莱州湾多相介质重金属污染特征及其在食物链（网）的传递与生物放大作用

	莱州湾多相介质重金属污染特征及其在食物链（网）的传递与生物放大作用
	刘金虎
学位类型	博士
导师	窦硕增
	2013-05
学位授予单位	中国科学院研究生院
学位专业	海洋生态学
关键词	重金属多相介质污染特征生物放大作用莱州湾
摘要	近年来，重金属污染成为莱州湾水域十分突出的生态环境问题之一。它不仅加剧了该水域渔业种群资源的衰退，同时通过重金属污染物在食物链（网）上的传递和累积影响着生态系统的结构和功能的变化。因此，科学认识重金属污染特征及其环境生态效应对保护该水域的生态安全、科学开发和管理生物资源以及防控水产品安全风险等都具有重要意义。本研究以莱州湾水域生态系统为研究对象，主要以2010年5、8、10和12月份和2011年6-8月份莱州湾资源环境调查研究为基础，较系统地研究了莱州湾多相介质（表层海水、表层沉积物和生物体）中重金属（Cr、Cu、Zn、As、Cd、Hg和Pb）的富集特征、在主干食物链（网）上的传递和生物放大作用及其生态风险等科学问题。主要研究内容和结果包括： 1. 莱州湾水域表层海水和表层沉积物中重金属污染特征、来源及其环境生态风险分析。表层海水中重金属（除Cr和Cu）含量的季节性差异显著，重金属综合污染指数WQI<1，说明其整体上处于清洁水平。表层沉积物中重金属含量的季节性差异不显著，但具有显著的地域性差异。Hg和Pb在界河河口附近表层沉积物中含量最高，Cr、Cu、Zn、As和Cd的最高含量出现在小清河河口及莱州湾湾中部偏西海域。基于富集因子（EF）、地理累积指数（Igeo）、生态效应浓度（ERL/ERM）以及Hakanson潜在生态风险指数的评价结果表明，莱州湾表层沉积物受到不同程度的Hg、As、Pb和Cd的潜在污染威胁。基于主成分分析（PCA），莱州湾表层沉积物中重金属污染物来源分为两类，即Hg和Pb的来源与人为排放关系密切，其余重金属来源则受自然作用影响较大。基于污染相似性的分析，莱州湾表层沉积物污染特征分为四类：第一类区域主要位于莱州湾中部以及小清河河口，以Cd、Cr、Cu、Zn和As的高污染水平为特征；第二类区域位于东部沿岸的界河河口及龙口港附近，以 Pb、Hg和总有机碳的高污染水平为特征；第三类位于南部近岸，其重金属含量在莱州湾处于偏低水平；第四类区域的Cr、Cu、Zn和As污染水平在莱州湾最低。 2. 莱州湾水域重金属在五种大型经济鱼类个体及组织器官水平上的富集特征及其影响因子分析。梭鱼 Liza haematocheilus、鲬Platycephalus indicus、花鲈 Lateolabrax japonicus、蓝点马鲛 Scomberomorus niphonius和银鲳 Pampus argenteus体内重金属富集量存在显著的组织间差异。其中，Cd、As、Zn和Cu在肝脏和性腺中的富集量最高，在皮肤和肌肉中的含量最低； Cr在皮肤和肌肉中富集量高于性腺和肝脏；Hg在性腺和肌肉中的富集量最高；Pb在鳃中的富集量最高。重金属在各组织中的生物富集效率各有差异，其生物富集因子（BCF）均值为：Zn(9.58) > Cr(8.99) > Cd(3.74) > Cu(2.60) > Hg(2.12)> As(1.81) > Pb(0.32)。重金属在五种鱼类体内的富集量存在种间差异。其中，大型肉食性鱼类（花鲈、鲬和蓝点马鲛）体内Hg的富集量显著高于浮游生物和碎屑食性鱼类（银鲳和梭鱼），Pb和As在五种鱼类间的富集特征与Hg相反，其他重金属在鱼体内的富集量与鱼类摄食习性关系不明显。组织内Hg富集量与生长参数（体长和肥满度）呈正相关趋势，而Zn和Cu富集量与生长参数呈负相关趋势。基于限量标准的分析结果表明，As、Cr和 Cd富集量超过相关食品限量标准的样品数比例分别为31%、10%和1.4%，表明这三种重金属存在一定程度的潜在食品安全风险。 3.莱州湾水域三种底栖双壳类体内重金属富集特征、对沉积环境中重金属的富集效率及其生态风险。