（环境工程专业论文）黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价.pdfVIP

表底层海水间的含量均存在显著性相关，沉积物中的c u 和h g 对底层水有显著 性相关。对存在显著相关性的金属采用线性回归方法归纳出重金属在沉积物和海 水中关系公式。 ( 6 ) 采用地累计指数法、生态危害指数法和综合指数法对黄茅岛倾倒区沉 积物重金属潜在生态风险进行了评价，评价结果显示该区域沉积物主要重金属污 染物为h g 和c u ，总体污染程度处于中等偏低水平。 关键词：倾倒区重金属分布特征相关分析污染评价 d i s t r i b u t i n gc h a r a c t e r i s t i ca n d p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k a s s e s s m e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o n so ft h em a r i n ed u m p i n g s i t ei nt h es o u t ho ft h eh u a n g m a oi s l a n d a b s t r a c t h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ，o w i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fp e r m a n t ，e c o 。t o x i c i t ya n d b i o l o g i c a le n r i c h m e n t , h a sl o n gb e e n a l l i m p o r t a n ts u b j e c ti n t h ei n t e r n a t i o n a l e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e f i e l d s a l o n gw i t h t h e r a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m i c c o n s t r u c t i o n ，t h ei n c r e a s i n ga m o u n to fs e d i m e n t sa r i s i n gf r o md r e d g ea n d o t h e r s o u r c e sa n di t sc o n s e q u e n t d i s p o s a l h a sb e e no n eo ft h em a j o re n v i r o n m e n t a l p r o m b l e m si nt h em a r i n ed u m p i n gs i t eo fh u a n g m a oi s l a n d b a s e do nt h em o n i t o r i n gd a t af r o mt h es e aa r e a so fh u a n g m a oi s l a n dd u m p i n gs i t e ， t h ep a p e rc o n d u c t sas y s t e m a t i cr e s e a r c ho nt h ec o n t e n t , d i s t r i b u t i o na n dc h a n g i n g r u l e so fh e a v ym e t a li ns e a w a t e r , s e d i m e n t s ，a n dm a r i n eo r g a n i s m so ft h i sa r e a i n a d d i t i o n ，t h ep a p e rf u r t h e re x p l o r e st h ec o r r e l a t i o n b e t w e e nt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l i ns e d i m e n t sa n dt h ec o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a li ns e a w a t e r , a n dt h e nd c d u c e so u t i nl i n e a rr e g r e s s i o nac o m p u t a t i o n a lf o r m u l af o rc a l c u l a t i n gt h ec o n t e n to fs o m e m e t a l si ns e a w a t e r b e s i d e s ，t h ep a p e ra l s oc a r r i e so u ta l le v a l u a t i o nc o n c e r n i n g p