（环境工程专业论文）温岭沿岸潮间带环境生态质量现状的研究.pdf

嬲煳炒 a1 1 1 e s i ss u b m i 舵dt oz h c ! i i a n gu n i v e r s 妙o f t e c h n o l o 斟 f o rm em a s t e rd e g 弦eo fe n g i n e e 血g t 髓s t u d y0 fe c o l o g ye n v i r o m e n tq u a l i t y a n d a c t u a l i t yi nw e n l i n g i n t e r t i d a lz o n e 、 “o t ，；强t 钆 ca n d i d a t e ：x ug u o f e n g m 句o r ：e n v i r o n m e n te n g i n e e r i n g s u p e r v i s o r ：p a l nl i 一1 i c o l l e g eo fb i o l o g i c a la n de n v i r o m e n t a le n g i n e e r i n g z h e ji a n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y m a y 2 0 1o 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，和同事一起 进行研究工作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论 文不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江 工业大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重 要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 作者签名： 铃闫瘁日期：冽夸年厂月“日 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，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 阅和借阅。本人授权浙江工业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。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保影 ( 请在以上相应方框内打“、 ) 作者签名：绑虱芽， 日期：吲口年，月“日 导师签名：乡雹莎粥韶 日期：却，。年r 月堵日 01， 。“聃譬p0、0， 舢一 7j ，1-1。 温岭沿岸潮间带环境生态质量现状的研究 摘要 本文对近四年( 2 0 0 5 2 0 0 8 年) 温岭沿岸潮间带主要水产养殖区一 一乐清湾、隘顽湾、大港湾三个不同区域表层海水( 温度、盐度、p h 、 溶解氧、化学需氧量、石油类、无机氮、磷酸盐、叶绿素a 、粪大肠菌 群) 、沉积物( 硫化物、有机碳、镉、铅、汞、砷、六六六、d d t 、多 氯联苯、粪大肠菌群) 、生物体质量( 石油烃、铜、镉、铅、汞、砷、 d d t 、多氯联苯、大肠菌群、麻痹性贝毒、腹泻性贝毒) 的含量进行 了调查取样与监测评价。 调查与监测结果显示，温岭潮间带水体中p h 、溶解氧污染较少， 全都符合国家二类海水水质标准，化学需氧量除2 0 0 7 年夏季乐清湾外， 也都符合二类海水水质标准，石油类在各港湾中存在不同程度的污染， 水体中主要污染物为无机氮和磷酸盐，这与浙江省近岸海域受沿岸冲 淡水携带大量污水影响，导致营养盐含量偏高相一致。 潮间带沉积物中有机碳、石油类、六六六、滴滴涕、多氯联苯、 硫化物、总汞、砷、镉、铅含量符合海洋沉积物质量一类标准， 粪大肠菌群超出一类但符合二类标准。总氮、总磷符合全国第二次 海洋污染基线调查技术规程中的标准。因此，评价结果表明温岭潮 间带沉积物质量基本处于良好状态。 海洋生物质量监测结果表明，潮间带海洋生物体内除2 0 0 7 年乐清 湾的鲈鱼中石油烃含量超一类标准外，其它测站的监测指标均符合海 洋生物质量一类标准值的要求，其中麻痹性贝毒和腹泻性贝毒均未 检出。 浙江t 业人学t 程硕上学位论文 在此基础上，采用单因子指数法、富营养化指数法、有机污染指 数法、潜在性生态危害指数法对各项目进行评价( 如单因子评价得出 沉积物各监测指标中除粪大肠菌群外都符合一类海洋沉积物质量标 准) ，初步探明了部分评价指标的变化规律、主要污染物的来源及环境 效应。研究结果为温岭沿海水产养殖品种和养殖容量的确定提供了基 础数据，为水产品质量安全进行了基础研究，这对促进温岭沿海养殖 业的可持续发展具有现实意义和应用价值。 