（水生生物学专业论文）胶州湾海域营养盐及其他污染物的分布变化特征.pdf

上海水产大学硕士学位论文 摘要 胶州湾是一个半封闭的海湾，地处山东半岛东南部，位于山东省青岛市的辖 区。由于陆地资源的枯竭，海洋越来越受到人类的重视，胶州湾海域为青岛市的 经济发展做出了巨大的贡献，是胶州湾地区的重要组成部分。青岛市是我国著名 的滨海旅游城市，环境优美，临海毗山，夏无酷暑，闻名中外，是我国著名的旅 游度假城市，每年有大量的海内外游客慕名而来，旅游产业带动了经济发展，同时 也产生了巨大的环境压力。近年来，由于经济飞速发展，随之而来的是自然环境 受到污染，环境压力日益增大，大量的污染物被直接排入胶州湾海域，海域呈现富 营养化，环境日益恶劣。 本文通过对胶州湾海域2 0 0 6 年度营养盐的分布状况以及改革开放初期时水体 中五项营养盐的含量大小及分布情况对胶州湾海域的富营养化影响的情况进行初 步评价。另外，通过1 9 7 9 年时汞、铬以及有机化合物六六六( b h c ) 等元素在胶州 湾海域的含量大小以及分布状况，利用相关监测数据进行绘图，分析该地区在改 革开放初期的环境状况。 营养盐是评价水体富营养化的重要因子，本文根据2 0 0 6 年全年的调查数据研 究营养盐的分布特征，从而对水体进行评价。五项营养盐硝酸盐( n 0 3 n ) ，亚硝酸 盐( n 0 2 一n ) ，氨氮( n h 4 - n ) ，活性硅酸盐( s i 0 3 一s i ) 和活性磷酸盐( p 0 4 - p ) 的整体分布特 征比较相似，因为胶州湾大半被陆地包围，湾内营养盐分布受陆源径流的影响很 大。营养盐的表层分布基本上都是湾北部水域含量较高，水体较封闭的东北部含 量最高，南部湾口以及外海区域的含量较低。5 月份时，由于地表径流的增加，湾 的西北部也出现营养盐含量的高值区。磷和氮的最高含量都是出现在5 月份，而 硅的最高含量出现在8 月，分别为：p 0 4 p ：i 0 3 _ + 0 7 5 z m o i l ，s i 0 3 s i ：8 8 9 _ + 7 8 0 g m o l l ，n 0 3 - n ：1 1 5 0 _ + 1 0 2 0 # m o l l ，n 0 2 一n ：3 0 5 _ + 2 7 4 # m o l l ，n h 4 一n ：1 3 8 _ + 1 0 4 0 【m o l l 。根据历史资料，营养盐在胶州湾海域的含量近几年有减小的趋势。 在营养盐的结构方面，2 0 0 6 年全年平均d i n p 0 4 p 比值为3 1 0 6 ，s i 0 3 s i d 1 n 比值为0 4 5 ，s i 0 3 s i p 0 4 p 平均比值为9 6 2 ，符合硅是限制因子的条件，即2 0 0 6 年胶州湾浮游植物生长的限制因子是硅，这与近几年其他研究人员的研究成果一 致。 利用营养指数法和有机污染综合指数法对胶州湾水体营养状况进行评价，平均 上海水产大学硕七学位论文 计算结果分别为2 3 2 和5 1 2 。结果显示：2 0 0 6 年胶州湾水体呈现富营养化，且受 污染程度较重。 汞、铬以及b h c 均是较具有代表性的污染元素，同时它们也是工业化生产后 大量产生的污染物，对环境以及生物的危害极大，对这一类有害物质的含量监测 意义重大。本文根据1 9 7 9 年5 月，8 月，1 1 月胶州湾水域调查资料，并且与近几 十年来的调查资料进行对比分析，探讨和研究胶州湾重金属汞、铬以及有机化合 物b h c 的平面分布、垂直分布、季节分布以及发展趋势。 结果表明：1 9 7 9 年胶州湾东北部海域春季污染较为严重，西南部的污染程度 相对较轻；汞春季和夏季的表层含量大于底层含量，铬和b h c 夏季大部分站位表 层含量大于底层含量，冬季时这几种污染物底层含量高于表层含量；总体来说春 季污染较为严重，冬季水质状况最好。另外，从历史资料来看，前几十年来，污 染一直在恶化，直到近几年才有所缓和。 综合得出：胶州湾水域在人类活动较活跃的春夏季污染物的含量远远高于人 类活动较少的冬季，靠近工业区的东北部水域污染物的含量远远高于远离工业污 染区的西南部，水体较封闭的湾东北区污染物的含量远远高于水体交换较活跃的 湾口区。这些结论说明，胶州湾海域水质状况与人类活动及自然活动均有密切关 系。 从而得到结论：胶州湾海域的环境状况与自然条件及人类的活动息息相关。 海水交换活跃的区域，污染物的含量相对较小，海水相对封闭的区域，污染程度 相对严重。人为的活动给自然环境带来压力，随着工业的发展，增加了重金属汞、 铬等污染物在海水中的含量，另一方面，由于b h c 的禁用政策，让其含量大大减 小，环境得到改善。 本研究利用2 0 0 6 年实时调查数据得到的一些结论为胶州湾海域的环境管理和 保护提供了可靠依据，对防止环境污染和水域富营养化具有指导意义，为实现生 态系统的可持续发展提供参考。因此本研究还具有重要的社会和环境效益以及潜 在的经济效益。 