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

论文摘要

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20世纪80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、20世纪80年代初以来东海Cu、Pb、Zn、Cd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Cu、Pb、Zn、Cd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88.0%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Cu、Zn和Cd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Pb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）20世纪80年代初期东海Cu、Pb、Zn、Cd排海总量较低,分别仅有1.68×103、1.69×103、4.26×103、0.073×103 t/a左右,80年代中后期开始逐渐增加,90年代都达到最大值,分别为13.58×103、5.34×103、295.73×103、0.41×103 t/a左右,进入21世纪以后开始降低,目前分别减少到的3.47×103、1.84×103、5.66×103、0.081×103 t/a左右,仍高于20世纪80年代初期的水平。2、20世纪80年代初以来东海海水中Cu、Pb、Zn、Cd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）20世纪80年代初以来东海海水中Cu、Pb、Zn、Cd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Cu、Pb、Zn、Cd域均浓度各季节差别不大,季节变化不明显。（3）20世纪80年代初到80年代中期,东海海水Cu、Pb、Zn、Cd年均浓度都低于国家一类海水水质标准, 20世纪80年代末至90年代末,年均浓度较高,若干年份Cu和Pb年均浓度超过国家二类海水水质标准,Zn、Cd年均浓度超过国家一类海水水质标准,21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、20世纪80年代初期至80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,20世纪80年代中后期至90年代末期存在明显抑制作用,21世纪初期基本不存在抑制作用。（1）东海海水中Cu、Pb、Zn、Cd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、45.2、131.7、138.9μg/L;对东海水生生态系统的非检测毒性浓度分别为4、0.8、20、0.2μg/L。（2）20世纪80年代初期至80年代中期,重金属Cu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20世纪80年代中后期至20世纪90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80%以上,局部水域最高浓度条件下可达90%以上;21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30%。重金属Pb、Zn、Cd的非检测毒性浓度远远高于20世纪80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,20世纪80年代初期至80年代中期,重金属Cu、Pb、Zn、Cd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20世纪80年代中后期至90年代末Cu、Pb、Zn、Cd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85%、10%、30%、20%以上,局部水域最高浓度条件下分别可达95%、30%、60%、50%以上;21世纪初期,Cu、Pb、Zn、Cd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,Pb、Zn、Cd局部水域最高浓度下也不存在抑制作用,但Cu局部水域最高浓度抑制率可达30%以上。4、东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属污染物极小海洋环境容量分别约为1.70×104、0.47×104、11.31×104、0.071×104 t/a。在当前排海总量条件下,东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属极小剩余环境容量分别约为-0.004×104、0.02×104、4.5×104、0.003×104t/a,表明东海最高浓度水团中Pb、Zn、Cd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Cu,才能分别满足该要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 文献综述
• 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
• 1.1.2 海洋重金属国际国内研究概况
• 1.1.3 东海重金属污染研究现状
• 1.1.4 污染物平均浓度计算方法研究现状
• 1.2 重金属污染物环境生态效应评价的研究进展
• 1.2.1 重金属污染物环境生态效应评价参数的研究
• 1.2.2 重金属污染物环境生态效应的表征方法研究
• 1.2.3 浮游植物在重金属污染物环境生态效应评价中的应用
• 1.3 重金属污染物海洋环境容量的研究进展
• 1.3.1 重金属污染物海洋环境容量的研究方法
• 1.3.2 我国重金属污染物海洋环境容量研究进展
• 1.4 本文研究目的和拟解决的科学问题
• 2 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海通量年变化规律研究
• 2.1 研究范围
• 2.1.1 地理学东海
• 2.1.2 东海陆扰海域
• 2.1.3 东海强扰海域
• 2.2 东海重金属污染物主要来源
• 2.2.1 东海主要入海河流
• 2.2.2 东海主要入海排污口
• 2.2.3 气源污染源
• 2.3 东海重金属排海通量估算方法
• 2.3.1 入海河流重金属排海通量估算方法
• 2.3.2 排污口重金属排海通量估算方法
• 2.3.3 大气沉降重金属排海通量估算方法
• 2.3.4 东海重金属主要污染源归并
• 2.4 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海通量
• 2.4.1 三大河流流域Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海通量年变化规律
• 2.4.2 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海总量年变化规律
• 2.4.3 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属污染物主要来源分析
• 2.5 本章小结
• 3 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属浓度时空变化规律
• 3.1 东海重金属平均浓度估算方法
• 3.1.1 东海重金属浓度调查数据来源
• 3.1.2 目标海域域均浓度估算方法
• 3.1.3 偏异目标海域域均浓度校正方法
• 3.1.4 年均浓度估算方法
• 3.2 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属浓度平面分布特征
• 3.3 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属浓度季节变化趋势
• 3.4 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属年均浓度变化规律
• 3.5 本章小结
• 4 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属环境生态效应分析
• 4.1 东海典型浮游植物Cu、Pb、Zn、Cd重金属非检测毒性浓度的测定
• 4.1.1 非检测毒性浓度的计算方法
• 4.1.2 现场培养实验
• 4.1.3 非检测毒性浓度的测定结果
• 4.2 重金属环境生态效应的表征方法
• 4.2.1 生物量抑制率的计算方法
• 4.2.2 生物量抑制率计算方法验证
• 4.3 东海典型浮游植物Cu、Pb、Zn、Cd重金属环境生态效应评价
• 4.3.1 东海典型浮游植物生物量抑制率季节变化
• 4.3.2 东海典型浮游植物生物量抑制率年际变化
• 4.4 东海水生生态系统Cu、Pb、Zn、Cd重金属环境生态效应评价
• 4.4.1 重金属非检测毒性浓度为评价参数的环境生态效应评价
• 4.4.2 重金属国家海水水质标准为评价参数的环境生态效应评价
• 4.4.3 不同评价参数条件下环境生态效应评价结果的比较
• 4.5 本章小结
• 5 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属海洋环境容量估算
• 5.1 基于重金属迁移—转化箱式模型估算极小海洋环境容量的方法
• 5.2 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属极小海洋环境容量估算结果
• 5.3 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海总量控制初步建议方案
• 5.3.1 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属极小剩余环境容量估算结果
• 5.3.2 东海Cu、Pb、Zn、Cd重金属排海总量控制初步建议方案
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 6.1 主要结论
• 6.2 论文特色与创新
• 参考文献
• 附录Ⅰ 非检测毒性浓度的计算程序（Matlab）
• 附录Ⅱ 致谢
• 附录Ⅲ 个人简历及在学期间发表的学术论文