1、 本科毕业论文 （ 20 届） 金塘岛潮间带水体及沉积物环境质量调查与评价 所在学院 专业班级 海洋科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 摘要 . I、 错误 !未定义书签。 引言 . 1 1 国内外研究进展 . 2 1.1重金属来源方面的研究 . 2 1.1.1 因子分析 . 2 1.1.2 聚类分析 . 2 1.1.3 主成分分析法 . 3 1.2 重金属空间分布特征 . 4 1.3 国外潮间带研究 . 5 2 研究区域概况 . 6 2.1气候概括 . 6 2.2 海洋水文特征 . 6 2.3 社会经济概况 . 7 3 实验设计 . 7 3.1 技术路线制定 . 7
2、 3.2 野外采样 . 8 3.2.1 采样时间 . 8 3.2.2 采样地点 . 8 3.2.3 实验前准备 . 9 3.2.4 仪器和试剂 . 9 3.2.5 参数分析 . 10 4 实验结果 . 13 4.1沉积物分析结果 . 13 4.2水质分析结果 . 13 4.2.1 计算 . 14 5 分析与讨论 . 17 5.1 结果评价 . 17 5.2分析与讨论 . 18 5.3 本研究的不足和未来的建议 . 21 6 结语 . 23 参考文献 . 24 附 译文 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 I 摘要 本文是对金塘岛潮间带水体及沉积物环境质量进行调查与评价。水
3、质调查项目包括 DO、 COD、亚硝 -N、无机 P；沉积物调查项目包括有机碳、硫化物、石油类、铜、铅、镉、锌。 选择潮间带对其环境质量状况进行监测分析，是研究海洋生态环境变化的一种有效方法。调查与监测结果显示，并 对污染因子采用单因子评价方法 进行评价， 金塘海域海水质量相对较好，溶解氧、化学需氧量、无机 N，以及无机 P均保持在一个正常的水平波动， 水质中 D0、 COD、亚硝 -N、无机 P含量几乎都符合海水水质标准（ GB 3097-1997）中的第四类海水水质标准， 潮间带沉积物中 有机碳、硫化物、石油类、铜、铅、镉、锌含量符合 海洋沉积物质量（ GB 18668-2002）中的第三
4、类标准， 金塘岛潮间带沉积物质量变化不明显，基本处于良好状态。该研究结果可以 作为治理金塘岛附近海洋环境的依据之一，同时为港口建设、滩涂养殖业发展提供依据。 关键词 潮间带；水 质；沉积物质量；评价 II Abstract This article is Jintang Island intertidal sediments of water bodies and the investigation and evaluation of environmental quality. Water quality in the survey included DO, COD, nitrite-N,
5、inorganic P; sediment survey items, including organic carbon, sulfur, petroleum, copper, lead, cadmium, zinc. Choose the intertidal zone status for its environmental quality monitoring and analysis, is to study changes in the marine environment is an effective method. Survey and monitoring results s
6、how that the single factor and pollution factor assessment method to evaluate the water quality is relatively good Jintang waters, dissolved oxygen, chemical oxygen demand, inorganic N, and inorganic P were maintained at a normal level of volatility Water quality in the D0, COD, nitrite-N, inorganic
