（环境工程专业论文）青岛海洋倾倒区生态环境变化研究.pdf

青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 损害，影响其繁衍生长。倾倒后疏浚物中重金属释放明显，贝类对重金属表现出 较强的积累能力与选择性，其体内重金属含量增加显著；同时悬浮物浓度与海水、 生物体内重金属含量密切相关。 关键词：生态环境变化；海洋倾倒；围隔实验；青岛倾倒区 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 t h er e s e a r c ho ne c oio gic aie n vir o n m e n tc h a n g e o f0 i n g d a om a ri n ed u m p i n gs i t e a b s t r a c t q i n g d a om a r i n ed u m p i n gs i t e ，o f ft h ej i a o z h o ub a y , w a sa u t h o r i z e df o rs p e c i a l d r e d g e dm a t e r i a l so fh a r b o r sa n dc h a n n e l si n1 9 8 6 n o wd u m p e dm a t e r i a l sa m o u n t t o 5 0 1 0 7 m 3 q i n g d a om a r i n ed u m p i n g s i t ea d j a c e n tt h em a d c u l t u r ea r e a , t h e n a v i g a t i o nc h a n n e la n dr e s o r t d i s t r i c t si sae n v i r o n m e n ts e n s i t i v ea n de c o n o m i c d e v e l o p m e n tz o n e s t h ee n v i r o n m e n t a li m p a c to fm a l i n ed u m p i n g a t t r a c t st h em o s t a t t e n t i o n s oi th a si m p o r t a n tt h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a lm e a n i n gf o rt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n to fn l a r i n er e s o u r c et h a tw es h o u l d a s s e s st h ei n f l u e n c eo fm a l i n e d u m p i n g t h et h e s i sb e g i n sw i t hc o l l e c t i n ga n da n a l y z i n gal o to fi n v e s t i g a t i o nd a t af r o m 1 9 8 5t o2 0 0 3 ，s u c ha sw a t e rd e p t ht o p o g r a p h y , h y d r o c h e m i c a l ，o c e a nc u r r e n ta n d b i o l o g i c a ls u r v e yd a t a e t c t h e ni t m a i n l ya n a l y s e s t h es t a t u so fe c o l o g i c a l e n v i r o n m e n ta n dt h ed e v e l o p i n gt e n d e n c yo fs e a w a t e ra n ds e d i m e n t sa sw e l la st h e c h a n g i n go ft h eb i o l o g i c a lc o m m u n i t y ，u s i n gf u z z yc o m p r e h e n s i v em e t h o d ，t h e e n v i r o n m e n t a lq u a l i t ya n de c o l o g i c a lr i s ke v a l u a t i o n ，a n ds p s ss o f t w a r ee t c t h e f u r t h e rr e s e a r c hi sp e r f o r m e do nt h ee f f e c to fd u m p i n gu p o nt h et e m p o r a la n ds p a t i a l d i s t r i b u t i o no fp o l l u t a n t s ，d e p t ht o p o g r a p h y , b i o l o g i c a lc o m m u n i t ys t r u c t