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一、目的意義
膠州灣是青島的母親灣，是典型的半封閉海域,面積397 km2,平均水深7m,最大水深64 m。其天然優(yōu)良港口特性,對(duì)青島市的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但由于無(wú)序的開(kāi)發(fā)以及缺少管理,長(zhǎng)年以來(lái)造成膠州灣不但面積縮小、水質(zhì)受到嚴(yán)重污染及海洋生物數(shù)量急劇減少,已嚴(yán)重影響了青島市經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的和諧發(fā)展。于是，對(duì)青島膠州灣的開(kāi)發(fā)利用的管理變得至關(guān)重要，而管理的基礎(chǔ)就是要對(duì)其深入了解。
本次實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目目的是利用環(huán)境監(jiān)測(cè)的理論知識(shí)，在膠州灣部分沿海地區(qū)包括團(tuán)島，棧橋，匯泉灣，太平灣，浮山灣等地區(qū)采集相關(guān)樣品，并對(duì)樣品進(jìn)行水質(zhì)，沉積物，以及潮間帶生物的實(shí)驗(yàn)室處理及分析，從而對(duì)這些地區(qū)做系統(tǒng)的調(diào)查。從而在鍛煉個(gè)人實(shí)踐能力，培養(yǎng)海洋監(jiān)測(cè)方面的動(dòng)手能力的基礎(chǔ)上，為管理青島膠州灣的開(kāi)發(fā)利用以及其他保護(hù)膠州灣的措施項(xiàng)目提供準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及理論基礎(chǔ)。
二、研究現(xiàn)狀
目前，對(duì)青島膠州灣的研究在國(guó)內(nèi)都有進(jìn)行，包括青島灣東北部養(yǎng)殖海區(qū)環(huán)境質(zhì)量狀況的分析，膠州灣東北部海域生態(tài)環(huán)境污染狀況研究以及各種基于某一特定因子的膠州灣環(huán)境質(zhì)量狀況調(diào)查。有研究表明：該海域主要受到無(wú)機(jī)N、P污染;COD在夏、秋季符合一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),但在冬、春季只達(dá)到國(guó)家二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);DO全部符合國(guó)家一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)站位間的比較發(fā)現(xiàn),東北部滄口水域環(huán)境質(zhì)量最差,全年處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),有機(jī)污染介于輕度到嚴(yán)重污染之間。紅島附近水質(zhì)較好,不存在有機(jī)污染,只有春、秋季達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化水平。且研究結(jié)果顯示該海域主要受陸源污染,且與現(xiàn)有污水處理不能有效去除無(wú)機(jī)N、P營(yíng)養(yǎng)鹽有關(guān)(1)。但近年來(lái)該海域生態(tài)環(huán)境中除個(gè)別要素如活性磷酸鹽、鉛、鎘、汞等重金屬含量有所增加外,其他污染要素含量相對(duì)穩(wěn)定且有下降趨勢(shì), 2001—2005年該海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對(duì)穩(wěn)定,僅部分要素有加重趨勢(shì)(2)。而海水中Cu含量低于一類(lèi)海水標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明該海域海水Cu污染不明顯;與國(guó)內(nèi)外一些海域比較，沉積物Cu含量較低(3)。另外，膠州灣的污染嚴(yán)重破壞了海洋生態(tài)平衡,生物多樣性迅速減少。20世紀(jì)60年代膠州灣河口附近潮間帶生物種類(lèi)多達(dá)54種, 70年代減到33種, 80年代只剩下17種,原有的14種優(yōu)勢(shì)種僅剩下一種,東岸的貝類(lèi)養(yǎng)殖已不復(fù)存在(4)。其中，在對(duì)太平灣的調(diào)查中表明，小型底棲生物的年平均豐度為(1 025.40±268.84)ind•10cm-2。，平均生物量為(1 195.87±476.53)ug dwt•10cm-2。，平均生產(chǎn)量為(10 762.80±4 288.77)ug dwt•10cm-2a-1。