（环境科学专业论文）不同环境因子条件下重金属铬Ⅵ对四种淡水藻种的毒性效应.pdf

南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任 何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的 研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文 原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名：赵娜2 0 1 0 年0 5 月2 6 日 非公开学位论文标注说明 根据南开大学有关规定，非公开学位论文须经指导教师同意、作者本人申请 和相关部门批准方能标注。未经批准的均为公开学位论文，公开学位论文本说明 为空白。 论文题目 申请密级 口限制( 2 年)口秘密( 1 0 年)口机密( 2 0 年) 保密期限 2 0 年月日至2 0年月 日 审批表编号批准日期 2 0 年月日 限制2 年( 最长2 年，可少于2 年) 秘密l o 年( 最长= 5 年，可少于5 年) 机密2 0 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 摘要 摘要 随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民生活水平逐步提高，工业化 和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水排放量也相应增加，对于一个干 旱缺水严重的国家，这更加加剧了我国水资源的短缺和水环境的污染问题。这 就迫切要求制定科学的水环境质量标准，对我国水生态系统实施合理的管理。 迄今为止，我国还未系统地组织开展过环境基准的理论研究，目前我国的水环 境质量标准主要是参考国外的相关标准，或者只是根据我国水体的主要使用功 能为依据制定，难以符合我国实际的流域区域性水生念环境的特征，因此，如 何不断完善和发展我国的水质标准体系，已成为我国水环境管理中亟待解决的 关键问题。由于水生态体系的局域性特征如水文条件、气候、群落的生态机构 等多种因素都会影响污染物在水环境中的物理、化学和生物过程，因而可能导 致不同的生态效应。而且水生生物种群具有地域性，不同生态系统的代表性物 种可能不同，因此其他国家地区的水质基准无法准确反映我国水生生物保护的 要求。在制定我国水环境基准时，针对我国水体特征，开展环境因子、生物群 落对污染物毒性影响的研究具有十分重要的意义。 本论文研究了不同环境条件下，重金属铬( v i ) 对四种淡水藻种的毒性效 应，同时研究了铬( v i ) 对几种藻混合培养时的毒性，为研究重金属对藻类的 毒性效应、环境因子和生物群落对重金属毒性的影响提供参考依据，为我国制 定水环境质量标准和基准的工作提供基础资料。 本论文选取典型重金属污染物铬( v i ) 为毒物，按照o e c d 一2 0 1 藻类抑制 实验指南，以7 2h 藻生物量为测试终点，研究在不同环境因子p h 和温度条件下， 藻类生长情况的差别，铬( ) 对典型浮游植物绿藻小球藻、斜生栅藻和四尾 栅藻和蓝藻铜绿微囊藻的毒性效应，以及铬( v i ) 对几种藻混合培养时的毒性 效应。结果表明在本实验条件下，小球藻的最适p h = 7 0 ，斜生栅藻、四尾栅藻 和铜绿微囊藻的最适p h = 9 0 ；四种藻最适温度都为2 5 ，可见各种藻在不同p h 和温度条件下生长情况不同，所适应的环境条件不同。铬( ) 在四种藻的最 适p h 条件下的毒性最小；随着温度的增大，铬( v i ) 对三种绿藻的毒性逐渐减 小，而对蓝藻铜绿微囊藻的毒性逐渐增大，可能是由于藻种的差异导致。可见， 摘要 环境因子p h 和温度与重金属铬( ) 存在交互作用，共同影响藻类的生长。铬 ( ) 对斜生栅藻、四尾栅藻和铜绿微囊藻混合培养时的毒性要大于单独培养 的，多种藻之间的相互作用会影响铬( v i ) 的毒性效应，且铬( v i ) 对藻种之 间的作用也有影响。 根据本实验结果，环境因子对污染物的毒性有影响，因此，要开展针对我国 水生态区域特征的研究。我国幅员辽阔，不同的水生态区系具有不同的生态特 征，要考虑到水质状况随季节变化的波动情况，开展种群、群落水平的研究工 作，制定科学合理的水质量标准和基准。 