（环境科学专业论文）海洋环境生态监测指标体系的初步研究.pdf

海洋环境生态监测指标体系的初步研究 布指数 重金属生物残留指数和多环芳烃沉积指数 自由基损伤指数和d n a 损伤 指数的加权平均 研究结果发现 青岛岩相潮问带生物分布指数变化范围是 1 2 2 1 9 7 重金属生物残留指数变化范围是0 7 4 1 7 3 多环芳烃沉积指数变 化范围是1 3 6 1 5 7 自由基损伤指数变化范围是0 3 6 1 6 2 d n a 损伤指数变 化范围是0 7 1 8 生态质量指数变化范围是4 3 8 8 7 5 我们将生态质量分为 4 个等级 健康 亚健康 退化和恶化 即建立生态质量指数评价标准 海川路 团岛属于健康范围 鲁迅公园 武胜关属于亚健康范围 黄岛属于退化范围 拥 有类似环境特征的岩相潮间带可视具体情况适当参考 通过本论文的研究希望可以找出相对简便 又可以全面评价海域生态质量 的指标 为海洋环境管理和生态保护提供依据 为我国海洋环境污染监测工作提 供技术支持 关键词 海洋环境 生态监测 生态质量 指标体系 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 p r e l i m i n r ys t u d y0 nm e t h o l o g yf o r e c o l o g i c a ln o n i t o r i n go f 队r i n ee n v l r o n m e n t a b s t r a c t t h em a i nt r a d i t i o n a lc h e m i c a la n db i o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o d s f o rm a r i n ee n v i r o n m e n tq u a l i t ya s s e s s m e n tw e r es u m m a r i z e d t h ef o r m s a n dc o n c e n t r a t i o n so f c o n t a m i n a n t si no c e a ne n v i r o n m e n ta r ea n a l y z e di n c h e m i c a lm o n i t o r i n g t h er e a c t i o n so fo r g a n i s m st op o l l u t i o na r ea n a l y z e di nb i o l o g i c a lm o n i t o r i n g t h e r ea r ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e si n b o t hm e t h o d s e c o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o dt a k e sa d v a n t a g e so f b o t h c h e m i c a la n db i o l o g i c a l m o n i t o r i n gm e t h o d s i th a sm a n yi n d i c e s w h i c hc a nr e f l e c te c o l o g i cc h a r a c t e r sa n dq u a l i t yo f o c e a ne n v i r o n m e n t i nt h ep r e s e n ts t u d yw ep r o p o s ea ne c o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o d a c c o r d i n gt ot h ec h e m i c a la n db i o l o g i c a lm o n i t o r i n gt h e o r ya i m i n ga t p r o v i d i n gaq u a n t i t a t i v e i n d i c a t i o no ft h eh e a l t hs t a t eo ft h eo c e a n e n v i r o n m e n t t h ee c o l o g i c a l m o n i t o r i n g i n d e x s y s t e m f o ro c e a n e n v i r o n m e n ti sb a s e do nt h eg e n e r a li n d e xo fe c o l o g i c a lq u a l i t yw h i c hi s e s t a b l i s h e db yt h eb i o l o g yd i s t r i b u t i n gi n d e x e x p o s u r ei n d e xa n dr e a c t i o n i n d e x t h e s ei n d i c e sh a v eh i 曲s e n s i t i v i t y g