关键词：潮间带、海水养殖、水质、沉积物质量、生物质量、评价 n ，glll、氏，i _ i p 倍 a b o ms u r f a c es e a w a t e ri n d e x e si n c l u d i n gt e m p e r a t u r e ，s a l i n i 劬 p h ， d i s s o l v e d o x y g e n ， c o d ， p e t r o l e u m ， i n o r g a n i cn i t r o g e n ， p h o s p h a t e ， c h l o r o p h y l l aa n df e c a lc 0 1 i f o m ， s e d i m e n ti n d e x e si n c l u d i n gs u l f i d e ， o r g a n i cc a 小a n ， c a d m i u m ，l e a d ，t o t a lm e r c u 巧， a r s e n i c ， b h c ，d d t ， p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y la n df e c a lc o l i f o n n ，a n do r g a j l i s mq u a l i t ) ，i n d e x e s i n c l u d i n gp e t r o l e u m ，c o p p e r c a d m i u m ，1 e a d ，t o t a lm e r c u 巧，a r s e n i c ，d d t p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l ，d s p ：p s pa n d f e c a lc o l i f o n n t h er e s u l ts h o w e d 让l ep 0 1 1 u t i o no fp h ，d i s s o l v e do x y g e nw a sl o w ，a n d a l la c c o r d e dt h es e c o n dc l a s sm a r i n ew a t e rq u a l i 锣s t a j l d a r d ，c o dw a s b a s i c a l l va c c o r d e ds e c o n dc l a s sm a r i n ew a t e rq u a l i 够s t a n d a r de x c e p tt h e w a t e ri ns u m m e ro f2 0 0 7y e a ri ny u e q i n gb a mw h i l et h e r ew e r ed i f f e r e m d e g r e e so fp e t r 0 1 e u mp 0 1 l u t a n t si nt h e t h r e eb a y s t h em a i np o l l u t a m sw e r e i n o 玛a n i cn i t r o g e na n dp h o s p h a t e ，a n dm i sp h e n o m e n o nw a sc o n s i s t e n t w i mt h eh ig hc o n t e n to fn u 们t i v es a l t si n o f f s h o r es e aa r e a sw h i c hw e r e c a u s e db yt h ep o l l u t e dd i l u t e dw a t e ri nz h e ji n gp r o v i n c e i i i i ns e d i m e n t s ，t h ec o n t e n to fo r g a n i cc a r b o n ，p e t r o l e u m ，b h c ，d d t ， p o l y c h l o r i n a t e db i p h e n y l ，s u l f i d e ，t o t a lm e r c u 巧，a u r s e n i c ，c a d m i u ma n d1 e a d w e r ea l li nl i n ew i t hm ef i r s tc l a s sm a r i n es e d i m e n tq u a l i t ys t a n d a r d ，w h i l e f e c a lc o l i f i o n nw a sb e y o n dt h ef i r s tc l a s ss t a n d a r d t h et o t a ln i t r o g e na n d t o t a lp h o s p h a t ew e r ei nl i n ew i t ht h es t a n d a r do