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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,對青島市的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。但由于無序的開發(fā)以及缺少管理,長年以來造成膠州灣不但面積縮小、水質(zhì)受到嚴重污染及海洋生物數(shù)量急劇減少,已嚴重影響了青島市經(jīng)濟與環(huán)境的和諧發(fā)展。于是，對青島膠州灣的開發(fā)利用的管理變得至關(guān)重要，而管理的基礎(chǔ)就是要對其深入了解。

本次實驗項目目的是利用環(huán)境監(jiān)測的理論知識，在膠州灣部分沿海地區(qū)包括團島，棧橋，匯泉灣，太平灣，浮山灣等地區(qū)采集相關(guān)樣品，并對樣品進行水質(zhì)，沉積物，以及潮間帶生物的實驗室處理及分析，從而對這些地區(qū)做系統(tǒng)的調(diào)查。從而在鍛煉個人實踐能力，培養(yǎng)海洋監(jiān)測方面的動手能力的基礎(chǔ)上，為管理青島膠州灣的開發(fā)利用以及其他保護膠州灣的措施項目提供準確的實驗數(shù)據(jù)以及理論基礎(chǔ)。

二、研究現(xiàn)狀

目前，對青島膠州灣的研究在國內(nèi)都有進行，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：該海域主要受到無機N、P污染;COD在夏、秋季符合一類海水水質(zhì)標準,但在冬、春季只達到國家二類海水水質(zhì)標準;DO全部符合國家一類海水水質(zhì)標準。通過站位間的比較發(fā)現(xiàn),東北部滄口水域環(huán)境質(zhì)量最差,全年處于富營養(yǎng)化狀態(tài),有機污染介于輕度到嚴重污染之間。紅島附近水質(zhì)較好,不存在有機污染,只有春、秋季達到富營養(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機N、P營養(yǎng)鹽有關(guān)(1)。但近年來該海域生態(tài)環(huán)境中除個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穩(wěn)定且有下降趨勢, 2001—2005年該海域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量相對穩(wěn)定,僅部分要素有加重趨勢(2)。而海水中Cu含量低于一類海水標準,說明該海域海水Cu污染不明顯;與國內(nèi)外一些海域比較，沉積物Cu含量較低(3)。另外，膠州灣的污染嚴重破壞了海洋生態(tài)平衡,生物多樣性迅速減少。20世紀60年代膠州灣河口附近潮間帶生物種類多達54種, 70年代減到33種, 80年代只剩下17種,原有的14種優(yōu)勢種僅剩下一種,東岸的貝類養(yǎng)殖已不復(fù)存在(4)。其中，在對太平灣的調(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個類群，線蟲在豐度上占絕對優(yōu)勢(89.2%)。按生物量,多毛類占46.9%，其次為線蟲31%。其它較多的類群還有渦蟲、橈足類、腹毛蟲、寡毛類等。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，膠州灣污染仍然較嚴重，主要污染物是無機氮、磷酸鹽。無機氮、磷酸鹽污染最重的是膠州灣東北部近岸海域，局部濃度超過三類海水水質(zhì)標準;膠州灣東部近岸海域石油類、鉛及西南部近岸海域鉛濃度較高，超過一類海水水質(zhì)標準。

本次試驗將以原有的關(guān)于膠州灣海洋環(huán)境調(diào)查現(xiàn)狀作為基礎(chǔ)，嚴格按照標準的實驗操作，尊重實驗現(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，分別在團島(36.044N,120.295E)，棧橋(36.062N,120.320E)，匯泉灣即第一海水浴場(36.058N,120.338E至36.055N，120.344E)，太平灣即第二海水浴場(36.050N,120.350E至36.051N,120.355E)，浮山灣即石老人海水浴場(36.092N，120.471E至36.094N,120.476E)五個站位設(shè)置同等潮位等距采樣點3-5個，每個采樣點分別測其經(jīng)緯度以及水溫、PH。在每個采樣點分別采集水質(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)測規(guī)范》(6)進行。在每個點采用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)實驗研究

本次海洋環(huán)境監(jiān)測方法按國家標準進行，主要參考《海洋監(jiān)測規(guī)范》(6)、《水和廢水監(jiān)測分析方法》(7)等。

1)水質(zhì)監(jiān)測：按《海洋監(jiān)測規(guī)范》在低潮時用聚乙烯水桶采集表層海水迅速帶回實驗室，早2h內(nèi)開始各項指標的測定。監(jiān)測方法和標準均參考《海洋監(jiān)測規(guī)范》第四部分海水分析(GB17378.4—2007)。主要要求測出海水水樣中水溫、鹽度、PH、濁度、色度、溶解氧DO、化學需氧量COD、生化需氧量BOD、總有機碳TOC、含氮化合物以及含磷化合物：

其中水溫現(xiàn)場用表層海水溫度計測定。鹽度用光學折射鹽度計測定。PH用玻璃電極法測定。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測定須現(xiàn)場固定，用修正碘量法測定?；瘜W需氧量COD用重鉻酸鉀法。測生化需氧量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，分別測定實驗開始和結(jié)束時的溶解氧含量(mg/l)，求兩者之差即為生化需氧量?？傆袡C碳TOC用燃燒氧化—非色散紅外吸收法測定。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定，硝酸鹽用鋅-鎘還原法測定，氨氮用靛酚藍分光光度法測定?；钚粤姿猁}用磷鉬藍分光光度法測定。

