（海洋化学专业论文）东海cu、pb、zn、cd重金属环境生态效应评价及环境容量估算研究.pdf

东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属环境生态效应评价及环境容 量估算研究 摘要 本论文针对东海重金属污染状况总体上把握不清等问题，汇总并分析了2 0 世纪8 0 年代初以来东海重金属排海通量及海水中浓度时空变化规律；建立了以 浮游植物为实验生物的重金属非检测毒性浓度的现场测定方法，进而以浮游植物 生长抑制率为指标参数完善了重金属环境生态效应评价方法，并对东海水生生态 系统重金属环境生态效应进行了评价；应用箱式模型方法，结合海域平均浓度空 间网格离散化计算方法，首次估算了东海重金属极小海洋环境容量。主要结果如 下： 1 、2 0 世纪8 0 年代初以来东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属污染物主要来源于 以河流为主的陆源排放，排海总量整体上都呈现先增加、后保持、再降低的不对 称倒u ”形变化趋势。 ( 1 ) 对于东海c u 、p b 、z n 、c d 等重金属主要来源，河流排放占东海重金 属污染物排海总量的比例处于绝对优势，平均高达8 8 o 左右，而排污口次之， 平均可达7 5 左右，大气沉降最小，平均只有4 5 左右。东海重金属污染物主 要来源于以河流为主的陆源排放。对于c u 、z n 和c d 的排放通量，长江流域最 高、钱塘江流域次之，闽江流域较小；对于p b 的排放通量，长江流域最高，闽 江流域次之，钱塘江流域较小。 ( 2 ) 2 0 世纪8 0 年代初期东海c u 、p b 、z n 、c d 排海总量较低，分别仅有 1 6 8 x 1 0 3 、1 6 9 x 1 0 3 、4 2 6 x 1 0 3 、0 0 7 3 x 1 0 3t a 左右，8 0 年代中后期开始逐渐增加， 9 0 年代都达到最大值，分别为1 3 5 8 x 1 0 3 、5 3 4 x 1 0 3 、2 9 5 7 3 x 1 0 3 、0 4 1 x 1 0 3t a 左右，进入2 1 世纪以后开始降低，目前分别减少到的3 4 7 x 1 0 3 、1 8 4 x 1 0 3 、 5 6 6 x 1 0 3 、o 0 8 1 x 1 0 3 t a 左右，仍高于2 0 世纪8 0 年代初期的水平。 2 、2 0 世纪8 0 年代初以来东海海水中c u 、p b 、z n 、c d 重金属浓度平面分 布整体上没有呈现出明显的由沿岸向外海递减的分布特征；域均浓度季节变化不 明显；年均浓度基本上都呈现不对称倒“u ，形变化趋势。 ( 1 ) 2 0 世纪8 0 年代初以来东海海水中c u 、p b 、z n 、c d 浓度差别不大， 整体上没有呈现出明显的由沿岸向外海递减的分布特征。高值区主要出现在长江 口、杭州湾沿岸、舟山渔场水域。 ( 2 ) 东海海水中c u 、p b 、z n 、c d 域均浓度各季节差别不大，季节变化不 明显。 ( 3 ) 2 0 世纪8 0 年代初到8 0 年代中期，东海海水c u 、p b 、z n 、c d 年均浓 度都低于国家一类海水水质标准，2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代末，年均浓度较 高，若干年份c u 和p b 年均浓度超过国家二类海水水质标准，z n 、c d 年均浓 度超过国家一类海水水质标准，2 l 世纪初年均浓度又逐渐降低，目前均低于国 家一类海水水质标准。 3 、2 0 世纪8 0 年代初期至8 0 年代中期，东海海水中重金属年均浓度对水生 生态系统不存在抑制作用，2 0 世纪8 0 年代中后期至9 0 年代末期存在明显抑制 作用，2 1 世纪初期基本不存在抑制作用。 ( 1 ) 东海海水中c u 、p b 、z n 、c d 重金属对东海典型浮游植物的非检测毒 性浓度分别为4 1 、4 5 2 、1 31 7 、1 3 8 9 嵋儿；对东海水生生态系统的非检测毒性 浓度分别为4 、0 8 、2 0 、0 2h g l 。 ( 2 ) 2 0 世纪8 0 年代初期至8 0 年代中期，重金属c u 年均浓度一般低于东 海典型浮游植物非检测毒性浓度，对典型浮游植物一般不存在抑制作用，而2 0 世纪8 0 年代中后期至2 0 世纪9 0 年代末抑制作用时有发生，最高年均浓度下估 计抑制率可达8 0 以上，局部水域最高浓度条件下可达9 0 以上：2 l 世纪初期 不存在抑制作用，但局部水域最高浓度抑制率也可达3 0 。重金属p b 、z n 、c d 的非检测毒性浓度远远高于2 0 世纪8 0 年代初期以来相应的历史最高年均浓度甚 至局部水域最高浓度，对东海典型浮游植物种群生长一般不存在抑制作用。 ( 3 ) 对于东海水生生态系统，2 0 世纪8 0 年代初期至8 0 年代中期，重金属 c u 、p b 、z n 、c d 年均浓度及局部水域最高浓度低于其非检测毒性浓度，一般不 存在抑制作用；而2 0 世纪8 0 年代中后期至9 0 年代末c u 、p b 、z i l 、c d 年均浓 度高于其相应的东海水生生态系统非检测毒性浓度的情况时有发生，存在明显的 抑制作用，最高年均浓度下估计抑制率分别可达8 5 、1 0 、3 0 、2 0 以上， 局部水域最高浓度条件下分别可达9 5 、3 0 、6 0 、5 0 以上；2 l 世纪初期， c u 、p b 、z n 、c d 年均浓度一般低于其非检测毒性浓度，一般不存在抑制作用， p b 、z i l 、c d 局部水域最高浓度下也不存在抑制作用，但c u 局部水域最高浓度 抑制率可达3 0 以上。 