o o dr e p r e s e n t a t i v ea n d m a n e u v e r a b i l i t y d i s t r i b u t i n gi n d e xi n c l u d e sa n i m a ld i v e r s i t yi n d e x e x p o s u r ei n d e xi n c l u d e sh e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n d e xa n dp a h sp o l l u t i o n i n d e x r e a c t i o ni n d e xi n c l u d e sf r e er a d i c a ld a m a g ei n d e xa n dd n a 堡堂至墨竺查些型塑堡堡墨堕塑生堡塞 d a m a g ei n d e x t h ec o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e xi sac o m b i n a t i o no fb i o l o g yd i s t r i b u t i n gi n d e x h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n d e x p a h s p o l l u t i o ni n d e x f r e er a d i c a ld a m a g ei n d e xa n dd n ad a m a g ei n d e x t h e c o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e xc a nr e f l e c tb i o l o g i c a lc o m m u n i t y c h a r a c t e ri no c e a ne n v i r o n m e n t a c c u m u l a t i o nc h a r a c t e ro f p o l l u t i o ni n o r g a n i s ma n dp h y s i o l o g i c a l b i o c h e m i c a lr e a c t i o nc h a r a c t e ro fo r g a n i s m t oe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n e c o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o dc a ne c o n o m i z e m a n p o w e r m a t e r i a lr e s o u r c e sa n df i n a n c e a n dc o n s e q u e n t l yi tc a l lb e a p p l i e dw i d e l y w ea p p l yt h i se c o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o do nr o c ki n t e r t i d a l z o n e o fq i n g d a oa n db u i l dc o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e x w ec h o o s el u x u np a r k w u s h e n g g u a n h a i c h u a nr o a d t u a n d a o a n d h u a n g d a oa so u rm o n i t o r i n gp l a c e si ns p r i n go f2 0 0 6a c c o r d i n g t oas e r i e so fp o l l u t i o nl e v e l h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni n d e xa n dp a h s p o l l u t i o ni n d e xa r ee x p r e s s e db yo r g a n i s mh e a v ym e t a l si n d e xa n d s e d i m e n tp a h si n d e x w es e l e c t o y s t e ro s t r e ap l i e a t u l a a sa n i n d i c a t o ro r g a n i s mw h i c hh a sh i g hr e a c t i o ns e n s i t i v i t ya n ds t r o n g e n r i c h m e n ta b i l i t yo fp o l l u t i o n b o t hf r e er a d i c a ld a m a g ei n d e xa n d d n a d a m a g