水域环境复习资料.doc

一、天然水的基本特征（一）水的结构气态水是以单分子形式存在的。它是由一个氧原子和两个氢原子组成，氢氧原子间的键长均为0.096nm(10-10m)，其键角为105。这与SP3杂化轨道理论计算极为一致（104.5），这些结构使得水分子具有显著的电偶极矩。 氧原子与氢原子具有较强极性的共价键，同时本身具有两个孤电子对，水分子之间可以通过氢键相互缔合在一起，使水具有许多特殊的物理性质。 冰是水的一种形态，其结构与形成条件有关。普通冰具有(石英)的晶体结构。除了普通冰外，已知在大于2000 kg/cm2压力下有5种形式的冰是稳定的，但是这些冰在自然界中并不存在。早在1829年就提出用水分子缔合程度的变化解释水的性质的理论，后来出现了X光衍射试验结果证明的笼式结构理论。现在，液体水结构的新理论还在不断地发展，提出了许多模型。在这些模型中，最可接受的模型认为液体水是由氢键结合成的水分子簇和游离的水分子组成的混合物。这种水分子簇既能生成又能分解，它们的半衰期为10-12到10-1秒。（二）天然水的物质与背景值天然水从本质上看，应该属于未受人类排污影响的各种天然水体中的水。这种水目前的范围在日益减少，只有在河流的源头、荒凉地区的湖泊、深层地下水、远离陆地的大洋等处，才可能代表或近似代表天然水质的天然水。尽管如此，我们仍可以从这样的天然水中发现一些有用的规律。水是自然界最好的溶剂，天然物质和人工生成的物质大多数可溶解在水中。因此可以认为，自然界并不存在由组成的“纯水”。在任何天然水中，都含有各类溶解物和悬浮物，并且随着地域的不同，各种水体中天然水含有的物质种类不同，浓度各异，但它却代表着天然水的水质状况，故称其为天然水背景值，或水环境背景值。 从水循环来看，天然水是在其循环过程中改变了其成分与性质的。在太阳辐射的热力作用下，由海洋水面蒸发的水蒸气，虽接近纯水，但它在空中再凝结成雨滴时，则需要宁结核。在大气中可作凝结核的物质有海盐微粒、土壤的盐分、火山喷出物和大气放电产生的和等。因此，从雨水开始天然水已含有各种化学成分，如、等。雨水补给到各水体中，其化学成分会进一步增多。(以下小字体部分为扩大学生知识面，讲课时候适当提及。) 天然水按化学组成的分类方法很多，前苏联学者AkH提出三级分类法。在美国应用的是经Gorbert等修正的Piper多三角形分类法。这里只着重介绍AkH法和Gorbem-Piper的多三角形分类法。 AkH提出按天然水中主要阴离子和阳离子的类别以及离子间毫克当量比例的差异为原则进行水化学分类。天然水按主要阴离子可以分成三类:重碳酸盐-碳酸盐水(HCO十CO)、硫酸盐水(SO)及氯化物水(Cl)。每一类水再按主要阳离子又可分成Ca组、Na组及Mg组。每一组又根据离子间的毫克当量比例分成三型。第I型特点是离子毫克当量比例的顺序为HCO Ca2+Mg2+，这种水含有大量的Na+和K+，它的矿化度不大。第型水的特点是HCO Ca2+Mg2+ HCO+ SO，绝大多数矿化作用不大的河水、湖水及地下水都属型水。型水的特点是HCO+ SONa+，洋水和海水都属这一型水。第型水的特点是酸性水， HCO的当量为零。碳酸盐类水中无型水，它仅存在于硫酸盐和氯化物两类的钙组与镁组水中。通常用相应的阴离子的英文名称的第一个字母表示水的类型，在字母上标用阳离子的元素符号表示该水属哪一组，在下标用罗马数字表示型。例如(C表示此种水为重碳酸盐类钙组型水。又如东湖春夏为C型水，秋末冬初为C型水。 Piper图解法是利用代表阳离子与阴离子的两个三角形和一个菱形表示天然水化学类型，经Gorbert修改后，多三角形图解法是对左、右两个三角形分别连接每边的中点，使每个三角形等分为4个小三角形，除中间的三角形为无优势离子区外，其他三角形则代表不同水型的区域。这样根据毫克当量百分数点所在的区域，就能很容易地命名水的化学类型。1号水样为Na-Cl型水。如果阴离子点或阳离子点落在中间小区，表示在该水样中没有超过50%的优势阴离子或优势阳离子，其命名根据阴、阳离子点的位置及两个相对占优势的阴离子与阳离子，利用四离子命名法。（三）水库水库是人类为了调节径流、改善河流航行条件、利用水力和供水等目的而兴建的人工湖泊。水库的环境条件与天然湖泊有许多相似之处，但仍保留某些河流特征，因此，水库是个半河、半湖的人工水体。水库的特点是水位不稳定，浑浊度大，以致生产力往往低于天然湖泊。水库兴建后，淹没区的植被沉入水底，腐败分解；由于土壤的浸渍作用、岩石的溶蚀作用，库水矿化度、溶解气体和营养物质等与原来河水有很大的变化，其趋势是逐渐接近湖水水质状况，但库水交换频率高于湖水。如果交换频率高，其水质状况接近河水；反之，则接近湖水。此外，水库的热量、溶解氧和营养物收支与水库排水方式密切相关。如果输水孔设在水坝底部，则排出的水温度低、营养物丰富、溶解氧较少，而营养物缺乏和溶解氧充足的水留在库中，这不仅使水库失去必需的营养物，导致生产力降低，而且对下游地区产生多方面的不利影响。如果水库设表孔排水，则其结果与设底孔排水相反，而与天然湖泊相同。重金属类污染物随着工农业生产的发展，汞、镉、铜、铅等重金属的用途越来越广，需要量日益曾加。