上海滨岸潮滩根际重金属含量季节变化及形态分布

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1、第 10 卷第 2 期2001 年 3 月长江流域资源与环境Reso urces and Enviro nment in t he Yangtze BasinVol . 10 No . 2Mar . 2001文章编号 :100428227 (2001) 0120133206上海滨岸潮滩生物多样性及其利用与保护磊1 ,刘敏2 ,许世远2 ,俞立中3王(1 . 河南平顶山师专地理系 ,河南 平顶山 467000 ; 2 . 华东师范大学教育部城市环境运态过程开放实验室 ,上海 200062 ; 3 . 华东师范大学河口与海岸国家重点实验室 ,上海 200062)摘 要 :滨岸潮滩是海岸带的重要组成

2、部分和主要的地理景观 ,具有多种环境功能和生态价值 ,对沿海地区的经济发展起着重要的作用 ;同时滨岸潮滩又是一个环境脆弱带和敏感区 ,极易受人为活动 的干扰和破坏 。生物多样性是人类生存和经济得以持续发展的基础 。滨岸潮滩是生物多样性最为 丰富的生态系统之一 。通过对上海滨岸潮滩生物多样性影响因素的调查与分析 ,研究了目前人类活 动对上海滨岸潮滩生物多样性造成的严重威胁 ,污水的排放使滨岸潮滩水质和底质严重污染 ,对滨 岸潮滩的围垦改变了潮滩的自然本底状态 ,造成潮滩生物生长发育和栖息的环境受到破坏 ,影响滨 岸潮滩生物多样性 。指出滨岸潮滩等方面的社会与环境价值 ,并探讨了上海滨岸带开发与滨

3、岸潮滩 生物多样性的保护和利用问题 。关键词 :生物多样性 ;保护与利用 ;潮滩 ;上海滨岸带文献标识码 :A上海滨岸潮滩生物主要分布在沿江沿海滨海湿地和沙洲岛屿湿地上 。滨岸带类型多样的湿地孕育了多种多样的资源生物 ,常见鸟类有 157 种 ,鱼类 112 种 ,大型底栖动物 58 种 ,浮游 动物 126 种 ,湿地植物 136 种 1 。这些生物群落是上海地区强烈经济活动过程中残留下来的为数不多的天然生态系统的重要组成部分 。在地球各种生态系统中 ,滨岸潮滩是生物多样性 最为丰富的生态系统之一 ,具有很高的生物生产力 。除了在上海经济发展中具有重要地位外 ,在上海的环境与发展的问题上 ,

4、同样占有重要地位 。滨岸潮滩生物群落的物种多样性1滨岸潮滩植物群落种类少 ,主要是芦苇群落 、海三棱草群落和草群落 ,而且为单优势群落 ,结构简单 。滨岸潮滩动物种类较为丰富 ,在大的分类界元上 ,动物种类多样性表现较为明显 。从原生 动物 、腔肠动物 ,到多毛类 、软体类 、甲壳类 ,直到鱼类 、鸟类 ,包含的动物界门类较全 。潮间带 动物物种经过鉴定的有 157 种2 ,其中甲壳动物 57 种 ,软体动物 27 种 ,鱼类 40 种 ,多毛类 18 种 ,寡毛类 3 种 ,蛭 1 种 ,腔肠动物 4 种 ,昆虫幼虫 3 种 ,纽虫 2 种 ,虫 、苔藓虫各 1 种 。滨岸潮滩动物中以鸟类最

5、具特色 ,种类多 ,数量大 ,还有不少珍稀的候鸟 。滨岸潮滩鸟类 收稿日期 :2000 - 05 - 22 ;修回日期 :2000 - 09 - 05基金项目 :国家自然科学基金 ( 编号 49771101 ,49801018) 和上海市教委重点学科基金资助.作者简介 :王磊 ( 1966 ) ,男 ,讲师 ,在职硕士.约有 151 种3 。 辟鸟目 1 科 2 种 ,鹈形目 1 科 1 种 ,鹳形目 3 科 27 种 ,雁形目 1 科 33 种 ,鹤形目 2 科 15 种 ,行鸟目 5 科 54 种 ,鸥形目 1 科 14 种 ,潜鸟目 1 科 1 种 ,佛法僧目 1 科 3 种 ,雀形目1