7、 P content is almost in line with “water quality standard“(GB 3097-1997) in the fourth category of water quality standards, inter-tidal sediments of organic carbon, sulfide, oil Class, copper, lead, cadmium, zinc content in line with “marine sediment quality“(GB 18668-2002) in the third category of
8、standards, Jintang Island intertidal sediment quality did not change significantly, basically in good condition. The III results can be used as management of the marine environment near the island of Jintang one of the bases, as well as port construction, provide the basis for the development of bre
9、eding beaches. Key words Intertidal; Water Quality; sediment quality;evaluation 1 引言 随着世界人口的增长、工业化的发展，越来越多的废物和有害物质 直接或间接流入海洋。如果污染物质进入海洋的数量和速度超过了海洋的自我净化能力，就会形成海洋环境污染。 20 世纪 70 年代以前，中国近岸环境总体未受污染。 70 年代末期至 90 年代，随着沿海经济建设速度的逐步加快和海洋开发活动的日益频繁，海洋环境污染问题日渐凸显。历年来的海洋环境质量公报显示，中国近岸和近海海域的主要污染物 80%以上来自陆源排污。每年上百亿吨的
10、工业和生活污水将大量的氮、磷、石油类、重金属类（锌、镉、铅、汞、铜等）和其他有毒有害物质携带排放入海，造成近岸海域水质恶化。至 20 世纪末，已有 20 万平方 公里的近岸和近海海域受到污染，其中约 万平方公里海域的水质污染较重，海洋沉积物和海洋生物质量均受到不同程度影响，赤潮频繁发生，海洋生态环境破坏加剧，生物多样性降低。而潮间带正是沟通近岸海域环境与陆域环境的中间地带，在海洋环境保护中有着非常特殊的地位。 在海洋科学中，所谓的潮间带是指大潮高潮线到大潮低潮线之间的区域，也就是海水涨落之间的区域。 潮滩是联系陆地生态系统和海洋生态系统的交互过渡带，陆地湖泊、河流和深海系统相比有其特殊性和复杂
11、性。潮汐作用下由于潮滩受潮水周期性浸没和暴露的影响 ,使得潮滩界面成为一个典型 的沉积物 水 交互作用界面。潮间带是海洋与陆地的过渡地带，它为众多的海洋生物提供了产卵、索饵、孵化和栖息地。随着海洋经济的飞速发展，陆源污染物由入海河口进入水体后，在水沙之间发生迁移，或随入海泥沙进入近岸海域，从而对潮间带造成污染，给沿海区域带来了严重的生态压力，危害人体的健康 （ 1-6） 。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 (COD)、营养盐、重金属等的重要归属之一 （ 11、 21） 。而潮间带沉积物一方面是各种污染物质的重要储库，对上覆水体具有很强的净化功能，另一方面 ,由于各种自然和人
12、为因素的干扰，潮间带沉积物在一定程度上能够充当污染源的作用，不断向上覆水体释放污染物质，进而对水体污染产生重要的影响。结合舟山当前经济发展的情况，针对海洋环境质量的恶化，有必要对潮间带环境进行调查，所以本论文选择金塘岛南部潮间带为研究区域，通过潮间带环境调查评估， 以更好的了解区域海洋环境质量变化的根源，为海域生态环境保护与管理提供研究依据与决策支持。 2 1 国内外研究进展 潮间带水质环境质量研究主要采取常规海洋调查方法，采用单因子评价的方法对潮间带水质进行评价， 南麂列岛附近海域潮间带环境质量调查 ,就 采用环境质量单项评价标准 指数法 （ 22） 。而 沉积物主要则从物质来源、空间分布两
13、方面来总结，是潮间带环境研究的主要问题，研究内容则以重金属为主。 1.1重金属来源方面的研究 重金属来源方面的研究主要采用统计分析方法，包括因子分析、聚类分析等等。 1.1.1 因子分析 近海沉积物中不同来源的重金属往往叠加在一起，给海洋污染评价带来了一定的难度 。 用传统的浓度校正和聚类分析等方法判别重金属的来源，很难同时排除自然来源变化和沉积物粒度对重金属含量的影响，重金属在沉积物中的含量往往随粒度的增大而减小 （ 7-8） 。 为了明确重金属的有效来源，可以用参照 元素归一化的方法来排除沉积物粒度的干扰 （ 9） ，但若参照元素受到污染，就会大大降低研究结果的可靠性 。另外， 提 取 粒