ei n d e x w h i c hh a v et h ea d v a n t a g e so fs t a b i l i z a t i o na n d s i m p l eo p e r a t i o n a l eu s e dt od e n o t eb i o l o g ye n v i r o n m e n tq u a l i t y t h ec o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e xi sac o m b i n a t i o no f b i o l o g yd i s t r i b u t i n gi n d e x o r g a n i s mh e a v ym e t a li n d e x s e d i m e n t 堂堂堑丝兰查堕型塑堑竺至塑塑生竺至 一一p a i l si n d e x f r e er a d i c a ld a m a g ei n d e xa n dd n ad a m a g ei n d e x t h e r a n g e o fb i o l o g yd i s t r i b u t i n gi n d e x i s 1 2 2 1 9 7 t h er a n g e o f o r g a n i s mh e a v ym e t a l si n d e x i s0 7 4 1 7 3 t h er a n g eo fs e d i m e n t p a l i si n d e xi s1 3 6 1 5 7 t h er a n g eo ff r e er a d i c a ld a m a g ei n d e xi s 0 3 6 1 6 2 t h e r a n g eo fd n ad a m a g e i n d e xi s0 7 1 8a n dt h e c o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e x i s4 3 8 8 7 5 t h ee c o l o g i c a l q u a l i t y o fap a r t i c u l a rs i t ec a nb ec a t e g o r i z e di n t o f o u r g r o u p s h e a l t h i n e s s s u b h e a l t h i n e s s d e g r a d a t i o na n dd e t e r i o r a t i o n t h el e v e l o fh a i c h u a ni 沁a da n dt u a n d a oi sh e a l t h i n e s s l u x u np a r ka n d w u s h e n g g u a ni ss u b h e a l t h i n e s s h u a n g d a o i sd e g r a d a t i o no nt h e b a s i so f m o n i t o r i n gg r a d eo fi n t e r t i d a lz o n eo fq i n g d a o w e c a l l u t i l i z et h i se c o l o g i c a lm o n i t o r i n gm e t h o dt om o n i t o r i n gt h es a m ek i n do f i n t e r t i d a lz o n ea c c o r d i n gt oa c t u a lc o n d i t i o n s b ym e a n so f t h i sa r t i c l ew eh o p ew ec a nf i n ds i m p l ea n df u l l s c a l e b i o l o g yq u a l i t yi n d e xo f m o n i t o f i n g o c e a ne n v i r o n m e n tq u a l i t yi no r d e rt o d e v e l o po u rp o l l u t i o nm o n i t o r i n go f o c e a ne n v i r o n m e n t k e y w o r d s 佻 o l o g i c a lm o n i t o r i n g e c o l o g i c a lq u a f i t y i n d e xs y s t e m m a r i n ee n v i r o n m e n t 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 注 翅遗查基丝益要挂型壹明 趁 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 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 强t 豸 l 签字日期 呷年仉 日 学位论文作者毕业后去向 