o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k so fh e a v y m e t a lp o l l u t a n t si ns e d i m e n t so fs u r f a c el a y e r s t h er e s e a r c hr e s u l t sa n dc o g n i t i o n so b t a i n e da r el i s t e da sf o l l o w s ： ( 1 ) d u r i n gt h r e ei n v e s t i g a t i o n so i lh e a v ym e t a le l e m e n t s ，t h eo n l ye l e m e n ti n s e a w a t e rt h a te x c e e d st h eq u a l i t ys t a n d a r do ff i r s tc l a s ss e a w a t e ri sp b t h ec o n t e n to f c ua l s oe x c e e d st h es t a n d a r di ns o m es a m p l i n gp o i n t s ，w h i l ez ne x c e e d st h es t a n d a r d o n l yi nf e ws i t e so fas i n g l ev o y a g e t h ec o n t e n to fo t h e r4t y p e so fh e a v ym e t a l r e m a i no nac l e a n1 e v e l a sf o rt h eh o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o no ft h e s ee l e m e n t s ，t h e c o n t e n ti nn o r t h e r np a r t si sh i g h e rt h a nt h a to ft h es o u t h e r np a r t si nm o s to c c a s i o n s ， p r e s e n t i n gad e c l i n i n gt r e n dw i t hh 0 5a st h ec e n t e r , s oi st h es i t u a t i o no nt h eb o t t o m l a y e r ( 2 ) s u r f a c es e d i m e n t sa r es l i g h t l yc o n t a m i n a t e db yh e a v ym e t a l s ，w h i l ec ui st h e o n l ye l e m e n tt h a th a se x c e e d e dt h es t a n d a r do ff i r s tc l a s sm a r i n es e g m e n t si ns o m e s i t e s g e n e r a l l y , 7t y p e so fh e a v y m e t a l sa r ep r e s e n t i n ga r i s i n gt e n d e n c yi ns e d i m e n t s ， a m o n gw h i c h ，c di st h em o s tr e m a r k a b l eo n e , w i t hh gt a k i n gt h es e c o n dp l a c e h o r i z o n t a l l y , t h ec o n t e n to ft h e s ed e m e n t si nn o r t h e r np a r t si sb a s i c a l l yh i g h e r t h a n t h a ti ns o u t h e r np a r t s ，p r e s e n t i n gad e c l i n i n gd i s t r i b u t i o nt r e n d w i t hh 0 5a st h ec e r l t c r ( 3 ) a n a l y s i so i lt h ep r i n c i p a lc o m p o n e n t so fs e g m e n t ss h o w st h a t , m o s th e a v y m e t a l sh a v ec o n t r i b u t e dal o tt ot h ef i r s tp r i n c i p a lc o m p o n e n t , w h i l ec rp r e s e n t sah i g h c o n t r i b u t i o nr a t eo n l yt ot h es e c o n d a r yp r i n c i p a lc o m p o n