u r e ， i n c l u d i n gb i o l o g i c a ls p e c i e s ，t h ed o m i n a n ts p e c i e ，b i o m a s s ，a n dd e n s i t y , a sw e l la st h e e n s u i n ge f f e c t so ns u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t t h er e s u l t ss h o wt h a tt h eq u a l i t yc h a n g eo fs e a w a t e ra n ds e d i m e n ti sd u em a i n l y t o t h ec o n t a m i n a n tc o n t a i n e di nt h ed r e d g e dm a t e r i a l m a r i n ed u m p i n gc a u s e da c e r t a i nd e g r e eo fd e g r a d a t i o nt ot h eq u a l i t yo ft h es e a w a t e ra n ds e d i m e mi nt h e9 0 s ， a f t e rt h a tt h i n g sa r eg e t t i n gb e t t e r t h em a i np o l l u t a n ti ns e a w a t e ra r ep b ，h ga n dt h e o i l 。a n dt h eo i l ，t h eo r g a n i cm a t t e r , s u l f i d e ，p b ，c da n dc ua r em a i np o l l u t a n t si n s e d i m e n t ，i na d d i t i o nt h ep o t e n t i a le c o l o g i c a lr i s ko fc da n dh g a l er e l a t i v e l yh i g h e r d u m p i n gh a v ed i r e c t l ya f f e c t e dt ot h ec o n t e n to fs u s p e n ds o | i & t h es t r u c t u r eo f s e d i m e n t s ，t h ew a t e rd e p t ha n dt h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i o no fp o l l u t a n t s i t t 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 m a r i n ed u m p i n gc a u s e dah u g ec h a n g et ot h eb i o l o g i c a lc o m m u n i t i e s f o r e x a m p l e ，t h ed e n s i t yo ft o t a lc e l ln u m b e ro fp h y t o p l a n k t o nh a v ed e c r e a s e dg r e a t l y , a n ds o m ep r e d o m i n a n ts p e c i e so fp h y t o p l a n k t o na n dz o o p l a n k t o nw e r ed i s a p p e a r e d t h eb i o m a s so fb e n t h o sh a v es i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e d ，a n dp o l y c h a e t aw h i c hh a v ea h i g h e re n d u r a n c et op o l l u t a n tb e c a m et h ep r e d o m i n a n tg r o u p ，b u te c h i n o d e r mw h i c h i st h em o s ts e n s i t i v et oe n v i r o n m e n tc h a n g e sd on o te x i s ta n y m o r e t h eb e n t h o si n t h i sa r e aw a sc h a r a c t e r i z e db yt h eh i g h e ra b u n d a n c eb u tl o w e rb i o m a s s l a s t l yt h em e s o c o s mt e c h n i q u ew a su s e dt os t u d yt h er e l e a s eo fh e a v ym e t a l s f r o md u m