工作单位 通讯地址 导师签字 嘻玉岔 签字日期 加 7 年z 月肜日 电话 邮编 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 1 前言 1 1 研究背景 海洋环境是海洋生物赖以生存的空间基础 海洋生物则是支撑海洋渔业的 物质条件 生态环境与生物群落之间的密切关系 在当今人类活动日益加剧的 时代变得日趋显著 环境污染和过度捕捞对生物群落稳定性所带来的影响也交 得更加敏感 在众多的权威分析报告中 都有一个共同的结论 2 l 世纪人类面 临的三大难题是人口 资源和环境 解决这些问题的出路之一在海洋 因而2 1 世纪被称作 海洋的世纪 经济要发展 环境要保护 这也是我国海洋环境监 测今天乃至下世纪需要面对和认真研究的课题 海洋环境监测是海洋环境保护 的 耳目 和 尺子 是一切海洋工作的基础 离开了这些基础性工作 其他 工作也失去了支撑的依据 必须给以高度重视 海洋环境监测内容复杂 覆盖 面广 属于一项系统工程 在 以经济建设为中心 的今天 海洋环境监测需 要适时调整战略方位 兼收并利用国内外一切海洋环境监测的先进科学技术成 果 在过去3 0 年中 随着海洋环境保护事业不断发展 监测工作的不断深入 海洋环境事业从小到大 从弱到强 从一般到具体 从现状评价到宏观预测 从局部控制到全国海洋环境质量保证 蓬勃发展壮大 形成了具有中国特色的 海洋环境污染监测体系 不仅在监测队伍建设上 监测水平上有很大的提高和 进步 从学术角度而言 也有所创新 已成为环境科学的一门分支科学 与此 同时 海洋环境污染监测管理制度也不断完善 制定了一系列法规 标准及管 理办法 海洋环境质量有所改善 大面积海域维持良好状态 局部海域重污染 状况有所减轻 这是我国海洋环保工作通过依靠海洋环境监测的信息 密切注 视海域污染物质变化动态 及时做出保护海洋环境的科学决策等一系列工作所 取得的成果 但是 国内外海洋环境污染监测的实践告诉我们 要进一步提高 海洋污染监测的质量 提高投资效益 不仅要不断地对海洋环境进行监测 更 重要的是要对海洋环境监测工作不断反思 有所发现 有所创造 有所改进 对监测技术不断修正 不断完善 使海洋环境污染监测工作在健全的基础上稳 步前进 在海洋环境监测诸多环节中 监测方案的设计是首要的和关键的一环 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 在海洋环境污染监测的初期 由于缺乏经验 技术和必要的物质条件 方案的 设计中没能充分的考虑未来的环境因素 社会因素 经济因素 单纯为设计方 案而设计方案 没有充分考虑监测出来的结果能否应用于环境管理 能否为决 策机关提供有效的决策信息 从而没有做到有的放矢地评价海洋环境的现状和 预测污染趋势 我国海洋环境监测工作经历了孕育 起步到发展阶段的过程 监测方法 检测设备 调查船只已有革命性的进展 海洋环境犹如一个变化莫测的万花筒 其中有很多鲜为人知的影响因素 在技术上限制了海洋监测工作的顺利发展 另一方面 海洋监测是 i 年轻的学问 从诞生到近日 也不过仅有5 0 余年 在我国则仅仅二十几年 对其中的奥妙人类知之不多或知之甚少 目前 还有 很多环境问题等待我们去解决 旧的问题刚解决 新的问题又出现 监测工作 就是在这种循环交替中发展和前进的 现代海洋开发带来巨大经济效益的同时 也带来一系列资源和生态环境问 题 日前近海渔业资源捕捞过度 使海洋生物资源受到了严重的破坏 海洋环 境污染日趋严重 生态环境也日趋恶劣 陆源污染是海洋环境污染最主要的污 染源 海洋石油 天然气开发等也严重污染海洋环境 此外 还有不断增加的 有机物质 营养盐和大量的放射性物质进入海洋 工业热污染以及其他固体物 质对海洋的污染也在加强 我国海洋污染主要来源是陆源排污 排入中国海域 的污水和各种有毒物质的8 0 来自陆地 7 0 年代以前只在少数海域发生的赤潮 近年来发生频率逐年增加 面积加大 持续时间增长 损失严重 缓慢性的灾 害如 厄尔尼诺 海岸侵蚀 海平面升降等灾害也频频出现 因此海洋环境监测 技术的研究和开发显得尤为重要 我国的海洋经济近年来得到长足的发展 但 是海洋环境正在恶化的事实提醒我们注意保护海洋环境 在 中国海洋2 l 世纪 议程 中己将防止 减轻和控制陆上活动对海洋环境的污染损害 重点海域的 环境整治与恢复 海洋环境污染监测能力建设 完善海洋环境保护法律制度等 方而提到日程上来了 如何保持海洋经济快速发展的同时 海洋生态环境不会 进一步恶化 而且使某些海域的环境质量在一定程度上有所改变 如何加强海 洋灾害要素成因机制和相互作用研究 提高预报技术和水平用于预防和减轻海 洋灾害 以缓解海洋经济发展与环境之间的矛盾是我们在新世纪初必须面对和 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 解决的问题 海洋环境监测技术是海洋资源开发的技术支撑 海洋渔业和养殖业等海洋 经济产业对海洋环境有很强的依赖性 准确的海洋环境数据和预报将获得显著 的经济效益 加速发展海洋环境监测技术对提高海洋灾害预警能力和防灾减灾 具有重要的意义 发展海洋监测技术 才能实时有效的获得海洋环境数据 国 内外都在积极研究环境和生态监测技术以求全面了解和掌握多介质海洋环境的 综合质量状况及其变化规律 为海洋经济发展和资源开发提供更及时 有效的 服务 1 2 国内外相关研究进展 