14、径 0.063mm的细粒级部分进行重金属元素测试，可以消除沉积物粒径对重金属含量的影响 ， 特别是 Fe、 Al 和 Mn 等元素主要以悬浮状态进行搬运 （ 10） ，选择该粒级沉积物也使重金属更容易检出 。 因子分析是模式识别中的一种降维映射法，一般情况下，前面几个因子的方差贡献率已足够大，可基本反映原变量的信息 。 这样原来多维空间的大部分信息可在由前面几个主成分组成的低维空间中表现出来 （ 12） 。 孟伟等 (13)采用 Li和 Sc 作为污染重金属的参照元素，验证了因子分析所得的结论，证明是重金属来源与富集的一种有效的判别方法 。 人类活动造成的污染又通过河流径流（包括近海直接排污）
15、和大气沉降两种方式输入近海 （ 14） 。 人们采用 Sc、 Cs、 Mn、 Li 和 Al 等作为参照元素，通过与目标元素之间的相关性则用来判别自然背景值和人为原因导致的元素累积 (15)。 1.1.2 聚类分析 我们所研究的样品或指标（变量）之间存在程度不同的相似性（亲疏关系 以样品间距离衡量）。于是根据一批样品的多个观测指标，具体找出一些能够度量样品或指标之间相似程 度的统计量，以这些统计量为划分类型的依据。把一些相似程度较大的样品（或指标）聚合为一类，把另外一些彼此之间相似程度较大的样品（或指标）又聚合为另一类，直到把所有的样品（或指标）聚合完毕，3 这就是分类的基本思想。 在聚类分析
16、中，通常我们将根据分类对象的不同分为 Q型聚类分析和 R型聚类分析两大类。 R型聚类分析是对变量进行分类处理， Q型聚类分析是对样本进行分类处理。 在对胶州湾、菜州湾潮间带沉积物污染比较研究中，系统地在胶州湾、莱州湾潮间带获取表层沉积物样，对沉积物中有机污染 (有机质，石油类 )、重金属 (汞，铜，铅，锌，镉，铬，砷 )、营养盐 (总磷，总氮，总碳 )、硫化物进行了定量测定。在这过程中采用了了 Q型聚类分析，将两湾分成两类，受到工业排污、生活污水等人为因素影响严重的胶州湾东部为一类。而受人为因素影响较小的胶州湾西部和莱州湾等其余站位为一类 (16)，其中较为严重的 2个站点分布在胶州湾的东岸，
17、由于东岸大量的工业排污、生活污水的排放，胶州湾东岸潮问带受到人为因素影响程度大，因此有别于其他的站位。聚类分析中的另一类为胶州湾的西岸与莱州湾，这两个地区情况相似，基本上受自然因素的制约，人为因素污染还较小。污染物在潮流作用下迅 速地进行扩散，浓度分布基本上以河口为中心呈舌状，由河口向莱州湾中部方向扩散 （ 17） 。 1.1.3 主成分分析法 在用统计分析方法研究这个多变量的课题时，变量个数太多就会增加课题的复杂性 , 人们自然希望变量个数较少而得到的信息较多 , 设法将原来变量重新组合成一组新的互相无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以取出几个较少的综合变量尽可能多地反映原来变量的信
18、息的统计方法叫做主成分分析或称主分量分析，也是数学上处理降维的一种方法。 在对胶州湾潮间带沉积物主要污染来源及分布特征的研究过程中，为了进一步掌握胶州湾潮 问带沉积物污染的主要来源，采用了 主成分分析法分析。 由主成分分析结果可知，第一主成分的贡献率为 65 83 ，特点表现为因子变量在Cu， Hg， Cr， Pb， Cd，有机质，石油，硫化物上有较高的正载荷。由调查区沿岸入海污染源可知： Cu主要来自农药、冶炼厂； Hg来源于含汞工业废水、化工原料的排放； Cd污染主要来自于有色金属冶炼、电镀等，除此之外，这些元素还有一个特点就是在胶州湾北部的淤泥质潮滩，其质量分数呈高潮滩一中潮滩一低潮滩递
19、减的趋势。因此可以判知第一主成分所代表的实际意义，即反映了工业排污和生活污水 的排放对沉积物的污染。Pb在整个海域变化不大，此种情况可能是因为铅的污染来源还有另一个途径，就是城市交通的尾气排放，而造成大气污染，之后再沉降到地面，因而各个站位都比较均匀，这一点也可从 Pb在第二主成分里也有一定的正载荷得以验证。第二主成分的贡献率为4 20.86%,在 Zn和 As上有较高的正载荷。 Zn和 As在整个调查区域的变异系数较小，分别为0.41和 0.45，远小于其他重金属，即各个站位中 Zn和 As质量分数波动变化小。 Zn通常被作为交通污染源的标识元素引 (18)， Pb也通常是交通污染的重要标识