ft e c h n i c a lr e g u l a t i o no f t h es e c o n dn a t i o n a lm a r i n ep 0 1 l u t i o nb a s e l i n e s u r v e y t h e r e f o r e ，t h e e v a l u a t i o nr e s u l t ss h o w e dt h a tt h es e d i m e n tq u a l i 够w a sb a s i c a l l yi ng o o d c o n d i t i o n t h eo 玛a n i s m q u a l i t ym o n i t o r i n gr e s u l t ss h o w e dt h a te x c e p tm e c o n t e n to fp e t r 0 1 e u mi n p e r c hw a sb e y o n dt h ef i r s tc l a s ss t a n d a r do f y u e q i n gb a yi n2 0 0 7 ，t h eo t h e rm o n i t o ri n d e x e sw e r ei nl i n ew i t hf i r s tc l a s s m a r i n eo 曙a n i s mq u a l i t ys t a n d a r d ，a n di np a r t i c u l a r ，p s pa n dd s p w e r en o t d e t e c t e da ta 1 1 i na d d i t i o n ，o nt h eb a s eo fm o n i t o r i n gd a t a ，w ee v a l u a t e dt h ew a t e r s e d i m e n ta n do 唱a n i s mq u a l i t yu s i n gs i n g l ef a c t o rp o l l u t i o ni n d e xm e t h o d ， e u t r o p h i c a t i o ni n d e xm e t h o d ，o 玛a n i cp o l l u t i o ni n d e xm e t h o da n dp o t e n t i a l e c o l o g i c a lr i s ki n d e xm e t h o d t h er e s u l t si n i t i a l l yp r o v e dt h ev a r i a b l et r e n d o fp a r t so fe v a l u a t i o ni n d e x e s ，t h es o u r c eo fm a i n p o l l u t a n t s ，a n dt 1 1 e e n v i r o n m e m a le f j f e c t s t h i sr e s e a r c ha f f o r d e db a s i cd a t af o rm es p e c i e sa 1 1 d t h ec a p a c i t ) ，o fc o a s t a la q u a c u l t u r e ，觚dt h eb a s i cr e s e a r c ht ot h es a f - e t 、，o f t h ea q u a t i cp r o d u c t s ，a l lo fw h i c hh a dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c ea n d 印p l i c a t i o n v a l u ef o r p r o m o t i n gt h es u s t a i n a b l ec o a s t a la q u a c u l t u r ed e v e l o p m e n ti n w r e n l i n gc i 够 k e yw o r d s ：i n t e r t i d a lz o n e ， s e d i m e n tq u a l i t y ，o r g a n i s m q u a l i 够， m a r i n e a q u i c u l t u r e ， s e a w a t e r q u a l i 吼 e v a l u a t e i v 浙江业大学丁程硕士学位论文 目录 第一章绪论l 1 1 选题背景、目的及意义1 1 1 1 选题背景1 1 1 2 选题目的1 1 1 3 选题意义1 1 2 研究内容与技术路线2 1 2 1 研究内容2 1 2 2 技术方案2 1 3 预期研究成果2 第二章文献综述3 2 1 潮间带及潮问带水体、沉积物、生物体质量研究3 