e n t r e l a t e da n a l y s i so i l h e a v ym e t a l si ns e g m e n t sa l s oi n d i c a t e st l l 矾t h e r ew 豇e9 0 0 dc o r r e l a t i o n sb c t w c e r la s a n dz n c u , c d p b ，h g ，b e t w e e nh ga n dz n c d a sw e l l 弱b e t w e e nc ua n dp b ，c d t h ec o e f f i c i e n ti sf i x e d 诵m i nt h er a n g eo f0 6 8 6 一o 8 0 2 ，w h i c hs h o wt h i sd e m e n t s e x c e p tc rh a v et h es i m i l a rs o u r c eo fg e o c h e m i s t r ya n dm a r e - m a d ep o l l u t i o n ( 4 ) t h eb i o l o g i c a lq u a l i t yo fc r u s t a c e a n sa n df i s h e si nt h ed u m p i n ga r e ai s 0 1 1a n o r m a ll e v e l ，w h i l et h eo n l yc o n t e n tt h a te x c e e d e dt h er e f e r e n c ev a l u ei sa s ，a n dt h e r e 缸er i oo t h e rh e a v ym e t a l st h a te x c e e dt h es t a n d a r d ( 5 ) t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a l si ns e a w a t e ra n dt h e c o n t e n to fh e a v ym e t a l si ns e g m e n t si sa l s oi n s p e c t e d t h ec o n t e n to fz na n da si n s e a w a t e ra n di ns e a w a t e ri st a k i n g0 1 1a no b v i o u sc o r r e l a t i o n m o r e o v e r , c ua n dh g i n s e g m e n t sa r cs h o w i n gar e m a r k a b l ec o r r e l a t i o nw i t hs e a w a t e ro fb o t t o ml a y e r i i l a l l u s i o nt ot h eh e a v ym e t a l s 谢t l lo b v i o u sc o r r e l a t i o n s ，t h ef o r m u l ao fr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li ns e g m e n t sa n di ns e a w a t e ri sd e d u c e do u tw i t h l i n e a rr e g r e s s i o n ( 6 ) g e o l o g i c a la e e u r n u l a t i v ei n d e x ，e c o l o g i c a lr i s ki n d e x ，a n dc o m p r e h e n s i v e i n d e xa r ce m p l o y e di ne 、a l u a t i n gt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s k so fh e a 、3 , m e t a l s c o n t a i n e di nt h es e g m e n t so fh u a n g m a od u m p i n ga r e a a c c o r d i n gt ot h ee 、7 a l u a t i o n r e s u l t , t h em a j o rh e a v ym c t a lp o l l u t a n t si nt h es e g m e n t so ft h i sa r e al i f eh ga n dc u , t a k i n g0 1 1am e d i u ma n dl o w e rp o l l u t i o nd e g r e e k e yw o r d s ：d u m p i n gs i t e , h e a v ym e t a l ，d i s t r i b u t i n gc h a r a c t e r i s t i c , c o r r e l a t i o n a n a l y s i s ，p o l l u t i o na s s e s s m e n t 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 u 刖吾 自上世纪5 0 年代日本发现由h g 污染造成的“水误病”和因c d 污染引起的 “骨痛病”等一系列灾难事件后，近海环境中重金属污染对生态环境的影响就引 起了人们的高度重视。