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《环境科学大辞典》中重金属的环境意义 随着社会文明的发展，水污染已成为全世界的中心问题。由于沿海城市的发展与工业化进程,工农业和生活污水的不断排入,造成近岸海域严重污染,导致了近岸海域的环境质量下降。污染环境中主要关注的化学物质是持久性有机农药、放射性核物质、油、营养盐和重金属等。重金属因其特殊的化学、地球化学性质及毒性效应,而被称为环境中具有潜在危害的重要污染物,具有高度危害性和难治理性。 重金属污染具有来源广、残毒时间长、蓄积性、难以降解、污染后不易被发现并且难于恢复、易于沿食物链转移富集等特征,能够直接或间接作用于生物体DNA,会引起海洋生物的遗传物质发生突变,引起生长缓慢,异常发展,降低胚胎、幼体及成体的存活率,通过敏感种的灭绝导致生态退化,对生态系统构成直接和间接的威胁。从而使生物物种和群落发生改变,影响生物多样性,降低生物资源的利用价值。 重金属元素的环境污染一直以来都是国内外环境化学研究的热点。 1 海洋重金属污染机理 《环境科学大辞典》中将重金属定义为:密度大于5 g/cm3(或者大于4 g/cm3)的金属。不同的重金属在生物体内的功能不同,有些重金属如锰、铜、铁、锌、铯等是生命活动所需要的微量元素,大部分元素如汞、铅、镉等则非生命所必需,铅、镉是常见的环境和工业毒物,超过一定浓度,所有金属元素对生命和人体而言都是有毒的。 海洋中重金属的来源有3个:天然源、大气沉降与陆源输入。天然源是由火山活动、自然风化侵蚀等过程产生的;大气沉降是人类活动与天然产生的释放到大气中的;陆源输入是人类活动如采矿、冶炼,矿物燃料燃烧以及工农业、生活废水等产生的。有些重金属污染物是直接排入海洋,有些是经河流与大气沉降排入海洋。陆源输入是海洋污染的主要来源。 以各种不同途径进入海洋的重金属,有的通过物理化学过程以颗粒物质的形式下沉至海底,有的被生物吸收,生物死亡后,重金属随其残骸沉到海底。沉积物各地球化学相中的金属元素经生物矿化、早期成岩等过程,在一定条件下可重新释放进入上覆水,对海洋环境造成二次污染。沉积物也是水生生物尤其是底栖动物重金属摄入的重要来源。水体、沉积物与生物体中重金属相互影响、相互转化。 2 重金属污染的主要研究方向 当前,海洋重金属污染状况的主要研究方向为以下3个方面:重金属的生物地球化学,海洋生态毒理学,及环境净化容量、环境质量评价等。 2.1 重金属生物地球化学的研究 2.1.1 对国外海域重金属污染研究的基本现状 关于重金属污染研究工作,早在20世纪60年代国内外学者就开展了对全球沿岸海域中重金属的调查研究。Thornton等报道,英国威尔士南部港口城市斯旺西作为世界金属熔炼工业中心,导致了水环境铜、锌、铅、镉等重金属污染。在丹麦的哥本哈根海港,该地区的浅海沉积物被重金属等所污染。还有一些被研究的海域,如土耳其的Erdek湾,希腊的萨洛尼卡湾,智利的San Vicente湾,荷兰的Scheldt河口,我国的香港海域,埃及的Suez海湾,德国的波罗的海海域,日本的Funka湾,北部太平洋,美国的旧金山湾,菲律宾的马尼拉湾,俄国的Lena河口,法国的Gironde河口等[18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30]。 我国学者则相继开展了渤海(锦州湾、渤海湾、辽东湾、双台子河口、辽河口)、黄海(大连湾、胶州湾)、东海(长江口、南汇咀一峡泅海域、厦门西海域、浙江近岸海域、中街山列岛、大港湾)、南海(珠江口、三亚湾、榆林湾、大鹏湾、深圳湾、湛江港)海域的重金属污染调查及研究[31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47,48]。 分析国内外水环境重金属污染现状,可以看出重金属污染主要包括铜、铬、锌、镉、铅和汞等。重金属污染主要来源于化工、采矿、金属冶炼及加工、电镀、轮船制造等行业,以及农用杀虫剂和生活污水。近年来zhang等对中国的一些主要河口悬浮颗粒物和沉积物中重金属的组成进行了研究,发现中国河口重金属含量低于工业发达的欧洲和北美地区。 2.1.2 分离法和连续法 重金属的总量往往很难表征其污染特性和危害,主要取决于它们在水体中的形态分布。根据不同形态重金属的粒径大小,采用过滤分离法把水中的重金属划分为颗粒态、不安定态、结合态和溶解态。关于重金属在沉积物中存在形态的划分,Tessis等采用连续浸提法进行悬浮物中痕量金属铜、锌等的形态分析,分为5种形态:交换态,碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态。沉积物中重金属的形态分析表明:重金属在沉积物中以残渣态为主。在人类活动较多的海域和河流,重金属的有机态有上升的趋势。 2.1.3 海洋环境污染“气候”的监测 近海沉积物记录了人类工业文明中各种污染物质的来源、分布、迁移和转化的历