关键词胶州湾；营养盐；限制因子；汞；铬；b h c i i 上海水产大学硕士学位论文 t h en u t r i e n ta n do t h e rc o n t a m i n a t i o nd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r o fs e a w a t e ri nj i a o z h o ub a y j i a o z h o ub a yi sas e m i e n c l o s e db a ys u r r o u n d e e c lo i n g d a oc i t yi nt h es o u t h e a s to f s h a n d o n gp r o v i n c e q i n g d a oc i t yi sf a m o u sf o rt o u r i n gw h i c hb e s i d e st h es e a , f o ri t s p r e d o m i n a n tg e o g r a p h yl o c a t i o na n da b u n d a n tn a t u r er e s o u r c e ，t h ee c o n o m yd e v e l o p e d a tv e r yf a s ts p e e d , b u ta tt h es a m et i m e ，t h ee n v i r o n m e n tw a s p o l l u t e db a d l y , a n dt h e s u r r o u n d i n g sp r e s s u r ea g g r a v a t e di n c r e a s i n g l y , a n dal a r g en u m b e r so fp o l l u t i o nw a s d r a i n e di n t oj i a o z h o ub a y d i r e c t l y , b yw h i c ht h es e aa r e ae n v i r o n m e n tc o n t a m i n a t e d o w i n gt ot h er e s o u r c ei nt h el a n dw a sd r y i n gu p ，t h es e ar e s o u r c ew a sr c c o g n i s e db y h u m a nm o r ea n dm o r c , a n dt h ej i a o z h o ub a yc o n t r i b u t e dal o tt ot h ee c o n o m y d e v e l o p m e n to fq i n g d a oc i t gw h i c hw a sav e r yi m p o r t a n tp a r to fj i a o z h o ua r e a s i m u l t a n e o u s l y , t h eq i n g d a oc i t yn e a r b yt h ej i a o z h o ub a y , w h i c hw a sp o s s e s s e do f e l e g a n ts u r r o u n d i n g sa n df i t t i n gt e m p e r a t u r ew a sf a m o u sf o r t h es e v e nc o l o u rw o r l d “t l l er e dt i l e s ，t h eg r e e nf l e e s ，t h ey e l l o ww a l l s ，t h ec y a nm o u n t a i n s ，t h eb l u i s hg r e e n s e a , t h eb l u es k ya n dt h ew h i t ec l o u d ”a n dam a s so ft o u r i s t sb o t l ih e r ea n da b r o a dc a m e t ot h ea r e a t h et o u ri n d u s t r ya c c e l e r a t e dt h ee c o n o m yd e v e l o p m e n t ，a l s ob r o u g h t h u g ep r e s s u r eo nt h ee n v i r o n m e n to ft h ej i a o z h o ua r e a t h i sp a p e re s t i m a t e dt h es t a t u so ft h ec i r c u m s t a n c ea b o u tt h en u t r i e n td i s t r i b u t i o n i n2 0 0 6a n dt h ep o l l u t i o ns t a t u sw h e nt h er e f o r m i n ga n do p e n i n g u pp o l i c yc a m ei n t o p r a c t i c ei nc h i n ae a r l y ，a c c o r d i n gt ot