4 、东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属污染物极小海洋环境容量分别约为1 7 0 x 1 0 4 、 0 4 7 x 1 0 4 、1 1 3 1 1 0 4 、0 0 7 1 1 0 4t a 。在当前排海总量条件下，东海c u 、p b 、z n 、 c d 重金属极小剩余环境容量分别约为o 0 0 4 x 1 0 4 、0 0 2 1 0 4 、4 5 1 0 4 、 o 0 0 3 x 1 0 4 t a ，表明东海最高浓度水团中p b 、勐、c d 年均浓度仍然满足东海水 生生态系统非检测毒性浓度的要求，但大约需要削减相当于当前排海总量8 左 右的c u ，才能分别满足该要求。 关键词：重金属；排海通量；时空分布；生态效应；环境容量；东海 l t h es t u d i e so fe n v ir o n m e n t a ii ye o o i o g i c a ie f f e c t s a s s e s s m e n ta n de n vir o n m e n t ai c a p a c it ye s tim a tio no f t h eh e a v ym e t aic u p b ，z na n dc dint h ee a s tc hin as e a a b s tr a c t i nt h i sp a p e r , a i m i n ga tt h eb l u r r yg r a s pa b o u tc o n t a m i n a t e ds t a t u so fh e a v y m e t a l sa saw h o l ei nt h ee a s tc h i n as e a , t h eh e a v ym e t a l sf l u x e si n t os e aa n dt h e i r c o n c e n t r a t i o n ss i n c e l 9 8 0a r ec o l l e c t e d ，t h e i rt e m p o r a la n ds p a t i a lc h a n g i n gt r e n da r e a n a l y z e d ，t h ei ns i t um e n s u r a t i o nf o rh e a v ym e t a ln d e c 研t hp h y t o p l a n k t o na s e x p e r i m e n t i n go b j e c ti se s t a b l i s h e d ，a n da p p l i e dt op e r f e c ta s s e s s m e n tm e t h o df o r e n v i r o n m e n t a l l ye c o l o g i c a le f f e c tw i t hp h y t o p l a n k t o ng r o w t hi n h i b i t i o nr a t ea st a r g e t p a r a m e t e r t h e ne n v i r o n m e n t a l l ye c o l o g i c a le f f e c to fh e a v ym e t a li nt h ee a s tc h i n a s e ai sa s s e s s e d b a s e do nb o xm o d e la n dc o m b i n a t i o nw i t hc a l c u l a t i n gm e t h o do f s p a t i a lg r i d d i n ga v e r a g ec o n c e n t r a t i o n , m i n i m u me n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yi nt h ee a s t c h i n as e ai se s t i m a t e d m a i na c h i e v e m e n t sa r ed e s c r i b e da sf o l l o w s ： 1 s i n c et h eb e g i n i n go f19 8 0 s ，c o n t a m i n a t i o nc u ，p b ，z na n dc di n t oe a s tc h i n a s e al a r g e l yc o m ef r o ml a n ds o u r c ee s p e c i a l l yd i s c h a r g eb yr i v e r , t