2 1 1 研究意义3 2 1 2 研究历史和现状4 2 2 潮间带环境中营养盐和重金属4 2 2 1 潮间带环境研究的意义5 2 2 2 潮间带环境研究的方法5 2 2 3 潮间带研究的部分结论7 2 2 4 有关潮问带污染的评价9 2 3 温岭潮间带概况1 2 2 3 1 地理位置1 2 2 3 2 温岭潮问带环境质量研究的重要性1 2 第三章样品采集及分析1 3 3 1 监测方案的设定1 3 3 1 1 监测区域及监测站位1 3 3 1 2 监测内容1 4 3 1 3 监测时间1 4 浙江工业大学- t 程硕士学位论文 3 2 采样要求和原则1 5 3 2 1 水样的采集1 5 3 2 2 沉积物的采集1 5 3 2 3 生物样的采集1 5 3 3 仪器和试剂1 5 3 4 样品的分析及测定1 6 3 4 1 水样的分析( 参照g b l 7 3 7 8 4 2 0 0 7 ) 1 6 3 4 2 沉积物的分析( 参照g b l 7 3 7 8 5 2 0 0 7 ) 1 7 3 4 3 生物样的分析( 参照g b l7 3 7 8 6 2 0 0 7 ) 1 9 第四章温岭潮问带环境质量状况2 l 4 1 水质监测结果与评价2 l 4 1 1 潮问带水质监测结果与评价2 l 4 1 2 富营养化评价2 9 4 1 3 有机污染评价3 0 4 1 4 潮间带水环境与其它海域水环境比较3 1 4 2 沉积物监测结果与评价3 5 4 2 1 单因子评价3 5 4 2 2 潜在生态风险评价3 6 4 3 生物质量监测结果与评价3 7 4 4 小结3 7 4 4 1 潮间带环境质量分析小结3 7 4 4 2 潮间带环境质量保护对策3 9 第五章结论4 1 参考文献4 3 图表目录4 7 致j 谢4 8 攻读学位期间发表论文及奖惩4 9 浙江工业大学上程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 选题背景、目的及意义 1 1 1 选题背景 随着海洋渔业资源的减少和对海洋捕捞业的限制，发展海水养殖、进行海洋 农牧化生产是海洋资源开发利用与可持续发展的方向。如台州的8 万平方公里海 域面积中，浅海宜养殖面积为2 9 8 万亩，潮间带滩涂宜养面积为4 2 万亩，海水 养殖面积和产量已连续1 9 年名列浙江省第一。温岭市的海水养殖以围塘养殖、 滩涂养殖、浅海养殖为主。目前，温岭市拥有海水养殖总面积7 8 8 1 公顷，其中 滩涂养殖面积5 9 9 9 公顷，占全市海水养殖总面积的7 6 1 ，浅海养殖面积1 1 2 0 公顷，占1 4 2 。围塘养殖面积7 6 2 公顷，占9 6 7 。养殖方式以虾贝混养，蟹 贝混养，虾蟹混养，鱼、虾、贝混养等养殖方式最为常见，海水养殖是温岭市重 要的农业经济来源之一。 温岭位于浙东沿海，水产养殖业发达，潮间带及其附近海域是多种经济鱼类、 虾类及其幼体的栖息和索饵场地，滩涂和港湾是发展水产养殖的重要场所。目前， 温岭水产养殖业主要以滩涂和浅海养殖为主，其中滩涂以贝类养殖为主，主要有 缢蛏，泥蚶等，而温岭西岸的乐清湾属锯缘青蟹自然繁殖保护区，同时被列为温 岭市国家级锯缘青蟹原种场拟建区域。因此，良好的环境是保证渔业发展的前提。 近几年来，由于沿海工业特别是造船业及废旧电池拆解业的发展，温岭市沿 海水质已成为污染较严重的地区之一。造船的电镀、喷漆等所产生的二甲苯等严 重危害温岭沿海的整个生态环境，近年来排放的生活污水和造船厂产生的废水等 排入温岭周边海域，严重污染周边水体质量，影响水产养殖业的产量和质量及潮 间带的生态。 1 1 2 选题目的 本课题通过对温岭市沿岸潮间带水体、沉积物中营养盐及重金属等的调查分 析，研究营养盐及重金属在水体及沉积物中的含量变化情况，为海域养殖品种和 养殖容量的确定奠定基础依据，并提出一些相应的保护对策。 1 1 3 选题意义 根据项目研究内容，在认真总结分析国内外海洋污染情况的基础上，通过深 浙江上业大学工程硕士学位论文 入的调查研究，针对温岭市近海海域的实际环境条件，制定了详细具体的实施计 划。四年来，系统调查了大港湾、隘顽湾、乐清湾养殖区水体、沉积物的浓度水 平，研究了部分评价指标的变化规律，初步探明主要污染物的来源及环境效应。 1 2 研究内容与技术路线 1 2 1 研究内容 1 、研究温岭市周边海域潮间带水体、沉积物的环境质量，主要包括水体营养盐 指标和沉积物重金属指标等。 2 、多年来水体和沉积物中部分污染物质的变化规律。 1 2 2 技术方案 ( 1 ) 研究思路 通过对温岭沿岸潮间带环境中水体及沉积物的调查，研究环境中各评价指标 的含量变化，测定海水、沉积物内各评价指标的浓度水平，分析其环境效应及变 化情况。 ( 2 ) 技术路线 根据项目实施的内容，采取的技术路线如下： 国内外海洋环境污染状况研究 土 l 大港湾、隘顽湾、乐清湾灞间带水体、沉积物现状调查 弋上 l 海水、沉积物中评侈。