h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i n go ft h ef i v ek i n d so f n u t r i e n ti ns e a w a t e r aa n da tt h es a m et i m e ，w ea n a l y s e dt h ec o n t e n ta n dd i s t r i b u t i o no f t h em e r c u r y ，c h r o m i u ma n do r g a n i cc o m p o u n dt oa p p r a i s et h es e a w a t e rq u a l i t yi n1 9 7 9 a n de s t i m a t e de n v i r o n m e n ts t a t u si ne a r l yt h er e f o r m i n ga n do p e n i n g - u pi nc h i n a b y i 上海水产大学硕士学位论文 u s i n gt h em o n i t o r i n gd a t at od r a wt h ed i a g r a m s ，a n a l y s i n gt h ec i r c u m s t a n c es t a t u so ft h e a r e a , i t sr e s u l t sc a nr e f l e c tt h ep r a c t i c a li n s t a n c ei nac e r t a i nw a y t h en u t r i e n tw a sav e r yi m p o r t a n tf a c t o ra b o u tt h ew a t e re u t r o p h i c a t i o na n d e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n dt h i st h e s i ss t u d i e dt h ed i s t r i b u t i o no ft h en u t r i e n ta n dt h e s e a w a t e rq u a l i t y , a c c o r d i n gt ot h em o n i t o r i n gd a t ao ft h ey e a r2 0 0 6 t h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r so ff i v ek i n d sn u t r i e n t s ，w h i c hw e r en i t r a t e ( n 0 3 - n ) ，n i t r i t e ( n 0 2 - n ) ， a m m o n i a ( n h 4 - 聊，s i l i c a t e ( s i 0 3 - s i ) a n dp h o s p h a t e ( p 0 4 p ) w e r es i m i l a r , f o rm o r et h a n h a l fo ft h ej i a o z h o ub a yw a se n c i r c l e db yt h el a n d ，a n dd i s t r i b u t i o no ft h en u t r i e n tw a s e f f e c t e db yt h es t r e a mf r o mt h el a n db a d l y a n dt h en u t r i e n th o r i z o n t a ld i s t r i b u t i o nw a s w h i c h , t h eh i g h e s tc o n t e n tp a r tw a si nt h en o r t ho ft h eb a yb a s i c a l l y , e s p e c i a l l yi nt h e c l o s en o r t h e a s tp a t e ，w m l et h el o w e s tc o n t e n tp a r tw a si nt h es o u t ha n do u t e rs e aa r e a b u tw h e ni nm a y , a n o t h e rh i g h e s tc o n t e n ta r e aa p p e a r e di nt h en o r t h w e s to ft h eb a y , f o r t h ei n c r e a s e ds t r e a mf r o mt h el a n d a n dt h eh i g h e s tc o n t e n tp a r to fp h o s p h o ra n d n i t r o g e na p p e a r e di nm a y , o t h e r