目前海洋环境质量的监测方法大致可以分为两大类 物理化学监测和生物 监测 前者着重分析海洋环境各介质中污染物的存在形式和浓度 后者主要分 析环境生物对污染物的反应程度 这两类方法各有利弊 物理化学监测具有以 下特点 1 瞬时性 如果一种污染物排入河流 用物理化学方法只能在污染 物排入后很短的时间内监测到 但污染物的影响可持续数年或数十年 2 片 面性 排入河流的有毒化合物有数千种之多 但目前用于检测的只有几十种 而生物监测能提供早期生态报警功能 如许多化合物与其他潜在污染物质交互 作用于生物体 用物理化学方法很难监测到 3 机械性 两种或多种毒物在 一起可能产生协同作用 有时甚至对生物是致命的 4 单一性 用物理化学 方法有时只能描述水体中毒物某方面水平 因此监测结果导致他们对生物有机 体污染的影响反应有限 所以单独的物理化学监测不能为正确管理水生资源提 供充足的依据 可能会低估或漏掉污染物 使监测不能发挥应有的作用 生物 监测具有物理化学监测所不能替代的作用和所不具备的一些特点 能直接反映 出环境质量对生态系统的影响 能综合反映环境质量状况 具有连续监测的功 能 检测灵敏度高 价格低廉 不需昂贵的精密仪器 不需要繁琐的仪器保养 及维修等工作 可以在大面积或较长距离内密集布点 甚至在边远地区也能布 点进行监测 但生物监测本身只能反映水质的变化 对于导致产生水质变化的 有害物质认定以及寻找有害物质来源等方面 则只能通过物理化学分析系统来 完成 因此 一个完整的水环境监测系统应包括优势互补的物理化学分析和生 物监测两个方面 综合利用 取长补短 更准确地反映海洋生态环境的质量状 3 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 况 克服以偏概全的弊端 自7 0 年代末期以来 随着海洋环境科学的发展和对海洋环境保护的重视 国内外学者对海洋环境质量综合评价的研究进行了大量的工作 提出了诸多有 关海洋环境质量评价的方法和模式 鲍永恩等 1 9 9 6 在 海洋环境质量评价刍 议 中提到诸多方法 指数分析加权法 综合指数混合加权法 综合指标评价 模式 相关分析 聚类分析等 这些方法大多采用物理化学监测方法获得 可 避免了单要素评价的片面性和监测值不精确造成的误差 通过各类指数联合使 用比较客观地评价了一个海域的环境质量面貌和污染发展趋势 对于预测未来 海洋环境的变化 验证海洋执法管理行动的效果 有重要的意义 但是这些方 法没有充分考虑有毒化学品对生物的毒理影响 在解释海洋污染问题时略显苍 白 早期的生物监测方法 主要是根据不同生物种群在污染条件下的变化来评 价海域污染 德国的学者在1 9 1 6 年 首先提出了用小头虫指示海洋污染 开辟 了利用生物指示海洋污染的研究领域 2 0 世纪初5 0 年代以来 许多学者研究 应用简单的生物指数和物种多样性指数的方法来评价水质 从8 0 年代开始 研 究包括群落结构与功能在内的生物完整性指数对水质进行整体性生物评价 到 了9 0 年代 人们开始从整个生态系统角度来评价污染对生态系统的影响 联合 国环境规划署自1 9 7 4 年起组织协调了多项区域海洋计划 并把海洋生物监测列 为区域海洋计划的主要内容 美国从1 9 7 6 年开始进行生物监测 主要侧重生态 群落的监测 之后 世界其他的一些国家也相应开展了生物监测 但大多局限 在生物残毒分析和生态群落调查 主要采用的是生物指数法 运用数学方法求 得反映生物种群或群落结构变化的数值 用以评价环境质量 目前应用较多的 是藻类和大型无脊椎动物构建的生物指数 藻类种类及数量与水质环境密切相 关 因此藻类生物指数可较好地放映水质状况 日本水道协会根据无叶绿素藻 类与藻类总数的比值判断水质的污水生物指数 渡边仁治 1 9 8 6 提出的硅藻 生物指数i 2 a b 一2 c a b c 1 0 0 a 为不耐污染的种类数 b 为对有机物 反应不敏感的广布种数 c 为污染区特有种类 我国于8 0 年代后期初步开始 利用海洋生物监测海洋环境污染 在制定海洋生物监测计划和工作方案中 积 累了一定的经验 但已进行的生物监测不够系统全面 大多也是局限在生态群 4 海洋环境生态监铡指标体系的初步研究 落方面 章宗涉等 1 9 8 3 曾提出种类比值法 即以取样点藻类种类数与对照 点种类数的比值判断水质状况 以上藻类生物指数主要应用于河流和海域 由 于藻类受营养盐 盐度和海流等影响较大 海区藻类种类差异大 季节变化明 显 应用受到一定限制 b o r j a 2 0 0 0 建立了可用于数据分析的生物系数g 根据软相底栖生物对环境压力的敏感性和生存环境类型 将其分为5 个类群 然后对欧洲河口和海岸带的生物进行生物鉴别及归类 在此基础上根据5 个类 群种类的数目 计算生物系数巳 根据c 判断各点的生态质量状况和水质污染状 况 其次是多样性指数法 用数理统计方法求得表示生物群落个体数量的数值 用以评价环境质量和生态质量 主要包括辛普森多样性指数 m a r g a l e f 丰度指 数 s h a n n o n w i e n e r 多样性指数 钱迎倩 1 9 9 4 等 林双淡 1 9 8 4 c h e 1 9 9 6 蔡立哲 1 9 9 7 分别用群落物种多样性 种类均度指数和优势种的优势度分析 了杭州湾北岸软相潮间带 香港维多利亚港潮下带的大型底栖生物 认为这些 指标可用于指示和评价污染状态 王化泉 1 9 8 