随着工业化和城市化的发展，各种工业、农业以及生活废 液排入水体，沿岸海域的重金属含量日益增加，严重威胁到人类及水生生物的健 康与生存，如h g 、a s 、c r 金属不仅能引发神经系统疾病，还具有致癌作用，水 体中重金属对水生生物( 如藻类、鱼类等) 的毒性研究也有大量报道。沉积物各 地球化学相中的金属元素经生物矿化、早期成岩等过程可重新释放回水体，溶出 的重金属元素( 如c u 2 + 、m n 2 + 、c r 3 + ) 对浮游植物的生长在适量时有促进作用， 而在过量时则存在毒性效应；沉积物中所含的有毒有害重金属污染物亦是水生生 物尤其是底栖动物体内重金属的重要来源。重金属污染具有其持久性、生物富集 和生物放大作用，重金属元素( 包括非金属元素a s ) 的环境污染一直以来都是 国内外环境化学研究的热点。 海洋倾倒是海洋环境污染的主要来源之一，疏浚物是海洋倾倒废弃物中数量 最大的一类，占每年向海洋倾废废物的8 0 0 0 - - 9 0 。海上交通运输业和海岸工程 建设项目的快速发展亦会产生大量疏浚物，疏浚物对海洋环境具有潜在危害，疏 浚物海洋倾倒活动可对生态环境产生影响和破坏。一些港口的疏浚区属于重污染 区，底栖生物濒临绝迹或只存少数耐污种，这些区域的疏浚物向海洋倾倒，不仅 改变了倾倒区域的沉积物结构，而且对底栖生物产生直接冲击。疏浚物中重金属 向上覆水的迁移、经由食物链传递，对人体健康也可能产生影响。 本课题以黄茅岛倾倒区为例，研究了该倾倒区水环境、表层沉积物以及生物 体内重金属含量的分布及变化情况，分析了倾倒活动对倾倒区环境中重金属含量 的潜在累积影响，揭示该倾倒区重金属污染状况及潜在性生态风险，为倾倒区环 境管理提供技术支撑，对于实施疏浚物倾倒的科学管理、有效保护海洋环境具有 重要意义。同时也为重金属污染的研究工作积累资料。 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 1 绪论 1 1 研究目的和意义 随着珠三角地区经济的快速发展，海上交通运输业和海岸工程建设项目也随 之快速发展，亦产生着大量疏浚物，需要进行海上倾倒。黄茅岛海洋倾倒区接纳 大量因港口施工、航道疏浚以及码头清淤等工程的开发和日常维护产生的疏浚 物，必然会对倾倒区所在海域及其附近海域的海洋环境造成不同程度的影响。研 究其海域中重金属的分布特征变化、了解重金属污染物含量增加引发的生态风 险，可以及时掌握倾倒区生态环境质量，并根据其变化制定合理的倾倒方案：分 析环境中重金属在水一沉积物之间的迁移转化，找出主要污染来源，为今后倾倒 区合理的可持续使用，合理利用海洋资源，改善和保护黄茅岛海域的生态环境提 供科学的技术支撑。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 疏浚物倾倒对海洋环境的影响 海洋倾倒是海洋环境污染的主要来源之一，疏浚物是海洋倾倒废弃物中数量 最大的一类，占每年向海洋倾废废物的8 0 0 o - 9 0 1 1 。早在上世纪7 0 年代的美国 就进行过疏浚物研究计划( d m b p ) ，先后进行本底调查，环境质量的跟踪监测 及疏浚物影响评价【2 】。随着伦敦公约的制定，许多国家都开始重视港1 3 疏浚物倾 倒对环境的影响，对其影响做了针对性研究。我国的海洋废弃物倾倒技术和方式 的研究始于1 9 8 5 年，并于1 9 8 9 年进行了“北黄海v 号试验倾废区的倾倒试验 研究 ，成功获得了大量宝贵的资料和科研成果【3 1 。 疏浚物对海洋环境影响分为两个阶段：一是疏浚作业和倾抛活动造成的短期 水环境变化即短期环境影响；二是疏浚物经倾倒、沉入海底后对倾倒区带来的长 期环境影响。短期影响属于比较容易观察到的物理现象，如水体浊度变化、悬浮 物浓度变高、底栖生物群落被疏浚泥掩盖、海底沉积物组成和粒度发生改变等等 因素。水体因倾倒引起浊度增加、悬浮物浓度变高是暂时的现象，这种变化会因 海流流动和重力沉降被逐渐消除，倾倒活动停止后海域水体的这种变化会在短时 间内得到恢复。疏浚物对海洋环境的长期影响需要数年时间才能得以反映出来， 检验倾倒区中存活生物体中化学组分的富集程度是评价长期影响的方法之一 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 1 2 1 1 疏浚物倾倒对海底地形地貌的影响 疏浚泥的长期大量倾倒会使海域海底地形发生变化，倾倒入海的疏浚泥，小 部分将随海流扩散，大部分则因重力作用而沉降，覆盖倾倒区和临近海域的海底， 产生新的表层沉积物，不同程度的使海床地形增高、水深变浅，使得该区域海底 的海床地形地貌发生改变，邻近地区沉积速率的增加，进而影响到对海域的底栖 生物。1 9 8 2 年至1 9 8 4 年，烟台港务局在担子岛附近海域倾倒疏浚物近3x1 0 6 1 1 1 3 ， 结果使适宜海参生存的养殖区沙质海底被淤泥覆盖，毁坏了海参生长环境，造成 海参大幅度减产，仅1 9 8 4 年海参减产3x1 0 3 千克【4 1 。 