关键词：铬( v i ) 小球藻斜生栅藻四尾栅藻铜绿微囊藻p h 温度水质量基 准 a b s t r a c t a b s t r a c t a st h e r a p i dd e v e l o p m e n t o fe c o n o m y , t h eg r o w t ho fp o p u l a t i o n ，t h e i m p r o v e m e n to fp e o p l e sl i v i n gs t a n d a r d sa n dt h ea c c e l e r a t ep a c eo fi n d u s t r i a l i z a t i o n a n du r b a n i z a t i o n , t h ew a t e rc o n s u m p t i o nw a si n c r e a s e dr a p i d l ya n dt h ee m i s s i o no f w a s t e w a t e ra l s oi n c r e a s e d ，w h i c h ，t oac o u n t r yo fs e v e r ed r o u g h ta n dw a t e rs h o r t a g e ， f u r t h e re x a c e r b a t et h ep r o b l e mo fw a t e rs h o r t a g ea n dw a t e re n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni n c h i n a i tw a sa nu r g e n tr e q u i r e m e n tt od e v e l o ps c i e n t i f i cw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sa n d c o n d u c tr e a s o n a b l em a n a g e m e n to fa q u a t i ce c o s y s t e m s s of a r , c h i n ah a dn o t s y s t e m a t i c a l l yo r g a n i z e dt h es t u d yo fe n v i r o n m e n t a lc r i t e r i at h e o r y , a n dt h ec u r r e n t w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d si nc h i n aw e r em a i l l l yr e f e rt ot h er e l e v a n ts t a n d a r d so v e r s e a s ， o rj u s ts e tu pa c c o r d i n gt h em a i nu s eo fo u rw a t e r ，w h i c hh a dd i f f i c u l t yt oc o m p l y w i t i lt h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h ea c t u a lb a s i n r e g i o n a la q u a t i ce n v i r o n m e n ti nc h i n a t h e r e f o r e ，i th a db e c o m eac r i t i c a li s s u et ob es o l v e du r g e n t l yi nw a t e rm a n a g e m e n t h o wt oc o n t i n u o u s l yd e v e l o pa n dp e r f e c to u rw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s b e c a u s et h e l o c a lc h a r a c t e r i s t i c si nw a t e re c o l o g i c a ls y s t e m ，s u c ha sh y d r o l o g i c a lc o n d i t i o n s ， c l i m a t e ，c o m m u n i t yo r g a n i z a t i o n sa n do t h e re c o l o g i c a l f a c t o r sw o u l da f f e c tt h e p h y s i c a l ，c h e m i c a la n db i o l o g i c a lp r o c e s s e so fp o l l u t a n t si nt h ew a t e re n v i r o n m e n t ， w h i c hm i g h tl e a dt od i f f e r e n te c o l o g i c a le f f e c t s a n dt h ea q u a t i cb i o l o g i c a l p o p u l a t i o n sw e r er e g i o n a l ，t h er e p r e s e n t a t i v es p e c i e so fd i f f e r e n te c o s y s t e m sw e r e d i f f e r e n t ，s ot h ew a t e rq u a