但与此同时，这些重金属对海洋造成的污染也随之日益严重，全世界有名的“公害病”-水俣病和骨痛病。就是分别由汞污染和镉污染引起的。通常将比重大于五的金属称为重金属。砷是非金属，但是它的毒性及某些性质类似于重金属，所以将砷对水域的污染列入重金属污染其中。重金属的主要污染为工业污水、矿山污泥和废水以及被污染的大气。工业污水和矿山废水多通过河流间接或直接排入海洋；进入大气中的重金属，除一小部分被搬运到外海和远洋外，大部分沉降在工业集中的沿海区域，因此，近岸海区，特别是工矿企业集中的海湾和河口区域，污染最为严重。各种重金属对生物的影响取决于该元素的化学性质和生物的种类。一般说来，各种海洋生物对重金属都具有较大富集能力，某些生物体内重金属的含量和周围海水相比，可以提高几倍、几十倍，甚至十几倍。由于生物的浓缩(特别是生物使某些重金属化学性质的转变)和食物链的传递，鱼、贝类体内重金属的含量大为增加。因此，人类食用海产品以后可能有较多的重金属进入体内并造成危害。据统计，到目前为止因食用含有汞和镉的海产品而患水俣病和骨痛者，已达数万人。（1）汞的来源 水中汞污染物的来源可追溯到含汞矿物的开采、冶炼、各种汞化合物的生产和应用领域，因此在冶金、化工、化学制药、仪表制造、电气、术材加工、造纸、油漆颜料、纺织、鞣革、炸药等工业的含汞生产废水都可能是环境水体中汞的污染源。值得注意的是氯碱工业中由水银电极电解工段中排出的水中含有较高浓度的汞。据估计，目前每年进入世界海洋中的汞有一万多吨，其中约五千吨是来自煤炭和石油的燃烧，约二百吨来自汞岩石的自然风化。它们进入海洋的主要途径主要是工业含汞废水的注入、汞制剂农药的流失和含汞废气的沉降。工业含汞废水的注入 全世界生产的汞，有百分之九十用于工业。据报道，工业生产中至少有八十项工艺需要用汞作原材科或催化剂。在国外，最主要的用汞工业有制氯和制碱，纸浆和造纸塑料、电力、制药、油漆、金属精练以及核废物处理等。工业生产中损耗的汞，绝大部分随废水流出，由河流携带或直接由下水道排放入海。估计，全世界每年通过这一途径入海的汞约占工业用汞总量的一半。汞制剂农药的流失目前，全世界每年约有一千吨汞用在农业上，主要是配制各种汞制剂农药，如灭菌剂和杀虫剂等。在施药过程中，一部分汞因挥发逸入大气并随风漂移。然后有一部分随雨水或降尘注入海洋。散落在植物或地面上的汞最后也将有一部分挥发或由于雨水的冲刷而被携带入地表径流。含汞废气的沉降煤和石油等矿物燃料，均含有数量的汞在燃烧过程中，所含的汞即随烟尘逸入大气其中大部分随大气漂移并最终沉降入海。据估计，全世界每年由于烧煤而进入海洋中的汞有三千吨。如果再加上石油的燃烧，总量将达五千吨。此外，含汞的矿渣和矿桨，也将一部分汞带入海洋。总之，全世界每年因人类活动而进入海洋中的汞达一万吨左右，比目前世界汞的年产量还多。汞在海洋中的分布很不均匀。由河流或工厂排入海洋中的汞几乎全部集中在沿岸海区。由大气搬运的虽能到达外海和远洋，但沿岸海区的沉降量比外海和远洋要高得多。在天然陆地水体中的汞浓度约为0.03ug/L2.8ug/L。海水中汞的含量一般都比较低，为0.030.27微克/升，但不同的海区差异很大。据报道，英国索斯安普敦地区的海水中，汞的含量为0.0140.021微克/升；北海的赫尔果兰则为0.03微克/升；太平洋水中的汞含量较高，为0.10.27微克/升；而日本水俣湾海水中汞的含量则高达l.63.6微克/升。在垂直分布上，一般表层海水比深层海水含汞量要低。表层海水中汞的平均含量为0.0l3 0.0l5微克/升，而深层海水则可达0.3微充/升。有人测得，太平洋表层海水中汞含量为0.l5微克/升，而在三千米深处则为0.27微克/升。底质中汞含量较高。l970年测得美国加利福尼亚沿岸表层底质所含汞量为0.021.0毫克/升；河口表层底质为0.l90.64毫克/公斤，而在表层下十厘米的缺氧层，含汞量高达2.25.7毫克/公斤。日本水俣湾底质中汞的最高含量竟达2010毫克/公斤。一般认为，表层海水汞的含量超过0.2微克/升，底质中汞含量大于0.3毫克/公斤(干重)，则可视流海域遭到了汞的污染。 （2）汞的性质 汞的化学性质、地球化学性质与镉比较相近，但与镉比却有较大差异。汞的特异性表现在：氧化还原电位较高，易呈金属状态。汞及其化合物具有较大挥发性。各种无机汞化合物挥发性强弱次序为：Hg 。单质汞是金属元素中唯一在常温下呈液态的金属(m.p. -38.9)，具有很大流动性和溶解多种金属而形成汞齐的能力(如钠、钾、金、银、锌、镉、锡、铅等都易与汞生成汞齐)。能以一价形态存在。与相应的锌化物相比，汞化合物具有较强共价性，且由于上述较强挥发性和流动性等因素，使它们在自然环境或生物体间有较大的迁移和分配能力。 在25温度下，元素汞在纯水中的溶解度为60ug/L，在缺氧水体为25ug/L。水溶性的汞盐有氯化汞、硫酸汞、硝酸汞和氯酸汞等。有机汞化合物中，乙基汞和不溶于水，乙酸苯基汞PhHgAc微溶于水，乙酸汞具有最大溶解度(0.97mol/L)。 易在水体中形成络合物，配位数一般为2和4。