p e dm a t e r i a l sa n dt h e i r st o x i c i t ya c c u m u l a t i o ne f f e c tt om a r i n es h e l l f i s h e s t h er e s u l t si n d i c a t e dd u m p i n gd r e d g e dm a t e r i a l sh a so b v i o u s l yi n f l u e n c eu p o nt h e q u a l i t yo fs e a w a t e ra n dm a r i n es h e l l f i s h e s t h eh e a v ym e t a li nd r e d g e dm a t e r i a l s r e l e a s eo b v i o u s l ya n dt h ec o n t e n to fi ti nt h em u s c l eo fm a r i n es h e l l f i s hi n c r e a s e d g r e a t l y t h er e s u l ts h o w e dt h eh i g hc o n t e n to fs u s p e n ds o l i dt h a tb e y o n d5 0 0 m g n w i l l d oh a r mt om a r i n es h e l l f i s hc o n s t r u c t i o na n dt h ec o n t e n ts u s p e n ds o l i dw a sp o s i t i v e l y c o r r e l a t e dt ot h ec o n t e n to fh e a v ym e t a li ns e a w a t e ra n dl l l a r i n es h e l l f i s h k e yw o r d s ：e c o l o g i c a le n v i r o n m e n tc h a n g e ；n u t r i n ed u m p i n g ；m e s o c o s m s e x p e r i m e n t ；q i n g d a od u m p i n g s i t e 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含未获得! 洼i 翅翌直基丝重要挂型直明 鲍：奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研 究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢薏 学位论文作者签名：枞 签字日期：湖f 年月，胡 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有 关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权学校可以将学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手 段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：靳渖k 签字日期；刎铭年；月j 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签 签字日期：钐彩日 电话： 邮编： 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 0 引言 人类利用海洋空间资源处置废弃物已有1 3 0 多年历史了，海洋倾倒区就是专 门用于接受倾倒废弃物的海区。青岛海洋倾倒于1 9 8 6 年1 1 月正式启用，至今已 使用了2 0 年，疏浚物总倾倒量约5 1 x 1 0 7 m 3 ，年最大倾倒量约为1 2 1 0 7 m 3 。 随着青岛市的城市建设及发展的战略性西移，倾倒的单位及倾倒量逐年递增，特 别是随着青岛前湾港的大规模建设和开发，倾倒量急剧增加。由于该倾倒区位于 胶州湾口外东南方，离岸较近，又紧邻进出胶州湾的主航道和养殖区，是海洋环 境的敏感区和经济开发的热点区，疏浚物倾倒对生态环境的影响受到人们的普遍 关注。青岛市以优越的地理位置、优美的自然环境、良好的港1 2 1 条件而举世闻名， 旅游、水产和港口运输是青岛市重要的支柱产业，在保护青岛市旅游和水产资源， 同时又为青岛市的港口运输业发展提供最大的便利条件的前提下，掌握倾倒区的 生态环境质量状况及科学评价疏浚物倾倒对生态环境的影响具有十分重要的意 义。 目前对倾倒的生态环境影响研究，室外多集中在对倾倒区的生态环境调查 上，而室内集中在疏浚物中污染物的释放和疏浚物对生物的毒性累积效应上，研 究发现由于疏浚物的大量倾倒对海洋资源和环境会造成一定的损害，需要掌握倾 倒区的环境变化及其对周围海域环境资源的影响。为此本文系统整理和分析了 1 9 8 5 年以来的水文气象、化学、生物、海流、地形等调查资料，主要对该区域 生态环境现状及主要污染物变化趋势进行研究，从而深入分析倾倒对水环境、沉 积物、生物群落结构及其周围海域的影响；同时利用围隔海水实验技术现场模拟 疏浚物倾倒，以探讨倾倒后重金属的释放行为及其对养殖贝类的重金属毒性累积 效应。