物质的浓度水平研究 弋7 潮间带环境的评价 1 3 预期研究成果 根据项目研究内容，通过对大港湾、隘顽湾、乐清湾养殖区水体、沉积物中 某些指标的浓度变化情况进行分析，研究了部分评价指标的变化规律，初步探明 主要污染物的来源及环境效应。 2 浙江1 = 业大学1 二程硕+ 学位论文 第二章文献综述 2 1 潮间带及潮间带水体、沉积物、生物体质量研究 海岸湿地由潮上带土地，潮间带滩涂，潮上带浅海3 部分组成【l 】，潮间带是 大潮期的最高潮位和大潮期的最低潮位间的海岸，也就是海水涨至最高时 所淹没的地方开始至潮水退到最低时露出水面的范围。潮间带滩涂主要是海 浪、潮流和现代沿岸流的冲刷和堆积成的多水地坪，统称滩涂或潮滩。 2 1 1 研究意义 潮间带是大气圈、水圈、生物圈和岩石圈互相作用最活跃的界面，其物质和 能量的转化远比其它地域迅速、剧烈。它不仅是大批濒危野生动物的栖居场所， 也是河口和近海鱼类的索饵和繁殖场所；同时还是净化污水，消减陆源污染物入 海通量的一道天然屏障【2 1 。潮间带又是一个典型的环境脆弱带和敏感带，极易受 到人类活动的破坏【3 1 。沿岸排污和入海河流携带的污染物使潮间带成为化学需氧 量( c o d ) 、营养盐、重金属等的重要归属之一【4 ，5 1 。潮间带重金属除了直接对潮 间带生物及通过食物链的生物富集和放大作用直接影响人类健康外，还会由于潮 间带水动力和生物活动的影响，造成重金属的重新分布和释放，产生重金属的“二 次污染 ，直接危害近岸环境【6 j 。 由于经济和技术的原因，我国许多沿海城市均采用直排入海的方式处置城市 工业废水和生活污水。因海水对污染物存在一定的稀释净化能力，所以这一排污 方式一般不会对近海环境造成较大的影响。但近年来的一些研究表明：滨海城市 污水的大量、长期排放还是在不同程度上对潮间带生态环境造成了很多负面的影 响【7 1 ，一些难降解的有害、有毒物质，如重金属、苯胺、多氯联苯等在潮间带沉 积物和生物体中不断的积累，对潮问带生态系统、海水养殖业以及近海环境构成 了直接或间接的危害【8 1 ，特别是改革开放以来，随着我国经济的快速发展，沿海 污染问题也同趋突出。 重金属、多氯联苯是一类典型的积累性污染物，不能被微生物降解，可通过 食物链逐级传递富集，并可在某些条件下转化为毒性更大的金属有机化合物。 潮间带水体是c o d 、营养盐等污染物进入水体后重要的载体，对海洋生物的生 长产生直接的影响；沉积物是重金属、多氯联苯等污染物进入海洋后迁移的重要 浙江- t 业大学一l 程硕士学位论文 归宿，由于界面环境的变化，容易再次产生污染。近年来，随着湿地保护热潮的 兴起，作为无机和有机污染物主要归宿场所的潮间带也引起国内外许多学者的深 切关注1 1 。 2 1 2 研究历史和现状 中国淤泥质潮滩约占大陆总海岸线的1 4 ，其沉积的研究始于6 0 年代初，当 时主要是由于港口建设的需要。自8 0 年代初，为了开发利用滩涂，淤泥质滩涂 的调查与研究受到非常重视，初步建立我国淤泥质滩涂沉积理论系统【1 2 】。李从先 【13 1 、w a n g 【1 4 】、任美锷 1 5 】等从潮流特征、悬浮泥沙运动规律、风暴潮等对潮滩动 力过程进行了研究，对潮间带环境的研究奠定了基础。 潮间带水体和沉积物中化学要素与该区的陆源输入、水动力( 往复性潮流作 用) 、底栖生物、岩矿结构等诸多因素有直接关系。这些因素皆严重地影响水环 境、沉积环境，影响着化学元素与沉积微粒的循环和交换，元素的保留和迁移转 化、变化。潮间带中形成的多种界面，如水气界面、水一沉积物界面等，是典型 的多介质环境。由于各界面间存在的交换作用相当活跃，同时又受到地表径流、 潮汐、波浪等流体影响，使得潮间带环境中各污染物的分布、迁移、转化不同于 河流、陆地土壤等。与大洋和湖泊相比，潮问带体系由于水体化学组成的梯度很 大、悬浮物浓度变化以及复杂的水动力学过程，金属的行为更复杂，动态变化更 大。 国外对潮滩环境的研究从7 0 年代已有文章发表【16 1 ，国内对潮滩环境的研究 开始于8 0 年代【1 7 】，随后，关于潮滩的污染调查和评价逐渐开展起来【1 8 - 1 9 1 。国内 近几年对潮滩水动力、沉积环境、生物环境方面的研究取得了较大的进展2 4 1 。 2 2 潮间带环境中营养盐和重金属 自从地球上出现水以后，营养盐、重金属就一直随着水的循环而传输，大部 分沿着河流进入海洋，有些经过大气沉降也最终进入海洋。根据萨拉门斯金属 的水文循环，在水环境中营养盐和重金属有四个非生物的储库：表层水、间隙 水、悬浮物和沉积物。这4 个储库彼此之间存在着激烈的相互作用：悬浮物和沉 积物中的营养盐及重金属之间存在着吸附解吸和共沉淀过程，悬浮物与沉积物 通过沉积和侵蚀过程互相联系。沉积后发生的过程( 成岩作用) 有时为间隙水提 供了高浓度的营养盐和重金属，这些营养盐和金属通过扩散作用和生物搅动影响 4 食物来源，其中的污染物质对水生生物、底栖生物产生直接或间接地的毒害作用， 通过生物富集、食物链放大等进一步影响陆地生物以及人类。此外，由于潮间带 环境中的沉积物相对稳定，海洋的沉积作用非常缓慢，研究营养盐、重金属、农 残含量的垂直分布也是了解区域污染和环境变化的重要依据。 