h ec h a n g i n gt r e n do f t o t a lf l u x e sb a s i c a l l yt o o ko nt h ep a t t e r no fa s y m m e t r i ci n v e r s e u ，w h i c hi n c r e a s e d f i r s t l y , t h e nk e p tu pa n dd e c r e a s e df i n a l l y ( 1 ) f o rt h em a i ns o u r c eo fc u , p b ，z na n dc di n t oe a s tc h i n as e a , t h ef l u x d i s c h a r g e db yr i v e r si so v e r w h e l m i n g l yd o m i n a n t b e i n gu pt o8 8 o o na v e r a g e ；t h e s e w a g e t a k e ss e c o n d p l a c e ，b e i n g7 5 a p p r o x i m a t e l y ；s e d i m e n t a t i o nf r o m a t m o s p h e r ei ss m a l l e s t ，b e i n g5 5 o na v e r a g e t h eh e a v ym e t a l si n t oe a s tc h i n as e a m o s t l yc o m ef r o mt h el a n d - b a s e dd i s c h a r g e ，e s p e c i a l l yf r o mr i v e r s t h ef l u xo fc u ， z na n dc df r o mc h a n g j i a n gd r a i n a g ea r e aa r et h eh i g h e s t ，t h a tf r o mq i a n t a n g j i a n gt h e s e c o n da n dt h a tf r o mm i n j i a n gt h el o w e s t t h ef l u xo fp bf r o mc h a n g i i a n gd r a i n a g e a r e aa r et h eh i g h e s t ，t h a tf r o mm i n j i a n gt h es e c o n da n dt h a tf r o mq i a n t a n g j i a n gt h e l o w e s t ( 2 ) t h et o t a lf l u xo fc u , p b ，z na n dc di n t oe a s tc h i n as e aw e r ea b o u t1 6 8 x1 0 3 ， i v 1 6 9 x 1 0 3 ，4 2 6 x 1 0 3 ，0 0 7 3 x 1 0 3t ar e s p e c t i v e l ya tt h ee n do f1 9 7 0 s ，h o w e v e r , t h e v a l u e sb e g a nt oi n c r e a s ef r o mt h em i d d l ee n do f19 8 0 s ；i nt h e19 9 0 s ，t h e yi n c r e a s e dt o t h em a xo f1 3 5 8 x 1 0 3 ，5 3 4 x 1 0 3 ，2 9 5 7 3 x 1 0 3 ，0 4 1 x 1 0 3 t ar e s p e c t i v e l y , a n dp r e s e n t l y d e c r e a s e dt o3 4 7 x 1 0 3 ，1 8 4 x 1 0 3 ，5 6 6 x 1 0 3 ，0 0 8 1x 1 0 3t ar e s p e c t i v e l y , w h i c hs t i l l h i g h e rt h a nt h o s ea tt h eb e g i n n i n go f1 9 8 0 s 2 s i n c e19 8 0 ，t h eh o d z o n t a lc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o no fc u ，p b ，z na n dc di n t h ee a s tc h i n as e ad o n tb a s i c a l l yt a k eo nt h eo b v i o u sp a t t e r no fd e c r e a s ef r o m i n s h o r et oo f f s h o r ea r e a ，t h es e a s o n a lc h a n g i n go fs p a t i a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f