海洋污染、生境破坏与全球气候变化

厦门大学精品课程之海洋生态学第十三章海洋污染、生境破坏与全球气候变化厦门大学精品课程之海洋生态学第一节海洋污染海洋污染海洋污染厦门大学精品课程之海洋生态学一、海洋污染和环境自净作用海洋污染的定义由于人类活动，直接或间接地把物质或能量引入海洋环境，造成或可能造成损害海洋生物资源、危害人类健康、妨碍海洋活动（包括渔业）、损坏海水和海洋环境质量等有害影响，称为海洋污染（marinepollution）。海洋污染的特点污染源广持续性强、危害大扩散范围广防治困难厦门大学精品课程之海洋生态学海洋污染主要类型及来源污染类型主要污染物污染物的主要来源化学污染石油烃（原油和从原油分馏出汽油、柴油、润滑油等产品）船舶和油轮的航行；事故性溢油；海上油气生产；通过径流和大气进入的陆源石油烃塑料（聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等难以生物降解的塑料产品、碎片和微粒）浅海水产养殖漂浮设施；渔网；水产品容器；沿海和海上生活垃圾有机质和营养盐类（糖类、脂类、蛋白类、维生素等有机质和氮、磷等营养盐）城镇污水和工业废水；农业面源污染；大气沉降；海水养殖自身污染持久性有机污染物（杀虫剂、除草剂、多环芳烃、多氯联苯、二噁英等）农业面源污染；工业废水；海水养殖活动；通过大气沉降带入的垃圾和燃料燃烧中间产物重金属（包括汞、镉、铬、铜、铅、锌等金属元素和砷和硒等类金属元素）工业污水、矿山污泥和废水；石油燃烧生成的废气；船舶的防污损涂料；含金属的农药和渔药放射性同位素（包括239Pu、90Sr和137Cs等放射性物质）大气沉降；核武器爆炸、核工业和核动力船舰的排污厦门大学精品课程之海洋生态学海洋污染主要类型及来源（续）污染类型主要污染物污染物的主要来源生物污染病原（包括本地和外来的病毒、细菌、真菌和寄生虫等）由海水养殖引种和饵料携带进入；养殖逃逸动物携带扩散；船舶携带非病原外来种（海水养殖外来种、赤潮生物外来种等）海水养殖引种；远洋船舶及其压舱水携带基因（为提高养殖生物生长率、抗病力、品质和环境适应能力而人为转入的外源基因）转基因养殖动物逃逸；转基因海藻孢子扩散生物毒素（如多种贝毒和鱼毒）有毒赤潮能量污染热能核电厂、火电厂和各种工业冷却水噪声船舶航行；海上和海岸爆破厦门大学精品课程之海洋生态学海洋污染物的迁移与转化（以Hg为例）物理过程化学过程生物过程空气水鱼细菌细菌细菌细菌沉积物CH4C2H6Hg(CH3)2HgCH3Hg+CH3Hg+(CH3)2HgHgHg2+Hg22+Hg+图13.1汞的迁移与转化厦门大学精品课程之海洋生态学海洋的自净能力和环境容量海洋自净能力海洋通过它本身的物理、化学和生物的作用，使污染物质的浓度自然地逐渐降低乃至消失的能力称为海洋自净能力。当进入海洋环境的污染物负荷高于海洋自净能力时，便发生海洋污染现象。物理净化稀释、扩散、沉降、吸附、气化化学净化氧化还原、化合分解、交换和络合生物净化降解、吸收、转移、储存、代谢厦门大学精品课程之海洋生态学海洋环境容量环境容量（environmentalcapacity）：在人类生存和自然生态不致受害的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量，包括绝对容量和年容量。绝对容量：绝对容量（WQ）由规定的环境标准值（WS，如各种水质标准）和环境背景值（B）所决定。可由下式计算：WQ＝WS－B（以浓度单位表示）或WQ＝M（WS－B）（以重量单位表示，M为某环境介质的重量）年容量：年容量（WA）是某一环境在污染物的积累浓度不超过环境标准规定的最大容许值的情况下，每年所能容纳的某污染物的最大负荷量。年容量与绝对容量的关系为：WA＝K·WQ。厦门大学精品课程之海洋生态学二、近岸海洋的富营养化及其生态效应（一）富营养化（eutrophication）富营养化是指氮、磷等植物所需的营养物质大量进入湖泊、水库、河口、海湾等水体，引起藻类大量繁殖、水体透明度和溶解氧含量下降、水质恶化的污染现象。