因此，研究潮间带环境质量的优劣，将直接关系到海洋资源的保护、开发和 利用及海洋生态系统的平衡。潮间带又是最先接纳来自陆源的污染物，然后向浅 海和远海扩散，是反映海域环境优劣的敏感区。选择潮间带对其环境质量状况进 行分析，是研究海洋生态坏境变化的一种有效方法，并以此作为治理海洋环境的 依据之一，为港口建设、滩涂养殖业发展提供生物学依据，同时对渔业等海洋经 济的可持续发展、海洋生态环境的保护以及人类的健康都有重要意义。 2 2 2 潮间带环境研究的方法 2 2 2 1 潮间带水环境的研究 8 0 年代以来，我国学者对水质污染问题进行广泛研究，多数集中于研究水 质的富营养化【2 5 粕1 及水环境方面污染评价m 舶】。1 9 8 3 年邹景忠等【2 9 1 将该方法引入 国内。1 9 9 1 年，彭云辉m 】等以c o d 、t n 、活性磷酸盐和c h l 一a 为评价指标，首 次采用模糊数学综合评价法对珠江河口的富营养化水平进行评价。1 9 9 8 年郭卫 东【3 1 1 等根据中国近岸海域富营养化普遍受营养盐受制的特征，首次提出了潜在性 富营养化的概念，并在此基础上参照国家海水水质标准【3 2 】，提出了一种新的富营 养化分级标准及相应的评价模式。19 9 9 年李清雪【3 3 1 等根据浮游植物优势种群及 群落结构特征指数的变化与环境变化某种程度的响应关系，提出了富营养化等级 划分标准和生物学评价模型。2 0 0 1 年王冬云【3 4 】等根据国家海水水质标准和其它 研究成果，制定水质富营养化等级划分标准，并以此标准运用多层前馈神经网络 模型和b p 算法对某海域水质的富营养化进行评价。2 0 0 5 年王洪礼【”】等首次利 用支持向量机理对海水富营养化程度进行评价。 5 浙江。l ：业大学工程硕七学位论文 国外对营养盐评价方法的研究主要有：1 9 7 2 年日本的冈市友利对海水富营 养化首次提出采用营养状态指数法，1 9 9 1 年j u s t i c 【3 6 】提出的溶解氧饱和度指数 法。1 9 9 2 年i 印a t i a d e s 【3 7 】等提出的j 下态分布评价法。2 0 0 1 年欧盟提出的综合评价 法【3 8 】以及美国提出的河口营养状况综合评价法 3 9 1 。 2 2 2 2 潮问带沉积环境的研究 自7 0 年代以来，我国研究者对水体沉积物污染问题也进行了大量的研究， 但大多工作集中于研究沉积物中的重金属的吸附及表面的络合方法。8 0 年代初， 金相灿对河流沉积物中的重金属迁移进行研究，陈静生对我国东部2 0 条河的悬 浮物与沉积物的地球化学特征及重金属污染在沉积物中的化学行为和地理分布 规律进行研究，在中国水环境重金属研究中得到了很好的诠释。 被粘土、有机物质和氧化物结合的重金属随这些物质进入水底之后经受界面 过程的改造，这种沉积物水界面重金属生物地球化学循环实际上就是重金属的 积累和释放过程。重会属的积累包括：( 1 ) 陆源输入；( 2 ) 大气输入；( 3 ) 吸附； ( 4 ) 络合；( 5 ) 有机物絮凝；( 6 ) 生物积累；( 7 ) 化学沉淀作用。重金属的释 放包括：( 1 ) ：溶解作用；( 2 ) 解吸作用；( 3 ) e h 、p h 变化引起释放作用；( 4 ) 生物作用；( 5 ) 水动力作用。影响重金属的积累和释放主要因素为：( 1 ) e h 、p h ； ( 2 ) 生物活动；( 3 ) 潮汐、风暴潮、静水压力等作用；( 4 ) 人为作用如航道清 淤等。由于上述各种过程与作用交叉与影响，构成一个非常复杂的体系。 金属不同的存在形态，其积累和释放也受各种不同因素的影响。t e s s i e 0 1 等提出了一个广为采用的用于连续浸取沉积物重金属存在形态分析程序，把固体 颗粒态重金属存在形态分为：碳酸盐结合态；水合铁锰氧化物结合态；阳离子可 交换态；硫化物及有机物结合态和矿物碎屑残留态。沉积物中的有机物、水合铁 锰氧化物及酸挥发性硫化物( a v s ) 等是主要的重金属结合相。在还原性沉积物 中，酸挥发性硫化物是主要的重金属结合相；而在氧化性沉积物中，酸挥发性硫 化物含量很低，当其含量低到不足以约束所有的重金属时，其它的重金属结合相 将成为控制重金属活性的主要因素。无论是何种类型的沉积物，酸挥发性硫化物 的存在都将提高沉积物对重金属的吸附容量，从而降低水中重金属的浓度，其含 量对吸附容量的影响较为显著【4 1 1 。 对一般沉积物硫化物、重金属、有机氯的研究方法也适用于潮滩硫化物、重 6 浙江t 业大学t 程硕士学位论文 金属、有机氯的研究，如对硫化物的亚甲基蓝分光光度法以及离子选择电极法； 对重金属元素的总含量进行测定的酸法；筛析、膜过滤等测定沉积物重金属元素 的含量；对有机氯各分量进行测定的气相色谱法，都发展的较为成熟。室内模拟 方法如围隔式生态实验室可以对重金属在生态系统行为的研究更加系统和细化， 这种方法可用潮滩藻类f 4 2 】、高等植物4 3 1 、软体动物【删等来验证。简单的数学模 型法【4 5 1 和通过磁铁矿等氧化铁的磁性测量一6 1 等新方法也应于重金属元素含量的 测定中。 