l i t yc r i t e r i ao f o t h e rc o u n t r i e s r e g i o n sc o u l dn o ta c c u r a t e l y r e f l e c to u ra q u a t i cp r o t e c t i o nr e q u i r e m e n t s s oi nt h ed e v e l o p m e n to fc h i n a sw a t e r e n v i r o n m e n ts t a n d a r d s ，i tw a so fg r e a ts i g n i f i c a n c et oc a r r yo u tt h es t u d yo ft h e i m p a c to fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n dc o m m u n i t i e so np o l l u t a n tt o x i c i t ya c c o r d i n gt o t h ef e a t u r e so fw a t e ri nc h i n a i nt h i s d i s s e r t a t i o n , t h et o x i c i t i e so fh e a v ym e t a lc h r o m i u m ( ) t of o u r f r e s h w a t e ra l g a eu n d e rd i f f e r e n te n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n sa n dt os e v e r a la l g a e c u l t u r e di nt h em i x t u r ew e r ei n v e s t i g a t e dt op r o v i d er e f e r e n c e st ot h es t u d yo f t o x i c i t i e so fh e a v ym e t a l st ot h ea l g a e ，t h ee f f e c t so fe n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n d i i i a b s t r a c t c o m m u n i t i e so nt h et o x i c i t i e so fh e a v ym e t a l sa n dp r o v i d eb a s i ci n f o r m a t i o nt ot h e d e v e l o p m e n to fc h i n a sw a t e re n v i r o n m e n tq u a l i t ys t a n d a r d sa n dc r i t e r i a a c c o r d i n gt ot h eo e c d - 2 0 1a l g a ei n h i b i t i o nt e s tg u i d e l i n e ，t a k i n gt h e7 2h a l g a l b i o m a s sa st h et e s te n d p o i n t ，t h et y p i c a lh e a v ym e t a lc o n t a m i n a n t sc h r o m i u m ( v i ) w a s s e l e c t e dt os t u d yt h ed i f f e r e n c e so fa l g a eg r o w t hc o n d i t i o n s ，t h et o x i ce f f e c t so f 铬 ( v i ) t ot h et y p i c a lp h y t o p l a n k t o ng r e e na l g a ec h l o r e l l av u l g a r i s s c e n e d e s m u s o b l i q u u sa n ds c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d a ，t h ec y a n o b a c t e r i am i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a u n d e rd i f f e r e n tp ha n dt e m p e r a t u r ec o n d i t i o n sa n dt h et o x i ce f f e c t so fc h r o m i u m ( v i ) o ns e v e r a la l g a ec u l t u r e di nt h em i x