在一般天然水体中，可能与形成相当稳定的络合物。汞还能与各种有机配位体形成稳定的络合物。例如与含硫配位体的半胱氨酸形成极强的共价络合物；与其他氨基酸及含一OH或一COOH基的配位体也都能形成相当稳定的络合物。汞离子和甲基汞离子形成各种有机络合物比较稳定。此外，汞还能与微生物生长介质强烈结合，这表明能进入细菌细胞并生成各种有机络合物。 就化学形态而言，汞的各种形态化合物在包括水体在内的各环境要素中的迁移转化如所示。进入天然水体汞的主要形态有、和 (乙酸苯汞，商品名赛力散，作为杀菌剂撒入水中)，经过一段时间后，相当部分的汞被富集于底泥和水生生物体内。一般汞在悬浮颗粒物和水体间的分配系数为1.341051.88105，的生物浓集因子约为5000，而甲基汞为400085000。 不论是淡水或是海水，一旦含汞污染物排入水体，汞就与水中大量存在的悬浮颗粒物牢固地结合，结合程度由pH、盐度、氧化还原电位及颗粒物上有机配位体性质和数量等因素确定。汞与悬浮颗粒物间的相互作用力的大小介于弱的范德华引力和强共价键力之间，二者结合后，生成比重更大的颗粒物而下沉。 进入水体底部的汞，可能进一步被原先淤积在该处的底泥所吸附。其吸附速率主要取于底泥理化学特性，具体的影响因素(依其重要性顺序)是：表面积、有机物含量、阳离子交换容量、粒度大小。对于砂床底质，吸附汞的有效深度不到1毫米，且在好氧或厌氧条件下，对汞底吸附速率无大差异。 被底泥所吸附的汞，其解吸速率非常缓慢，甚至在切断污染源之后，也还要经过非常长的一段时期，才能使底泥中的汞重返水中。但在某些过程中，如微生物甲基化以及加入无机或有机的络合剂，可能加速汞的解吸。当向水体中加入氯化钠、氯化钙、氮三乙酸(NTA是常用洗涤剂组分中的一种表面活性剂，也是一种强的氨羧络合剂)就能起到解吸的作用。 在水体的水层中，相当比例的汞呈有机汞形态。这是因为大多数元素状态汞一进入水体即沉入水底，并进一步与底泥中的有机颗粒物结合或在富硫的厌氧条件下反应生成稳定的不溶性HgS。再则，在天然水体中不乏蛋白质类物质，汞能与这类物质分子上的-SH基强烈结合而生成相应的汞有机化合物。再一个原因就是水体中的汞很容易发生烷基化反应，从而生成各种烷基汞化合物。 总之，在水系中汞的生物和化学循环是包含许多途径和竞争反应的复杂过程，起决定作用的因素有水系的物理化学组成、水系中柔的化学形态和性质、各种类型生物群的代谢作用等。（3）汞的污染危害 汞的毒性因其化学形态的不同而有很大差别。经口摄入体内的元素汞基本上是无毒的，但通过呼吸道摄入的气态汞是高毒的；单价汞的盐类溶解度很小，基本上也是无毒的，但人体组织和血红细胞能将单价汞氧化为具有高度毒性的二价汞。 有机汞化合物是高毒性的，而生活在受汞污染水中的鱼，其体内含有的汞几乎都是甲基汞。例如20世纪50年代和60年代在日本的水俣市和新漓市分别出现的水俣病即是由甲基汞中毒引起的神经性疾病。这种疾病是由于工厂(如乙醛生产工厂)废液中甲基汞排入水系，又通过食物链浓集于鱼体内，最后被人经口摄取所致。水侯病在日本曾引起近千人死亡。因甲基汞致人死命的事件还曾在伊拉克、危地马拉、巴基斯坦等国发生过。 汞及其化合物的毒性主要出自于它们对含硫化合物的高度亲和能力，因此在进入生物体后，就会破坏酶和其他蛋白质的功能并影响其重新合成，由此引起各种有害后果。甲基汞的毒性表现还有其特异之处，进入人体渡过急性期后，可有几周到数月的潜伏期，然后显示脑和神经系统的中毒症状，而且难以痊愈。此外，甲基汞还能通过母体影响胎儿的神经系统，使出生婴儿有智能发育障碍、运动机能受损、流涎等脑性小儿麻痹样症状。1 镉（1） 镉的来源 水体中镉污染物来源可追溯到含镉矿物开采冶炼、各种镉化合物的生产和应用领域。镉及其各种化合物应用广泛，归纳起来大致有电镀工业、颜料工业、作塑料稳定剂、电池和电子器件和合金。 早先在日本发生的骨痛病源于矿山含镉废水对水体的污染。20世纪20年代起，在日本北部富山县镉锌矿采掘过程中，产生浮选废渣，内含1.5锌，其中约1/200是微粒状镉，通过河川水从山区运载到下游平地，流动缓慢、发生沉积而污染水田。早期污染使田中水稻不能结实，游入水田中的幼鲤鱼入泥而死；后来水体中的镉通过稻米进入人体，引起历年累计死亡100多人的重大公害事件。（2） 污染危害 镉对生物机体的毒性像大多数其他重金属那样通常与抑制酶系统的功能有关。人体的镉中毒主要是通过消化道与呼吸道摄取被镉污染的水、食物和空气而引起的。如偏酸性或溶解氧值偏高的供水易腐蚀镀锌管路而溶出镉，通过饮水进入人体。如长期吸烟者的肺、肾、肝等器官中含镉量超出正常值1倍，烟草中的镉来源于含镉的磷肥。 镉在人体内的半减期长达10年30年，对人体组织和器官的毒害是多方面的，能引起肺气肿、高血压、神经痛、骨质松软、骨折、肾炎和内分泌失调等病症。在日本曾发生过骇人听闻的“痛痛病”， 镉中毒的受害者开始是腰、手、脚关节疼痛，延续几年后，全身神经痛和骨痛，最后骨髓软化萎缩，自然骨折，直至在虚弱疼痛中死亡。有关报道指出，男性前列腺癌疾患也与人体摄入过量镉有关。2 铅（1） 污染的来源 未污染海水中的铅浓度约0.03ug/L。