2 2 3 潮间带研究的部分结论 2 2 3 1 营养盐研究的部分结论 在长江口以东及其东北部海域终年存在一个范围很大的营养盐高值区，其主 要来自长江冲淡水中营养盐的最大扩展范围。黄东海上层水中s i n 比值较高， s i 不会成为黄东海浮游植物生长的限制因子；但在南黄海南部尤其是西南部、东 海近岸及长江口以东海域，n p 比值很高( 3 0 ) ，说明与一般海洋环境的情况不 同，黄海、东海有很大一部分海域浮游植物的生长受磷限制，而不是受氮限制【4 7 】。 在黄河口，表层海水s i 0 3 s i 和d i n 的浓度与表层海水盐度都呈显著的负相关性， d i n 与c o d 呈显著的正相关性。珠江口海域维持丰富的氮、磷、硅，其中氮、 硅以东宝河口最高，但是在深圳湾、桂山岛、万山列岛及横琴岛附近海域( 主要 是4 月) ，营养盐含量及其之间的比例发生变化( 深圳湾主要是n ：p ，后三个岛 屿附近海域主要是s i ：n ) ，对浮游植物群落结构变化产生影响【4 8 1 。渤海湾营养盐 冬季浓度高于夏季，硅酸盐有明显的垂向结构，4 0 多年来渤海中部硝酸盐呈现 增加趋势；莱州湾浮游植物生长处于磷限制，其它海区处于氮限制【4 9 】。 南极菲尔德斯半岛长城站附近海域叶绿素a 的空间分布和营养盐的空间分 布并不完全一致，聚集的营养盐分布对应于叶绿素a 的非聚集分布，相反非聚集 分布的营养盐则对应于叶绿素密度分布的聚集性。不同月份影响叶绿素a 含量和 初级生产力因素也不同，在所调查的因素中，1 2 月份没有发现某个或某些环境因 素特别重要，1 月份硝酸盐、氨盐和海水表面温度都影响叶绿素在海水中的含量， 2 月份主要表现为海水表面温度的影响，磷酸盐对叶绿素a 含量的影响很小【5 们。 红海湾海水养殖水域溶解氧及海水p h 值随温度由北向南增高而增高。同时 证实了光合作用是导致溶解氧含量和p h 值增高的主要原因。而营养盐与盐度呈 7 浙江工业大学工程硕士学位论文 密切的负相关。浮游植物总量随营养盐由北向南降低而明显增高【5 1 1 。杭州湾水域 氮磷盐与叶绿素含量关系随补充量的多少存在较明显的季节性和区域性差异。叶 绿素同磷酸盐的相关性较好，春夏季分别呈正、负相关，杭州湾与舟山渔场叶绿 素同氨氮呈现良好的负相关【5 2 】。 2 2 3 2 沉积物中重金属研究的部分结论 水动力( 海流、潮汐) 作用和风化搬运作用是影响沉积环境中化学元素含量 分布的主要因素之一【5 3 1 。根据萨拉门斯等的中国水环境重金属研究，沉积环 境中，化学要素含量的分布趋势与水带动泥沙的方式密切相关，特别是沿岸和海 湾受河流、海流、潮汐以及风等作用非常直接。沉积物和水一起随高低潮往复运 动，其间发生侵蚀和传输，在风暴和大潮期间，波浪运动增加了水的侵蚀力。 沉积化学要素与底栖生物密切相关。一些化学要素是生物体的结构成分，另 一些是微量元素，起到体内进行生化反应的催化作用，但化学元素超过一定的限 度则对生物产生危害。所以，其值的高低直接影响生物的繁衍栖息【5 4 1 。又因生物 对化学元素有富集能力，可增加千倍、万倍，生物残体及其排泄物沉入海底，使 沉积环境中的化学元素含量不断的增加【5 5 】。沉积物3 0 c m 左右深度正好是潮滩植 物根茎的主要分布范围，由于滨海维管植物有着特殊的根系泌氧功能，所以它对 重金属的分布和累积也会产生一定的影响【5 6 】。 潮间带动植物种类繁多，且一般有河流入海，水体有机物丰富，沉积物中污 染物可与水体有机物产生多种络合作用，形成简单的络合物、螯合物、混合配体 络合物、羟基络合物以及表面多配络合物。s m g e r 【5 7 】认为可溶性有机物对金属的 行为有如下几种作用：( 1 ) 络合金属，增加金属的溶解度；( 2 ) 改变会属在氧化 还原形态中的分配；( 3 ) 降低金属的毒性，改变金属的生物可利用性；( 4 ) 影响 金属被悬浮物吸附的程度；( 5 ) 影响含金属胶体的稳定性。 潮间带水体有机物丰富，微生物也很丰富。c l i i l e 等认为重金属向上覆沉积 物的压缩作用是由微生物作用引起的，他们认为孔隙水中细菌的作用是引起孔隙 水中以有机态结合的金属发生沉降的主要原因之一【5 引。在界面活动的细菌有以下 作用：( 1 ) 把聚集的间隙水带出沉积物表面；( 2 ) 给水体带入含氧物质；( 3 ) 使 颗粒物易于迁移到沉积物表面或深层；( 4 ) 在沉积物中留下排泄物。这四种作用 都会加速沉积物的转化。微生物对重金属的释放是多方面的，最主要表现在如下 8 浙江工业大学j = 程硕士学位论文 三个过程：( 1 ) 分解有机物，降低分子量，产生较易络合金属离子的有机物；( 2 ) 新陈代谢活动使环境条件发生变化如e h 、p h ；( 3 ) 通过e h 的变化使有机化合 物变成金属有机络合物。细菌是沉积物的改造者，沉积物中最大量的细菌存在于 表层或近表层。消化细菌作用产生的硝酸和硫化细菌作用产生的硫酸，是沉积环 境的p h 值随之下降，使不溶性盐类溶解【5 9 】。 