t u r ei nt h i sd i s s e r t a t i o n t h er e s u l t ss h o w e dt h a t u n d e rt h ee x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n so ft h i sp a p e r , t h eo p t i c a lp ho fc h l o r e l l av u l g a r i s w a s7 0 ，t h eo p t i c a lp ho fs c e n e d e s m u so b l i q u u s ，s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d aa n d m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s aw a s9 o ；t h eo p t i c a lt e m p e r a t u r eo ff o u ra l g a ew a s2 5 d i f f e r e n tk i n d so fa l g a eg r e wd i f f e r e n t l yu n d e rd i f f e r e n tp ha n dt e m p e r a t u r e t h e t o x i c i t i e so fc h r o m i u m ( v i ) w e r em i n i m u ma tt h ef o u ra l g a eo p t i c a lp hc o n d i t i o n s ； 州t l lt h ei n c r e a s eo ft e m p e r a t u r e ，t h et o x i c i t i e so fc h r o m i u m ( v i ) t ot h et h r e ek i n d so f g r e e na l g a ed e c r e a s e d ，w h i l et h et o x i c i t yt ot h ec y a n o b a c t e r i am i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a i n c r e a s e d ，m a y b eb e c a u s eo ft h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ea l g a ls p e c i e s b o t ht h e e n v i r o n m e n t a lf a c t o r sp ha n dt e m p e r a t u r ea n dc h r o m i u m ( v i ) a f f e c t e dt h eg r o w t ho f t h ea l g a e t h et o x i c i t i e so fc h r o m i u m ( v i ) t ot h e a l g a es c e n e d e s m u so b l i q u u s ， s c e n e d e s m u sq u a d r i c a u d aa n dm i c r o c y s t i sa e r u g i n o s ac u l t u r e di nt h em i x t u r ew e r e s t r o n g e rt h a nt ot h ea l g a ec u l t u r e da l o n e ，t h ei n t e r a c t i o nb e t w e e na l g a ea f i r e c t e dt h e t o x i c i t yo fc h r o m i u m ( v i ) ，a n dc h r o m i u m ( v i ) a f f e c t e dt h ei n t e r a c t i o no fa l g a e a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft h i se x p e r i m e n t ，e n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa f f e c t e dt h e t o x i c i t yo fp o l l u t a n t s t h e r e f o r e ，r e s e a r c h e ss h o u l db ec a r r i e do u tr e f e rt ot h er e g i o n a l c h a r a c t e r i s t i c so fa q u a t i ce c o s y s t e m si nc h i