1 2 1 2 疏浚物倾倒对海域水环境的影响 疏浚物倾抛引起的水质变化包括水体中悬浮物大量增加，浊度以及p h 值改 变，水质c o d 、营养盐和重金属含量的变化。其对海域水环境表现出来的影响 在以下两方面，其一产生的悬浮物导致的水环境的影响，悬浮物对水体的影响取 决于倾倒的强度和持续时间：其二就是倾倒物中含有的污染物溶出对水体的影 响，这跟疏浚物的清洁程度有很大关系。 疏浚物在被倾抛进入水体之后，疏浚物中大部分的大粒径沙石在地球重力下 迅速沉降至海底，少部分粒径较小泥沙在海水中形成含大量悬浮物质的水体，其 对水环境的影响取决于倾倒区海域海水动力状况，水动力强则有利于悬沙迁移、 扩散和沉降，减少疏浚物倾倒引起悬浮物增大对海水影响的时间；反之弱水动力 环境下，悬浮物造成的影响时间相对会延长。 倾倒引起海水中悬沙物增加的直接后果就是水体浑浊度增大、透明度减小， 导致浮游植物光合作用受到影响，浮游植物是海洋中的最主要的初级生产者，浮 游植物的光合作用一旦受到抑制会引发整个海域初级生产力下降，从而最终导致 整个海洋生态受到影响。由于疏浚物的海洋倾倒并不是一个连续过程，倾抛结束 后，由于重力和海流的作用，水体中悬浮物含量会逐渐恢复到正常水平，其对水 体的影响也会逐渐消除。 ” 从疏浚物中溶出和释放的有毒有害物质对水环境也会产生一定的影响。一般 情况下，疏浚物来源多自近岸港区、航道、河口等人类活动频繁、经济发达的沿 海地区，来源沿岸地区的疏浚物多含有还原物质，倾抛入海的疏浚物在沉降过程 中与海水充分地接触，其中含有的还原性物质被正常海水迅速氧化，特别是富含 2 订i ：! 弘0 泶：毛i f 需璎消托较赢的需氧量。张恒【5 】在对珠江河口水体中溶解氧消 耗的研究中发现：有机碳( d o c ) 的氧化反应、硝化反应和浮游植物的呼吸作用 约；e 一j ：球；| l 辩域密度跃层以上耗氧最多的生化过程，其中d o c 氧化平均 ，与士水i 冬管， 托艟的6 8 ：j 名；j 。j i 密度跃层以下的水体，耗氧量大小顺序依次为底 泥 毛说d o c 氧化和 i j 化反应，其中底泥耗氧占最主要部分，伶仃洋海域底泥 耗钒已趔，? 二；6 ，j u 陆架海也接近7 成。 冬：j 讯? ：。! 对伶仃洋海地d o 分布的研究也认为，珠江口底层水体中d o 的 降f 氏足凶j 氐0 d 及冉恐浮肯机物的降解耗氧所致。若疏浚物中含有较高的铵，倾抛 j _ 导敛 域的铵含帚显著增高，容易引起有毒海藻的大量繁殖。曾秀山等【7 】应用 海水隔实聆研究疏浚物倾倒入海后有害物质向海水中的释放，发现在沉降条件 ? ：，f | 肭类、6 6 6 、d d t 、h g 、p b 、c u 的净释出很小，仅c d 存在较大程度的释 放；若9 1 1 入混合条件，则释放程度均有所增加。 1 2 1 3 疏：龟物颅倒对海域沉积物的影响 疏浚q j j i 匾f ：；t j 后随醺力作用沉降于海床上，覆盖海底原有表层沉积物，从而改 嚎妒? 几泵照j 姜沉积物。通常情况下，疏浚物在被倾抛之后，相关海域海底的表 爻j i ( 秘锄鹩犄度种类、组成组分、污染物含量等要素均会有较为显著的改变。 j 7 t r o n k h t ，r s t a 等【8 】对荷兰的两个倾倒区研究中发现由于倾倒的影响，倾倒区底质 ；二经由砂质变y j 泥质，污染物含量也有所增加，针对细颗粒沉积物中h g 、c d 、 ：，、：- i s 、i c i j ：、f b t 等污染物的凋查发现，其含量已达到周边海域的2 3 倍，而 ! l 。如j ，j j f j 牺生物量很少，底栖生物损失较大。 倾 j ：4 结求后，疏浚物将覆盖成为倾倒区新的表层沉积物，因此疏浚物的质量 嫩_ = j 影；! 蛳： ”啊甑区表层沉积物质量。受到不同程度污染的疏浚物对海洋生态环境 杉：响汜仃毋异。很显然，清洁疏浚物在倾抛后只产生物理和沉积学方面的影响， 孤恐i z 物落脚、透光度下降、底质粒度改变等等：而受污染的疏浚物，则还会引 拄逊步化一以及q i 态方面的负面影响，比如高浓度的营养盐类、重金属污染物、 “ 炎污染物和有机氯农药等的释放和溶出。沉积物中重金属污染物、石油类和 仃机氯仅药静；会以累积的方式通过食物链危害到人体健康【9 】。 1 2 1 4 疏浚物倾倒对海洋生物的影响 疏浚物倾抛引起的水质短时间变化包括水体中悬浮物大量增加，浊度以及 3 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 p h 值改变，水质c o d 、营养盐和重金属含量的变化，导致浮游生物和游泳生物 生存环境的改变；对沉积物改变包括沉积厚度增加、底泥粒度及海底地形改变、 c o d 及p h 值波动、营养盐含量增加、重金属及其他有毒有害物质增大等，直接 影响到底栖生物的栖息环境；而受污染的疏浚物中有害物质的会在较长时间内向 海水释放，也对该区域的海洋生物造成相当大的不利影响。因此，研究者较多的 关注疏浚物倾倒对海洋生物的影响 ( 1 ) 对浮游生物的影响 疏浚物被倾抛入海后，会形成大量的悬浮物质，这些悬浮物质形成的高悬 沙的水团集中在倾倒区及其附近海域。最直接的后果就是，悬浮物质引起水体浊 度增高，增高的浊度导致水体透明度的大为降低。