本研究旨在为该倾倒区生态环境的可持续发展提供科学依据。 本文在研究过程中得到了国家海洋局北海分局环境监测中心的大力支持，在 此表示衷心的感谢。 青岛海洋f 哽倒区生态环境变化研究 1 绪论 1 1 研究目的与意义 海洋倾倒区是指由主管部门或经主管部门授权的机构，按规定程序划定的专 门用于接受倾倒废弃物的海区海洋倾废区的使用，是人类利用海洋自净化能力 的一种尝试，其优点是废物处置方式简便易行，费用较低，且对人类健康的直接 危害小。但海洋的自净化能力有限，如果不能及时掌握倾倒海区的环境状况，盲 目倾倒势必造成海损危及海域的环境和生态。 疏浚物的大量倾倒已对海洋生态环境造成了一定程度的危害，许多学者都对 此进行了研究，结果表明：大量倾倒疏浚物，容易造成海水悬浮物浓度增大，从 而降低水体透光性，直接影响生物的光合作用及降低初级生产力；倾倒期间的大 颗粒悬浮物对海洋生物呼吸器官产生堵塞，致使生物窒息死亡，同时底栖生物中 的大量底上动物被掩埋致死，定居性贝类的栖息环境被改变，生存受到影响；倾 倒物中的有毒( 害) 物质在生物体内产生积累作用，从而对生物本身及食物链上一 级生物产生毒害作用；另外，疏浚物的大量倾倒还会改变海底地形地貌，影响水 深。 许多国家都对疏浚物倾倒的生态环境影响进行了大量现场调查和室内实验 研究。但由于各倾倒区疏浚物组成、数量、理化特性，有毒物质含量和倾倒方式 不同，再加上倾倒区的倾倒历史、水文气象、地质、生态环境的不同，得出的结 论也各不相同。 青岛海洋倾倒区自1 9 8 6 年启用至今已经运行了近2 0 年，但是对该倾倒区使 用后生态环境质量变化及疏浚物倾倒对生态环境影响的系统的研究还没有开展。 本文根据国内外研究成果，通过对现场调查资料的整理分析结合围隔实验技术， 深入分析了倾倒对水环境、沉积物和生物群落结构的影响，探讨了倾倒后重金属 的释放行为及对贝类的毒性累积效应。研究结论具有针对性和一定的代表性，旨 在促进该地区海洋资源的可持续发展，为该倾倒区的规范化使用和科学运行提供 科学依据。 2 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 1 2 国内外研究现状 1 2 1 海洋倾废的发展历程 人类利用海洋空间资源处置废弃物已有1 3 0 多年历史了，美国、英国、西德、 日本等国都是海洋倾废较早的国家。早期的海洋倾废活动开始于欧洲工业革命之 后，由于欧美国家工业和海上贸易的发展，开始向海洋倾倒城市垃圾和港口疏浚 物质，如英国的利物浦港、布里斯托尔海峡、普利茅斯海湾，美国的费城港、普 利茅斯海湾等。倾倒物质主要为疏浚物、城市垃圾和破船残骸等。直到第二次世 界大战之前，海洋倾废的规模和数量还比较少，进入海洋环境的污染物质也较少， 基本上能够被海洋环境吸收，未发现对海洋生态环境产生什么有害影响，因此， 海洋倾废活动一直被社会接受。随着工业革命开始，产生了越来越多的工业废物， 同时城市人口急遽增加，人为活动产生的废弃物也猛烈增加，陆地排放和岸边河 口堆积已经造成了大量的污染损害事件；因此，有一些国家开始有计划地利用船 舶、飞机、平台或其它人工构造物向海中倾倒废物，使海洋倾废的规模和数量大 大增加，从而使海洋又增加了一个新的、人为的污染源一海洋倾废f i 】。到上世纪 7 0 年代之前，海洋倾废活动基本上处于无政府状态，既没有专门的立法，也没 有专门的政府机构进行管理，倾倒的位置也多是任意的。随着海洋倾废所带来的 污染问题不断出现，人们清楚的认识到需要采取有效措施来保护海洋环境和海洋 资源，因此，海洋倾废立法和管理提上国际社会的议事日程。1 9 7 2 年1 1 月，通 过了第一个全球性公约一防止倾倒废弃物及其他物质污染海洋的公约( 即1 9 7 2 年伦敦倾废公约) 。该公约规定了禁止向海洋倾倒的有毒有害物质，严格控 制向海洋倾倒的有害物质和允许向海洋倾倒的一般物质，并通过缔约国采取办特 别许可证和普通许可证制度，对海洋倾废进行管理。伦敦倾废公约的产生， 是人类向海洋污染作斗争的一种手段，也是有条件利用海洋的一种尝试。1 9 8 2 年1 5 0 个国家又签署了联合国海洋法公约，在上述两个公约的基础上许多国 家都制定了自己国家的海洋倾废法律和规定，并建立了监督机构，依法实施管理， 从此，海洋倾废走上了科学、法治的管理轨道。 我国的海洋倾废活动已有1 0 0 多年的历史，最早的倾倒活动出现在上海。由 于吴淞内沙的淤积阻碍黄浦江航道，清政府于1 8 8 2 年向英国购买了“安定号” 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 挖泥船，并于1 8 8 3 年3 月开始了疏浚泥的海上倾倒活动，该项活动断断续续持 续了6 年。此后，青岛、天津、烟台、广州等地相继进行了海上倾倒活动。早期 主要是倾倒航道、港池的疏浚物，年疏浚物倾倒量只有百万吨。新中国成立后， 疏浚物倾倒量逐年增加，从5 0 年代的3 0 0 多万m 3 增加到6 0 年代的8 0 0 万m 3 ， 7 0 年代上升到近2 0 0 0 万m 3 ，8 0 年代达到5 0 0 0 万m 3 ，1 9 9 8 年以来，随着全球 经济的恢复，我国的港口、航道、海岸海洋工程也形成了一个新的高潮，全国沿 海地区疏浚泥倾倒的数量迅速增加，到本世纪年倾倒量达到1 亿多m 3 【2 l 。