6、 科 1 种 。2 影响滨岸潮滩生物多样性的因素影响滨岸潮滩生物多样性的因素有自然的和人为的两个方面 。2 . 1 影响滨岸潮滩生物多样性的自然因素滨岸带沙洲边滩的淤积和演替处于不断发展中 。随着滩涂的演替 ,滩涂生物群落也在进 行演替和扩大 ,生态体系是一动态发展的体系 。植物群落与滨海岸带相比 ,种类稍多 。但由于生物群落中芦苇 、海三棱 草群落和 草群落占主导地位 ,个体数集中分布在这些群落 ,因此 ,生物多样性低 ,这与滩涂的形成与发展关系密切 。影响滨岸潮滩生物的自然因素为沉积环境 ,生物的生长需要较为稳定的环境 ,泥沙的沉积 速率直接影响生物的生存与发展 。通过底质沉积层 X 光照

7、片分析 ,在沉积速率低的区域 ,生 物扰动构造明显 ,说明生物活跃 。而在沉积速率高的沉积层中 ,很少有动物扰动构造 ,却有一些生物逃逸构造 ,甚至有被埋的生物体 。泥沙在潮间带沉积的分异 ,反映了沉积环境的稳定程 度 。自高潮坪 中潮坪 低潮坪 ,沉积物粒径由小增大 ,含泥量减少 ,主要是受潮汐作用控制 , 随着潮流自海向陆逐步消耗能量 ,水动力强度减弱 ,沉积物粒度相应变少 ,含泥量增高 。但在 南汇咀由于水下坡度较大 ,波浪作用增强 ,以及人工措施等影响 ,出现了沉积物颗粒在潮间带 下部较中部为细的现象4 。潮间带生物量在垂直方向上分布如图 1 所示 ,反映了底质环境与生物生长的关系 。

8、2 . 2人类活动对滨岸潮滩生物多样 性的影响随着经济的发展 ,人类活动对滨 岸潮 滩 生 物 的 影 响 也 越 来 越 显 著 。主要表现在污染物的排放造成潮间 带底质和水质的污染 ;围垦改变了滨岸潮滩的自然生境 。近年来 ,上海市的污水排放已使 滨岸潮滩水质和底质严重污染 。在图 1 潮间带生物量垂直分布示意图Fig. 1 Map Showing Vertical Dist ributio n ofBio mass in Shanghai Tidal Flat s排污口附近 ,表层水中重金属 Cr 、Zn 、Cu 的浓度超过了二类水的标准 。国家海洋局东海分局1999 年 11 月 30

9、 日公布 ,长江口及杭州湾北岸海域水质均受到不同程度的污染 ,金山 、浦东 、宝山边滩为严重污染区 ,南汇 、九段沙 、长兴和横沙 、崇明边滩为污染区 。在沉积物中 ,重金属的平均含量 ,就生物影响效应浓度沉积物标准而言5 ,上海滨岸潮滩重金属中的 Cu 、Pb 、Zn 平 均含量超过生物效应范围低值 ,石洞排污口 Pb 、Zn 以及白龙港排污口 Zn 的含量已超过 ER2M 。若根据东海水质污染调查组底质标准来评价 ,Cu 、Pb 、Zn 的超标程度更为严重 (表 1) 。长江流域资源与环境第 10 卷134表 1 上海滨岸潮滩沉积物中重金属含量Tab. 1 Heavy Metal Co n

10、cent ratio ns in Sediment s f ro m Tidal Flat s of Shanghai Coastal Zo ne(g/ g)石洞口1白龙港1ER2L 2ER2M2东海标准3平均值Cu Pb Zn Cr Cd78 . 8245 . 89133 . 6272 . 360 . 26264 . 17122 . 23628 . 06143 . 800 . 64137 . 0547 . 55315 . 9096 . 800 . 08470351208053901102701459302080800 . 51 . 排污口 ;2 . 通过不同方法观测可预测的产生生物影响的重金

11、属含量分级 , ER2L 、ER2M 分别是影响范围低值和中;3 . 东海水质污染调查组底质标准.在滨岸潮滩不同部位重金属含量不同 ,高潮滩由于含泥量高 ,粘土吸附污染物中重金属的值 5能力强 ,高潮滩重金属含量高于低潮滩6 ,而高潮滩又是底栖生物富集地 ,对底栖生物有很大的影响 。在一定的含量内 ,生物通过取食 ,将重金属累积在体内 ,对环境起净化作用 ,但污染物 超过一定的限度 ,就会制约生物的生存与生长 ,对于可食性动物 ,富集在体内的重金属又可通 过食物链危害人体健康 。沉积物中多环芳烃的含量依据生物效应评价的质量标准 ,上海滨岸 潮滩的苊 、蒽已经超出了 ER2L 值 ,已具有可能不