小型底棲生物在豐度和生物量上呈現(xiàn)了明顯的季節(jié)變化，高值主要出現(xiàn)在4，5，6月，而低值在8，9月。共鑒定出l2個(gè)類(lèi)群，線蟲(chóng)在豐度上占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)(89.2%)。按生物量,多毛類(lèi)占46.9%，其次為線蟲(chóng)31%。其它較多的類(lèi)群還有渦蟲(chóng)、橈足類(lèi)、腹毛蟲(chóng)、寡毛類(lèi)等。50%以上的小型底棲生物分布在0～4cm表層，冬季部分向下遷移。Pearson相關(guān)分析表明，小型底棲生物數(shù)量對(duì)間隙水溶氧表現(xiàn)出明顯的滯后效應(yīng)，而與鹽度、pH和沉積物環(huán)境因子相關(guān)性不明顯(5)。另外據(jù)2 0 0 4 年青島市海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)，膠州灣污染仍然較嚴(yán)重，主要污染物是無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽。無(wú)機(jī)氮、磷酸鹽污染最重的是膠州灣東北部近岸海域，局部濃度超過(guò)三類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);膠州灣東部近岸海域石油類(lèi)、鉛及西南部近岸海域鉛濃度較高，超過(guò)一類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
本次試驗(yàn)將以原有的關(guān)于膠州灣海洋環(huán)境調(diào)查現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)操作，尊重實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，力求得出有用的數(shù)據(jù)信息。
三、調(diào)查內(nèi)容及研究方法
1、調(diào)查內(nèi)容
青島膠州灣部分沿海地區(qū)包括團(tuán)島，棧橋，匯泉灣，太平灣，浮山灣的水質(zhì)，沉積物，以及潮間帶生物調(diào)查。
2、研究方法
(1)野外采樣
如上圖所示，分別在團(tuán)島(36.044N,120.295E)，棧橋(36.062N,120.320E)，匯泉灣即第一海水浴場(chǎng)(36.058N,120.338E至36.055N，120.344E)，太平灣即第二海水浴場(chǎng)(36.050N,120.350E至36.051N,120.355E)，浮山灣即石老人海水浴場(chǎng)(36.092N，120.471E至36.094N,120.476E)五個(gè)站位設(shè)置同等潮位等距采樣點(diǎn)3-5個(gè)，每個(gè)采樣點(diǎn)分別測(cè)其經(jīng)緯度以及水溫、PH。在每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集水質(zhì)樣品3份，沉積物樣品3~5份，潮間帶生物樣品3份，采樣方法按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(6)進(jìn)行。在每個(gè)點(diǎn)采用1×1m2的取樣框取樣。采集完回去樣品用冰箱保存，潮間帶生物樣品用10%甲醛溶液固定。
(2)實(shí)驗(yàn)研究
本次海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)方法按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，主要參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》(6)、《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》(7)等。
1)水質(zhì)監(jiān)測(cè)：按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》在低潮時(shí)用聚乙烯水桶采集表層海水迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，早2h內(nèi)開(kāi)始各項(xiàng)指標(biāo)的測(cè)定。監(jiān)測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)均參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第四部分海水分析(GB17378.4—2007)。主要要求測(cè)出海水水樣中水溫、鹽度、PH、濁度、色度、溶解氧DO、化學(xué)需氧量COD、生化需氧量BOD、總有機(jī)碳TOC、含氮化合物以及含磷化合物：