5 陈宽智 1 9 8 3 等应用香浓威 纳多样性指数分别分析了南海北部和胶州湾受污和未受污水域大型底栖动物群 落的结构 认为可以通过不同的指数值来反映污染的程度 陈亚瞿 1 9 9 2 周 云听 1 9 9 8 等还应用了浮游动物的群落结构指数来分析评价海水污染程度 另外 利用群落生物量和生产效率等生态系统物质转化和能量流动方面的 指标来评价海区污染也是比较有效的方法 主要有 生产力法 生物量法 群 落代谢比值法及生态系统能量指标等 薛雄志等 2 0 0 4 黄邦钦 1 9 9 8 利用 沈韫芬 1 9 9 0 提出的水体营养标准划分了厦门西海域的营养类型 认为海洋 微藻的丰度和生物量可以用来指示海域环境 国家环保局提出的划分水体营养 状态的标准是根据叶绿素a 计算出的营养状态指数来制定的 德国人c a s p e r s 1 9 6 6 等根据群落生产量 p 和呼吸量 r 的比值 把水质分为6 个等级 j r g e n s e n 2 0 0 0 将系统的放射本能 e n e r g y 和种的放射本能 s p e c i f i ce n e r g y 应用于1 2 个沿岸海域生态系统 并将这些指标进行相关性分析 研究结果认为 放射本能可以衡量生态系统生长的能力 比生物量更能反映维持生态系统所需 的能量 种的放射本能则可反映生态系统中有更高级的生物和生态系统具有更 复杂的特性 这两个指标涵盖了生态系统健康的大部分属性 因此可作为衡量生 5 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 态系统质量很好的生态指标 以上几种功能效应评价方法中 生产力和藻类生 物量由于受温度等环境因素的影响及采样的误差 只能大致地反映海域环境状 况 群落代谢比值法在理论上是可行的 但存在如何进行现场生产量和呼吸量 测定的问题 生态系统能量指标 放射本能是衡量生态系统受污染压迫程度 很好的指标 但计算各种生物所含的放射本能存在一定困难 而且计算的工作 量大 方法复杂 目前较难应用 污染生物效应监测能反应污染物的积累作用 确定污染物与生物效应之间 的因果关系 揭示污染物的暴露特征 更具备现场应用性等 被认为是可信赖 的监测方法 目前主要有 污染物代谢酶系 如混合功能氧化酶 监测 金属 硫蛋白监测 乙酰胆碱酯酶监测等 范志杰等 1 9 9 4 自1 9 6 9 年m c c o r d 等 人发现超氧化物岐化酶 s u p e r o x i d ed i s m u t a s e s o d 的特性以来 国内外学 者对s o d 的化学 药理及i 临床进行了广泛的研究 邹国林 1 9 9 1 g a r c i a g o n z a l e z 1 9 9 9 余群等人 1 9 9 9 的研究结果显示 可溶性皑柴油 的暴露下 真鳃幼体内脏的s o d 活性对外界的污染胁迫呈现明显的剂量一效应 关系 当污染胁迫解除后 其内脏组织的s o d 活性均得到不同程度的恢复 唐 学玺等 2 0 0 0 研究了葸对黑鳍超氧化物歧化酶活性的影响 结果显示 蒽对 血清及肝组织的s o d 活性从低到高浓度下始终呈现出抑制作用 以扇贝等双壳 贝类体内和鱼类肝脏的s o d 变化指标作为检测近海环境化学物污染的生物标志 物 这方面的研究具有实用价值 1 9 9 7 年8 i b i a n n o 等最先对贻贝中的金属硫 蛋白监测 结果显示金属硫蛋白的含量与海水中c d c u 及z n 的浓度呈正相关 证实贻贝中的金属硫蛋白可作为较好的金属污染的指示物 m i r e ne t a 1 1 9 9 7 1 9 8 4 年 o s t l i n g 和j o h a n s o n 首次通过微量凝胶电泳技术测试单 细胞d n a 损伤 之后 o l i v e r 1 9 9 5 等采用了较严格的松解条件和中性电泳使 之成为测定d n a 双链断裂的灵敏方法 目前常用的技术是依据s i n g h 等修改 的检测技术 s i n g he ta 1 1 9 8 8 自1 9 8 8 年s i n g h 报道单细胞凝胶电泳技 术以来 由于彗星试验不可比拟的优点 世界上很多实验室都广泛应用和不断 改良 改良后的方法 其敏感性更高 且己趋向规范化 国内大多研究学者主 要是集中于对方法的完善 扬长避短 四 i i 大学华西公共卫生学院的衡正昌等 人对彗星试验方法学做了比较系统全面的研究 在彗星试验的最适条件研究中 6 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 比较了裂解时间 解旋时间 电压 电流及电泳时间5 个因素对d n a 迁移长 度的影响 张遵真和衡正昌 1 9 9 8 为了建立一种染色效果好 能取代e b 染色 的非荧光染色法 己将4 种非荧光染色法试用于彗星试验 发现只有银染法可 以染色彗星细胞 且染色持久 赵蓉和衡正昌 2 0 0 1 朱志良等在国内首先设 计了一套彗星试验图像分析系统 i m ii o 目前国内外所进行的物理化学监测和生物监测基本上是独立进行的 关于 综合反映海洋环境质量的生态监测体系还不多见 因此本文将在传统环境监测 工作的基础上 构建海洋环境生态质量的综合评价体系 海洋生态监测是一项 复杂的系统工程 它对海洋环境监测工作者提出了更高的要求 海洋环境监测的 最终结果是对海洋环境质量进行评价从而提出污染治理方案 