12、利的生物影响效应7 。尽管其它的多环芳烃 同系化合物没有明显地超出来自于生物毒性影响和实验室所确定的沉积物质量标准 ,可是这 种趋势将随着今后人为活动的增加而大大地加强 。依照现在的水平 ,似乎没有明显的危害 ,但 是 ,它们长期的累积及暴露 ,将可能导致对滨岸水生生物的不利影响和危害 ,并进而影响整个 食物链直至人类 。图 2 为白龙港排污口上 、下游 3 km 处的潮间带底栖生物多样性指数分布图 。从图中可以 明显地看出污染对生物多样性的影响 。可见 ,滨岸潮滩生物生长发育和栖息环境遭受污染破 坏 ,生物种类组成和群落结构受到影响 。滩涂是鸟类的栖息地 ,底栖生物是鸟类的食物 ,污染 也直

13、接影响到鸟类的生存和发展 。图 2 白龙港附近潮间带底栖动物多样性指数分布图Fig. 2 Dist ributio n of Bent hic Biodiversity Indexes of Tidal Flat s near Bailo nggang Site对滨岸潮滩的围垦是威胁生物多样性的重要因素 。生境多样性是生态系统多样性形成的 基本条件 ,生物栖息地的破坏和片段化已成为影响滨岸潮滩生物多样性的重要因素 。就历史 和目前实际形势发展 ,围垦对滨岸潮滩生物的影响十分显著 。而滨岸潮滩生态系统中各种群 落的生存和数量与其它种群及其周围环境因子 ,存着相互依赖 ,相互制约的关系 ,它们之间

14、只 有保持一种动态平衡状态 ,才不影响群落的发展 。围垦改变了滨岸潮滩自然本底状态 ,使滨岸 潮滩芦苇 、海三棱 草群落直接受到影响 ,底栖生物由于栖息地的破坏而影响其生存和生长 ,以底栖生物为食 、以芦苇和海三棱 草群落为生存空间的鸟类也将受到影响 。尤其是围垦后用作非农业用地 ,由于人类活动区越来越接近滨岸潮滩生物的生存空间 ,人类潜在的影响越来 越显著 。崇明东滩自然保护区 ,如果在其周边大面积地开发 ,将失去与周围自然环境之间的联 系而成为“生态孤岛”。滨岸潮滩生物多样性的社会与环境价值3滨岸潮滩生物群落是一种多功能的生态系统 ,具有很高的生产力 。对上海市的自然环境及社会 、经济发展

15、具有许多直接 、间接或潜在的价值 ,对上海市经济的持续发展已经起到了重 要作用 ,但其社会 、环境价值尚未得到足够的重视 。3 . 1环境污染的治理与修复上海是一个国际知名的大都市 ,在世界高度工业化的时代 ,具有良好的生态环境 ,才不失 国际大都市的风采 。同时 ,随着经济的发展 ,人口高度密集 ,污染日益严重 ,滨岸潮滩生态系统 对改善城市生态环境也具有积极作用 。农业杀虫剂 、采矿活动和工业排放物中常含有危害人体的有毒物质 ,化肥和人类废弃物的不恰当排放往往会污染水环境 。净化水污染是人类活动频繁地区滨岸潮滩生物的重要功能 。在滨岸生态系统中 ,通过物质在食物网中的流动 ,重金属物质在生

16、物体内积累 ,从而净化生态环境 。生物对积累在体内的重金属物质 ,在一定范围内具有自我保护机制 ,如分泌金属硫蛋 白 、将有害物质积累在甲壳 、石灰质外骨胳中 、通过分泌物将有害物质包被成不可溶的颗粒物 , 并排出体外等 。进而甲壳 、石灰质外骨胳及不可溶解粒物中的有害物质几乎不能被其它生物利用 ,并暂时离开其在生态系统中的流动过程 。作为生产者的植物芦苇 、海三棱蔗草的根和茎 也是重金属的物质积累场所 。它们对重金属元素等污染物具有选择性吸收作用 ,其净化生态 环境的功能在滨岸潮滩中效果特别明显 。滨岸潮滩植物减缓地上水流的流速 ,流速减慢和植 物枝叶的阻挡 ,使水中泥沙得以沉降 。同时经过