在2 0 世纪8 0 年代之前，我国的海洋倾废活动基本处于无政府状态，挖出来的疏浚物 多数是倾倒在未经环境影响评价的附近海城，对海洋环境的影响和疏浚物的分类 研究工作，也一直没有进行，因此，造成了许多重大污染事故和经济损失。我国 于1 9 8 2 年颁布了海洋环境保护法，把海洋环境保护定为基本国策，同时把海 洋倾废作为一个入海污染源加以控制和管理。1 9 8 5 年4 月国务院颁布了中华 人民共和国海洋倾废管理条例，同年我国加入“伦敦倾废公约”，并制定采取了 一系列行之有效的方针和措施。从此，我国海洋倾废活动进入法制化管理的轨道。 随着海洋倾废管理条例的实施，国家海洋局和科研机构对海洋倾废活动进行了大 量调查研究和管理工作。首先对海洋倾废的历史和现状进行了调查，并于1 9 8 6 年对我国的海洋倾废区进行了重新划分，1 9 9 2 年，国家海洋局又制定了“海洋 倾废实施细则”，全面推行了海洋倾倒许可证制度。到目前为止，批准使用的海 洋倾倒区有8 0 个，实际使用海洋倾倒区( 含临时海洋倾倒区) 达到了7 7 个。 作为伦敦公约的缔约国，我国政府十分重视海洋倾废工作。目前，我国已经 建立了一套较完整的海洋倾废管理制度和管理方法，同时大力加强了倾倒区的环 境质量监测工作，并对海洋倾废区的选划、废弃物的分类和倾倒技术进行了大量 的研究。 1 2 2 疏浚物倾倒对生态环境的影响 从海洋倾废的历史、现状及发展来看，疏浚物的倾倒是海洋倾废的重点。据 统计，全世界疏浚工程产生的疏浚物就达几亿吨，仅美国就在l 亿吨左右。我国 年疏浚量也达8 0 0 0 万m 3 ，这么大量的疏浚物质都搬到陆地上是不可能的，都围 海造地也是微不足道，海上处置几乎是唯一的出路，这一结论已在伦敦倾废公约 4 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 缔约国大会上取得了共识。这些疏浚物大部分是天然沉积物，然而有1 0 的疏浚 物由于人类的活动而受到污染，这些疏浚物进行海上倾倒时，就要考虑其对周围 环境造成的影响。 对疏浚物环境影响的系统研究起始于美国陆军工程兵团7 0 年代开始的疏浚 物研究计划( d m b p ) 。根据该项计划，陆军工程兵团对夏威夷州珍珠港进行了 倾抛地选择及环境监测，主要进行了疏浚工程前的本底调查，水质、沉积物及海 洋生物的定期监测及疏浚工程后对疏浚物的长期影响调查。此后，美国又对纽约 港疏浚物倾抛区的环境影响进行了调查研究，同时开展了疏浚物对环境影响的数 值模型预测，取得了很大成功 3 】。 8 0 年代以后，对疏浚物环境影响的研究开始系统化，随着疏浚物物理迁移 模型( 如倾抛、沉降、流场模型) 的建立和化学、声学跟踪试验的开展及放射性 示踪沙技术的首次应用，使人们对于疏浚物倾抛过程的迁移过程及机理有了更精 确的理解和认识，从而对疏浚物的环境影响的评价与影响预测也顺利开展起来。 我国对疏浚物的环境影响研究开始于1 9 8 5 年对海洋废弃物倾倒技术和方式 的研究。1 9 8 9 年开展了闻名全国的“北黄海v 号试验倾废区的倾倒试验研究”， 动用了当时最先进的设备，4 艘调查船同时定点、同步追踪监测倾倒物的运动轨 迹和浓度分布，取得了大量的成果【4 】。之后，我国对疏浚物中有害物质溶出、疏 浚运作的环境影响及疏浚物倾抛处理后对倾倒区的环境影响都进行了大量的调 查、研究。 1 2 2 1 疏浚物倾倒对海洋环境的影响 疏浚物对海洋环境影响主要包括两个方面：疏浚运作和倾抛过程的短期环境 影响及疏浚物倾抛后对倾倒区的长期环境影响。 疏浚作业是保证港口正常营运及航道畅通的一项重要活动，老港的维护及新 港区的开挖都离不开疏浚作业。施工过程中由于挖泥船的机械扰动、溢流、洒漏 等因素，导致一部分本已沉积海底的疏浚土再次在水出悬浮，并随流输移、扩散， 对施工区附近海域环境造成一定影响。首先施工期间形成的悬浮物高浓度扩散 场，对海洋生物呼吸器官产生堵塞影响，使生物窒息死亡；第二，航道疏浚破坏 了底栖生物尤其是定居性贝类的栖息环境，导致减产或死亡；第三，水体中高浓 度悬浮物中有毒( 害) 物质通过水生生物的新陈代谢，导致在生物体内的积累，从 而对生物本身及食物链上一级生物产生毒害作用；第四，水体中高浓度悬浮物可 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 降低水体透光性，影响生物的光合作用，降低水生态系统初级生产力，从而影响 整个水生态系统；第五，其他施工作用方式对生态系统产生影响，如炸礁等堋。 疏浚物倾抛造成的暂时性影响包括海水悬浮物、浑浊度的增加，海水质量的 下降及污染物的迁移、扩散，造成的影响一般为暂时性的，但是可能会危害某些 经济鱼类，造成短期内重大经济损失，如1 9 8 6 年福建省的湄州湾兴建码头工程， 施工单位将2 0 3 0 万m 3 淤泥倾倒在山腰湾口白礁附近的传统渔区，造成大量牡 蛎被淤泥粘住，窒息而死。1 9 8 8 年，山东某港疏浚物的倾倒也给扇贝养殖生产 造成严重损失，经济赔偿达1 0 万元之多 疏浚物倾倒的长期影响包括海底地形的变化、底部沉积物特性局部发生变 化、邻近地区沉积速率的增加以及由此引起的对生物的影响，如1 9 8 2 1 9 8 4 年 烟台港倾倒疏浚物3 0 0 万m 3 ，改变了倾倒区底质的沙质环境，造成了海参大幅 度减产，因此不得不更改倾倒区的位置l7 ，长期影响一般要等几年甚至十几年 才能观察到。 