t h e mi n t h i ss e aa r e ai s n tl a r g eb a s i c a l l y , t h ec h r o n i c a lc h a n g i n gt r e n do fa n n u a l a v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft h e mi n t h i ss e aa r e ab a s i c a l l yt a k eo nt h ep a t t e r no f a s y m m e t r i ci n v e r s e u ( 1 ) s i n c e1 9 8 0 ，t h ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e so f c u ，p b ，z na n dc da r e n o tb i gi nt h e e a s tc h i n as e a , a n dt h e i rh o r i z o n t a lc o n c e n t r a t i o nd i s t r i b u t i o n sd on o tb a s i c a l l yt a k e o nt h ec l e a rp a t t e r no fd e c r e a s ef r o mi n s h o r et oo f f s h o r ea r e a t h er e l a t i v e l yh i g h c o n c e n t r a t i o n so f t e nl o c a t ei nt h ec h a n g j i a n gr i v e re s t u a r y , i n s h o r ep a r to fh a n g z h o u b a ya n dz h o u s h a nf i s h e r y ( 2 ) t h ed i f f e r e n c eo fs p a t i a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fc u ，p b ，z na n dc di nt h e e a s tc h i n as e ai sn o tb i gs e a s o n a l l y , t h es e a s o n a lc h a n g i n gi sn o tc l e a r ( 3 ) f r o mt h eb e g i n n i n gt ot h em i d d l eo f19 8 0 s ，t h ea n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n s o fc u , p b ，z na n dc di nt h ee a s tc h i n as e aa r el o w e rt h a nt h eg r a d e o n es e aw a t e r q u a l i t ys t a n d a r do fc h i n a f r o mt h ee n do f19 8 0 st ot h ee n do f19 9 0 s ，t h ea n n u a l a v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so ft h e ma r et h eh i g h e s t ，w i t ht h ec ua n dp bl e v e l sh i g h e rt h a n t h eg r a d e t w os e aw a t e rq u a l i t ys t a n d a r do fc h i n aa n dz na n dc dc o n c e n t r a t i o n s h i g h e rt h a nt h eg r a d e o n es e aw a t e rq u a l i t ys t a n d a r do f c h i n a i nt h eb e g i n n i n go f 2 1 5 c e n t u r y , ，t h ea n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fc u ，p b ，z na n dc dd e c r e a s eg r a d u a l l y , a n da r el o w e rt h a nt h eg r a d e o n es e aw a t e rq u a l i t ys t a n d a r do f c h i n aa tp r e s e n t 3 f r o mt h eb e g i n i n gt ot h em i d d l eo f19 8 0 s ，t h ea n n u a lc o n c e n t r a t i o no fh e a v y m e t a li nt h ee a s tc h i n as e ad on o