17、植物和土壤的生物代谢过程和物理化学作用 , 水中的各种有机的和无机的溶解物和悬浮物被截留下来 ,许多有毒和有害的复合物被分解转化为无害甚至有用的物质 。滨岸潮滩生态系统的净化作用无形中提供了巨大的经济 、社会 、健 康价值 。例如 ,1 hm2 潮间带植物每年处理废物所创造的经济价值约为 6 700 美元8 。上海市 老港垃圾场垃圾渗沥水在排放前 ,就是先经过长有芦苇 、海三棱 草的地区净化后 ,再流入周 围的水域 。3 . 2 提高滨岸带的土地利用的能力生长旺盛的芦苇滩能减弱海潮波浪的冲击 ,促进淤泥沉积 ,减少泥土流失 ,而且 ,对海堤的 保护作用也非常大 。如果堤外有 300 m 宽的旺

18、盛芦苇群落生长 ,波浪传递到堤边就已基本消 失 ,100 m 宽则可使波浪衰减一半 ,50 m 宽可消除波高 1 m 以下风浪的侵蚀作用1 。芦苇群落 、海三棱 草 ,在生长过程中积累了很多有机物质 ,枯死后 ,这些积累的有机物质 残留在土地内 ,增加土壤肥力 。3 . 3 科研与教育长江流域资源与环境第 10 卷136滨岸生态系统调节气候 、净化水质等功能 ,为人类研究气候变化 、治理污染奠定了基础 。崇明东滩鸟类自然保护区 ,是大 、中 、小学课外教育的良好场所 ,同时向人们进行环境教育 ,提高人 们保护生物多样性和生态环境的生态意识和环境意识 。3 . 4旅游 、娱乐生态旅游是未来旅游的

19、主旋律 ,滨岸潮滩生态景观具有很高的旅游价值 ,是一种对生物资 源的非消耗性利用 。滨岸潮滩可以开发成为植物学家 、动物学家 、地理学家 、摄影家 、艺术家及其他游人休闲 、娱乐场所 ,可以进行钓鱼 、划船 、摄影 、野餐 、观察鸟类及其它野生动物的活动等 。随着人们生活水平的不断提高 ,人们在工作之余 ,离开喧嚣的都市 ,去感受大自然的愿望 越来越强烈 ,滨岸带生态旅游的前景十分广阔 。4滨岸潮滩生物多样性的利用与保护在影响滨岸潮滩生物多样性的因素中 ,人类活动是重要的一个方面 。目前人类活动通过直接或间接作用 ,对滨岸潮滩生物种群 、生态系统各层次均造成巨大影响 ,生物多样性的丧失 早已不

20、是自然界正常演化的结果 。保护滨岸潮滩生物多样性是生物资源持续利用的前提条件 ,为人类创造良好的生存空间是保护生物多样性的目的 。4 . 1 滨岸带的开发利用必须统一规划 、科学论证上海是中国的特大城市 ,土地资源对上海的发展是十分宝贵的 ,对于滨岸带不断向海延伸 的潮滩 ,不可能象欧美国家那样完全用作自然保护区 ,调节环境 ,但在开发利用的过程中 ,忽视 自然滨岸潮滩演变的基本规律和滨岸潮滩生态系统的环境效益 ,必将产生负面影响 。滨岸带是一个生态敏感的区域 ,工程设施 、围垦及污染影响等极易导致岸带环境与生物种类的变化及 湿地面积的损失 。所以 ,滨岸带资源开发潜力与压力并存 。今后要加强

21、以下几个方面的研究 工作 ,主要包括滨岸潮滩的海洋沉积动力特征和演变规律 ,生态特点的科学研究 ,滨岸带土地 和水资源利用方式变化对生物多样性和生态学过程的影响研究 ,滨岸潮滩生物多样性对人类 活动方式 、强度 、频度反应的时空动态比较研究 ,围垦土地自然生态系统恢复的研究等 ,设计滨岸带开发利用的最优化模式和综合管理调控模式 。经过严格的科学论证 ,采取一种与维持生 态系统并行不悖的方式 ,可持续地开发利用 ,保护生态系统的生产和更新能力 ,坚持在保护中 适度开发的原则和“谁开发谁保护 、谁利用谁补偿 、谁破坏谁恢复”的政策 。4 . 2 优化滨岸潮滩生物资源的利用模式滨岸潮滩的价值是多方面

22、的 ,目前比较重视的是滨岸潮滩生物资源的经济价值和通过围 垦置换 ,滩涂用作农业用地 、工业用地及其它用途 。工业用地的经济 、社会效益是很显著的 ,但与农业用地和旅游用地不同 。工业用地的巨大效益是以彻底改变自然系统 ,牺牲自然功能为代价的 。上海滨岸带滩涂的开发已经取得了巨大的成功 ,但是在开发利用滨岸潮滩生物资源 的同时 ,保护生态系统不受破坏是一个值得研究的问题 。工业用地的规划与开发必须谨慎地 估计这种置换所可能带来的后果 ,从长远看 ,工业用地不应作为滩涂开发的主导方向 。滨岸潮滩生态系统的环境效益是极其重要的 ,尤其是上海这样人口密集 、绿地匮乏的特大 城市 。滨岸潮滩生物资源的