w i s e ，t h eh i g h e s ts i l i c i cc o n c e n t r a t i o na p p e a r e di n a u g u s t ，w h i c hr e s p e c t i v e l yw e r e ：p 0 4 - p ：1 0 3 o 7 5 t m o l l ，s i 0 3 一s i ：8 8 9 _ + 7 8 0 z m o l l ，n 0 3 一n ：1 1 5 0 + 1 0 2 0 t m o l l ，n 0 2 n ：3 0 5 _ + 2 7 铆m o l l ，n h 4 - n ：1 3 8 _ + 1 0 4 0 z m o l l a n di nt h ec o m p o s i t i v es c a l ef a c e t ，i n2 0 0 6 ，t h ed i n p 0 4 一pa v e r a g er a t i ow a s3 1 0 6 ， t h es i 0 3 一s i d 玳a v e r a g er a t i ow a s0 4 5 ，w h i c hw a sl e s st h a nc r i t i c a lv a l u e1 ，a n dt h e s i 0 3 - s i p 0 4 - pa v e r a g er a t i ow a s9 6 2 ，w h i c hw a sl e s st h a nc r i t i c a lv a l u e1 0 ，a n d c o n f o r m e dt ot h ec o n d i t i o nt h a ts i l i c o nw h i c hw a st h el i m i t i n gf a c t o ra n dw ec o u l d c o n c l u d et h a tt h el i m i t i n gf a c t o ro ft h ep h y t o p l a n k t o ng r o w t hw a ss i ，w h i c hm a i n t a i n e d c o n s i s t e n t l yw i t ht h ep r e d e c e s s o r u t i l i z i n gt h en u t r i t i o ne x p o n e n tm e t h o da n do r g a n i cp o l l u t e ds y n t h e t i z e de x p o n e n t m e t h o dt oa p p r a i s et h es e a w a t e rq u a l i t yi nj i a o z h o ub a y ，a n dt h er e s u l t sr e s p e c t i v e l y w e r e2 3 2a n d5 1 2 f i n a l l y w eo b t a i n e dt h ec o n c l u s i o nt h a tt h es e a w a t e ri nj i a o z h o u b a yp r e s e n t e de u t r o p h i e ds t a t u s ，a n dp o l l u t e db a d l y h e , c ra n db h c w e r er e p r e s e n t a t i o n a lp o l l u t e de l e m e n t s ，a n db o t ho ft h e mw e r e g e n e r a t e db yi n d u s t r i a l i s a t i o nm a n u f a c t u r e s ，w h i c he n d a n g e r e dt ob i o l o g yb a d l ya n d i v 上海水产大学硕士学位论文 w e r ei m p o r t a n tt om o n i t o r a c c o r d i n gt ot h es e a s o n a li n v e s t i g a t i o n si n1 9 7 9 ，t h i sp a p e r a n a l y s e dt h ec o n t e n t , p l a n ed i s t r i b u t i o n , v e r t i c a ld i s t r i b u t i o n ，s e a s o n a ld i s t r i b u t i o na n d t h ed e v e l o p i n gt r e n do ft h eh e a v ym e t a lh g ，c ra n do r g a n i cc o m p o u n db h ci nj i a o z h o u b a y t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ep o l l u