n a a sc h i n a sv a s tt e r r i t o r y , d i f f e r e n t a q u a t i ce c o s y s t e mh a dd i f f e r e n te c o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c s ，t h ef l u c t u a t i o n so fw a t e r c o n d i t i o n sw i t ht h es e a s o n a lc h a n g e ss h o u l db et a k e ni n t oa c c o u n t ，a n dt h er e s e a r c h w o r ko fp o p u l a t i o na n dc o m m u n i t yl e v e l ss h o u l db ec o n d u c t e dt od e v e l o ps c i e n t i f i c a n dr e a s o n a b l ew a t e rq u a l i t ys t a n d a r d sa n dc r i t e r i a k e y w o r d s ：c h r o m i u m ( v i ) ，c h l o r e l l av u l g a r i s ，s c e n e d e s m u so b 脚u u $ ，s c e n e d e s m u s q u a d r i c a u d a ，m i c r o c y s t i sa e r u g i n o s a ，p h ，t e m p e r a t u r e ，w a t e rq u a l i t yc r i t e r i a i v 目录 目录 摘要i 目录v 第一章绪论1 第一节我国水质污染现状1 i 1 1 我国水资源污染情况i 1 1 2 水体污染物3 第二节水环境质量标准的研究现状4 1 2 1 我国水质标准体系的研究现状4 1 2 2 美国环保署( e p a ) 水质标准与基准的研究现状6 1 2 3 水生态基准的研究8 第三节重金属铬及其危害9 i 3 1 铬的性质9 i 3 2 铬( ) 污染的危害1 0 i 3 3 铬对人体的影响1 0 i 3 4 我国典型流域中铬的调查l l 第四节藻类的研究现状1 2 1 4 1 藻类基本性质1 2 1 4 2 环境条件对藻类生长的影响1 4 1 4 3 藻类种群、群落竞争的研究1 5 i 4 4 重金属对藻类的毒性1 6 i 4 5 环境条件对重金属对藻类毒性的影响1 7 第五节本论文的研究背景、内容和目的1 8 1 5 1 研究背景1 8 v 目录 1 5 2 研究内容和目的1 9 第二章不同p h 条件下铬( ) 对藻的毒性效应2 1 第一节研究背景2 1 第二节材料与方法2 l 2 2 1 实验材料2 2 2 2 2 营养液配制2 2 2 2 3 藻类的培养2 3 2 2 47 2h 藻类生长抑制实验2 4 2 2 5 数据处理与分析2 5 第三节结果与讨论2 6 2 3 1 藻细胞密度和光密度值关系2 6 2 3 2p h 对藻生长的影响2 7 2 3 3 不同p h 条件下铬( v i ) 对藻的毒性效应3 0 第四节本章小结3 5 第三章不同温度条件下铬( v i ) 对藻的毒性效应3 7 第一节研究背景3 7 第二节材料与方法3 7 3 2 1 实验材料3 7 3 2 2 营养液配制3 7 3 2 3 藻类的培养3 8 3 2 4 温度对铬( v i ) 毒性效应的影响3 8 3 2 5 数据处理与分析3 8 第三节结果与讨论3 8 3 3 1 不同温度条件下藻的生长情况3 8 3 3 2 不同温度条件下铬( v i ) 的毒性效应3 9 第四节本章小结4 3 第四章铬( v i ) 对多种藻混合培养的毒性效应4 4 v i 目录 第一节研究背景4 4 第二节材料与方法4 4 4 2 1 实验材料4 4 4 2 2 营养液配制4 5 4 2 3 藻类的培养4 5 4 2 4 实验方法4 5 4 2 5 数据处理与分析4 5 第三节结果与讨论4 5 4 3 1 三种藻混合培养时的生长情况4 5 4 3 2 铬( v i ) 对三种藻混合培养时的毒性效应4 7 第四节本章小结5 0 第五章总结与展望5 l 参考文献5 3 致谢6 0 个人简历及发表文章6 1 v i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节我国水质污染现状 1 1 1 我国水资源污染情况 水是人类生存和发展不可替代的资源，是人类与生物赖以生存和发展必不 可缺少的物质。是经济和社会可持续发展的基础，随着工农业生产迅速发展和 人口增长，人类对水资源的需求量与日俱增，与此同时，环境污染所致的水质 恶化也日趋严重。