海滨地区或表层海水中的浓度可能是此值的10倍，被认为是大气中所含较多量的铅降落海面所致。不同深度海水中含铅浓度的分布示意图。 未污染淡水中含铅量比海水中离得多，有人提出河水中含铅浓度的代表值为3ug/L。甚至，在北极地区的冰层中也发现了铅的踪迹，并且其浓度在近代有急剧增长的趋势。这些情况表明：随着近代世界范围工业的发展，进入大气中的粒子状态的铅量迅速增多，由于滞留时间长，这些粒子状态的铅能参与全球性分配，并导致水体中铅浓度的逐年增长。近期，表面冰层中含铅浓度有所下降，据认为该现象与当前世界各国相继推广使用无铅汽油有关。 水体中铅污染物的主要来源有两个方面：大气向水面降落的铅污染物；向水体排放的工业废水。其中能造成环境铅污染最主要的工业部门有：矿石的采掘和冶炼；铅蓄电池制造、汽油添加剂生产；铅管、铅线、铅板生产；含铅颜料、涂料、农药、合成树脂生产；其他各种铅化合物生产。 大气降尘或降水(含铅可达40ug/L)通常是海洋和淡水水系中最重要的铅污染源。据统计，全世界每年由空气转入海洋的铅量为40106kg。20世纪以来，各产业部门向大气排放含铅污染物量激剧增多。在大气中铅的各类人为污染源中，油和汽油燃烧释出的铅占半数以上。汽油中添加烷基铅作防震剂，此外还掺入一些有机卤化物，如二氯乙烷、二溴乙烷作为清除剂，用以避免铅化合物在汽油燃烧后淀积在气缸之中。在汽车排气中所含有的铅，大多数是颗粒度为0.2um1.0um的细小微粒，还有一些是未发生反应的残余有机铅烟气。大气中所含微粒铅的平均滞留时间为7天30天。较大颗粒可降落于距污染源不远的地面或水体，但细粒的或水合离子态的铅可能在大气中飘浮相当长的时间。降落在公路路基近旁的铅污染物，很容易流散，经阴沟而流到淡水源中。这种污染在经过一段干旱期后会特别严重，这种情况下，铅积累在路基及其近旁，当干旱季节过后，就被降水带到地表径流。 （2） 铅的性质 铅在水体中的形态铅在水体中存在的化学、物理形态也是十分多的。对世界范围内众多河流的有关资料进行归纳后可知，河水中约有1583的铅是呈与悬浮颗粒物结合的形态而存在，其中又有相当数量是与大分子有机物质相结合的以及被无机的水合氧化物(氧化铁等)所吸附的形态。在pH值大于6.0，而水体中又不存在相当数量的能与形成可溶性络合物的配位体时，则水体中可溶状态的铅可能就所存无几了。 在酸性水体中，腐殖酸能与今生成较稳定的整合物；在pH大于6.5的水体中，粘土粒子强烈吸附 (发生与腐殖酸竞争的情况)，吸附生成物趋向于沉入水底。一般情况下，铅在腐殖酸成分中的浓集系数(即铅在腐殖酸和沉积物中浓度比)为1.43.0。在向河水中加入或NTA(氮三乙酸，是常用洗涤剂组分中的一种表面活性剂，也是一种强的氨羧络合剂)时，水底沉积物中铅即发生解吸，且两种情况下解析率之比为1:10。 在天然水体中还存在一些无机颗粒状态的铅化合物，如、和等。此外还有各种水解产物形态。据测定，在pH值等于8.5的海水中，各种无机形态铅络合物的分配为：88、10、2%()。 有机铅化合物在水体介质中溶解度小、稳定性差，尤其在光照下容易分解。但在鱼体中已发现含有占总铅量10%左右的有机铅化合物，包括烷基铅和芳基铅。（3） 污染的危害 铅是人类最早发现并予以应用的金属之一。在应用过程中，人们对其毒性也逐渐地有所了解。古罗马贵族、富豪用铅管导水，用铅制器皿作盛器，结果大量铅进入人体，引起中毒，导致了罗马帝国的中途衰亡。 四甲基铅和四乙基铅本身不具有毒性。在肝脏中通过去烷基化生成三烷基化合物才是毒性的根源。表观上四甲基铅的毒性明显低于四乙基铅，这是因为前者去烷基化速率较慢的缘故。一般可溶性无机铅盐都有毒，其毒性发端于易与蛋白质分子中半眈氨酸内的巯基(SH)发生反应，生成难溶化合物，中断了有关的代谢路径。 铅在体内代谢情况与钙相似，易蓄积在骨倍之中。另一个特点是儿童对铅的吸收率要比成人高出4倍以上。当人体中摄人多量铅后，主要效应与四个组织系统相关：血液、神经、肠胃和肾。急性铅中毒通常表现为肠胃效应，在剧烈的爆发性腹痛后，出现厌食、消化不良和便秘。有异食癖的儿童可能经口摄入多量铅化合物，(如舔食乳母脸上胭脂或食品罐头上的油漆剥落碎片)而引起慢性脑病综合症，具有呕吐、嗜睡、昏迷、运动失调、活动过度等神经病学症状。铅中毒后对中枢神经系统和周围神经系统产生不良影响也是常见的。职业上接触铅的工人容易患贫血症，这是由于铅进入人体后截断了血红素生物合成途径的缘故。在世界上的部分缺水地区由于长期饮用从含铅油漆房顶收集来的天落水，可能引起慢性肾炎，这种情况也是很多见的。3 铜铜和锌对海洋的污染（一）、铜对海洋的污染和生物中的铜含量铜的世界年产量约为五百四十万吨(1967年)。地球上铜的迁移量为：自然风化过程7.825万吨/年采矿(1967年)540万吨/年媒的燃烧(1967年)24吨/年世界污水4万吨/年其中污水中的铜绝大部分进入海洋，通过煤的燃烧而进入大气中的铜也有一部分沉降入海。有人估计，通过污水、煤的燃烧和风化等各种途径每年进入海洋中铜的总量可能超过二十五万吨。在正常海水中，铜的浓度为1.010.0微克/升。在工业污水中，铜的浓度一般为1001100微克/升。