t i o no fn o r t h e a s to fj i a o z h o ub a yw a sg r a v e n e s s , c o r r e s p o n d i n g l y , t h es o u t h w e s tw a sg e n t l yi n1 9 7 9 ，a n di nb o t hs p r i n ga n ds u m m e r , t h e c o n c e n t r a t i o no fm e r c u r yi ns u r f a c ew a t e rw a sh i g h e rt h a ni nb o t t o mw a t e r o p p o s i t e l y , s u r f a c el a yw a sl o w e rt h a nb o t t o mi nw i n t e r a n dc o n c e n t r a t i o no fc h r o m i u ma sw e l la s b h ci ns u r f a c el a yw a sh i g h e rt h a ni nb o t t o mw a t e rw h e ni ns u m m e r , b u tw h e ni n w i n t e r , t h eb o t t o mw a sh i g h e r ；g e n e r a l l ys p e a k i n g , t h es e a w a t e rq u a l i t yw a sb a di n s u m m e r , w h i c hw a st h eb e s ti nw i n t e r s t u d y i n gf r o mt h eh i s t o r i c a lm a t e r i a l ，t h eb a y w a sp o l l u t e dw o r s ea n dw o r s ei np r e v i o u ss e v e r a ld o z e n so fy e a r su n t i lr e s e n ty e a r s ， w h e nt h ep o l l u t i o nw a sm i t i g a t i n g i naw o r d , t h ec o n t a m i n a t i o ni nj i a o z h o ub a yi ns p r i n ga n ds u m m e rw a sm o r e t h a ni nw i n t e r , w h e nt h ep e o p l ea c t e da c t i v e l y a n dt h ec o n t e n to fp o l l u t i o ns u b s t a n c ei n t h en o r t h e a s ts e a w a t e rn e a r b yt h ei n d u s t r i a le s t a t ew a sm o r et h a nt h es o u t h w e s tp a r t a w a yf r o mt h ei n d u s t r i a le s t a t e ，a n dt h eh i g h e s tl e v e ll o c a t e da tt h ec l o s e dn o r t h e a s tp a r t o ft h eb a y ，w h i l et h ec o n t e n to fp o l l u t i o ni nt h es o u t ha r e ac l o s et ot h em o u t ho ft h eb a y e x c h a n g e dw i t ht h es e a w a t e ro fy e l l o ws e aa c u t e l yw a sm u c hl e s s t h e s ec o n c l u s i o n s a c c o u n t e df o rt h a tt h ec o n t a m i n a t i o nd i s t r i b u t i o na f f e c t e db yb o t hh u m a na c t i v i t i e sa n d n a t u r ea c t i v i t i e s a t a s t ，w ec o u l dc o n c l u d et h a tt h ec i r c u m s t a n c es t a t u so fj i a o z h o ub a yw a s c l o s e l yl i n k e d w i t hh u m a na c t i v i t i e sa n dn a t u r ea c t i v i t i e s a n dt h ec o n t e n to f c o n t a m i n a t i o ni nt h ea r e