20、物，而 Pb在第二 主成分中也有较高的正载荷，因此我们得出第二主成分的实际意义就是交通污染的降水、降尘。 1.2 重金属空间分布特征 潮间带表层沉积物中重金属的分布特征研究中，可以分别从沿岸和垂岸方向上加以分析。 （ 1） 垂岸分布：潮间带地区的水动力条件没有河口地区那么复杂，主要受潮汐的涨落和暴风浪的影响。潮间带滩面上的沉积滞后效应以及各带水深和动力条件的差异使细颗粒泥沙向高滩输移和堆积，而冲刷滞后效应维持泥沙悬浮的最大水流流速与这些泥沙的临界侵蚀流速的不同，使得涨潮期间沉积在中高滩的细颗粒泥沙不易重新悬浮而被落潮流带回深水带。 受这些因素的影响，细颗粒物质向岸滩上部富集并堆积下来，使滩面沉
21、积物粒径由海向岸逐渐变细。潮间带泥沙输移机制造成了重金属元素在垂直海岸方向上的带状分布，重金属含量由低滩到高滩逐渐增高，高滩相对中低滩显著富集。 （ 2） 沿岸分布：潮间带各重金属元素在沿岸方向上的平面分布呈现出在水动力较弱附近相对富集的趋势，水动力强的区域污染物容易被带出，因此该区域相对而言重金属出现低值，更应注意到的是，附近人为活动频繁，人为因素也可能是导致重金属元素含量明显高于其它区域的主因。 控制潮间带沉积物中重金属元素分布规律的主要 因素有水动力条件和沉积环境、沉积物类型。 （ 1） 水动力条件：表层沉积物受到潮汐、风暴、海流等水动力作用的影响，极易发生再悬浮，尤其是细颗粒物质，其结
22、果，一方面进入沉积物中的重金属被再次释放出来，造成重金属的“二次污染”，即沉积物中重金属的长期累积与突然释放 ;另一方面，再悬浮的细颗粒物质会被水流带至其它海域，使重金属在更大范围内的沉积物中进行重新分配。 （ 2） 沉积环境：自然水体中，有机质、铁锰氧化物、粘土矿物等颗粒物对重金属元素具有很强的吸附和络合作用，并且与水体溶解态重金属存在着动态平衡，这些物质对重金属的 吸附与解吸过程，对自然水体中的重金属浓度起主要的控制作用（ Schindler, 1981)。当吸附或络合重金属的颗粒物进入沉积物后，海水与沉积物之间物理化学特征5 上的巨大差异会使颗粒物所结合的那部分重金属释放出来，在沉积物中
23、进行再分配，大部分在沉积物中被其它结合相所吸附和络合，少部分随间隙水扩散而又回到上覆水中。 （ 3） 沉积物类型： 对近岸海域沉积物中重金属元素含量与沉积 物类型的相关分析表明 , 黏土与 7 种重金属之间都存在强相关性 , 相关系数都大于 0. 6, 而砂与痕量金属存在强负相关性 , 相关系数绝对值均大 于 0.6，粉砂与 As、 Cd、 Pb、 Zn 的相关系数都较低 , 属于不相关 , 与 Cr、 Cu 呈中度相关 , 与 Hg的相关系数为 0.67，呈强相关性。此外 , 对不同类型沉积物中重金属元素平均含量的统计分析可知 , 所有元素在黏土质粉砂中的含量最高 , 元素 As 和 Pb
24、在砂质粉砂中的含量最低 , 其他元素在砂中含量最低 , 可见沉积物中随着黏土 质成分的增多 , 重金属元素含量也随之增多。 重金属 元素的含量分布与沉积物类型分布规律相一致。从调查的情况看，重金属元素之间有较好的相关性。由此可见，潮间带底质中各重金属元素之间并非是孤 立的，相互之间存在一定的关系。 1.3 国外潮间带研究 不仅仅是国内对潮间带进行相关性研究，国外也在对潮间带进行相关性研究，日本是继英国、美国之后的又一海上强国，其国内资源匮乏，却拥有其他大陆国家无可比拟的区位优势 四通八达的海上运输航道、巨大的海洋资源库、以及攻守兼备的天然屏障。随着人类对海洋需求的迅速增长以及相随而至的海洋开发
25、利用活动，日本也开始在海洋领域、特别是海洋环境方面遭遇一系列社会新问题。日本学界已经注意到，在各种环境问题中，海洋环境问题是最难解决的。不光是技术层面上的问题，也有很大一部分是因 为人类活动而造成的海洋环境问题。日本通过对近海海域环境的调查和研究，潮间带水体和沉积物环境不同程度的受到了污染，很大程度上是因为工业废水不合理排放造成的，日本为了更好的保护海洋环境，已将潮间带研究视为海洋环境问题研究的重点之一。 可见目前潮间带相关性研究已成为了最近几年海洋环境保护研究的热门，而今后的潮间带研究方向更多的是走“人与潮间带”可持续发展的道路。 而现在我们要做的是对金塘岛水体和沉积物环境质量进行调查与评价，通过取潮间带水样与沉积物样品，目的是了解潮间带环境现状，以及可能对近岸水体、生物体的潜在威胁 。