疏浚物受污染程度不同，对环境的影响也不同，清洁疏浚物只产生物理和沉 积学方面的影响，被污染疏浚物的倾倒还可能引起化学方面的影响，如有毒有害 物质、重金属、石油类污染物释放污染水质，使倾倒区表层沉积物中重金属污染 物累积，并通过食物链传递、富集、危害人体健康。1 9 8 5 1 9 8 7 年对原有倾倒点 监测数据表明，长江口、珠江口疏浚物倾倒区的z n 、总c r 和p b 的含量以及深 圳湾、大亚湾和内伶仃岛附近海域疏浚物倾倒区的锡含量均增加显著。 1 2 2 2 疏浚物倾倒对海洋生物的影响 疏浚物的倾倒首先改变倾倒区及其附近海域底栖生物的栖息环境，因而受影 响较大的是底栖动物。一般底上动物如日本鼓虾、鲜明鼓虾等虾类被覆盖后多数 将死亡；而底内动物如各种沙蚕、单壳动物和双壳动物被覆盖后，绝大多数仍能 生存；有些活动能力较强的底栖动物，如虾虎鱼、短峭等被惊扰后会迅速逃离现 场。有资料表明，绝大多数底栖动物能够穿过3 2 c m 的覆盖物，其中蟹类和端足 动物由于其形态和生理上的适应能力很强，可以穿过数十厘米的覆盖物而生存下 来。对浮游生物和游泳生物的影响主要是由于倾倒海域水质的浑浊、溶解氧下降 和透光率降低等，对浮游植物的光合作用产生不利影响，导致倾倒区附近海域内 初级生产力水平的下降。由于悬浮物的影响造成鱼类和某些浮游动物中的挠足类 垂直迁移的混乱，对营滤食性的浮游桡足类的存活和繁殖有明显的抑制作用。 6 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 同时疏浚物中的有毒有害物质由于倾倒使其中有毒有害物质重新释放对海 洋生物产生危害，生物群落吸收污染物质，会使群落内疫病增加并降低生物种类 多样性。许多海洋生物，如软体动物对重金属、有机氯农药、p c b s 等有害物质 具有吸收作用，甲壳类有累积污染物质( 如重金属、氯代烃、石油烃和大肠杆菌) 的能力，这些物质在体内积累、转移，并沿食物链传递。由于食用疏浚物污染的 海洋生物，导致病、细菌和杆菌的引入，从而影响人们健康和经济活动。早在 1 9 7 6 年v e r b e f 报道了由于疏浚物被下水道排污口大肠杆菌污染，结果造成疏浚 物倾倒地区及其附近6 5 k r a 2 的海域覆盖了大肠杆菌限1 0 1 。 国内外许多学者对疏浚物对生物的的毒性累积效应作了大量的研究，如 k o e p p 在1 9 8 0 年将紫贻贝移植到疏浚物倾倒区，发现紫贻贝体内的重金属h g 、 c d 、p b 浓度明显增高i l ”。k e s t e r 于1 9 8 3 也报道了疏浚物对生物的毒性，认为固 相对生物的毒性最大，表现在机体中污染物的积累【l2 1 ，m a r q u e n i e 等于1 9 8 5 年 研究了疏浚物在海水中倾倒后其重金属的生物归宿，认为重金属对滤食生物具有 毒性效应，并提出用滤食性的蛤仔作为监测生物 13 1 ，李纯厚、林燕棠于1 9 9 7 和 1 9 9 8 年对疏浚泥固相、液相、悬浮相对海洋浮游动物、底栖动物的毒性累积效 应及对生存量的影响进行了研究，发现疏浚淤泥悬浮相对浮游甲壳类的致毒效应 明显，随温度的升高，毒性效应亦增强。底栖动物对油类和h g 优先富集并给出了 重金属毒性顺序和生物积累顺序【l 纠酣。刘广远，贺伟等还对大窑湾非沾污疏浚泥 倾倒时悬浮颗粒物对栉孔扇贝急性致死量进行了研究f 1 7 1 ，许章程，洪丽卿在对污 染疏浚物对缢蛏、牡蛎、甲壳类幼体和长毛对虾幼体的毒性研究中，发现受试生 物的生长、摄食、存活均受到不同程度的影响，并给出了重金属毒性顺序i l 剐。 1 2 3 疏浚物倾倒区生态环境变化研究现状 近年来，许多国家对疏浚物海洋倾倒区的总体环境影响评价制定了大量的标 准和规则( 1 e e e ta l ，1 9 9 1 ；p e q u e g n a te ta l ，1 9 9 0 ；v a i ld e nb u r g t ，1 9 9 4 ) 1 9 - 2 1 同时对疏浚物倾倒后倾倒区内的生态环境变化进行了大量调查研究，如h a r r i s o n 早于 1 9 6 7 年就报道 c h e s p e a k 湾倾倒区在疏浚物倾倒一个月后底栖生物平均数 量减少了7 1 ，但1 8 个月后，生物数量和种类多样性就恢复到和周围海域一样 2 2 1 。 w f l d i s h 和t h o m a s 于1 9 8 5 年、r e e 于1 9 9 2 年对倾倒后倾倒区内大型无脊椎底栖生物 7 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 群落的变化进行了研究矧。v a nd o l a h 在1 9 8 4 年对美国卡罗莱纳州南部的倾倒区 的研究中发现，倾倒对底栖动物的影响很小阱】。f l i n t 于1 9 7 9 年和r e e s 于1 9 9 2 年在 对依利湖的疏浚物倾倒区研究中发现，由于机会种的快速繁殖和较高的生物扩散 能力使得生物个体总数量有很大增加，该倾倒区生物恢复时间仅需要1 年 2 5 t 2 6 】。 