真光层的光照度降低将阻碍浮 游植物的光合作用，减缓浮游植物生长与繁殖速度，导致水体中浮游植物密度下 降。浮游植物是海洋中的最主要的初级生产者，浮游植物的光合作用一旦受到抑 制会引发整个海域初级生产力降低，沿食物链向上影响到上级消费者，最终使水 中生物量下降、整个海洋生态受到影响。倾倒活动产生的悬浮物对浮游生物的不 利影响主要表现在降低初级生产力、阻碍生物生长繁殖速率、延缓摄食速率、改 变浮游生物群落结构等方面【1 0 】。 曾秀山【1 1 】的围隔实验研究表明，在疏俊物产生为1 5 0 m 渺度的悬浮物的情 况下，一些营养盐和石油类、重金属有害物质存在不同程度的释放，但初级生产 力未受到明显的影响：当混合作用使悬浮物浓度维持在1 5 0 m g l 时，真光层光照 度降低到表层光照度的1 1 0 以下，浮游植物光合作用受到抑制，初级生产力下降 到原来的1 3 左右。 倾倒活动引起悬浮物浓度增加对浮游生物会带来许多不利的影响因素，但 这些只是短时期和小范围的影响。倾倒活动结束以后，在海水自净、海流搬运、 地球重力共同作用下，水体悬浮物质将慢慢清除，浑浊度会逐渐降低，水质也会 随之逐步恢复，水质恢复也使生物总量得以增加。在海流运动下，周围区域的浮 游生物被带入倾倒区相关海域重建浮游生物群落，因此，浮游生物群落的时间比 较短的时间内恢复重建，仅仅需要几天至几周的时间【1 2 】。 ( 2 ) 对游泳生物的影响 疏浚物在倾抛进入水体之后，疏浚物中大部分的大粒径沙石在地球重力下迅 4 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 速沉降至海底，少部分粒径较小、比重轻的泥沙在海水中形成含大量悬浮物质的 水体，造成倾倒区海域水体浑浊、d o 消耗增大和透光率减小等后果。具有较强 游泳活动能力的鱼类、头足类、部分甲壳类感知环境变化后会迅速迁徙出倾倒海 域，剩下活动能力较弱及未离开倾倒区的游泳生物和大部分浮游生物将会受到海 水水质变化带来的负面影响。 鱼类对水体中悬浮物浓度的耐受期限取决于鱼的种类和悬浮物浓度。针对 鱼类耐受悬浮物浓度的实验表明：当水体中悬浮物浓度高达8x1 0 4 m g l l j 寸 ，鱼类 仅能忍受1 d ；浓度降至6 1 0 3 m g l ，鱼类则可以存活7 d 时间；将鱼类置于低浓度 3 0 0 m g l 的水体中，再伴以每天短时间搅拌使悬浮物浓度达n 2 3 x 1 0 3 m g l l 搬 值，这种情况下鱼类可以存活3 4 周。普遍的研究结果，鱼类耐受悬浮物的安全 浓度是2 0 0 m g l ，在这种条件下生活的鱼类不会因悬浮物直接导致死亡【1 3 1 。 蔡萌等在疏浚物生物毒害效应的研究中比对了过滤和未经过滤疏浚物水相 对鱼类毒性程度的差异，结果显示，9 6h 时未过滤组中黑鲷的死亡率要明显大于 对照组【1 4 1 。可见，疏浚物倾倒产生大量悬浮颗粒物，具有较强的生物毒性。 鱼类和其他海洋生物对缓慢的环境变化比较容易适应，而对于水环境的短时 期内的急剧改变则敏感许多。大部分鱼类偏好清洁的水环境而主动回避浑浊水 域，这种现象即是养殖渔场中所说的“驱散效应 。倾倒活动导致悬浮颗粒物质 含量过高，引起水质浑浊度变化，会给渔业带来不容置疑的结果：产卵期洄游的 鱼群，被迫更改正常的洄游路径：原生的鱼类和其它水生物，因其生存环境变化 改变其原本分布和洄游规律。 水体中过高的和细小的悬浮颗粒物不利于鱼卵成活、孵化。就目前所知， 一些咸淡水鱼类的鱼卵难以忍耐悬浮物高于lx1 0 3 m g l 的水体。鱼类的繁殖速率 也会受到悬浮物浓度的影响，水体中的高浓度悬浮物颗粒不利于鱼类的生产繁 殖，有研究报道，水中悬浮物浓度一旦超过( 7 5 1 0 0 ) m g l 这个界限，某些鱼类的 繁殖速率将明显减缓【1 3 】。疏浚物沉降后对鱼卵的覆盖，会使孵化率大幅度下降低； 同时也会掩埋仔稚鱼的栖息场所，导致鱼苗成活率降低。 ( 3 ) 对海洋底栖生物的影响 海洋倾倒引入大量外来疏浚泥进入水体，大部分沉降在海床上，覆盖并改 变了倾倒区及临近海域底生物的生存环境，给底栖生物带来相当大的影响。国内 5 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 外相关研究也证实，疏浚物沉降于海床后，对水中原有的底栖生物、鱼卵和鱼苗 均有无法估计的影响。首先是疏浚物覆盖作用造成的影响，其最终的影响结果取 决于诸多因素，如各种海洋生物的生活习性和适应能力、疏浚物的理化特征、疏 浚倾倒数量及强度。有研究表明，即使覆盖物厚度达至l j 3 2 c r n ，绝大部分底栖生 物也有能力穿过该覆盖层，如蟹类和端足类在形态发育的特点和运动能力的优 势，使其很容易地适应疏浚物的覆盖作用，数十厘米的覆盖物也可以穿过【1 3 】。 疏浚物覆盖作用会导致一些海洋动物死亡，主要因为被覆盖后缺氧窒息和 机械压迫致死；其次，细粒径疏浚物会被吸入生物呼吸系统导致窒息死亡：此外， 疏浚物中有害物质导致鳃、表皮等组织器官的腐烂，覆盖作用导致食物来源的匮 乏，等等。 随着疏浚活动的终止，倾倒区及其附近海域的底质很快保持平衡，接着底 栖生物群落的重新建立。新群落的生物的组成主要来源于两个方面，一是幸存生 物从海底垂直迁移上来，二是其它海域的生物横向迁移而来。