ti n h i b i tt h ew a t e re c o s y s t e m ，b u ti n h i b i t i o ne x i s t o b v i o u s l yf r o mt h em i d d l ee n do f1 9 8 0 st ot h ee n do f l 9 9 0 s a tt h eb e g i n n i n go f 2 1 5 c e n t u r y , i n h i b i t i o nd o n te x i s tb a s i c a l l y v ( 1 ) h e a v ym e t a ln d e c s t ot y p i c a lp h y t o p l a n k t o ni nt h ee a s tc h i n as e aa r e4 1 ， 4 5 2 ，1 3 1 7 ，1 3 8 9 嵋几r e s p e c t i v e l y , a n dt h o s et ow a t e re c o s y s t e ma r e4 ，0 8 ，2 0 ，0 2 i _ t g lr e s p e c t i v e l y ( 2 ) f r o mt h eb e g i n i n gt ot h em i d d l eo f19 8 0 s ，a n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so f c ui su s u a l l yl o w e rt h a ni t sn d e ct ot y p i c a lp h y t o p l a n k t o n ，t h ei n h i b i t i o nd o n te x i s t h o w e v e r , i n19 9 0 s ，i n h i b i t i o nh a p p e n e se v e r yn o wa n dt h e n ，t h eb i o m a s si n h a b i t a t i o n r a t e si se s t i m a t e dt ob eu pt o8 0 、 ，i t i lm a x i m u ma n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n sa n d u pt o9 0 w i t hm a x i m u mc o n c e n t r a t i o n si np a r t i a ls e aa r e a a tt h eb e g i n n i n go f21 瓤 c e n t u r y , i n h i b i t i o nd o n te x i s tb a s i c a l l y 、析t l la n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n sb u tu pt o 3 0 谢t hm a x i m u mc o n c e n t r a t i o n si np a r t i a ls e aa r e a n d e c so fc u ，p b ，z na n dc d t ot y p i c a lp h y t o p l a n k t o na r eh i g h e rt h a nm a x i m u ma n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n sa n d m a x i m u mc o n c e n t r a t i o n si n p a r t i a l s e aa r e as i n c e19 8 0 ，i n h i b i t i o nd o n te x i s t b a s i c a l l y ( 3 ) f r o mt h eb e g i n i n gt ot h em i d d l eo f19 8 0 s ，a n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n s ： 6 f c u ；p b ，z na n dc da r eu s u a l l yl o w e rt h a nt h e i rn d e c st os e a w a t e re c o s y s t e m ，t h e b i o m a s si n h i b i t i o nd o n te x i s t i ti st h es a m ew i t ht h em a x i m u mc o n c e n t r a t i o n si n p a r t i a ls e aa r e a f r o mt h em i d d l ee n do f19 8 0 st ot h ee n do f19 9 0 s ，i th a p p e n e se v e r y n o wa n dt h e nt h a ta n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fc