r o b e r t 和f o r r e s t 于1 9 9 9 年唧，h a r v e y - i ：1 9 9 8 年都分别提出开阔海域的海洋倾倒由 于物理扰动( 埋葬、窒息) 和化学污染对底栖生物的丰富度和多样性有很大影响， 在对加拿大东部的a n s eab e a u f i l s ，b a i e d e sc h a l e u r s 倾倒区的研究q b h a r v e y 发现， 由于倾倒造成表层沉积物组成变化很大，底栖生物群落损失较大，同时倾倒所带 来的营养物造成海区内的生物种类变化很大，同时该海区机会种数量较少，倾倒 区内的生物恢复较慢，生态恢复需要3 年时间汹】。j j c r u z m o t t a ，j c o l l i n s 在对 澳大利亚的昆士兰州的c l e v e l a n d 湾的倾倒区的研究中发现，由于生物从倾倒区外 的迁移，倾倒停止3 个月后底栖生物群落就得到恢复，但是由于倾倒不均匀造成 该区生物分布状况不均匀、海底形成小的丘陵【2 9 】。j s t r o n k h o r s t a 等对荷兰的两 个倾倒区研究中发现倾倒期间底栖生物量很少，细颗粒沉积物中c d 、h g 、p c b s 、 队h s 、t b t 含量是周围海域的2 3 倍，倾倒停止一年后底栖生物多样性和丰富 度有了很大的增加，沉积物中细颗粒含量也显著降低，而西北部的新的倾倒区由 于倾倒影响底栖生物损失较大，倾倒区底质已经由砂质变为泥质，污染物含量也 有所增加，该海域的生态恢复时间为l 2 年。j s t r o n k h o r s t a 提出疏浚倾倒的物理 扰动停止及倾倒带来的沉积物中泥质含量的增加有助于底栖生物群落的恢复脚】。 我国也对疏浚物倾倒后倾倒区的生态环境变化进行了调查和研究，如对秦皇 岛港煤三期码头东侧的老倾倒区调查中发现，由于疏浚物的倾倒原倾倒区的砾石 底质变成了泥质和泥沙质，底栖生物群落与周围地区有很大差异。在张国安、虞 志英对连云港疏浚工程的环境影响的研究中发现对海域环境的影响主要取决于 疏浚弃土本身的受污染程度，弃土扩散除造成海水中悬浮沙量增加引起水质浑浊 度的增高，还由于弃土中大量的粘粒和胶粒物质具有吸附海水中重金属和有机物 等污染物质的能力，有利于水质和生态环境的改善，对各类海洋生物生存环境的 影响是十分轻微的【3 ”。何明海对福建塔角海洋倾倒区底栖生物群落的调查研究中 发现倾倒对该区底栖生物的影响较大，倾倒区内底栖生物种类明显减少，栖息密 度和生物量变化显著【3 2 1 。纪灵，王荣纯对烟台海洋倾倒区调查研究中发现该区域 水质、沉积物状况较好，但是水深变浅，地形发生改变，同时由于倾倒区的使用 8 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 已使得海区生物受到一定影响，浮游植物的种群结构发生明显改变，许多优势种 已不复存在，浮游动物种群结构也有一定变化1 3 3 1 。 早期对倾倒物的环境影响评价中，主要对物理、化学方面进行评价，随着人 们对生态环境的进一步认识，开展了生态毒理方面进行了研究。如a n l d e y 于1 9 9 2 年提出要对倾倒物的环境影响进行生物监测和毒理学方面研究1 3 4 ，国外还对于倾 倒物的长期毒性、有毒物质在生物体内的生物积累、内分泌影响，致癌性、变异 性都开展了广泛的研究，建立了许多生物毒理学方面的评估方法，如德国的 m o n i k a n e n d z a 就提出了一套系统的用于倾倒区生态环境评价中的生物评价方法 【矧，国内这方面的研究还较少。 根据许多学者的研究，各倾倒区由于疏浚物组成、数量、理化特性，有毒物 质含量和倾倒方式是不同的，再加上倾倒区的倾倒历史、水文气象、地质、生态 环境的不同，得出的结论也各不相同。青岛海洋倾倒区自1 9 8 6 年使用至今，一 直没有对其生态环境变化进行系统的研究，因此，本论文的研究具有针对性和一 定的代表性，可以为将来倾倒区的科学运行、管理提供有价值的参考，具有重要 意义。 1 3 研究内容 本文以青岛海洋倾倒区为研究对象，通过对现场调查数据的整理分析结合室 外海水围隔实验对疏浚物倾倒对生态环境的影响进行研究，主要研究内容包括： ( 1 ) 广泛搜集和整理1 9 8 5 年以来对青岛倾倒区所作的水文气象、化学、地形、 生态及海流等资料，利用模糊数学、环境质量与生态风险评价、生物多样 性等多种方法及s p s s l 0 0 统计软件研究倾倒区启用近2 0 年后的环境现 状，并对该区域水环境、沉积物、生物群落结构的变化及其相互问的关系 进行研究，深入分析倾倒对污染物的分布特征及其变化趋势、水深地形、 生物群落结构( 包括生物种类、优势种、生物量、生物密度、群落特征) 和周围海域的影响。 ( 2 ) 应用围隔海水实验技术现场模拟疏浚物倾倒，研究在不同悬浮物浓度下疏 浚物中重金属释放行为及养殖贝类( 菲律宾蛤仔、海湾扇贝、褶牡蛎) 的 重金属毒性累积效应。 9 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 2 研究区域概况 青岛海洋倾倒区位于青岛胶州湾口外东南方，距离青岛市6 7 k m ，地理位置 为经度1 2 0 。1 8 7 0 0 ”e 1 2 0 。2 0 0 0 ”e ，纬度3 5 。5 9 7 2 4 ”n 3 5 。5 8 3 9 ”n ( 图2 - 1 ) 。面积约7 k m 2 ，海域平均水深2 2 m 。海岸属于基岩海岸，潮间带 较窄，沉积物有明显分带，属侵蚀后退或稳定岸。