幸存生物和迁移来 生物会逐渐适应新的海底环境，随着时间推移，最后将构成一个完整的生物群落 建立起新的平衡。 h a 而s o n 【15 】在1 9 6 7 年对在c h e s p e a l 【湾倾倒区的研究中发现，疏浚物倾倒1 个 月后，该倾倒区内底栖生物的平均数量减少了七成；但经过1 8 个月后，调查却发 现，该倾倒区内生物数量和生物多样性已经恢复得与周边区域相当一致。 c r u z m o t t aj j 和c o l l i n sj 【1 6 】研究了位于澳大利亚的昆士兰州的c l e v e l a n d 湾的倾 倒区，对倾倒前后底栖生物群落做了观察后发现，由于生物自外界迁移进入，疏 浚活动停止后仅仅过了3 个月时间，区域内的底栖生物群落就已经恢复到一定的 水平。 我国也对疏浚物倾倒对底栖生物的影响进行了一些实地调查和理论研究。 比如，就秦皇岛港煤三期码头东侧的老倾倒区海洋环境调查研究中发现，疏浚物 倾倒覆盖了原本砾石底质的海底，取而代之变成以泥沙为主，底质的改变使该区 域底栖生物群落发生重大变化，与周围砾石底质地区的底栖生物群落存在很大不 同【1 7 】。何明海【1b 】发现，福建塔角海洋倾倒区的底栖生物群落受到倾倒活动影响 较大，比较倾倒前及周边区域，倾倒后区内底栖生物种类和数量明显减少。 6 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 1 2 1 5 疏浚物中污染物对海洋生态的影响 疏浚物向海洋倾倒会使疏浚物中存在的有毒有害物质重新向海水中释放和 并随海流扩散分布。疏浚物中含有大量营养物，重金属及持久性有机物，这些污 染物对海洋生物有很大影响。有关重金属对水生生物，如藻类、甲壳动物和鱼类 的毒性研究国内外已有大量报道【1 9 2 0 1 。w e s t e m h a g e n 等 2 1 】研究了c d 对当地 p l e u r o n e c t e sp l a t c s s a 和l i m a n d a 两种鱼的亚致死作用；高淑英等 2 2 1 就h g 、c d 、z n 、 m n 金属离子对日本对虾仔虾的急性毒性研究结果显示，4 种金属离子的毒性顺序 为h 9 2 + c d 2 + z n 2 + m n 2 + ，作者认为h g 和c d 不管浓度高低对生物都是有毒的， z n 和m n 虽然是水生生物所必需的元素，但浓度高亦会产生毒性。 海洋生物对疏浚物中的某些重金属和其它一些痕量元素、放射性元素及氯代 烃具有很强的蓄集能力，从而导致生物体组织内这些元素的含量很高。海洋生物， 特别对于软体动物，其对重金属、有机氯农药、p c b s 、石油类等有较强吸收作 用，这些物质一旦进入生物体就会在其内积累、转移，并通过食物链往上一层消 费者传递。重金属等有害物质进入生物体内的方式有多种，主要通过摄食，此外 体表吸附、表面膜渗透也可以使重金属进入生物体内，但前提需达到一定浓度。 海洋生物能吸收多数重金属元素，同时对金属元素有富集和转移作用，但具有放 大作用的金属却不多，h g 就是其中一例，它进入到生物体内还会产生放大和富 集作用【2 3 1 。相对于成熟个体，生物幼体更敏感和耐受力差，若暴露在高浓度重金 属等有毒有害物质环境中更加容易受到严重危害。 疏浚物受污染程度也决定倾倒活动对海洋生态的影响程度。清洁疏浚物仅仅 带来物理及沉积学方面的影响，悬浮物的大量增加通过海流及沉积作用在短时间 内就会消除，底栖生物通过也会在不长的时间内适应海底地形地貌的改变，形成 新的底栖生物群落。但受污染疏浚物中的有害物质的迁移、溶出等过程，则会给 倾倒区海域带来较长的影响和威胁。科学家们做了一个港湾的模拟实验【2 4 】，用直 径为2 m ，高5 m 的水池，放入港湾中的海水，底层放入厚度为3 0 c m 重污染、轻污 染、未污染( 根据港湾污染物的浓度梯度而定) 的沉积物。根据1 7 个月的试验表 明：某些重金属能从沉积物中置换出来，有些进入生物体内；水体中重金属浓度 一直变化不定，沉积物释放金属不是连续的，而是随季节变化而变化。夏季重污 染沉积物中c u 和c d 的通量大于其它两类沉积物。根据试验和港湾海水滞留时间 7 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 预测了消除上层l c r n 沉积物的污染需要的时间。计算结果表明，如果海洋中倾倒 重污染的疏浚物，p b 需要数百年、c u 需要数十年、c d c u 需要数年时间才能消除 表层l e n a 厚度沉积层的污染。 1 2 2 海洋重金属污染危害研究概述 重金属污染具有持久性、生物富集和生物放大作用【2 5 1 。重金属污染物来源广、 不易分解、易于在环境中累积的特点，对生物和人体具有毒性，被认为是环境中 最主要的污染物之一。重金属的污染具有重金属污染来源众多，包括大气沉降、 城市生活污水、地表径流等2 6 1 。重金属污染物被排入水体后，在水相中很难降解， 但可以迅速从水相转移至悬浮物和沉积物这些固相中去，随着悬浮物的沉降，最 终绝大部分重金属污染物进入沉积物中【2 7 1 ，并易在环境条件发生变化时再悬浮和 溶出而造成二次污剩2 引。重金属元素( 包括非金属元素a s ) 的环境污染一直以 来都是国内外环境化学研究的热剧捌。 1 2 2 1 海洋重金属来源及其危害 根据重金属是否由人类活动产生将海洋中的重金属分成两大类，即来自自然 和来自人为。