严重的水污染不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水 资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重的负面影响， 而且还严重地威胁到城乡居民的饮水安全和人民群众的健康。水污染控制和水 资源保护以及水资源的合理开发利用，己成为世界性的环境问题。 我国是一个干旱缺水严重的国家，淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿m 3 a ，占全球 水资源的6 ，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 m 3 ，仅为世界平均水平的l 4 、美国的l 5 ，在世界上名列1 2 1 位，是全球1 3 个 人均水资源最贫乏的国家之一。随着我国经济的迅速发展，人口的增加，人民 生活水平逐步提高，工业化和城市化步伐的加快，用水量急剧增加，污水排放 量也相应增加，加剧了水资源的短缺和水环境的污染【l 】。 自7 0 以来，我国的水污染开始逐渐趋于严重，年排放污水量达数百亿吨， 但只有2 4 的工业污水和4 的生活污水经过了处理【2 j ，绝大部分废水或污水 未经任何处理就直接排入环境，造成河流、湖泊、内海和地下水等各种水体不 同程度的污染，大部分地区污染超过了水环境的容量。此外，全国水源污染呈 发展趋势，有9 0 以上的城市水域污染严重，近5 0 的重点城镇水源水质不合 标准【3 1 。 根据水利部门监测结果，1 9 8 0 年全国受污染的河长比例为2 1 ，1 9 9 9 年增 加到3 8 。受污染较重的流域是淮河、海滦河、松辽河和黄河流域，污染河长 的比例分别为8 0 、6 4 、6 0 和5 0 。2 0 0 6 年，全国地表水总体水质属中度 污染，在国家环境监测网( 简称国控网) 实际监测的7 4 5 个地表水监测断面中 第一章绪论 ( 其中，河流断面5 9 3 个，湖库点位1 5 2 个) ，i - - - i i i 类，、v 类，劣v 类水 质的断面比例分别为4 0 、3 2 和2 8 。主要污染指标为高锰酸盐指数、氨氮 和石油类等。2 0 0 6 年，长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河和辽河等七大 水系总体水质与上年基本持平。国控网七大水系的1 9 7 条河流4 0 8 个监测断面 中，i - - i i i 类，、v 类和劣v 类水质的断面比例分别为4 6 、2 8 和2 6 。 其中，珠江、长江水质良好，松花江、黄河、淮河为中度污染，辽河、海河为 重度污染。主要污染指标为高锰酸盐指数、石油类和氨氮。海河水系总体为重 度污染。6 3 个地表水国控监测断面中，i - - i i i 类水质占2 2 ，n 、v 类占2 1 ， 劣v 类占5 7 。主要污染指标为五日生化需氧量、高锰酸盐指数和氨氮；辽河 水系属重度污染。3 7 个地表水国控监测断面中，i i 、i 类水质的断面比例为 3 5 ，i v 、v 类为2 2 ，劣v 类为4 3 。主要污染指标为五日生化需氧量、石 油类和氨氮。太子河为中度污染，大辽河、浑河为重度污染【4 】。 我国湖泊污染也很严重，尤其是氮、磷等营养类污染物排放引起的富营养 化和重金属污染问题十分突出。2 0 0 6 年，2 7 个国控重点湖( 库) 中，满足i i 类 水质的湖( 库) 2 个( 占7 ) ，i i i 类水质的湖( 库) 6 个( 占2 2 ) ，类 水质的湖( 库) 1 个( 占4 ) ，v 类水质的湖( 库) 5 个( 占1 9 ) ，劣v 类水质的湖( 库) 1 3 个( 占4 8 ) 。其中，巢湖水质为v 类，太湖和滇池为劣 v 类。主要污染指标为总氮和总磷。水库水质好于湖泊，富营养化程度较轻。 太湖湖体高锰酸盐指数、总磷年均值分别达n i i i 类、类水质标准，但因总氮 污染严重，湖体水质为劣v 类，处于中度富营养状态。在2 1 个国控监测点位中， 无i 类水质，v 类和劣v 类水质点位分别占1 4 和8 6 。主要污染指标为 总氮；滇池湖体总体为劣v 类水质，主要污染指标为总磷、总氮和氨氮【4 】。 按国家环保总局公布资料，2 0 0 4 年全国近岸海域i 、i i 类海水占4 9 6 ，i i i 类水占1 5 4 ，i v 类和劣于i v 类水占3 5 o ，受污染水体主要分布在渤海湾、 江苏近岸、长江口、杭州湾、珠江口等局部海域，主要污染物为活性磷酸盐、 无机氮铅、汞、石油类等。 据监测，目前全国多数城市地下水受到一定程度的点状和面状污染，且有 逐年加重的趋势。2 0 0 1 年开展集中式饮用水水质月报的4 6 个环境保护重点城市 中，仅有2 8 3 的城市饮用水源地水质良好，2 6 1 的城市水质较好，4 5 6 的 城市水质较差。饮用水源地水质差不但增加了自来水处理成本，而且有一些难 以处理的有毒有害污染物将直接危及人体健康。农村饮用水安全更令人担忧， 2 第一章绪论 其卫生合格率仅为6 2 1 【5 1 。地下水污染源来自城镇工业、生活污水无序排放和 农业化肥、农药的大量利用，其中许多有害物通过各种方式带入地下水体中而 使地下水质量下降，甚至不能饮用【6 。 