p h 的分布与有机质含量的分布相吻合，因为有机物分解，放出c 0 2 使p h 降低。消化细菌的消化作用也使p h 下降，河口区输入的物质比非河口输入的有 机物含量高，造成环境酸度大，p h 值小。一般来讲，沉积物对重金属的吸附量 随p h 的增大而增大【6 0 】。 沉积物中的有机物、铁锰水合氧化物及酸挥发性硫化物( a v s ) 等是主要的 重金属结合相【6 1 】。v 砸h 抽i l l 和r o z 锄o v 的研究表明，沉积物中硫化氢体系( ca v s 1 0 巧m 0 1 l ) 起主导作用时，e h = 4 0 0 6 5 0 m v ；2 0 0 一2 0 0 m v 区是f e 、m n 的主要 控制区。从控制海洋沉积物e h 的f e 、m n 、s 、c 反应可知，随着反应的进行， h c 0 3 。和还原体( f c 2 + 、m n 2 + 、h 2 s 等) 的浓度是正比例变化的，即沉积物中p h 和e h 的变化是一致的【6 2 1 。在水环境中金属的释放顺序为c d c r p b c u 、z n n m n f e ，载体的释放顺序为f e 、m n 氧化态 有机质结合态 粘土【6 3 】。在强还原环 境中，沉积物中铁锰氧化物可部分或全部溶解，使其被吸附的重金属离子释放出 来【矧。但还原环境中的沉积物上层发育出界限分明的氧化地带，即氧化还原边界 层上铁锰含量往往增高【6 5 舶】，吸附较多的重金属，引起重金属的亚表层富集。 h a l l b e r g 【6 7 】讨论了金属在沉积物顶层中的循环，认为这是金属被有机物络合与作 为硫化物沉积之间竞争的结果。他指出，随着沉积物的聚集，氧化性表面被掩埋 以及氧的消耗，逐渐变成了缺氧环境，并最终有硫酸盐还原菌生成h 2 s ，被络合 的金属就这样逃脱以固体硫化物形式被捕获和固定，并在最上层浓缩。沉积作用 导致富含金属的沉积层向上移动，即金属随沉积物的聚集而往上聚集。 2 2 4 有关潮问带污染的评价 污染因子的质量分指数( p 。) 单因子评价【6 8 】依据质量分指数模式进行，其计算式为： p i - c i s i ( 1 ) 式中p i 为污染因子的质量分指数；c i 为i 污染因子的检测数据；s i 为i 污 9 浙江工业大学工程硕士学位论文 l a r sh a k a n s o n 的潜在生态危害指数值的计算方法( e m 值) 潜在生态危害指数法是瑞典学者h a l ( a 1 1 s o n 于19 8 0 年提出的一种沉积物评价 方法，它是以污染物的含量、种类、毒性和敏感性等四项条件作为基础，定量评 价沉积物的污染程度和多种污染物共同作用下的潜在生态风险程度的方法。对于 不同的污染物依据其毒理学敏感性赋予不同的权重，使潜在生态风险的评价结果 更加科学合理。根据这一方法，某区域沉积物中的潜在生态风险指数可表示为： e m ：e ，t t 。i c ? ：t r i c i c n i ( 2 ) dd茸 式中：e 砒为多种重金属的潜在生态风险指数；e i j 为沉积物中第i 种重金属 的潜在生态危害系数；c ，为重金属的富集系数；c n l 为重金属的背景值；t ，为重 金属的毒性系数。重金属的毒性系数反映了毒性水平和生物重金属污染的敏感程 度，提示了重金属对人体和水生态系统的危害。 关于沉积物环境中参考元素背景值的研究，是沉积物环境评价中的一项基础 工作。7 0 年代以来，美国、日本等一些国家学者采用2 1 0 p b 测年技术研究了海 湾和湖泊现代沉积速率及重金属、农残的污染历史，认为一定深度下的沉积物未 受人类活动的影响，并将其重金属、农残的含量作为背景值。通常5 0 5 5 c m 深 层地质样品可忽略城镇或工业排污的影响【6 9 1 ，蔡阿根等【7 0 1 在晋江市潮间带重金 属含量研究中，以5 0 c m 深层柱状样重金属含量为背景值。李淑媛等【7 1 1 以渤海中 部和各湾外未污染的海域为背景区，以渤海2 5 柱岩芯样细颗粒( 6 3um ) 中 重金属含量分布，采用统计学方法确定了底质重金属的分布类型，通过渤海中部 岩芯样分析结果，获得渤海湾沉积物中c u 、p b 、z n 、c d 的环境背景值。本文选 取的背景值以“g b l 8 6 6 8 2 0 0 2 海洋沉积物质量 国家标准中的一类沉积物质量 标准为评价标准，各参数的毒性系数及背景值见表2 2 。 l o 依据单个重金属的潜在生态危害系数( e ，) 可将沉积物中重金属污染状况划 分为5 个等级，而多种重金属的潜在生态风险指数( e 刚) 划分为4 个等级。e 等级反映了某一特定环境中的全部污染物的影响，进而通过潜在生态风险指数指 出了哪些应该特别注意的物质，这对于污染物的控制非常重要，重金属的潜在生 态危害系数( e ，、e ) 与污染程度关系见表2 3 。 表2 3 重金属潜在生态危害系数( 日) 、e l u 与污染程度的关系 t a b 2 3r e l a t i o n s l l i pb e t 、) l r nt h ep o t e n t i a l o l o