u ，p b ，z na n dc da r eh i g h e rt 1 1 赫 t h e i rn d e c st os e a w a t e re c o s y s t e m ，t h eb i o m a s si n h a b i t a t i o ne x i s to b v i o u s l y , a n dt h e b i o m a s si n h a b i t a t i o nr a t e sa r ee s t i m a t e dt ob e8 5 ，10 ，3 0 ，2 0 r e s p e c t i v e l yw i t h m a x i m u ma n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n sa n du pt o9 5 ，3 0 ，6 0 ，5 0 r e s p e c t i v e l y w i t hm a x i m u mc o n c e n t r a t i o n si np a r t i a ls e aa r e a a tt h eb e g i n n i n go f2 1 5 c e n t u r y , a n n u a la v e r a g ec o n c e n t r a t i o n so fc u , p b ，z na n dc da r eu s u a l l yl o w e rt h a nt h e i r n d e c st os e a w a t e re c o s y s t e m i n h i b i t i o nd o n te x i s tb a s i c a l l y w i lm a x i m u m c o n c e n t r a t i o n si np a r t i a ls e aa r e a , t h eb i o m a s si n h a b i t a t i o nr a t eo fp b ，z na n dc da r e0 ， b u t t h a t o f c u i s u p t o3 0 4 m i n i m u mo c e a n i ce n v i r o n m e n t a lc a p a c i t i e so fc u , p b ，z na n dc di nt h ee a s t c h i n as e aa r ec o m p u t e dt ob ea p p r o x i m a t e l y1 7 0 1 0 4 ，0 4 7 x i 0 4 ，1 1 3 1 x 1 0 4 ， 0 0 71xl0 4t a , a n dm i n i m u ms u r p l u se n v i r o n m e n t a lc a p a c i t i e so ft h e ma r ea b o u t 0 0 0 4 1 0 4 ，o 0 2 x 1 0 4 ，4 5 1 0 4 ，0 0 0 3 1 0 4t aw i t hp r e s e n tg r o s sd i s c h a r g ef l u x e s ， v t i n d i c a t i n gt h a tm a x i m u mc o n c e n t r a t i o n so fp b ，z na n dc di nt h ee a s tc h i n as e a c a l l s t i l lc o m p l yw i t ht h e i rn od e t e c t e dt o x i cc o n c e n t r a t i o n st os e a w a t e re c o l o g i c a ls y s t e m ， b u t8 o fp r e s e n tg r o s sd i s c h a r g ef l u x e so fc um u s tb er e d u c e df o rs a t i s f y i n gt h i s c r i t e r i o n k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l ；f l u xi n t os e a ；t e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n ； e c o l o g i c a le f f e c t s ；e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ；e a s tc h i n as e a v i i 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 j 堑垫邃直基丝重要挂剔岂明丝：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 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：出妖食签字日期：二。