其中水溫現(xiàn)場(chǎng)用表層海水溫度計(jì)測(cè)定。鹽度用光學(xué)折射鹽度計(jì)測(cè)定。PH用玻璃電極法測(cè)定。濁度分析采用目視比濁法。色度分析采用鉑鈷比色法。溶解氧DO測(cè)定須現(xiàn)場(chǎng)固定，用修正碘量法測(cè)定�；瘜W(xué)需氧量COD用重鉻酸鉀法。測(cè)生化需氧量BOD需將水樣放置在20℃的環(huán)境中(生化培養(yǎng)箱)，在密閉的條件下(100ml碘量瓶中)培養(yǎng)5天，分別測(cè)定實(shí)驗(yàn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)的'溶解氧含量(mg/l)，求兩者之差即為生化需氧量�？傆袡C(jī)碳TOC用燃燒氧化—非色散紅外吸收法測(cè)定。含氮化合物包括亞硝酸鹽、硝酸鹽以及氨氮，亞硝酸鹽用鹽酸萘乙二胺分光光度法測(cè)定，硝酸鹽用鋅-鎘還原法測(cè)定，氨氮用靛酚藍(lán)分光光度法測(cè)定�；钚粤姿猁}用磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定。
2)沉積物監(jiān)測(cè)：按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》將沉積物樣品采集好并用硝酸-高氯酸濕法消化以后帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。監(jiān)測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)均參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第五部分沉積物分析(GB17378.5—2007)。主要測(cè)量沉積物粒度、有機(jī)物含量，硫化物，重金屬以及石油烴的含量：
其中沉積物粒度分析《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》等文獻(xiàn)，稱(chēng)量沉積物的干濕重，并用不同口徑篩網(wǎng)套過(guò)篩后分別稱(chēng)量不同粒徑的沉積物含量。有機(jī)物含量用重鉻酸鉀氧化滴定法(8-11)。硫化物采用GB17378. 5—2007(12)中的離子選擇電極法測(cè)定。重金屬包括鉛、鉻、鎘、鋅、砷、銅、汞，其中鋅采用雙硫腙分光光度法測(cè)定，鉻采用二苯碳酰二肼(DPC)分光光度法測(cè)定，鉛、鎘、銅采用原子吸收分光光度法測(cè)，砷采用原子熒光法，汞采用冷原子熒光法。石油烴含量用紫外光分光光度法測(cè)定。
3)生物體質(zhì)量監(jiān)測(cè)：按《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》的要求將生物體樣品采集并做好預(yù)處理后，測(cè)定其體內(nèi)重金屬含量，石油烴含量以及有機(jī)農(nóng)藥含量。監(jiān)測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)均參考《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范》第六部分生物體分析(GB17378.6—2007)。：
其中，重金屬質(zhì)量采用原子吸收分光光度法測(cè)定生物體的鉻、銅、鋅、鎘、鉛、汞含量。石油烴含量采用分光光度計(jì)法測(cè)定。采用氣象色譜儀測(cè)定生物體內(nèi)有機(jī)農(nóng)藥含量。
4)潮間帶生物監(jiān)測(cè)：主要測(cè)量潮間帶中大型底棲生物、小型底棲生物、魚(yú)類(lèi)、爬行類(lèi)以及其他生物的量。其中有不能帶回實(shí)驗(yàn)室研究的生物應(yīng)對(duì)其種類(lèi)、數(shù)量在采樣時(shí)做好記錄。大型底棲生物、小型底棲生物在實(shí)驗(yàn)室中用10%甲醛溶液固定好后，用1‰虎紅液染色24h后，用相應(yīng)套篩淘洗。與解剖鏡下分選到類(lèi)群。
四、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及方法
(一)水質(zhì)監(jiān)測(cè)
(1)標(biāo)準(zhǔn)：《海洋水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(13)中第二類(lèi)海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)評(píng)價(jià)方法：采用單因子指數(shù)法。水質(zhì)評(píng)價(jià)采用單因子污染指數(shù)法,除DO外的指標(biāo)計(jì)算公式(17):
Si=Ci/Csi