含铜污水进入海洋之后，除污染海水之外，有一部分沉于海底，使底质遭到严重污染。各种海洋生物对铜的蓄积能力有所不同，但一般说来都很强，海洋生物对铜的浓缩系数可高达7500，牡蛎就是属于具有这种浓缩能力的动物之一。根据日本人的测定，市场上出售的几种海产品铜含量依次为:咸乌贼牡蛎鱿鱼裙带菜咸松鱼鱼糕鲽鱼。铜污染主要是2价铜引起的，如氯化铜、硝酸铜在低浓度就可引起鱼鳃上皮细胞萎缩，血液中氧流动缓慢，肾肝坏死，也可积累在生物体内。种类时间(小时)半致死浓度虹鳟96h0.1mg/L白鲢96h0.74mg/L(二)、锌对海洋的污染和生物对锌的富集海洋中的锌主要来自工业污水，如镀锌厂的污水中就含有大量的锌。据估计，全世界每年通过河流注入海洋的锌达三百九十三万吨。正常海水中锌的浓度为5微克/升左右。近岸被污染的海水中锌的浓度比大洋水高五到十倍。近岸海区的沉积物中，锌的含量特别高，在日本的赖户内海，沉积物中锌的含量超过300毫克/公斤的区域占总面积的20%。海洋生物对锌的富集能力很强，其中贝类均含锌量特别高。例如牡蛎肉中锌的含量可高达25003000毫克/公斤干重量。实验得出：当海水中铜的浓度为0.020.1毫克/升，锌的浓变为0.10.4毫克/升，就会使牡蛎着绿色，而成为绿色牡蛎。绿色牡蛎有铜绿的味道，因而降低了商品价值。据说食用绿色牡蛎后会出现腹泻等症状。锌中毒的虹鳟，鱼腮附属腺膨大，柱状细胞分离易脱落。锌通过粘液，腮进入鱼体，肾骨骼、消化道、性腺积累高、肝、脾、肌肉积累量较低。水中硬度增加，降低铜的毒性，水温升高，铜的毒性增加。五、砷、铬及其它重金属对海洋的污染（一）砷的来源及危害砷是自然界广泛存在的毒性很强的物质。污染海洋的砷主要来自工业的“三废”。化工厂和农药厂等工业污水中，往往含有大量的砷，某些工业废渣中也含有砷，抛入海洋之后也会造成局部海区的污染。煤炭中的含量也很高，平均为25毫克/公斤。在煤炭的燃烧过程中，大部分砷随烟尘进入大气并随风飘移，其中一部分沉降到海洋。此外还有由于自然风化过程而进入海洋中的砷量也很大。海水中砷的浓度通常为0.0060.03微克/升。在近岸海区，特别是在河口区域，由于工业污水的注入，砷含量较高。如英国的某些河口区域，水中的砷浓度高达0.141.0毫克/升。目前，海洋受砷污染的范围较小，但在污染源附近的污染程度却十分严重。海洋生物一般都对砷具有较强的富集能力，鱼类的正常含砷量一般为1.1毫克/公斤，海带为2毫克/公斤。在砷浓度较高的养殖区，贝类的砷含量可高达100毫克/公斤。海水中砷的浓度为110毫克/升时，就可毒死某些海洋动物。 砷对鱼类在二十四小时内的致死浓度为1.1250毫克/升。砷的毒性不仅取决于它的浓度更主要取决干它的化学形态。五价砷的低浓度下是无毒的，但三价砷却是剧毒物质，工业生产中的砷大部分以三价的形式存在。三氧化二砷对人的中毒剂量为0.010.025克，致死量为0.060.20克。砷中毒大都是由饮料中含砷所致。环境污染引起的砷中毒是积累性的，中毒症状往往在几年后才发生。我国地面水环境质量标准规定，地面水中砷的最高容许浓度为0.08毫克/升。（二）、铬的来源及危害海洋中的铬主要来自工业污水，例如制革工业废水，石油精炼厂和化工厂的冷却水中含有大量的铬。 铬在海水中的正常浓度为0.05微克/升。海洋生物中的铬含量通常为50500微克/公斤。 铬对海洋生物的生长和发育有很大影响。铬盐对褐色小虾和鱼类的48小时的半致死浓度为100毫克/升。铬对人的毒害作用类似于砷，其毒性不仅取决于它的浓度，同时也取决于它的化学形态.六价铬对人的致死量为5克，人的皮肤与浓度为100毫克/升的铬溶液接触，就会发生皮炎、浮肿和溃疡等.三价铬和六价铬对人体健康都有害，被怀疑有致癌作用。一般认为六价铬的毒性强，更易被人体吸收，而且在人体内蓄积，危险性更大。世界各国饮用水标准中六价铬的浓度多规定为0.05毫克/升。六、 其它重金属的来源及危害（一）钴冶炼、电镀、染料和油漆等工业污水中都含有钴。对于海洋生物来说10毫克/升以下不呈毒性，海洋生物对钴的浓缩系数高达21000，高浓度的钴溶液可引起鱼类的皮肤病。对人类，除引起皮肤病外，还可引起结缔组织癌和肺癌。（二）镍由于工业污水的影响，近岸海水中镍的浓度显著增加。例如美国东部沿岸海水中镍的浓度比外海高510倍。 镍在海水中的正常浓度为6毫克/升。它海洋动物的毒性不很大，但对陆地植物来说，往往因很低的浓度而遭到破坏，包括浮游植物在内的海岸植物区系同样可能遭到破坏.（三）锑锑对人的致死量为97毫克。某些海洋动物对锑的浓缩系数大于300，小虾中的含锑量为0.050.8毫克/公斤，长鳍雪和鼠尾鱼中为0.0190.13毫克/公斤(干重)。（四）硒硒的性质介于非金属和金属之间，在电子工业、破璃制造、陶器、橡胶、和化学工业中广泛应用，因此，工业污水含有不少的硒。硒对若干海洋生物的毒性还缺少充分的资料。目前已知，至少在淡水中高浓度的硒仅在几周内就会引起肝癌，也可能在人类中引起肝癌和甲状腺癌。除了上述重金属外，尚有银、锡、钒、铋、铍等多种金属也能对海洋造成污染。 （一）、由核试验产生的放射性物质核试验产生放射性同位素的途径有三条：散落物、诱发辐射和残渣。