字年6 月5 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，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：孑长灸导师签字：，互l 舡 ，一1 ，r 一 签字日期：j o o 孑年月岁日签字日期：们5 年，月y 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 2 电话： 邮编 中国海洋大学博士学位论文 0 前言 东海是一个兼有浅海和深海特征的边缘海，其辽阔的程度在全球陆架海域 中为数不多，渔业产量及其生产潜力在世界海洋生产中十分突出。东海地形复杂， 西部大陆架约占东海总面积的2 3 ，东南面大陆坡及深海槽最大深度2 7 0 0 m 以上。 除外侧势力强大的黑潮暖流外，对马暖流、台湾暖流、东海沿岸流等也在不同季 节不同程度地影响着东海的流况。以长江、钱塘江和闽江为代表的大陆径流以年 平均总值约1 1 0 0 0 亿m 3 的巨大流量，夹带着包括重金属在内的丰富的陆源物质 不断流入这个边缘海。自上世纪8 0 年代以来，东海沿岸的长三角、台湾海峡西 岸等经济圈在我国经济建设中一直发挥着增长带动作用，时至今日，以高投入、 高消耗、高排放等为特征的粗放型经济增长方式仍在继续，造成包括重金属在内 的各种污染物的排海总量持续增加。“全国海岸带及海涂资源综合调查 ( 1 9 8 0 1 9 8 6 ) 统计结果表明每年由河流带入东海的铜约为6 7 0 吨，铅为8 0 1 6 吨，每年进入东海的镉为5 7 9 吨，其中由长江和钱塘江带入者占7 7 8 。第二 次全国海洋污染基线调查报告报道1 9 9 6 年主要河流和排污口排入东海的溶解 态重金属达9 9 3 6 吨。中国海洋环境质量公报发布2 0 0 3 年仅长江、闽江溶解 态重金属的排海通量就达4 2 万吨。 重金属是一类保守性、非降解的元素型污染物，对海洋生物具有致畸、致癌、 致死的危害，能在海洋生物体内富集并沿食物链进一步放大，甚至危害人类的健 康，引起生态系统的破坏。自2 0 世纪5 0 年代初以来，在日本和欧洲陆续发生的重 金属污染事件，引起世界各国科学家和政府首脑的高度重视，重金属环境生态效 应研究工作陆续开展起来。重金属的生态毒性效应与其在海洋环境中的含量及化 学形态有关，受各种环境因素直接或间接的影响，建立在实验室实验数据基础上 以半效浓度或n o e c 为参数的生态毒性效应评价存在诸多不确定性因素，目前尚 缺乏可靠方法科学评价实际环境中重金属的生态效应。然而科学地度量和评价重 金属的环境生态效应，对于制定科学有效的环境保护措施，保护环境，保障人类 健康，保持人类可持续发展具有重要意义，重金属生态效应评价已成为环境科学 的一个重要课题。实践证明，海洋生态环境问题在很大程度上严重制约了海岸带 东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属环境生态效应评价及环境容量估算研究 地区社会经济的可持续发展。东海渔业产量在我国渔业生产中占有重要位置，东 海沿岸地区也是我国重要经济发达地区，但对于东海重金属入海通量及其海水中 浓度变化情况至今在总体上仍把握不清，对于东海重金属环境生态效应及环境容 量仍缺乏认识。然而掌握东海重金属污染状况，明确东海重金属环境生态效应及 海洋环境容量，对于协调好海洋生态环境质量与社会经济可持续发展之间的关系 具有重要意义。 针对目前存在的问题，本论文在前人研究成果的基础上，汇总并分析了2 0 世纪8 0 年代初以来东海重金属排海通量及其变化规律；以东海重金属海上现场 调查为前提和基础，汇总并分析了东海海水中重金属时空分布特征及年均浓度变 化规律：建立了以浮游植物为实验生物的重金属非检测毒性浓度的现场测定方 法，进而以浮游植物生长抑制率为指标参数完善了重金属环境生态效应评价方 法，进而对东海重金属环境生态效应进行了评价；应用箱式模型方法，结合海域 平均浓度空间网格离散化计算方法，首次估算了东海重金属极小海洋环境容量。 论文共分六部分，第一部分是文献综述；第二部分是东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属排海通量年变化规律研究；第三部分是东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属浓度 时空变化规律；第四部分是东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属环境生态效应分析；第 五部分是东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属海洋环境容量估算；第六部分是结论。 2 中国海洋大学博士学位论文 1 文献综述 生态环境是由生物群落及非生物自然因素组成的各种生态系统所构成的综 合整体，是区域内所有生命有机体生存和发展的载体以及物质和能量的供应者。 因此，维护生态环境良性循环是实现人类社会可持续发展的基本保障。然而，自工 业革命以来，高速的经济增长、人口膨胀、城市化和工业化引发了一系列环境危 机，导致生态环境不断恶化，造成大量人员伤亡和财产损失。