近岸海域氮、磷等营养盐的主要来源：化肥厂和农业施肥等面源污染由径流携带入海的营养盐类（可能是最大的来源）城镇生活污水海水养殖“自身污染”海底沉积物中有机质的分解释放大气沉降输入（如沙尘暴、工业尘埃等）厦门大学精品课程之海洋生态学（二）海域富营养化的主要生态效应1．赤潮和大型海藻藻华赤潮（redtide）：指海洋中某些微小的浮游生物在一定条件下暴发性增殖或聚集而引起海水变色的一种有害的生态异常现象。一次赤潮过程通常为期不长（几天到数周）；多数赤潮是由一种或两种浮游生物爆发性增殖所形成；海洋中的赤潮生物种类繁多，包括硅藻、甲藻、绿藻、定鞭藻、隐藻、蓝藻和原生动物，已报道的就有200余种；赤潮是各种有色潮的统称。死鱼死鱼厦门大学精品课程之海洋生态学1980年以来我国沿海赤潮发生趋势0255075100125198019851990199520002005年份次数厦门大学精品课程之海洋生态学赤潮产生危害的主要方式高密度的赤潮生物覆盖或粘附在海洋动物的呼吸器官上，造成海洋动物呼吸困难和窒息死亡；大量赤潮生物的呼吸代谢（尤其在夜间，无光合作用产生氧气）和死亡细胞分解过程中消耗海水中大量溶解氧，使水体严重缺氧；赤潮衰败过程中还会释放出大量有害气体（如H2S）和毒素，严重污染海洋环境，甚至导致海洋动物死亡；有的赤潮种类，如杀鱼费氏藻（Pfiesteriapiscicida），不但会释放毒素毒害鱼类，而且会直接接触鱼体噬食鱼肉；有些赤潮生物体内含有鱼毒或贝毒，虽然对摄食它们的鱼类或贝类无害，但会在摄食者体内累积，使取食这些鱼类或贝类的海洋捕食者和人类发生中毒。厦门大学精品课程之海洋生态学大型海藻藻华（macroalgalbloom）在河口和滩涂区域，由富营养化引发的底栖大型海藻的爆发性增殖现象。从20世纪70年代以来，大型海藻发生藻华的现象已在全球亚热带和温带的泻湖、河口和内湾滩涂普遍出现，近年来在热带珊瑚礁区也时有发生。通常发生藻华的大型海藻主要是大型绿藻，如浒苔（Enteromorphaspp）和石莼（Ulvaspp），这些海藻的大量繁殖将形成厚厚的藻垫覆盖在滩涂和水底，导致被覆盖的沉积物和藻垫内部严重缺氧，底栖生物难以生存。厦门大学精品课程之海洋生态学2．缺氧区在海湾和河口区，富营养化和有机质污染互为因果、相互促进，导致海区赤潮现象频繁发生，海底沉积物和底层水体缺氧严重，产生H2S等有毒气体，使许多海洋生物死亡或逃离，即形成所谓的缺氧区（hypoxiczone）或“死亡区”（deadzone）。DO3mg/L造成海洋生物生理紧张DO2mg/L致使海洋生物呼吸困难以至死亡【案例】黑海曾经以丰富的鱼类资源而闻名于世，但是近几十年来，由于多条河流把上游农田化肥及城市垃圾大量排入，破坏了黑海水体的自然生态平衡。如今，黑海80%的水体已经变成动植物无法生存的“死亡区”，中部和南部水域的深层水中含有各种有毒物质，正从下向上逐渐扩展。一些科学家认为，黑海将在20年后变成“死海”。厦门大学精品课程之海洋生态学近岸海域缺氧区的形成机理有机质污染严重的海底沉积物中大量有机质的有氧分解导致底层水体的溶解氧被耗尽；频繁的赤潮发生，使大量的赤潮生物和其他海洋生物的尸体沉积海底，尸体分解增加了溶氧的消耗；富营养化引起浮游植物和细菌迅速繁殖，在水面形成厚而密集的漂浮层，阳光无法照射到海底，导致大型海藻和海草等底栖植物死亡，不但无法继续为底层水体补充氧气，而且死亡植物的分解也加重了水体耗氧；缺氧区通常出现在水动力弱或成层现象严重的海区，如河口区向海一侧通常在上层淡水和下层海水之间形成致密的密度跃层，阻碍了下层水体的溶氧补充。厦门大学精品课程之海洋生态学3．食物网结构简单化原始状态顶级捕食者小型水层生物浮游植物捕捞收获沉积－捕食者+营养盐小型水层生物浮游动物水母捕捞收获++营养盐浮游动物水母小型水层生物缺氧现象加重浮游植物顶级捕食者浮游动物水母浮游植物图13.3富营养化和渔业捕捞对海洋食物链的叠加效应示意图(引自PewOceanCommission2005)厦门大学精品课程之海洋生态学4．