aw h e r et h es e a w a t e r e x c h a n g e da c t i v e l y w a sl e s s c o m p a r a t i v e l y ，h o w e v e r , t h ep o l l u t i o nw a sm o r eg r a v e n e s si nt h ec l o s e da r e a h u m a n a c t i v i t i e sb r o u g h t p r e s s u r e t oe n v i r o n m e n t ，w h e r e a si ta l s oc o u l d i m p r o v e t h e e n v i r o n m e n t a l o n gw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n d u s t r y ，t h ec o n t e n to fc o n t a m i n a t i o n ， s u c ha sh e a v ym e t a lm e r c u r y ，c h r o m i u mw a sh i 【g h e r ，b u ta tt h es a m et i m e ，t h e v 上海水产大学硕十学位论文 c o n c e n t r a t i o no fb h cw a sr e d u c i n g , f o rt h ef o r b i d d e np o l i c yo ft h eg o v e r n m e n t , a n dt h e c i r c u m s t a n c ew a sm e l i o r a t e d t h er e s u l t so ft h i ss t u d yo f f o rc r e d i b l cb a s ef o rp r o t e c t i n g t h ee n v i r o n m e n ti nj i a o z h o ub a ya n dh a v ei n s t r u c t i o n a ls i g n i f i c a n c ef o ra v o i d i n g e n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n dw a t e re u t r o p h i c a t i o n t h e r e f o r e ，t h i ss t u d yh a si m p o r t a n t s c i e n t i f i c a la n de n v i r o n m e n t a lv a l u e k e yw o r d sj i a o z h o ub a y ；n u t r i e n t ；l i m i t e df a c t o r ；h g ；c r ；b h c ； 上海水产大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我 对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：青溺炙 日期：脚占月刃日 上海水产大学学位论文版权使用授权书 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， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅或借阅。本人授权上海水产大学可以将本学 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和汇编本学位论文。 保密 口 ，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密口 学位论文作者签名：菘询袈 指导教师签名：彳篷厂侈乡 日期：砷年6 月汐日日期：聊年6 月刃日 上海水产大学硕十学位论文 引言 根据中国海洋环境质量公报：2 0 0 3 年，全国海域未达到清洁海域水质标 准的面积约为1 4 2 万平方公里，其中轻度污染海域面积约为2 2 万平方公里，中度污 染海域面积约为1 5 万平方公里，严重污染海域面积约为2 5 万平方公里。严重污染 海域主要分布在鸭绿江口、辽东湾、渤海湾、长江口、杭州湾、珠江口和部分大 中城市近岸局部水域【”。2 0 0 4 年，中国全海域海水水质污染加剧，共发现赤潮9 6 次，累计发生面积约2 6 6 3 0 平方公里，比上年增加约8 3 ，公报指出，陆源污染物 排海严重，是中国海洋环境污染的主要原因，河流携带入海的污染物总量一直居 高不下i2 1 。河流污染物质和沿海城市污水、工业废水大量排入近岸海域，增加了海 洋生态环境的压力，破坏海洋生态平衡1 1 1 。 营养盐、重金属及天然和合成有机化合物是海洋水体中的主要污染物，与海 洋初级生产力一一浮游藻类增殖密切相关，在水生生态系统中它们大都扮演着双 重角色，适量时能够有效地促进藻类的生长与繁殖，提高水体的生产力水平，过 量时会给海洋生态系统带来严重的环境问题，近年来有害赤潮的频繁爆发与这些 污染物的过量排放是密不可分的【3 1 。