2 0 世纪5 0 年代以来， 重金属污染事件在日本和欧洲陆续发生，引起世界各国科学家和政府首脑的高度 重视，重金属环境风险评价研究工作陆续开展起来( 陈静生和周家义，1 9 9 2 ) 。 迄今为止，环境风险评价研究和应用大多集中在人体健康风险评价方面，而对生 态系统中由于各种自然原因和人为活动( 如污染物的排放) 引发的持久的、相 对缓慢的自然生态系统的变化缺乏警惕，生态效应分析评价的研究和应用尚处于 初级阶段。环境生态效应评价是利用环境学、生态学、地理学、生物学等多学科 的综合知识，采用数学模型、概率论等量化分析技术手段来分析、评价和预测环 境污染物对生态系统及其组分可能造成的损伤。环境生态效应评价的重点是生态 系统及其组分的污染源调查、生态受体和反应终点选择、生态效应分析、预测可 能的负面效果，并据此提出响应的舒缓措施( 毛小苓和倪晋仁，2 0 0 5 ) 。本章将 对海洋重金属污染物研究、环境生态效应评价、海洋环境容量等的研究现状、存 在的问题以及发展方向进行综述。 1 1 东海重金属污染状况概述 1 1 1 海水中的重金属的来源和途径 重金属的定义有几种不同说法，有的把密度大于4 0g c m 3 的约6 0 种金属称 为重金属( 中国海洋志编纂委员会，2 0 0 3 ) ，有的把密度大于5 0g c m 3 的4 5 种 金属称为重金属( 孟紫强，2 0 0 0 ) ，还有的把原子量比铁大的金属称为重金属( 战 玉杰，2 0 0 5 ) 。环境科学中所研究的重金属主要是指汞、铜、镉、铅、锌、铬等 元素，还有银、锡、钴、镍等。砷和硒虽不是纯粹的金属，但它们的许多物理、 东海c u 、p b 、z n 、c d 重金属环境生态效应评价及环境容量估算研究 化学性质与金属类似，因而把它们称为类金属( 中国海洋志编纂委员会，2 0 0 3 ) 。 海水中重金属的来源是多种多样的，如岩石风化、火山爆发、工厂排污等等， 其中大部分来源于陆地。从根本上，我们可以将其概括为两类：一是自然地质活 动，二是人类活动。陆地上尤其是河流流域岩石风化产生的重金属，大都经雨水 冲刷等自然作用进入河流，在河流的搬运过程中，有一部分迁移到河流沉积物中 未能迸人海洋，其余最终汇集在海洋中。自工业革命以来，由于大规模的资源开 发利用和工业的不断发展，越来越多的含有重金属元素的污、废水排入河流、湖 泊，甚至直接排入海洋。海底火山活动则将重金属直接输入海洋( 中国海洋志编 纂委员会，2 0 0 3 ；战玉杰，2 0 0 5 ) 。岩石、土壤的风化产物以沙尘等形式扩散到 大气中，与工业排放的粉尘、燃料燃烧产物、水蒸气等物质组成一个多相体系。 陆源重金属元素能通过这个体系，经过长距离输送沉降于海洋中。这一过程与大 陆径流输送过程的不同之处在于它具有无边界的特点，且有很强的垂直结构，受 天气、气候及人类活动的影响很大( 杨绍晋等，1 9 9 4 ；刘昌岭和张经，1 9 9 6 ；刘 昌岭等，1 9 9 8 ) 。 由于重金属元素在海水中浓度通常很低，其数量级都在“g 几至n g l 级，人 类活动或自然地质活动( 如工农业排污和海底火山活动等) 等输入过程，吸附、 沉淀作用和生物摄取等输出过程，都会使其在海水中的含量发生明显的相对性变 化( s h i l l e r & b o y l e ，1 9 9 1 ：g u i e u e ta 1 ，1 9 9 8 ：m a s s o u d & e h s a n ，2 0 0 2 ：中国海 洋志编纂委员会，2 0 0 3 ) 。白工业革命以来，人类活动造成的重金属排海通量的 增加，使得重金属在海水中的含量明显升高( k l a u s ，1 9 8 5 ；g u i e ue ta 1 ，1 9 9 8 ； m a s s o u d & e h s a n 2 0 0 2 ) 。 1 1 2 海洋重金属国际国内研究概况 重金属( 包括类金属) 大多具有较强的地球化学活性和生物活性，其在海底 沉积物、悬浮颗粒及海洋生物体的富集作用和在近岸河口海区形式多样的迁移转 化过程，早已成为海洋化学家们研究的热点之一( f o n s e l i u s & k o r o l e f f , 1 9 6 3 ； g u i e u & m a r t i n ，2 0 0 2 ) 。早在2 0 世纪5 0 年代起，国外学者就开展了太平洋、大 西洋、利古里亚海( l i g u r i a ns e a ) 、马尾海( s a r g a s s os e a ) 、北海、亚马逊河( a m a z o n r i v e r ) 河口、密西西比河( m i s s i s s i p p ir i v e r ) 河口、尼罗河( n i l er i v e r ) 河口、 4 中国海洋大学博士学位论文 叶尼塞河( y e n i s e ir i v e r ) 河口、鄂毕河( o br i v e r ) 河口、多瑙河( d a n u b er i v e r ) 河口等重金属的调查研究( f o n s e l i u s & k o r o l e f f , 19 6 3 ；f o n s e l i u s ，19 7 0 ：f u k a i & h u y n h - n g o e ，1 9 7 6 ；r o b e r te ta 1 ，1 9 7 5 ；r o b e r t oe ta 1 ，1 9