海洋生态监测将 为更深层次的海洋环境管理和决策部门服务 提出海洋生态环境规划 生态设计 方案 最终目的是建立天地人和的海洋生态环境 1 3 海洋环境生态监测 1 3 i 海洋环境生态监测定义 海洋环境生态监测就是把海洋污染监测领域内的物理化学和生物监测方法 有机的结合在一起 筛选出最能反映海洋生态特征和自然环境质量的指标 建 立广泛适用i 可操作性强的评价方法 从而全面了解和掌握多介质海洋环境的 综合质量状况及其变化规律 为海洋环境保护和海洋资源开发提供及时 有效 的服务 海洋生态监测是海洋生态系统层次上的海洋生物监测 是运用各种技 术测定和分析生命系统各层次对自然或人为作用的反应或反馈效应的综合表征 来判断和评价这些干扰对环境产生的影响 危害及其规律 为环境质量的评估 调控和环境管理提供重要科学依据的科学活动过程 形象地说 海洋生态监测 就是利用海洋生命系统及其相互关系的变化反应用仪器来监测环境质量状况及 其变化的科学活动过程 i 3 2 海洋环境生态监测原理 海洋生态监测事实上是海洋环境监测工作的深入与发展 由于海洋生态系 统本身的复杂性 要完全将生态系统的组成 结构 功能进行全方位的监测十分 7 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 困难 随着生态学理论的不断发展与深入 特别是景观生态学的发展 对生态监 测指标的确立 生态质量评价及生态系统的管理与调控提供了基本框架 以研 究海洋生态系统的组成要素 结构与功能 发展与演替以及人为影响与调控机 制的海洋生态系统生态学原理也为海洋生态监测提供理论支持 这些理论研究 从宏观上揭示海洋生物与其外围环境之间的关系和作用规律 为有效保护海洋 资源和合理利用海洋资源提供了科学依据 也为海洋生态监测提供了理论支持 1 3 3 海洋环境生态监测的任务与特点 1 3 3 1 海洋环境生态监测的任务 海洋生态环境监测的基本任务是对海洋生态系统现状以及因人类活动所引 起的重要生态问题进行动态监测 对破坏的海洋生态系统在人类的治理过程中 生态平衡恢复过程的监测 通过监测数据的集积 研究上述各种生态问题的变化 规律及发展趋势 建立数学模型 为预测预报和影响评价打下基础 支持国际上 一些重要的生态研究及监测计划 如g e m s 全球定位系统 l a b 人与生物圈 等 加入国际生态监测网络 1 3 3 2 海洋环境生态监测的特点 1 综合性 海洋生态监测是内容多学科交叉 多部门 多角度 多目标的极其复杂的 系统工程 应充分发挥相关部门的优势 合理应用现有的条件和成果 实现部门 问生态信息共享 这对有效地开展海洋生态监测工作 提高海洋生态监测的技术 水平是十分必要的 2 长期性 自然界中生态过程的变化十分缓慢 而且生态系统具有自我调控功能 短期 监测往往不能说明问题 长期海洋生态监测可能导致一些重要的和意想不到的 发现 3 复杂性 海洋生态系统本身是一个庞大的复杂的动态系统 生态监测中要区分自然 生态因素和人为干扰 污染物质的排放 资源的开发利用等 这两种因素的作 用十分复杂 加之人类目前对海洋生态过程的认识是逐步积累和深入的 这就使 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 得生态监测不可能是一项简单的工作 4 分散性 海洋生态监测站点的选取往往相隔较远 监测网的分散性很大 同时由于 生态过程的缓慢性 生态监测的时间跨度也很大 所以通常采取周期性的间断监 测 1 4 研究目的和内容 随着我国沿海经济的迅猛发展和城市化进程的加快 近岸海域环境面临的 压力越来越大 受到严重污染的区域进一步扩大 赤潮灾害频发 海洋生态环 境受到威胁 海洋生态的破坏和环境的污染 尤其是沿海海洋环境的污染己构 成我国社会经济可持续发展的重大障碍 保护海洋生态环境 实现可持续发展 已成为今后一项紧迫而艰巨的任务 加强海洋环境污染的监测是保护和治理环 境的前提 而海洋环境监测高新技术是海洋环境监测的技术保障与支持 传统 的检测分析方法已不能满足现代海洋现场快速监测系统的要求 因此只有研究 和探索海洋监测新技术 发展海洋监测高技术 才能实时有效地获取海洋环境 数据 提高我国海洋监测能力 为国家制定有关海洋活动的政策法规 为保护 海洋环境 预警海洋灾害提供科学数据和依据 本文是充分利用海洋化学现有的监测技术 同时在传统生物监测技术的基 础上 吸收近年蓬勃发展的生物标志物技术 构建生态质量指数的指标体系 由于人们对于海洋生态系统的认识还不十分深入 利用生态监测方法来做评价 的研究还刚开始 通过本课题的研究希望可以找出相对简便 又可以全面评价 海域生态质量的指标 为海域污染预防和海洋环境管理和生态保护提供依据 使我国海洋环境污染监测上一个新台阶 本文主要研究内容包括 1 筛选反映生态环境质量的生物指示种 选择反应敏锐 污染物富集能力强 的生物种类用于生态环境质量的生物指示 2 确定表征生物环境质量的生物标志物 采用反应生物实际损伤程度 性状 稳定 简便易行的生物标志物 用于表征生态环境质量 3 建立生物分布 生物暴露和生物反应指数 通过指标分析和检验 分别建 立相应指数 反映生物群落分布格局 生物组织污染物残留和生物体反应水平 9 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 4 构建综合反映生态环境质量的指标体系 以环境生物的分布特征 