1 1 2 水体污染物 水体污染主要由人为污染造成的。水体里的污染物主要有有机污染物、油 类污染物、有毒污染物、生物污染物和营养类污染物，当水中的上述有害物质 超出水体的自净能力( 物理净化、化学净化、生物净化) 时，就发生了污染。近2 0 年，大量工业和生活污水不达标排放加重了水体污染，特别是有机物污染、重 金属污染以及营养污染物引起的水体富营养化最为严重。 1 1 2 1 有机污染物 水体中有机污染物种类繁多，这些有机污染物主要包括两大类，它们分别 是有机无毒物和有机有毒物。有机无毒物主要是耗氧有机物，是指生活污水和 某些工业废水中所含的碳水化合物、蛋白质和脂肪等。它们在微生物的作用下 最终分解为无机物质c 0 2 和h 2 0 等，其危害性主要在于分解过程中需要消耗大 量的溶解氧。有机有毒物的种类很多，主要包括酚类化合物、有机农药、聚氯 联苯、多环芳烃等，其中很多是持久性有机污染物( p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ， 简称p o p s ) 。在环境中具有长期残留性、生物积蓄性、半挥发性和高毒性。耗氧 有机污染物进入水体后，使水体中的物质组成发生了变化，破坏了原有的物质 平衡状态。在有氧即溶解氧水平较高的情况下，排入水体的有机污染物质，通 过物理、化学、物理化学和生物化学反应，而被分离和分解，使水体基本或完 全恢复到原来的平衡状态。这称之为水的自我净化能力。如果排入到水体中的 有机污染物质含量较高，大量消耗了水中的溶解氧，水也就失去了自我净化能 力。这时有机污染物便转入厌氧腐败状态，产生h 2 s 、甲烷气等还原性气体，使 水中动植物大量死亡，而且可使水体变黑变混，发生恶臭，严重污染地球生态 环境【l 】1 。天然水体中有毒有机物含量很少，但随着现代石油化学工业的高速发展， 许多难分解、有剧毒的有机物被制造出来，如合成洗涤剂、有机农药等。这些 有机物进入水体很难被微生物降解，且通过食物链逐步被浓缩造成危害。有机 污染物对环境的巨大危害以及带来的环境问题越来越被人们所认识，目前已成 为一个倍受关注的新的全球性环境问题m j 。 3 第一章绪论 1 1 2 2 重金属污染 重金属等有毒有害元素对水环境的污染问题，自2 0 世纪5 0 年代以来引起 了世界各国高度重视。特别是日本水俣湾附近发生的水俣化肥厂排出的甲基汞 污染发生的“水俣病 和由镉污染导致的“骨痛病，以及在欧洲某些化工业国 家陆续发现的重金属污染的严重生态危害，使水环境重金属污染的研究和防治 工作备受重视。环境污染方面所说的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、 铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污 染物 9 1 。水环境中的重金属污染主要来源于电镀、采矿、冶炼、印染、化工等行 业所排放的废水。重金属是具有潜在危害的重要污染物质，进入水体中的重金 属一般不易消失，不能被生物降解而从环境中彻底消除，只能从一种形态转化 为另一种形态，从高浓度变为低浓度，并往往参与食物链循环而在生物体内积 累，破坏生物的正常生理代谢，最终对水生态系统和人类健康造成危害，有些 重金属对人体的积累性危害影响往往需要一二十年才显示出来【1 0 】。根据对我国 七大水系中水质最好的长江的调查，其近岸水域己受到不同程度的重金属污染， z n 、p b 、c d 、c u 、c r 等元素污染严重，而且亲硫元素如c d 、p b 、h g 、c u 的潜 在活性大，易参与环境中各类物质的反应】。2 1 个沿江主要城市中，攀枝花、 宜昌、南京、武汉、上海、重庆6 个城市的重金属累积污染百分率己达到6 5 纠1 2 j 。 重金属进入水体后对水生物产生毒性效应。重金属进入水生动物体内后， 会对水生动物产生毒害作用，包括生殖行为、摄食行为、迁移行为、趋光行为 及回避行为等的影响。重金属进入水生动物体内，一般认为可经过下列途径： 一是经过鳃及其它器官如水蚤的体表等不断吸收溶解在水中的重金属离子，然 后通过血液输送到体内的各个部位，或积累在表面细胞之中；二是在摄食时， 水体或残留在饵料中的重金属通过消化道进入体内：此外，体表与水体的渗透 交换作用也可能是重金属进入体内的一个途径【1 3 】。 第二节水环境质量标准的研究现状 1 2 1 我国水质标准体系的研究现状 我国的水质标准始建于2 0 世纪8 0 年代，经过多年的发展和修订，已逐渐 形成了一个相对完整的标准体系。水质标准按水体类型划分有：地表水环境质 4 第一章绪论 量标准、海水水质标准、地下水质量标准；按水资源用途划分有：生活饮用水 卫生标准、渔业水质标准、农田灌溉水质标准、生活杂用水水质标准、各种工 业用水水质标准等。我国地表水环境质量标准依据地面水域使用功能和保 护目标将其划分为5 类功能区，我国发布的海水水质标准按照海域的不同 使用功能和保护目标，海水水质分为四类。其中，作为综合性标准的地表水环 境质量标准，自1 9 8 3 年首次发布以来，我国水环境质量标准已经过了3 次修订， 已成为我国水环境监督管理的核心与尺度，在水环境保护执法和管理工作中占 有不可替代的地位。