研究范围内重金属空间分布特征主要受环境因子、生物作用和人类活动的影响, 例如Cd、Ni和As质量浓度的垂向分布可能受海洋生物利用的影响, 表现为表层低而深层高的特点; 而Cu、Pb、Zn、Fe和Mn则受人类活动的影响较大, 具有明显的表面富集特点; 3) 主成分分析表明西沙海域海水中重金属的3类主要来源为船舶排放、陆源农业径流、陆源碎屑和工业生产排放; 4) 与南海海域前人研究结果比较, 西沙海域表层海水中部分重金属的质量浓度有数量级的升高, 反映了近年来区域人类活动进程对该海域重金属污染的影响, 值得引起重视。

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