自然来源来自各种地质和地球化学的作用，如地壳板块运动、地质 构造活动、岩石风化和被地表径流及沿岸海水的侵蚀、海底的火山爆发、海底和 海床侵蚀、河口输入等，这些天然的来源决定各种重金属元素在自然界的分布状 态和天然丰度，由此构成了其在环境中的本底值，通常也被人们叫做为环境背景 值、环境基线值。 在没有人为污染的情况下，水体中重金属仅来自自然来源，其重金属含量值 通常处于一个很低的含量水平，对相应生物的影响也不大，一般不会对水体生态 环境造成危害。近年来，重金属元素在环境中的含量因为人类的生产生活活动大 幅增加，通过人类活动输入到海洋中的重金属元素，基本上有三种途径：( 1 ) 通 过沿岸的径流排入，包括工厂、矿山、城镇等产生的含大量重金属的污水和其他 受污染的固体废物直接或通过河流向沿海排放；( 2 ) 倒入外海倾倒区的有害疏浚 物迁移出重金属，如港口、航道等沿岸污染严重地区的疏浚物倾抛入海；( 3 ) 大 气沉降输入，陆源物质可以通过长距离的转运而输送到海洋，其中含有的重金属 则是直接源于当地工业活动或其他地区的污染。 在环境污染研究中所说的重金属主要指c d 、p b 、c r 、h g 等生物毒性显著的 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 元素，也指具有一定毒性的一般重金属，如z n 、c u 、n i 、c o 、s n 等【3 0 1 。a s 虽 然属于非金属元素，但其在环境中表现出来的化学性质和环境行为类似于众多重 金属元素，因此在研究重金属对环境危害的时候通常将a s 元素一并讨论，在某 些情况下则直接将其归纳于重金属范畴内【3 l 】。 一些重工业行业，如化工化学、矿石冶炼、金属电镀和铸造，工业生产中会 产生大量含有重金属的废水，这些废水中绝大部分不经处理或仅简单的沉降处理 后被直接或经由径流排入海洋，导致近岸海水水体中重金属含量超标，这种重金 属超标现象在港口和河海交汇处表现得尤为严重。t h o r n t o n 等【3 2 】报道，位于英国 威尔士南部港口城市s w a n s e a 其沿海海域水环境中盈、p b 、c u 、c d 等重金属污 染严重，主要原因在于该城市是世界金属熔炼工业中心。在丹麦的哥本哈根港口 地区也有同样的重金属污染的问题，该地区的浅海沉积物被重金属等污染【3 3 1 。 微生物的降解作用对进入海水的重金属物质不起作用，大部分进入水体的重 金属通过沉降迁移过程最终都沉积于底泥中，只有少部分以吸附于海水悬浮物中 的方式存在于水体中。一旦重金属形成某些化合物，这种情况下就比较容易被生 物吸收富集，然后通过生物食物链逐级累积。有研究表明，沉积物中重金属污染 物亦是水生生物尤其是底栖动物体内重金属的重要来源】。 金属的化学性质，如电负性、离子电位、电子亲和力等，决定了各种重金属 对海洋生物的，重金属元素不同，往往危害也不同。重金属金属对生物体的致毒 机制是相当复杂的，吴瑜端嗍总结出重金属对生物致毒机理大致有以下四种：一 是改变酶的空间结构，重金属离子会置换出生物体内一些重要酶上基本元素离 子，如k + 、c a 、n a + 、f c 2 + ，最终导致酶原本的催化活性减弱甚至完全消失； 二是对生物体组织d n a 双螺旋结构的干扰和破坏，脱氧核糖核酸中的氢键容易 受到重金属离子的影响变得不稳定，若遗传物质染色体受到影响，生物细胞在复 制过程中可能会发生突变、甚至癌变和畸变；三是电负性高的金属离子往往具有 很高的亲和力，如h 矿一旦与蛋白质中疏基、氮基等官能团结合，就会使这些 蛋白质大分子失去生物活性，进而扰乱了生物最基本的生理机能和生化机制；四 是重金属附着于生物体表，与生物膜紧密结合，阻塞正常物质传递的路径。h g 、 a s 、c r 金属不仅能引发神经系统疾病，还具有致癌作用【3 6 】。 按照生物生存繁衍的需要，可以重金属分成两组：一、生物必要元素，如 9 黄茅岛倾倒区重金属污染物分布特征及其潜在生态风险评价 c u 、z n 、f e 、m n 、c r 、c o ：二、生物非必要元素，如h g 、c d 、p b 、a s 。c u 是生物体必须的微量元素。 s a n d a 等3 7 3 研究表明c u 的离子活度为( 1 0 6 1 3 3 ) p p b 时最适宜藻类细胞的繁 殖，超过该范围就产生抑制效应。吴瑜端等【3 s 】人发现，培养于贫营养环境下的藻 类在经受外加5 0 p p b 的c u 2 + 后，生长受到抑制且濒于死亡；但提升藻类生长环境 的营养水平至中营养水平却使藻类恢复生长。但是浓度过大的c u 对生物将产生 危害，鱼类的鳃部会出现大量粘液、引起肥大和增生，鱼类呼吸系统遭到破坏， 鱼将缺氧窒息而死；另外，过量的c u 也会损害鱼类消化系统( 淡水鱼类急性中 毒死亡诊断方法，农业部，1 9 9 6 ) 。鲍建国【1 2 】在其研究中指出当海水中c u 和z n 的浓度分别大于1 0 l g l 和3 0 p g l 时，会使对虾无节幼体无法正常发育、变态， 导致幼体相继死亡；当h f + 含量大于0 1 m g l 时，处于原肠期的对虾受精卵绝大 多数将在极短的时间内中毒。相对于c u 的抑制作用，h g 对生命体的毒性是致 命的，它与蛋白质的疏基、氨基和其它官能基团结合，