式中,Si為第i種污染物的污染指數(shù);Ci為第i種污染物的實(shí)測(cè)值;Csi為第i種污染物的標(biāo)準(zhǔn)值。
對(duì)于DO單項(xiàng)污染指數(shù)的計(jì)算公式為
SDO= (DOsat-DOi)/(DOsat-DOsi)
式中, DOsat為與實(shí)測(cè)相同溫度、鹽度條件下溶解氧的飽和濃度;DOsi為溶解氧的水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);DOi為溶解氧的實(shí)測(cè)濃度。
水質(zhì)參數(shù)的污染指數(shù)大于1時(shí),表明該水質(zhì)參數(shù)超過(guò)了規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),已經(jīng)不能滿(mǎn)足使用要求。
另外，對(duì)含氮化合物以及含磷化合物的評(píng)價(jià)用富營(yíng)養(yǎng)化指數(shù)法，公式為：
(E)=(CCOD×CDIN×CIP)×106/4500
式中,E為富營(yíng)養(yǎng)化判斷值;CCOD為化學(xué)需氧量的測(cè)定值;CDIN為無(wú)機(jī)氮的測(cè)定值;CIP為無(wú)機(jī)磷的測(cè)定值。
以富營(yíng)養(yǎng)化判斷值E為主要評(píng)價(jià)指標(biāo),若E≥1,表明水體是富營(yíng)養(yǎng)化,E值越高,水體的富營(yíng)養(yǎng)化程度越嚴(yán)重。
(二)沉積物監(jiān)測(cè)
(1)標(biāo)準(zhǔn)：《海洋沉積物質(zhì)量》(14)一類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。
(2)評(píng)價(jià)方法：采用單因子指數(shù)法。評(píng)價(jià)公式為:
Pi=Ci/Cs
式中,Pi為評(píng)價(jià)因子的污染指數(shù);Ci為評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)含量;Cs為評(píng)價(jià)因子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).
另外，沉積物重金屬評(píng)價(jià)方法為潛在生態(tài)危害指數(shù)法(15)來(lái)評(píng)價(jià)重金屬污染
狀況及其潛在生態(tài)危害,具體的公式如下:
其中:Cd為沉積物重金屬總體污染程度;Cif為重金屬i的污染系數(shù);Ci為重金屬i的實(shí)測(cè)濃度;Cin為重金屬i的評(píng)價(jià)參比值,它在未獲得本地沉積物中重金屬背景之值的情況下一般采用工業(yè)化以前的沉積物中重金屬最高背景值(15)(表1)。
表1(16) 重金屬的評(píng)價(jià)參比值Cn、毒性響應(yīng)系數(shù)Tr和普通頁(yè)巖中地球化學(xué)平均背景值B
Tab. 1 Background reference values Cn, toxicity coefficient Tr and mean geochemical background values B of heavy metals
參數(shù) Cu Zn Pb Cr As Cd Hg
Cn 50 175 70 90 15 1 0.25
Tr 5 1 5 2 10 30 40
B 45 97 34 62 13 0.40 0.35
區(qū)域內(nèi)沉積物重金屬的潛在生態(tài)危害評(píng)價(jià)基于該沉積物的污染狀況評(píng)價(jià),也是首先計(jì)算單個(gè)重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù),然后通過(guò)對(duì)所有參與評(píng)價(jià)的重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù)求和得到沉積物中多種重金屬的潛在危害指數(shù)ERi。
其中:ERi為重金屬i的潛在生態(tài)危害系數(shù);Tir為重金屬i的毒性響應(yīng)系數(shù),它反映該重金屬的毒性水平及生物對(duì)重金屬污染的敏感程度,其對(duì)各重金屬的取值見(jiàn)表1.
(三)生物體質(zhì)量監(jiān)測(cè)：
(1)標(biāo)準(zhǔn)：《海洋生物質(zhì)量》(18)
(2)評(píng)價(jià)方法:采用單因子指數(shù)法。評(píng)價(jià)公式為:
Pi=Ci/Cs
式中,Pi為評(píng)價(jià)因子的污染指數(shù);Ci為評(píng)價(jià)因子的實(shí)測(cè)含量;Cs為評(píng)價(jià)因子質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).