海流对底质冲刷较大，海域沉 积物为陆源碎屑沉积，以粘土质粉砂、含砾粘土质粉砂为主。 2 1 气象与水文状况 2 1 1 气象 图2 - 1 倾倒区位置 青岛倾倒区属于季风气候带，受季风影响明显。春、夏季盛行s e 风，秋冬 季盛行n n w 风。全年最多风向为s e 向，频率为1 2 。全年平均风速5 5 m s ； 1 1 月2 月平均风速较大，平均风速6 2 m s ，7 月8 月最小，为4 7 m s 。多年平 均全年大风( 8 级) 日数为3 9 5 d 。1 1 月份大风最多，平均为6 d ；1 2 月份次之为 4 8 d 。7 、8 月份大风最少，平均不足2 d 。该地区四季分明，多年年平均气温为 1 0 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 1 2 5 c ，年平均最高气温为1 5 8 ，年平均最低气温为9 8 。最热月份出现在8 月，月平均气温为2 5 5 c ，最冷月份出现在1 月，月平均气温为- 0 2 c 。该海域 多年年平均气压为1 0 1 7 7 h p a 。秋、冬季受蒙古冷高压影响，气压偏高，其中1 月份最高，平均为1 0 2 7 5 h p a 。春季受黄淮气旋影响，气压逐月下降。夏季受低 压系统控制，气压较低，其中7 月份最低，平均为1 0 0 5 1 h p a 。 该海域降水具有季风气候的特征，多年平均降水量为7 3 2 7 m m 。降水量多集 中在夏季7 9 月份，占全年的6 0 。其中7 月份降水量最多，多年平均为 1 6 2 2 m m ；秋季次之，其降水量为1 4 9 2 m m ，占全年的2 2 ，春季降水量为9 7 8 m m ， 站全年的1 4 ；冬季各月降水量均很少，仅占全年的4 。多年年平均相对湿度 为7 5 。1 2 月份相对湿度最小，为6 4 ；7 月份最大，为9 0 。其中1 0 月2 月为干燥期；5 月8 月为潮湿期。该海域多年平均有雾日数为4 1 2 d ，4 7 月 雾日较多，占全年雾日的7 9 1 ，其中6 、7 月最多，平均雾日为9 4 d 和9 3 d ，8 月开始海雾显著减少。 2 1 。2 水文状况 青岛倾倒区海域潮汐主要受南黄海潮波系统影响，为正规半日潮，平均潮差 为2 7 8 c m ，最大潮差4 7 5 c m ，平均涨潮流历时较平均落潮流历时短l h 。该海域 海流主要是潮流，为规则半日潮流，且基本呈旋转流，旋转方向多在逆时针。潮 流性质特征值在0 1 加3 之间，平均流速约为7 0 c m s 。涨潮流流速大于落潮流流 速，涨潮流向偏西南，落潮流流向偏东北。涨潮流速小于落潮流速，最大流速方 向与岸线方向基本一致。 该海域波浪全年以风生浪为主，其分布和变化具有明显的季节差异和区域特 征。秋、冬季节以偏北向浪为主，春、夏两季盛行偏南向浪。最大波高为1 0 o m ， 为1 9 8 5 年台风引起。常年平均水温为1 3 5 c ，平均水温年相差为2 1 4 c 。平均 水温的年变化呈比较规则的峰谷型，谷值在2 月，平均水温为2 8o c ，峰值在8 月，平均水温为2 4 2 c 。历年平均水温为1 2 2 1 4 3 c 。 2 2 社会经济概况 7 青岛倾倒区沿岸为黄岛经济技术开发区，区内山海相连，海岸线长1 0 6 公里， 青岛海洋倾倒区生态环境变化研究 有四个半岛，多个海湾，自然条件优越黄岛区以其优越的地理位置，良好的港 湾条件，优美的自然环境，成为青岛的重点开发区之一目前己初步形成了以现 代化港口、先进工业、国际贸易、旅游度假为主要特色，集开发区、保税区、高 新技术产业区和旅游度假区四位于一体的现代化新城区框架。据统计，全区人口 为3 2 7 万人，其中常住人口2 1 2 万人。2 0 0 2 年全区完成国内生产总值1 6 9 2 亿元， 地方财政收入9 6 亿元，工业总产值3 5 3 亿元。累计投入基础设施建设资金1 3 0 多 亿元，建成了前湾港、胶黄铁路，环胶州湾高速公路等一批重大基础设施工程， 投资环境日臻完善，吸引了5 0 多个国家和地区的客商前来投资。 薛家岛、竹岔岛旅游度假区为省级度假区，以山海风光、渔村民俗、海洋娱 乐为特色，建有现代游乐中心、海南运动游乐中心、度假村、太极拳训练中心和 以海洋文化艺术为主要内容的游览区、垂钓区等。 黄岛周围海域渔业资源丰富，海水养殖业条件十分优越，有鱼类1 0 0 多种， 优势种有斑鲚、梭鱼、青鳞鱼和牙鲆，另有虾、蟹类和头足类等无脊椎动物。目 前在倾倒区南部竹岔岛东部5 7 k m 有浅海养殖区，主要养殖贝、藻类。在竹岔 岛等周围小岛周围为海珍品增养殖区，养殖刺参、鲍鱼、石花菜。该区养殖面积 约4 5 0 0 k m 2 ，养殖产量7 8 1 1 0 4 t ，占青岛市养殖总产量的9 9 7 ，区养殖海域 不断扩大，养殖品种不断增多已建成全省最大的网箱养殖基地。 2 3 倾倒区疏浚物倾倒情况 2 3 1 疏浚物的挖掘、运载和倾倒方式 航道和港池疏浚挖掘方式：利用自航式耙吸船，链斗式挖泥船、抓斗式挖泥 船施工。运载、倾倒船舶有三种类型，第一类为非自航式泥驳船，舱容量一般为 2 0 0 m 3 5 0 0 m 3 ；第二类为自航式泥驳船，舱容量为5 0 0 m 3 ；第三类为自航耙吸式 疏竣船，舱容量一般在1 0 0 0 m 3 4 5 0 0 m 3 。倾倒方式为船舶开底瞬时倾倒。 从这三类倾倒船倾倒疏