23、开发与利用要坚持可持续发展的策略 ,注重经济效益 、社会效益和 生态效益并举 ,在获得经济效益的同时 ,不破坏滨岸潮滩生物的可更新能力 ,不损失滨岸生态系统的环境功能 。因此 ,在滨岸带建立自然保护区 、发展水产养殖业 、开发生态旅游地应成为上海滨岸潮滩生物资源开发利用的重要模式 。参考文献 :1陆健健. 上海湿地的研究 A . 见 : 郎惠卿 , 林 鹏 , 陆健健. 中国湿地研究和保护 C . 上海 : 华东师范大学出版社 ,1998 .陈吉余主编. 上海市海岸带和海涂综合资源调查报告M . 上海 :上海科学技术出版社 ,1988 ,149 .黄正一 ,孙振华 ,虞美快. 上海鸟类资源及其

24、生境M . 上海 :复旦大学出版社 ,1993 . 7982 .Lo ng E R ,Mac Do nld D D ,Smit h S L ,et al . Incidence of adverse biological effect s wit hin ranges of chemical co ncent ratio ns in marine and est uarine sediment sJ . Enviro nmental Mana gement 1995 , ( 19) :8197 .许世远 ,邵虚生. 杭州湾北岸沉积特征A . 见 :严钦尚 ,许世远. 长江三角洲现代沉积研究 C

25、 . 上海 : 华东师范大学出 版社 ,1987 . 137139 .许世远 ,陶 静 ,陈振楼 ,等. 上海潮滩沉积物重金属的动力学累积特征J . 海洋与湖沼 ,1997 ,28 ( 5) :510 .M Liu , P J Baugh , S M Hutchinsin et al . Polycyclic aro matic hydrocarbo ns in co re sediment s f ro m t he Yangtze Est uary and234567Shanghai Coast ,China A . In :Abst ract s of 8t h IASWS Co nfe

26、rence C , September 1999 ,Beijing. 1317 .8Co stanza R ,dArge R ,de Groot R ,et al . The value of t he wo rlds eco system services and nat ural capital J . Nat ure ,1997 ,387 :253260 .BIOD IVERSITY I N TID AL FL ATS OF S HA NGHAICOAST WITH CO NSID ERATIO N OF , ITS UTIL IZATIO N A ND CO NSERVATIO NWA

27、N G L ei1 ,L IU Min2 , XU Shi2yuan2 , YU Li2zho ng3(1 . Depart ment of Geograp hy , Pingdingshan TeachersCollege , Pingdingshan 467000 ; 2 . Open L abo rato ry of U rban Enviro n2mental Dynamic Process of t he Minist ry of Educatio n , East China No r mal U niversit y ,Shanghai 200062 ; 3 . State Ke

28、y L abo rato ry of Est uarine and Coastal Research , East China No r mal U niversit y ,200062)Abstract :Tidal flat ,w hich may have many enviro nmental f unctio ns and ecological value ,is an im2po rtant part of coast and main landscape . It is enviro nmentally vulnerable and sensitive ,and can be e

29、asily interfered and damaged by human activities. The bio diversity in tidal flat s of t he coastal zo ne is quite abo undant and may serve as t he basis fo r human existence and eco no mic develop ment . Based o n t he investigatio n and analysis o n f acto rs influencing t he bio diversit y ,it is

30、 revealed t hat t he bio diversit y in t he Shanghai coast has been serio usly influenced by human activities. Sewages discharged in t he near2sho re area have caused serio us pollutio n of t he water and t he sediment in tidal flat s. On t he ot her hand , reclamatio n has changed t he nat ural p r

31、ocess of tidal flat s. The growt h and develop ment of o rganisms , t he habitat s and t he overall bio diversity in tidal flat s aret hus subject to co nsiderable variatio n . It is indicated t hat t he bio diversity in tidal flat s may have very impo rtant social and enviro nmental values in t he

32、co nt rol of co ntaminatio n ,in t he utilizatio n of coastal zo ne land ,and also in t he scientific research and eductatio n ,as well as t he values in to ur and recreatio n. The significant p ro blems in t he develop ment of Shanghai coast ,and t he issues fo r t heutilizatio n and co nservatio n of t he bio diversity in t he tidal flat s have been discussed.