(四)潮間帶生物監(jiān)測(cè)：
(1)評(píng)價(jià)方法：對(duì)動(dòng)物群落多樣性特征的分析研究采用下列公式(19-21):
種類(lèi)豐富度指數(shù)：D=(S-1) /lnN;
Shannon-W iener多樣性指數(shù)：H′=-∑PilnPi
均勻度指數(shù)：J′=H′/lnS;
式中S為種類(lèi)數(shù),N為總重量,Pi為i種動(dòng)物所占的比例。由于不同種類(lèi)及同種個(gè)體之間差別很大, W ilhm提出以生物量表示的多樣性更接近種間能量的分布,因此,用生物量比用個(gè)數(shù)來(lái)計(jì)算生物多樣性對(duì)調(diào)查潮間帶生物結(jié)構(gòu)更具意義(22)。
Jaccard群落系數(shù)J=c/(a+b-c)
式中a、b分別為樣地的種類(lèi)數(shù), c為樣地的共有種數(shù)(23)。
通過(guò)各指標(biāo)相比較得出各站位潮間帶生物優(yōu)勢(shì)種，建群種，敏感種等。
五、可行性分析
本次試驗(yàn)主要由中國(guó)海洋大學(xué)海洋生命學(xué)院生態(tài)學(xué)09級(jí)學(xué)生實(shí)行，他們?cè)诮?jīng)過(guò)2年以上相應(yīng)的課程培養(yǎng)已經(jīng)有足夠的理論基礎(chǔ)知識(shí)。此外，還有《環(huán)境監(jiān)測(cè)》以及《環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)》的任課老師董樹(shù)剛，劉陽(yáng)老師提供技術(shù)指導(dǎo)。另外，本次試驗(yàn)采用分組進(jìn)行，對(duì)選修《環(huán)境監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)》的同學(xué)進(jìn)行相應(yīng)分組，每組同學(xué)負(fù)責(zé)一個(gè)點(diǎn)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)，所設(shè)置的站點(diǎn)都在中國(guó)海洋大學(xué)魚(yú)山校區(qū)附近，學(xué)生采樣方便。同時(shí)，這次實(shí)驗(yàn)至少有一個(gè)月時(shí)間，因此，在每個(gè)同學(xué)保證其他課程不受影響的同時(shí)能夠按時(shí)按計(jì)劃完成實(shí)驗(yàn)。
六、經(jīng)費(fèi)預(yù)算
本次實(shí)驗(yàn)需要的儀器主要有：分光光度計(jì)，玻璃電極，飽和甘汞電極，紫外光分光光度計(jì)，熒光分光光度計(jì)，原子吸收分光光度計(jì)，氣象色譜儀等。
藥品試劑主要有：(1)溶解氧：硫酸錳溶液，堿性碘化鉀溶液，淀粉，硫酸溶液，硫代硫酸鈉溶液。(2)無(wú)機(jī)氮：磺胺溶液，鹽酸納乙二胺溶液，亞硝酸溶液，硝酸鹽溶液。(3)氨氮：硫酸銨，氯化銨溶液，亞硝酰鐵氰化鈉溶液，次氯酸溶液，水楊酸溶液，檸檬酸鈉溶液，苯酚溶液，次氯酸鈉溶液。(4)含磷化合物：硫酸溶液，鉬酸銨溶液，酒石酸銻鉀溶液，抗壞血酸溶液，磷酸鹽溶液。(5)濁度：硅藻土。(6)化學(xué)需氧量COD：重鉻酸鉀溶液，硫酸溶液，硫酸銀溶液，硫酸汞溶液，亞鐵靈指示劑，硫酸亞鐵銨溶液。(7)生化需養(yǎng)量BOD：硫酸鎂溶液，氯化鐵溶液，氯化鈣溶液，磷酸緩沖液。(8)有機(jī)物：硫酸溶液，氯化鈉溶液，石油醚。(9)潮間帶生物：甲醛溶液，虎紅溶液。
以上試劑藥品為主要藥品，并未將實(shí)驗(yàn)中的所需藥品全部列出。
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