局部海域的严重富营养化可引发赤潮，导致水 质恶化，使鱼、虾和贝类等大量死亡；但赤潮藻类的迅速繁殖又能吸收大量的污 染物，死亡后沉降埋藏于海底，可降低污染物的含量。浮游植物的生长与水体中 营养盐及其他污染物的含量相互影响、相互制约。 营养盐污染 营养盐是构成水域生态系统的重要化学物质基础，营养盐的浓度分布和生物 过程紧密相关，并且几乎所有的水生环境问题都与营养盐有关。研究营养盐对生 态系统的影响及其相互作用对改善人类生存环境、保护自然生态有重要意义。因 此营养盐的生物地球化学研究一直受到广大海洋学者的重视，特别是近几十年来 由于海洋、湖泊等水体的富营养化引发了诸如赤潮等环境问题，近几年来赤潮发 生次数逐年增加。我国海域2 0 0 1 年共发现赤潮7 7 次，累计面积达1 5 0 0 0 平方公里， 上海水产大学硕士学位论文 造成经济损失约1 0 亿元；2 0 0 2 年共发现赤潮7 9 次，累计面积超过1 0 0 0 0 平方公里， 直接经济损失2 3 0 0 万元；2 0 0 3 年共发现赤潮1 1 9 次，累计面积约1 4 5 5 0 平方公里， 直接经济损失4 2 8 1 万元【1 】o 有害赤潮对渔业资源的危害和海洋生态环境的破坏严 重，原有的生态平衡被打破，环境的可持续发展及人类的自身健康受到了严重威 胁。 大量的生活污水和工农业废水直接或间接排入近岸海域，这些污水和废水中 的氮、磷等营养物质造成近岸海域海水严重富营养化，增加海洋生态环境的压力， 对海洋渔业资源造成严重破坏。海水富营养化造成近岸海域藻类密度增加，在没 有引发赤潮的情况下也会对海洋生态环境造成危害。一方面，藻类密度增加降低 了海水的透明度，对生活于底层和近底层的鱼、虾、蟹、贝、藻类危害很大，破 坏了鱼、虾、贝类的产卵场、索饵场，造成底层的海洋生物无法生存、繁殖甚至 死亡，对鱼、虾、贝类的卵和幼苗的危害更大。另一方面，海水富营养化导致海 水中的细菌总数增加，造成水产养殖业病害发生频繁。 根据有关资料显示：2 0 0 2 年，辽东湾对虾、毛虾、海蜇产卵场和稚幼鱼索饵 场，渤海湾对虾、毛虾、毛蚶等鱼虾类产卵场，杭州湾鱼虾类产卵场，长江口鳗 苗、蟹苗等重要苗种产地，舟山近海带鱼、鲳鱼、小黄鱼等鱼类产卵场，珠江口 内外伶仃经济鱼类产卵场等海洋渔业水域无机氮及活性磷酸盐均超标严重，其中 珠江口内伶仃水域及杭州湾经济鱼类产卵场、索饵场无机氮和活性磷酸盐样品超 标率达1 0 0 。象山港、桂山湾、深圳湾、茂名水东港鱼、虾、贝、藻类养殖区的 无机氮及汕尾近岸、深圳湾、胶州湾重要经济鱼类养殖区的活性磷酸盐1 0 0 超标 吧 在英国北海北部，由于p s i 、n s i 值的增加导致了硅藻被鞭毛藻所代替，使浮 游植物种类的组成发生了变化【5 1 。在胶州湾，营养盐结构的改变引起了生态环境一 系列的变化，如大型硅藻的减少和浮游植物优势种组成的变化等【6 l 。渤海生态环境 报告指出，由于污水排海量逐年增多和赤潮的原因，渤海经济鱼类产量大幅度下 降，鱼类结构越来越单_ 1 7 1 。由此可见，营养盐污染引发的后果已经给我们的日常 生活带来了诸多不便和伤害，由营养盐污染直接引发的富营养化已成为沿海生态 平衡的主要威胁之一，成为国内外关注的焦点。 上海水产大学硕士学位论文 从2 0 世纪5 0 年代人们就开始关注近海富营养化对海洋生态系统的影响，到 1 9 9 0 年已有大量有关波罗的海2 0 年来富营养化状况的文章发表在瑞典皇家学会知 名刊物 a m b i o ) ) 上【羽。1 9 7 9 年，美国环境保护协会首次举办了关于河1 2 1 地区富 营养化问题的国际专题研讨会i 叭。r o s e n b e r g l l 0 1 1 9 8 5 年提, q q “富营养化一一未来海 洋沿岸的威胁”。在1 9 8 8 年1 9 9 7 年间共有1 5 7 4 篇文献与近海富营养化相关，并且 维持了较高的论文数量年增加速率l “1 。随着中国经济的快速发展，中国沿海地区 水域富营养化的问题也日趋严重。2 0 0 1 年国家海洋局组织沿海省、自治区、直辖 市全面实施了全国海洋环境调查、监测和监视，结果显示我国污染区域主要分布 在长江口至杭州湾，珠江口、辽河口、鸭绿江口等近岸海域，主要污染物是无机 氮、无机磷和石油类【1 2 1 。国家自然科学基金、国家重点、国家攻关、“9 7 3 ”计划 项目等科研计划都资助了大量有关海洋富营养化的研究。如“近海富营养化评估 和赤潮预测技术研究”、“胶州湾流域生源要素流失与海湾富营养化演变过程”、 “中国沿海典型增养殖区有害赤潮发生动力学及防治机理研究”、“香港及珠江 口海域富营养化及有害赤潮研究”、“长江口水域富营养化特性及对策研究”、 “我国近海有害赤潮发生的生态学、海洋学机制及预测防治”等等。同时又多次 开展了主题关于“富营养化”方面的科学研讨会，2 0 0 2 年1 2 月“第二届国际近海 水域富营养化研讨会”在天津滨海新区举行，重点讨论了渤海近岸海域富营养化 的形成、预报和治理【1 3 l ，2 0 0 3 年“华南地区水域富营养化防治”相关会议在广东 召开【1 4 1 。 