水环境质量标准的制定和修改，反映了我国地表水环境质 量标准更趋合理1 1 4 。15 。 虽然我国的水质标准体系发展很快，但与国外的标准体系相比，在基准、 标准体系等方面都存在一定差距、难以满足我国面向水生态安全保护的水污染 总量控制战略实施的要求。因此，如何不断完善和发展我国的水质标准体系， 已成为我国水环境管理中亟待解决的关键问题i l6 j 。 一个完整的水质标准体系应该包括基准和标准两部分。水环境质量基准( 简 称水质基准，w a t e rq u a l i t yc r i t e r i a ) 是指一定自然特征的水生态环境中污染物对 特定对象( 人或其他生物) 不产生不良或有害影响的最大剂量( 无作用剂量) 或浓度，它是一个科学实验的客观记录和科学推论，不具有法律效力，但它经 常作为制定水质标准、评价水质和进行水质管理的科学依据。而水环境质量标 准( 简称水质标准，w a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s ) 是以水质基准为依据，在考虑自然 条件和国家或地区的社会、经济、技术等因素的基础上，经过一定的综合分析 后所制定的，是由国家有关管理部门颁布的具有法律效力的限值，一般具有法 律强制性。基准与标准是两个不同的概念，在内涵和作用上有显著的差异，但 二者又相互衔接。环境基准是制定环境标准的理论基础，决定着环境标准的科 学性、准确性和可靠性，不同的环境基准可能会导致环境保护管理行为和结果 的明显差异；而环境标准是水环境管理的基础和目标，以及水污染物总量控制 中的主要约束条件，也是识别环境问题、判断污染程度、评估环境影响程度和 确定技术方法进行污染治理等的依据【1 7 j 。 “十一五”期间，我国水环境管理将从目标总量控制向容量总量控制转变， 从单纯的化学污染控制向水生态系统保护的方向转变，这就迫切要求进一步完 善和发展现有水环境质量标准体系。环境基准是制定环境标准的理论基础，决 定着环境标准的科学性、准确性和可靠性，不同的环境基准可能会导致环境保 5 第一章绪论 护管理行为和结果的明显差异，而环境标准是环境管理的基础和目标，也是识 别环境问题、判断污染程度、评估环境影响程度和确定技术方法进行污染治理 等的依据i l 引。 迄今为止，我国还未系统地组织开展过环境基准的理论研究，目前我国的 水环境质量标准主要是参考国外的相关标准，或者只是根据我国水体的主要使 用功能为依据制定。但无论是照搬国外或是粗放式的制定，现有水环境质量标 准显然都难以符合我国实际的流域区域性水生态环境的特征，其科学性和系统 性亟待提高。已经制定的水环境质量标准反映客观规律不充分，导致我国的环 境保护工作一直存在着“欠保护 和“过保护 的问题。固然，“过保护 一般 来说对生态系统有益而无害，但也造成了不必要的物质资源上的浪费；“欠保护 不能保证人体健康和生态系统的持续安全，因此是必须面对的重大科学问题引。 1 2 2 美国环保署( e p a ) 水质标准与基准的研究现状 美国的水质量标准是国家地表水质量保护计划的基础，国家来制定国内所 有地表水的质量标准。水质量标准是控制水体中污染物总量的法律的基础，同 时也是减少水土流失的技术基础。水质量标准有三个组成部分，而且这三个组 成部分都是随着水体的不同而变化的。( 1 ) 指定水体的用途功能，如游泳，划船 等；( 2 ) 按水体特征、功能建立水质基准，或者是对可能出现在水体中的化学物 质规定其限值；( 3 ) 防止水体退化的政策及相关管理措施，用来保护水体质型2 0 j 。 美国较早开展了水质基准的研究和制定工作，其基础和应用研究工作开始 于2 0 世纪6 0 年代，相继发表了绿皮书、蓝皮书和红皮书等水质基 准文献。美国环境保护署( u s e p a ) 于1 9 8 0 年初步制订了“推导保护水生生物 及其用途的数值型国家水质基准的技术指南”( 简称“指南 ) ，并分别在1 9 8 3 和1 9 8 5 年进行了修订。1 9 8 8 年，美国又开始制定区域性营养物基准，于2 0 0 0 年发布了河流、湖库的营养物基准制定导则，至今已逐步颁布了1 4 个生态区的 河流、湖库的营养物水质基准1 2 1 2 2 。美国的环境基准研究已有近4 0 年的历史， 其水质基准建立在“确定水质基准的方法学 的基础上。目前已建立了完善的 基准推导方法学体系，形成了较为完整的环境基准体系，并且在其环境标准中 得到了广泛的运用。其水环境质量基准有一个系统的框架，以保护水生生物和 人体健康的水质基准为核心，还包括感官基准、营养物基准、微生物基准、底 6 第一章绪论 泥基准、细菌基准掣2 3 j 。 美国“指南”介绍了保护水生生物及其用途的数值型水质基准的计算方法。 从本质上看，制订某种有毒物质的水质基准，应该广泛地在目标保护区域内的 水体中对其进行不同浓度的现场毒理试验，确定对水生生物及其用途产生不可 接受的长期或短期危害效应的最低浓度值，该值即为该物质的水质基准。因为 上述方法在现实环境中的可操作性不大，所以u s e p a 制订了“指南”，通过试 验模拟和实地验证相结合的方法来推导水质基准，这样可以提