核试验时所造成的散落物，一般都具有放射性。从核爆炸的瞬间到五年，十年甚至更长的时间，一直有放射性辐射存在。一个两万吨级的核弹，爆炸后一分钟r射线的强度为8.21011居里，一小时后降为1.21010居里。十年后总辐射能降为8000居里。这些辐射能主要来自锶-90，铯-l37和钷-l47。核爆炸后产生的大量中子与空气及弹壳材料等物质发生核反应，产生放射性同位素，叫做诱发辐射。如中子与空气中的氮-l4作用生成放射性碳-14，中子与弹壳材料作用生成放射性同位素锌-65，钴-60等。这些诱发放射性物质同样污染生物和海洋。残渣是指反应不完全而剩下的原料。如氢弹爆炸时未起作用的氢-3是很多的。铀-235，铀-238，镤-239爆炸后都有未反应的残渣留在大气和地面上。核爆炸所产生的放射性物质与各种微拉一起随高温气流上升。颗粒较大的能够在几小时之内迅速降到地面，颗粒较小的需要几天，数月甚至更长的时间，才能降到地面。放射性散落物的影响范围可离爆心数百公里至上千公里。综合各国的测定结果，1970年由大气进入海洋的放射性物质的总量约为六亿居里，其中锶-90为八百万居里，铯-l37为一千三百万居里。现在，在世界上的任何海区都能够测出锶-90和铯-l37。锶90和铯137是核爆炸产生的两种主要放射性物质。它们都是人工合成的，半衰期长达30年左右，因此可以利用它们来跟踪环境中的放射性物质。1959年落到地球表面的锶90出现了一个高峰，1963年达到顶点，以后则呈下降趋势。显然，这些高峰都是美苏两国大量核试验的结果。而且，由于大部分的核试验是在北半球进入的，因此这里放射性物质的降落量比南半球高得多。60年代中期以后，大气层核爆炸试验已经基本停止，地下核试验也越来越少。但是，已经生产出来的核武器仍然构成对全球和世界大洋的严重威胁。1980年一位科学家估计，布置在24个国家的核武器达50000件，仅西欧就有7000枚战术核弹头。不用说发生战争，就是一旦发生事故，就可能对局部海区造成污染。比如，1968年1月，美国的一颗原子弹就曾在苏格兰北部沿岸坠入大海，放射性污染物波及范围达1万多平方公里，直到1974年在附近海域仍能测出放射性物质。（二）、原子能工业和实验室的放射性废物现在各国(美、英、日、苏、等国)的原子能发电站和各种核动力设施已为数不少。这些核动力设施排出的放射性物质主要有：钌-l06，铯-l37，锶-90，锗-l44，铬-51，锌-65和钴-60等。放射性废物有团体废物和液休废物两种。目前欧美各国将大部分固体废物投弃到海洋，少部分埋入地下，液体废物则全部排入江河湖海。生产核燃料的工厂、核燃料再处理厂和核电站排放的放射性废物也是海洋中放射性物质的重要来源。目前世界上正在运转和正在建设中的核反应堆有500多座，已经运转的核电站有417座。其中美、苏、法、英、日、德、加和瑞典等国核电站数量都在10座以上。我国有广东的大亚湾核电站和浙江秦山核电站。这些核设施都或多或少产生放射性废物。如每100万千瓦的核电站每年产生的放射性废物大约有120兆居里。含放射性的废液一般都要经过高度浓缩后再作处理。然而浓缩时馏出的含少量放射性物质的废液往往全部排入江河，尤其是海洋环境中。浓缩后的放射性废液和固体放射性废物都被放置在不锈钢槽中，外面包裹一层厚厚的混凝土，然后倾倒在海底或深埋于地下。据报导，1946年以来，美、英、日、荷兰以及西欧一些国家已先后向太平洋和大西洋海底投放了大量的固体放射性废物，到1980年总量已达100万居里。它们虽然都包装在不锈钢桶内，但已有少数容器出现渗漏，成为海洋的潜在放射性污染源。核能设施一旦发生事故，泄漏到环境中的放射性物质是很难估量的。1986年4月27日，苏联切尔诺贝利核电站由于反应堆起火爆炸，造成严重地放射性污染，有299人受到大剂量辐射，35人受到最高剂量的辐射，19人死亡。专家们估计，未来数年可能牛的人数多达5000人。事情发生数月后，在西欧一些国家出大气和海水中也出现了放射性异常。（三）核动力舰船造成的局部污染 核动力舰船的放射性废物，主要是由冷却水和使用过的离子交换树脂造成的。这些放射性废物的排放，特别是核动力舰船的事故或泄漏，可能造成局部海区的严重污染。据分析，核动力舰船排出的放射性物质有铬-51，钴-60，铁-59，铁-55，锰-54，镍-65，铜-64，钼-182。目前全世界已有300多艘核动力舰船，其中绝大多数是美国和前苏联（俄罗斯）两国的。核舰艇的正常运行，尤其是事故或泄漏，往往把大量放射性物质排入海洋，其中主要有钴60，铁59，锰54，镍65等。据调查，每年由核动力舰艇产生的放射性物质有100多万居里。其中绝大部分是由离子交换器中的树脂产生的，有5000居里是由废液产生的，而从舰艇泄漏出来的大约3400居里，它们几乎全部进入了海洋。1963年和1968年，美国的两艘核潜艇相继失事，分别沉没在2599米和3050米的深海，艇上几百万居里的裂变物全部泄漏入海。1989年，前苏联“共青团”号鱼雷核潜艇也在挪威中立海域发生火灾沉没。二、海洋中放射性物质的分布规律（一）、水平分布特点从全球范围来看，海洋放射性污染的突出特点是北半球高于南半球。