生存质 量和健康状况为核心 建立生态质量指数分析法 5 将该指标体系应用于青岛近岸海洋环境生态质量的监测和评价工作 结合 历史同期调查资料 建立生态质量等级 生态质量分为4 个等级 健康 亚健 康 退化和恶化 即建立生态质量指数评价标准 此后 选择一些比较有代表性的区域测定其生态质量指数及质量分级 从而 进一步的验证生态质量指数的正确性 1 0 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 2 海洋环境生态监测的指标体系的建立 2 1 指标选择的原则 生态监测就是运用可比的方法在时间和空间上对特定的区域生态系统或 生态系统组合体的结构及其相关组合要素进行系统的测定和观察的过程 为合 理利用自然资源 改善和保护生态环境提供决策依据 生态监测应把物理化学 与生物监测的有关数据 资料信息汇集在一起 从中找出一些相对简便 又可 以全面评价海域污染效应和衡量海域生态质量的指标 因此对于生态监测方法 体系中的指标要考虑以下几个原则 1 指标的系统性 所选指标必须形成一个完整体系 全面地反映生态环境本质特征 同时各 指标之间具有不可替代性 2 指标的代表性 评价指标应该最能代表区域生态系统本身固有的自然属性及其受干扰和破 坏的程度 包括能准确测量海洋环境各介质内有害污染物的浓度 了解污染物 的存在形式 负荷量等参数 能描述海区受影响的范围和时间 通过毒性的生 物标记检验建立污染物对生物的影响关系方程等等 3 指标的可行性 海洋生态评价的目的是加强对海洋资源的保护 评价指标应该在相对有限 的时间尺度上容易获得 评价结果才能提供有效的信息 2 2 指标的类型 海洋生态质量监测是一个综合性的环境监测 监测包括多个 多种指标 主要包括以下指标 1 自然环境监测地理位置 地貌类型 海拔高度 气温 大气湿度等 2 水文系统的监测地表水位 地下水位 降水量 地表水入流量和出流 量 地下水流入量和出流量 蒸发量 潮汐 地表水和地下水的盐度 地表水和地下水的温度 透明度 p h 值 化学需氧量 生化需氧量 3 水质变化的监测水中 沉积物及生物体内各种有毒物质的浓度 包括 重金属 多环芳烃 杀虫剂生物残留浓度等 和放射性核物质的量 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 4 生物监测物种组成的物种数及种群数量 优势种及其变化 物种间相 互影响及对生境影响的程度 5 利用状况的监测监测人为活动的情况 获取生物的数量及造成的影响 等 6 周边社会经济状况监测环境人口数量 人口密度 主要产业 农业总 产值 工业总产值 7 威胁因子监测基建和城市化 围垦 水土流失 污染 水源补给 盐 碱化 沙化等 8 特殊监测指标海况 大气干湿沉降物及其组成 水质化学组成 沉积 物颗粒组成和化学成分 珍稀动物的数量及危险因子 有毒物质对生物 体的影响等 2 3 指标体系确定的指导思想 首先 监测指标体系的理论依据建立在系统论基础之上 并认为生态系统 的状态与变化过程是可以监控和预测的 尽管在监测过程中可以利用的指标相 当多 但由于不同的指标间监测费用和效率差别较大 必须合理选择监测方法 和监测指标 侵指标在任何时间 空间尺度上都能够测度到海洋生态系统的功 能 结构和组成的变化 其次 海洋环境生态监测应综合考虑人力 财力和技术可行性等许多因素 才能制定出一套既规范而又科学的指标体系 生态监测指标一定要具备以上的系统性 代表性和可行性 在不同的监测 站之间应尽量实现监测内容的可比性 并针对不同的监测站的特殊监测项目或 目的增加特殊的指标 以突出各自的特点 2 4 评价指标体系的建立 根据前述原则 我们筛选了灵敏度高 代表性好 技术可行的指标 利用 生物种群和群落的分布格局 生物体对各种污染物的暴露状况 以及生物体所 表现的生理生化反应三个方面 分别构建生物分布指数 生物暴露指数和生物 反应指数 并在此基础上确定生态质量总指数 用生态质量总指数确定海域的 污染情况 基本框架见图1 1 1 2 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 图1 1 生态质量总指数 f i g1 1c o m p r e h e n s i v ee c o l o g i c a lq u a l i t yi n d e x 海洋环境生态监测指标体系的初步研究 3 主要评价指标的简要分析 3 1 生物分布指数的建立 生态系统 e c o s y s t e m 就是在一定空间中共同栖居着的所有生物 a o 生物群 落 与其环境之间由于不断地进行物质循环和能量流动过程而形成的统一整体 是生命系统中重要的组织层次 是自然界的基本单位 生态系统多样性 e c o s y s t e md i v e r s i t y 是指生物圈内环境 生物群落和生物过程的多样化以 及生态系统内生境 生物群落和生态过程变化的多样性 即生境的多样性 生 物群落多样性和生态过程的多样性 生境的多样性主要是指无机环境 如地形 地貌 气候 水文等 生境的多样性是生物群落多样性的基础 生物群落多样 性是指生态系统组成 结构和功能的多样性 它们的生态过程是指生态系统组 成 结构和功能在时间 空间上的变化 主要包括着物种流 能量流 水分循 环 营养物质环境 生物间的竞争捕食 寄生等 生态学的一个重要目标是要 了解生物同环境之间的相互作用 弄清生物在空