三种底栖贝类（毛蚶Scapharca subcrenata，四角蛤Mactra veneriformis和菲律宾蛤仔Ruditapes philippinarum）体内重金属富集量存在组织间和种间差异。除Cd外，内脏团中的重金属富集水平高于肌肉。Cr和Pb在四角蛤体内富集量最高，Cu、Zn、As和Hg在菲律宾蛤仔体内富集量最高，Cd在毛蚶体内富集量最高。贝类体内重金属富集量存在显著的空间差异。基于重金属污染指数（MPI）的空间污染特征分析表明，三种贝类的MPI范围为：毛蚶2.0~3.5，四角蛤 2.4~3.9和菲律宾蛤仔 3.0~4.9。其中，三山岛水域贝类的重金属污染程度最高，下营和央子区域贝类受重金属污染程度较低。三种底栖贝类的重金属生物-沉积物富集因子（BSAF）顺序为Cd(58.26) > Hg(3.09) > As(2.18) >Zn(2.05) > Cu(0.47) > Cr(0.03) > Pb(0.02)，Cu、Zn、As、Cd和Pb的BSAF与其沉积物中的含量存在显著负相关。除四角蛤体内的Cr（R=0.673）和Cu（R=0.573）、菲律宾蛤仔体内的Zn（R=-0.573）以及毛蚶体内的Cd（R=0.927）富集量与沉积物内的富集量存在显著相关外，其他情况下两者的相关性不显著。基于限量标准的分析结果表明，三种贝类体内的As（超标样品数比例100%）和Cd（87.5%）的食品安全风险最大。 4. 重金属在莱州湾主干食物链（网）上的传递累积机制和生物放大作用。基于氮稳定同位素技术的研究结果表明，以漂浮囊糠虾（营养级2.0）为基准物种，莱州湾水域46个物种（无脊椎动物20种、鱼类26种）的δ15N（15N/14N）比值为4.38–15.11‰，营养级范围为1.31–4.47。各生物类群的营养级的均值和范围值顺序为：大型底层捕食鱼类（4.34, 4.25-4.47）≈大型中上层捕食鱼类（4.39）>中型底层鱼类（4.01, 3.78-4.17）>小型底层鱼类（3.67, 3.36-4.00）≈小型中上层鱼类（3.77, 3.53-4.04）≈头足类（3.71, 3.63-3.78）≈底栖甲壳类（3.59, 3.32-3.99）>腹足类（3.21）>双壳类（1.96, 1.31-3.03）≈浮游甲壳类（2.28, 1.99-2.56）≈多毛类（1.96）。Cr和Hg在四种大型捕食性鱼类、两种典型食物链以及主干食物网三个层次上均表现出明显的累积放大效应。其中，花鲈体内Cr和Hg的BMFPSC分别为2.99和8.24，显著高于蓝点马鲛、鲬和牙鲆Paralichthys olivaceus（Cr, 1.67–2.42；Hg, 1.34–2.96）。中上层捕食食物链上Cr的BMF（160.75）高于底层捕食食物链BMF（3.11）；而底层捕食食物链上Hg的BMF（13.57）高于中上层捕食食物链（6.63）。Cr和Hg的食物网富集因子（FWMF）分别为3.83和5.26，都在92.86%的典型食物关系中表现出累积放大效应（BMF>1），在食物网上的累积效率分别为1.72 mg/kg和0.09 mg/kg。Cu、Zn、As、Cd和Pb 的FWMF范围0.17–0.47，表明它们在食物链（网）上的生物放大作用不显著。
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://ir.qdio.ac.cn/handle/337002/17826
专题	海洋生态与环境科学重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	刘金虎. 莱州湾多相介质重金属污染特征及其在食物链（网）的传递与生物放大作用[D]. 中国科学院研究生院,2013.

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莱州湾多相介质重金属污染特征及其在食物链（4184KB）			限制开放	CC BY-NC-SA	浏览