实验证明，在海洋的放射性物质中，对海洋生物和人类危害最大的是锶-90，其它放射性物质的分布情况与锶-90类似。l960-l961的太平洋、大西洋、印度洋表面锶-90的平均浓度中，北大平洋的浓度最高，为0.23微微居里/升，几乎是南太平洋的三倍。北太平洋的放射性物质分布不均匀，因为这些物质在才已赤道海流的携带下向西运动，此后又在黑湖自古影响下在西太平洋传播扩散。因此，太平洋西部广大海区的放射性污染在三大洋中最为严重。南大西洋的浓度最低，只有0.0l微微居里/升。还不到北太平洋的二十分之一。放射性物质在海洋由分布的另一特点是被大陆包围的内海和近岸海区含量较高，大洋中的含量较低。从大气中降落到地球表面的放射性物质，一般认为是大致均匀的。但是降落到陆地上的部分放射性物质，通过各种途径被带到河流，然后被注人海洋。同时，原子能工业的放射性废液也被注入沿岸海区，因此，被大陆包围或半包围的海区，海水中放射性物质的浓度比大洋中高得多。（二）、垂直分布特点由大气降落到海洋上的放射性物质，多集中在海洋表面，在风、浪、流等各种因素的作用下，逐渐向下移。生活在海洋上层的浮游生物能够大量吸收并富集各种放射性物质。它们死亡之后，边下沉边分解，可以将放射性物质带至下层。据推算，这个过程可将放射性物质带到一百米的深度。同时，由于海水的垂直交换和涡动扩散的作用，可以将海洋上层的放射性物质带到几干米的深度。大量的调查表明，深层海水放射性物质的浓度和表层海水相比有显著的降低。但在海底尤其是在近岸泥质沉积物中，浓度急剧上升。因此，在表层海水中的生物和在底层的底栖生物最容易受放射性污染的影响，中层海水中的生物受的影响要小些。P118三、海洋放射性污染的危害海洋自古以来就含有铀、钍一类的放射性核素，我们把它们称天然放射性物质。海洋生物世世代代生活在这样的环境中，处于自然环境的照射之中。而由于核爆炸等人为活动进入海时注射性物质，不仅污染了海水，也污染了生活在其中的海洋生物。生物被污染之后。就会在生长、发育和繁殖过程中，或多或少地反映出来。人类通过食用海产品，间接地摄取了海水中的各种放射性物质。海洋中的人工放射性核素污染和损害海洋生物的途径：二是表面吸附，也就是通过生物的体表吸附海水中的放射性物；二是通过食物一道进入海洋动物的消化系统，并逐渐积累在动物的各种器官中。例如锶90主要集中在骨骼中，碘131主要浓缩在甲状腺中，铯137则大多分布在肌肉中。（一）、海洋生物对放射性物质的富集工放射性物质对海洋生物的污染实质上是一种辐射损害。在污染海区生活的生物正是处在海水中的放射性物质，生物自生体内的放射性物质和周围其他生物体内放射性物质的多方位时的“夹击”之中。当海水中的放射性物质达到一定含量时，也就是外来的辐射剂量增大到一定强度时，海洋生物的生长发育就会受到影响。比如，当外来辐射强度比天然辐射高出100200倍时；生物细胞的染色体就会破坏，造血器官的功能出现紊乱，某些器官的营养发生障碍，生物体的寿命就会缩短；当外来辐射强度高出10007000倍时，会大大影响海洋生物的造血系统和酶系统，降低对寄生性和传染性疾病的抵抗能力，从而导致生物的减少和绝迹。尤其是在生物的幼体发育阶段，能影响性腺的发育，破坏生育能力，造成后代先天不足，出现畸形或变态。当外来辐射更强时甚至会使海洋生物绝育。第五节 生态监测一、 生态监测概述（一）、生态监测的含意生态监测是广义环境监测的组成部分，根据联合国环境规划署生态监测手册一书，生态监测是一种系统搜集地球自然资源信息的方法。它是一种综合技术，能够相对便宜地搜集大范围内生命支持能力的数据，这些数据牵涉到人、动物、植物及地球本身等等。前苏联一些学者早在70年代末就提出了“生态监测是生物圈综合监测”的概念。它们把生态监测理解为自然因素和人为因素影响下生物圈状况变化的观测、评价和预测的一套体系。监测的内容既包括生物方面的监测，又包括地球物理和地球化学方面的监测。监测的等级按地域范围分为全球级、区域级和局部级。80年代初波兰完成了全国生态系统监测纲要的编制工作。他们把生态监测理解为对生态系统进行持续的观测。监测的内容主要包括生态系统的功能变化以及生物体的污染程度，监测的等级则分为点上监测和面上监测。美国环保局A.Hirch博士把生态监测理解为自然生态系统的变化及其原因的监测，监测的内容主要是人类活动对自然生态结构和功能的影响及其改变。从上述介绍可知，目前对生态监测的理解尚不尽一致，但他们都强调以下几点：第一，将生态学的原理作为生态监测的理论基础；第二，监测的对象是生态系统，或者从广义上来说是生物圈；第三，监测的内容不只局限于环境污染物的浓度，而着重于人类的各种活动对生态系统所产生的整体影响和变化。据此，我国国家环保局给生态监测下了一个比较完整的定义，即生态监测就是运用可比的方法，在时间或空间上对特定区域范围内生态系统或生态系统组合体的类型、结构和功能及其组织要素等进行系统测定和观察的过程。监测的结果则用于评价和预测人类活动对生态系统的影响，为合理利用资源，改善生态环境和自然保护提供决策依据。