2)沉積物監(jiān)測：按《海洋監(jiān)測規(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驗室測定。監(jiān)測方法和標準均參考《海洋監(jiān)測規(guī)范》第五部分沉積物分析(GB17378.5—2007)。主要測量沉積物粒度、有機物含量，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)測規(guī)范》等文獻，稱量沉積物的干濕重，并用不同口徑篩網(wǎng)套過篩后分別稱量不同粒徑的沉積物含量。有機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定，鉻采用二苯碳酰二肼(DPC)分光光度法測定，鉛、鎘、銅采用原子吸收分光光度法測，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定。

3)生物體質(zhì)量監(jiān)測：按《海洋監(jiān)測規(guī)范》的要求將生物體樣品采集并做好預(yù)處理后，測定其體內(nèi)重金屬含量，石油烴含量以及有機農(nóng)藥含量。監(jiān)測方法和標準均參考《海洋監(jiān)測規(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法測定。采用氣象色譜儀測定生物體內(nèi)有機農(nóng)藥含量。

4)潮間帶生物監(jiān)測：主要測量潮間帶中大型底棲生物、小型底棲生物、魚類、爬行類以及其他生物的量。其中有不能帶回實驗室研究的生物應(yīng)對其種類、數(shù)量在采樣時做好記錄。大型底棲生物、小型底棲生物在實驗室中用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群。

四、評價標準及方法

(一)水質(zhì)監(jiān)測

(1)標準：《海洋水質(zhì)標準》(13)中第二類海水水質(zhì)標準。

(2)評價方法：采用單因子指數(shù)法。水質(zhì)評價采用單因子污染指數(shù)法,除DO外的指標計算公式(17):

Si=Ci/Csi

式中,Si為第i種污染物的污染指數(shù);Ci為第i種污染物的實測值;Csi為第i種污染物的標準值。

對于DO單項污染指數(shù)的計算公式為

SDO= (DOsat-DOi)/(DOsat-DOsi)

式中, DOsat為與實測相同溫度、鹽度條件下溶解氧的飽和濃度;DOsi為溶解氧的水質(zhì)評價標準;DOi為溶解氧的實測濃度。

水質(zhì)參數(shù)的污染指數(shù)大于1時,表明該水質(zhì)參數(shù)超過了規(guī)定的水質(zhì)標準,已經(jīng)不能滿足使用要求。

另外，對含氮化合物以及含磷化合物的評價用富營養(yǎng)化指數(shù)法，公式為：

(E)=(CCOD×CDIN×CIP)×106/4500

式中,E為富營養(yǎng)化判斷值;CCOD為化學需氧量的測定值;CDIN為無機氮的測定值;CIP為無機磷的測定值。

以富營養(yǎng)化判斷值E為主要評價指標,若E≥1,表明水體是富營養(yǎng)化,E值越高,水體的富營養(yǎng)化程度越嚴重。

(二)沉積物監(jiān)測

(1)標準：《海洋沉積物質(zhì)量》(14)一類標準。

(2)評價方法：采用單因子指數(shù)法。評價公式為:

Pi=Ci/Cs

式中,Pi為評價因子的污染指數(shù);Ci為評價因子的實測含量;Cs為評價因子質(zhì)量標準.

另外，沉積物重金屬評價方法為潛在生態(tài)危害指數(shù)法(15)來評價重金屬污染

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的實測濃度;Cin為重金屬i的評價參比值,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)　重金屬的評價參比值Cn、毒性響應(yīng)系數(shù)Tr和普通頁巖中地球化學平均背景值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)危害評價基于該沉積物的污染狀況評價,也是首先計算單個重金屬的潛在生態(tài)危害系數(shù),然后通過對所有參與評價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重金屬污染的敏感程度,其對各重金屬的取值見表1.

(三)生物體質(zhì)量監(jiān)測：

(1)標準：《海洋生物質(zhì)量》(18)

(2)評價方法:采用單因子指數(shù)法。評價公式為:

Pi=Ci/Cs

式中,Pi為評價因子的污染指數(shù);Ci為評價因子的實測含量;Cs為評價因子質(zhì)量標準.

(四)潮間帶生物監(jiān)測：

(1)評價方法：對動物群落多樣性特征的分析研究采用下列公式(19-21):

種類豐富度指數(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為種類數(shù),N為總重量,Pi為i種動物所占的比例。由于不同種類及同種個體之間差別很大, 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,用生物量比用個數(shù)來計算生物多樣性對調(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分別為樣地的種類數(shù), c為樣地的共有種數(shù)(23)。

通過各指標相比較得出各站位潮間帶生物優(yōu)勢種，建群種，敏感種等。

五、可行性分析

本次試驗主要由中國海洋大學海洋生命學院生態(tài)學09級學生實行，他們在經(jīng)過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。此外，還有《環(huán)境監(jiān)測》以及《環(huán)境監(jiān)測實驗》的任課老師董樹剛，劉陽老師提供技術(shù)指導(dǎo)。另外，本次試驗采用分組進行，對選修《環(huán)境監(jiān)測實驗》的同學進行相應(yīng)分組，每組同學負責一個點的海洋環(huán)境監(jiān)測，所設(shè)置的站點都在中國海洋大學魚山校區(qū)附近，學生采樣方便。同時，這次實驗至少有一個月時間，因此，在每個同學保證其他課程不受影響的同時能夠按時按計劃完成實驗。

六、經(jīng)費預(yù)算

本次實驗需要的儀器主要有：分光光度計，玻璃電極，飽和甘汞電極，紫外光分光光度計，熒光分光光度計，原子吸收分光光度計，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)無機氮：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，并未將實驗中的所需藥品全部列出。

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