重要海洋生境丧失02550751000100200300400500氮负荷(kgha-1yr-1)初级生产力百分组成SC?Q浮游植物大型海藻海草美国Waqueoit湾不同氮负荷的三个河口区浮游植物、大型海藻和海草的初级生产力净初级生产力的百分组成。图中S,Q和C分别指代SageLot,Quashnet和Childs河口。(引自Valielaetal.1997)厦门大学精品课程之海洋生态学三．有机污染物1、持久性有机污染物（persistentorganicpollutants,POPs）定义：持久性有机污染物是指一类毒性高、难降解、易积累和生物富集，能经大气、水和生物等媒介实现长距离迁移，对生物乃至生态系统造成严重负面影响的天然或人工合成的有机物。POPs的种类：根据《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》首批列入禁止使用或管理控制的有12种（类），包括：艾氏剂、氯丹、滴滴涕、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、多氯联苯、六氯苯、二噁英、和氯代联苯呋喃。前9种是农药。近期可能被列入POPs管理控制的还有多溴代二苯醚、多溴代联苯、氯化石蜡、有机汞、有机锡、三氯苯甲醚、聚氯乙烯类、五氯酚、三卤甲烷、等。厦门大学精品课程之海洋生态学POPs的四个重要特征：持久性：结构稳定，不易降解。如二噁英系列物质的半衰期在气相中为400d，在水相中为166d到21.9年，在沉积物中约17~273年。生物累积性：强亲脂性，易在脂肪中积累（生物累积），易随食物链关系发生生物放大。例如，美国长岛湾的河口区，大气颗粒中DDT的含量为3×10-6mg/kg，水中浮游动物体内的DDT含量为0.04mg/kg，小鱼体内为0.5mg/kg，大鱼体内则增至2mg/kg。远程迁移能力：“全球蒸馏效应（globaldistillation）”、“蚂蚱跳效应（Grasshoppereffects）”。例如，在南极企鹅体内检出滴滴涕及代谢物就是POPs远程迁移的典型事例。高毒性：“三致”（致癌、致畸、致突变）效应和内分泌干扰效应。例如科学家发现，生活在荷兰西部Wadden海地区的海豹生殖能力下降，主要是因为这些海豹猎食了受到了多氯联苯污染的鱼，进而影响了它们生殖系统的功能。厦门大学精品课程之海洋生态学2、石油和塑料污染石油烃污染曾经被认为是最严重的海洋污染。由于油轮泄漏、船舶排放、海上石油生产和陆源排放等缘故，世界上每年进入海洋环境中的石油烃达600万t左右，对沿岸区的海鸟和底栖生物的生存造成极大威胁。塑料污染，又称“白色污染”，是指用聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等高分子化合物制成的各类塑料制品使用后被随意弃置成为固体废物，造成环境污染的现象。将导致浮游动物、鱼类和海鸟因营养不良而死亡。厦门大学精品课程之海洋生态学四、其他污染重金属污染汞、镉、铜、铅、锌和铬等金属元素砷、硒等非金属元素“水俣病”和“骨痛病”放射性污染239Pu、90Sr和137Cs等，易生物积累，辐射危害海洋已被放射能大约为2,000万居里的90Sr和137Cs及其同位素所污染热污染和噪声污染核电厂、热电厂的冷却水排放船舶噪声厦门大学精品课程之海洋生态学五、生物入侵生物入侵的概念所谓生物入侵（exoticinvasion）或称外来种入侵，是指由人类活动有意或无意引入历史上该区域尚未出现过的物种，从而造成或可能造成入侵地生物群落结构与生态功能的巨大变化。无意引入海上交通、运输，船舶的压舱水是主要渠道。在不同海区间开通运河造成大量的生物入侵。有意引入海水养殖引种厦门大学精品课程之海洋生态学入侵的四个阶段侵入定居适应扩展生物入侵对当地生物群落和生物多样性的影响对入侵地生物群落有明显不利影响，有时是毁灭性的灾难；没有明显的影响；对入侵地生态系统有积极意义。厦门大学精品课程之海洋生态学生物入侵（包括无意