国家海洋局在“中国海津生态监测建设规划研究”，中，对海洋生态监测也下了一个简洁明了的定义：即为了保护人类海洋生态环境的目的，按照预先设计的时间和空间采用可以比较的技术和方法，对海洋生物种群、群落要素及其非生物环境要素进行连续观测和评价的过程。海洋生态监测是海洋生态环境管理的基础和重要组成部分。其基本目的是要掌握人为活动和自然因素对海洋生态系统的结构及功能的影响水平及其发展趋势，协调社会经济发展和海祥生态环境保护的关系。（二）我国海洋生态监测现状我国海洋生态监测起步较晚。自70年代开展海洋污染调查(包括污染生态调查)以来，随着海洋生态环境问题的多源化以及对海洋环境保护内涵认识的提高，在全国海洋环境监测网中，有些监测站陆续增加了一些浮游生物、叶绿素、大肠杆菌的监测项目。另外，国家海洋局、国家环保局、农业部及中国科学院还相继建立了各自的专业性海洋生态监测站或生态研究站(图8.1)。现有中国海洋生态监测站及生态研究站按行政管理分类，均归属于其上级机构和涉海产业部门。按监测目的来分，中国科学院的生态研究站，以深入认识和研究海洋生态系及其结构、功能变化为主要目的。国家海洋局和国家环堤保护局的生态监测站均以有效管理和保护海洋资源和环境为主要目的。其他生态监测站则多为本行业生产服务或防止其生产活动对生态环境造成损害为目的。另外，由于监测经费和技术等原因，这些生态监测站和生态研究站尚不能全面开展正常的监测业务。因此依靠现有这些为数极少的专业海洋生态监测站或生态研究站，既不能覆盖众多重要的海洋生态系统类型，也不能掌握我国整个海域生态状况的全貌及其变化趋势。81（三）、我国海洋生态监测站建设规划我国海域可划分为5个温度带(包括过渡带)16个海区。沿着海岸可分为各种很有代表性的海洋生态系统，如滩涂湿地、河口、海湾、红树林、珊珊礁等生态系统。按海区离大陆远近又可分为海岸、浅海、外海、大洋等生态系统，根据受人为活动影响程度不同又可分为自然、人工及半自然(半人工)生态系统，如此纵横交错，排列组合，形成主许多不同的海洋生态系统类型。为建成一个生态类型比较齐全、布局相对合理、基本覆盖我国管辖海域的生态监测站网，至少需要建立60个左右的海洋生态监测站。根据滚动发展，结合海洋自然保护区建设及依托现在海洋环境监测网络的原则，近期可优先建立如下一批监测站：小长山海洋生态监测站;青岛海洋生态监测站、厦门海洋生态监测站(结合厦门文昌鱼自然保护区)、蝶山海洋生态监测站、舟山海洋生态监测站、大万山海洋生态监测站、昌黎海洋生态监测站(即河北昌黎金海岸自然保护区豆态监测站)、天津海洋生李监测站(即天津古海岸与湿地自然保护区生态监测站)、南魔海洋生态监测站(即浙江南鹿列岛海洋自然保护区生态监测站)、深沪湾海洋生态监测站(即福建深护湾海底古森林遗迹自然保护区生态监测站)、三亚海洋生态监测站（即海南三亚珊珊礁自然保护区生态监测站）、大洲海洋生态监测站（即海南大洲岛海洋生态自然保护区生态监测站）、山口海洋生态监测站(即广西山口红树林生态自然保护区生态监测站)。另外，在渤、黄海、东海及南海各设一处控制性海洋渔业生态监测站，对重要出场及增养殖区进行控制性监测。这样，首先建设成一个我国海洋生李监测网络骨架，以从大面上掌握我国海洋生态环境概貌及其变化趋势。二、 海洋生态监测指标体系（一）、指标体系海洋生态监测指标体系，系指应用生态学原理，结合海洋学和海洋生物学特点，从生态学角度归纳出的能够分析和评价海洋生态环境质量及其变化趋势的一系列监测项目(或参数)。生物种群、群落指标用以分析和评价生态质量及其变化趋势时，最困扰的问题是指标的数值化，因为用描述形式不能直观比较并难以制定生态环境标准。许多学者采用诸如多样性指数等数值表示群落结构状况，但缺少明确的生物学意义，并从这一数值中了解不到群落结构的原有信息和含义，即看不出其总数量有少?种类有多少?优势种是什么等等。为克服上述缺点，中国海洋生态监测网建设规划研究把海洋生态监测指标体系中的生物生态指标系列设计为下属内容。表 海洋生态监测生物生态指标系列浮游植物群落细胞总数量、种类数、优势种及优势度、甲藻数量/硅藻数量浮游动物群落生物量(或个体总数量)、种类数、优势种及优势度底栖动物群落生物量、种类数、优势种及优势度、种类丰度潮间带生物群落生物量、种类数、优势种及优势度微生物异养细菌总数、异养细菌属组成、石油烃分解细菌数/异养细菌数、弧菌数/异养细菌数、化能无机菌数/异常细菌数、大肠杆菌群数、粪大肠杆菌群数渔业资源渔获总量、撞获物种类、渔获鱼类年龄组成、增养殖种类的存活率、肥满度生产力叶绿素a、初级生产力、次级生产力注：生物生态指标的调查均执行国家标准或行业标准，如无现行标准可另行研究制定。该指标体系把以往各生物种群、群落结构指标进一步分解成若干具体指标。监测结果以具体指标出现，不仅使监测结果的分析具体化并易于操作，而且多数可以量化。还可以在此基础上进一步制定出相应的环境标准(主要是地方标准)。然而该指标体系仅是初步的，各生物种群、群落指标组及污染物指标组中的具体指标远不限于这些，有待今后不断充实和完善。(二)优先监测指标由于人力、物力和财力的限制不可能按指标体系中的全部指标进行监测，在近期可选择方法相对简便、易于推广、对生