浮游植物生长的限制因子 浮游植物作为食物链的基本环节是水域有机物的生产者，为海洋中其他生物 提供赖以生存的有机物质，海域的优势浮游植物直接或问接影响到该海域内生存 的优势鱼类及生态系统结构。浮游植物的种群结构、细胞数量分布和藻种种群的 季节变化【4 l ，可为开发利用该水域的生物资源、研究海洋环境提供基础资料。营养 盐是浮游植物获取营养的最直接物质基础，与海洋初级生产力浮游植物的生长密 切相关，营养盐的含量和比例适宜时，促进浮游植物的生长；含量较低和比例失 调时，抑制浮游植物的生长，从而影响到整个生态系统。营养盐污染导致浮游植 物的大量生长，从而引发赤潮现象，并且浮游植物作为食物链的基本环节是水域 3 上海水产大学硕士学位论文 有机物的生产者，抑制浮游植物的过度生长是遏制赤潮发生的有效方法。营养盐 是生态系统的基础物质和能量来源，营养舱限制直接影响浮游植物的初级生产力 变化和生物资源的持续利用。浮游植物生长的营养盐限制是近年来国际研究的热 点。 限制浮游植物生长的元素即为营养盐限制因子，营养盐对浮游植物生长的限 制表现在营养盐在水体中的绝对含量和几种营养盐之间的相对含量，即营养盐的 结构。在过去的4 0 年中，由于人类活动的影响1 1 ”，一些河口和近海海区的营养盐 结构发生了巨大的变化，例如：长江口n 0 3 n 含量高达6 靴m o l “1 6 】，这一数值比1 9 6 3 年高约4 倍【”。渤海湾及其东部水域，1 9 5 9 年至1 9 8 3 年间，n 0 3 n 和p 0 4 p 分别增 加了1 9 倍和1 3 倍1 1 8 1 ，类似的变化也发生在世界上许多河口和沿岸地【1 ”。营养盐 结构的改变主要是n 和p 的增加，引起整体结构的变化，这种改变直接影响到海水 水域初级生产力的改变，哪种营养盐对浮游生物生长的限制性最强成为研究人员 研究的重点，因为这样可以有针对性的通过人为改变单一营养盐的含量来改变营 养盐的结构，从而控制浮游植物种群的生长。 关于营养盐限制问题的研究方法有很多种，可以从不同的角度进行考虑，但 通常在研究浮游植物的营养盐限制因子时，较常用的有两种：一是从浮游植物对 营养盐的吸收速率和营养盐限制浮游植物的增长速率，这种方法常和数学生态模 型结合起来；另一种是1 8 4 0 年l i e b i g 提出的l i e b i g 最小法则。从营养盐的吸收速率 来看，起初研究人员都是从单一控制的营养盐考虑，d u 2 d a i e 等( 1 9 8 1 ，1 9 9 1 ) 、k r e m e r 和n i x o n ( 1 9 7 7 ) 、s a k s h a n g 等( 1 9 8 9 ) 、d eg r o o t ( 1 9 8 3 ) 的研究认为有关藻类生长的营 养盐限制的大部分模型和研究都采用只有一种控制的营养盐1 2 2 1 。其中最常用的是 m o n o d l 9 4 2 年的双曲线公式，p m i c h a e l i s m e n t c n 双曲线公式。人们在此公式的基础 上建立了营养盐的吸收与藻类的生长的动态数学模型，开始了依靠硅酸盐浓度的 吸收的动力学研究和硅藻受到硅限制的生长的动力学研究。g o e r i n g 等( 1 9 7 3 ) 、a z a m 和c h i a l l o l m ( 1 9 7 6 ) 及n e l s o n 和b r z e z l n s k ( 1 9 9 0 ) 在几十个海域的研究表明硅藻为优势 种的浮游植物的自然集群中硅酸盐吸收的动力学得到了检验。n e l s o n 和t r e g u e r ( 1 9 9 2 ) 的研究结果显示 m i c h a e l i s m e n t e n s 双曲线方程拟合数据非常好【2 2 1 。这表明 生态数学模型能反映出浮游植物对营养盐吸收的变化机制。 4 上海水产大学硕士学位论文 另外一种使用较多、且计算过程较为简单的方法是考虑首先被耗尽的营养盐。 r e d f i e l d 等( 1 9 6 3 ) 、b r z e z i n s k i ( 1 9 8 5 ) 、h e r k y 和k i l h a m ( 1 9 8 8 ) 、d o r t c h 和w h i t l e d g e ( 1 9 9 2 ) 的研究认为偏离比值1 6 ：1 6 ：1 就显示了浮游植物生长的营养盐n 、p 、s i 的潜在限制， c o n l e y 和m a l o n e ( 1 9 9 2 ) 的研究利用s i 0 3 s i ：n 0 3 n 的浓度比值来证实s i 0 3 s i 或 n 0 3 n 作为限制的营养盐。营养盐对浮游植物生长的限制可归结为绝对限制作用和 相对限制作用，1 9 9 5 年j u s t i c 提出绝对限制法则和相对限制法则【矧。对此，要确定 浮游植物生长限制的营养盐元素，必须要同时满足绝对限制法则和相对限制法则 才能确定浮游植物生长限制的营养盐元素，根据逻辑学原理，这是优先的限制性 营养盐元素。这证实了限制性营养盐的唯一性。 在过去的几十年中，科研人员对哪种营养盐是浮游植物生长的限制因子看法 不尽相同。以往研究认为，开阔大洋为氮限制，近海为磷限制，个别海区有硅限 制，在高营养盐、低叶绿素海区有铁限制。