最新博士开题报告

时间：2021-02-11 16:30:42 开题报告我要投稿

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　　一、目的意义

　　胶州湾是青岛的母亲湾，是典型的半封闭海域,面积397 km2,平均水深7m,最大水深64 m。其天然优良港口特性,对青岛市的发展起着至关重要的作用。但由于无序的开发以及缺少管理,长年以来造成胶州湾不但面积缩小、水质受到严重污染及海洋生物数量急剧减少,已严重影响了青岛市经济与环境的和谐发展。于是，对青岛胶州湾的开发利用的管理变得至关重要，而管理的基础就是要对其深入了解。

　　本次实验项目目的是利用环境监测的理论知识，在胶州湾部分沿海地区包括团岛，栈桥，汇泉湾，太平湾，浮山湾等地区采集相关样品，并对样品进行水质，沉积物，以及潮间带生物的实验室处理及分析，从而对这些地区做系统的调查。从而在锻炼个人实践能力，培养海洋监测方面的动手能力的基础上，为管理青岛胶州湾的开发利用以及其他保护胶州湾的措施项目提供准确的实验数据以及理论基础。

　　二、研究现状

　　目前，对青岛胶州湾的研究在国内都有进行，包括青岛湾东北部养殖海区环境质量状况的分析，胶州湾东北部海域生态环境污染状况研究以及各种基于某一特定因子的胶州湾环境质量状况调查。有研究表明：该海域主要受到无机N、P污染;COD在夏、秋季符合一类海水水质标准,但在冬、春季只达到国家二类海水水质标准;DO全部符合国家一类海水水质标准。通过站位间的比较发现,东北部沧口水域环境质量最差,全年处于富营养化状态,有机污染介于轻度到严重污染之间。红岛附近水质较好,不存在有机污染,只有春、秋季达到富营养化水平。且研究结果显示该海域主要受陆源污染,且与现有污水处理不能有效去除无机N、P营养盐有关(1)。但近年来该海域生态环境中除个别要素如活性磷酸盐、铅、镉、汞等重金属含量有所增加外,其他污染要素含量相对稳定且有下降趋势, 2001—2005年该海域生态环境质量相对稳定,仅部分要素有加重趋势(2)。而海水中Cu含量低于一类海水标准,说明该海域海水Cu污染不明显;与国内外一些海域比较，沉积物Cu含量较低(3)。另外，胶州湾的污染严重破坏了海洋生态平衡,生物多样性迅速减少。20世纪60年代胶州湾河口附近潮间带生物种类多达54种, 70年代减到33种, 80年代只剩下17种,原有的14种优势种仅剩下一种,东岸的贝类养殖已不复存在(4)。其中，在对太平湾的调查中表明，小型底栖生物的年平均丰度为(1 025.40±268.84)ind•10cm-2。，平均生物量为(1 195.87±476.53)ug dwt•10cm-2。，平均生产量为(10 762.80±4 288.77)ug dwt•10cm-2a-1。小型底栖生物在丰度和生物量上呈现了明显的季节变化，高值主要出现在4，5，6月，而低值在8，9月。共鉴定出l2个类群，线虫在丰度上占绝对优势(89.2%)。按生物量,多毛类占46.9%，其次为线虫31%。其它较多的类群还有涡虫、桡足类、腹毛虫、寡毛类等。50%以上的小型底栖生物分布在0～4cm表层，冬季部分向下迁移。Pearson相关分析表明，小型底栖生物数量对间隙水溶氧表现出明显的滞后效应，而与盐度、pH和沉积物环境因子相关性不明显(5)。另外据2 0 0 4 年青岛市海洋环境质量公报，胶州湾污染仍然较严重，主要污染物是无机氮、磷酸盐。无机氮、磷酸盐污染最重的是胶州湾东北部近岸海域，局部浓度超过三类海水水质标准;胶州湾东部近岸海域石油类、铅及西南部近岸海域铅浓度较高，超过一类海水水质标准。

　　本次试验将以原有的关于胶州湾海洋环境调查现状作为基础，严格按照标准的实验操作，尊重实验现象，力求得出有用的数据信息。

　　三、调查内容及研究方法

　　1、调查内容

　　青岛胶州湾部分沿海地区包括团岛，栈桥，汇泉湾，太平湾，浮山湾的水质，沉积物，以及潮间带生物调查。

　　2、研究方法

　　(1)野外采样

　　如上图所示，分别在团岛(36.044N,120.295E)，栈桥(36.062N,120.320E)，汇泉湾即第一海水浴场(36.058N,120.338E至36.055N，120.344E)，太平湾即第二海水浴场(36.050N,120.350E至36.051N,120.355E)，浮山湾即石老人海水浴场(36.092N，120.471E至36.094N,120.476E)五个站位设置同等潮位等距采样点3-5个，每个采样点分别测其经纬度以及水温、PH。在每个采样点分别采集水质样品3份，沉积物样品3~5份，潮间带生物样品3份，采样方法按《海洋监测规范》(6)进行。在每个点采用1×1m2的取样框取样。采集完回去样品用冰箱保存，潮间带生物样品用10%甲醛溶液固定。

　　(2)实验研究

　　本次海洋环境监测方法按国家标准进行，主要参考《海洋监测规范》(6)、《水和废水监测分析方法》(7)等。

　　1)水质监测：按《海洋监测规范》在低潮时用聚乙烯水桶采集表层海水迅速带回实验室，早2h内开始各项指标的测定。监测方法和标准均参考《海洋监测规范》第四部分海水分析(GB17378.4—2007)。主要要求测出海水水样中水温、盐度、PH、浊度、色度、溶解氧DO、化学需氧量COD、生化需氧量BOD、总有机碳TOC、含氮化合物以及含磷化合物：

　　其中水温现场用表层海水温度计测定。盐度用光学折射盐度计测定。PH用玻璃电极法测定。浊度分析采用目视比浊法。色度分析采用铂钴比色法。溶解氧DO测定须现场固定，用修正碘量法测定。化学需氧量COD用重铬酸钾法。测生化需氧量BOD需将水样放置在20℃的环境中(生化培养箱)，在密闭的条件下(100ml碘量瓶中)培养5天，分别测定实验开始和结束时的'溶解氧含量(mg/l)，求两者之差即为生化需氧量。总有机碳TOC用燃烧氧化—非色散红外吸收法测定。含氮化合物包括亚硝酸盐、硝酸盐以及氨氮，亚硝酸盐用盐酸萘乙二胺分光光度法测定，硝酸盐用锌-镉还原法测定，氨氮用靛酚蓝分光光度法测定。活性磷酸盐用磷钼蓝分光光度法测定。

　　2)沉积物监测：按《海洋监测规范》将沉积物样品采集好并用硝酸-高氯酸湿法消化以后带回实验室测定。监测方法和标准均参考《海洋监测规范》第五部分沉积物分析(GB17378.5—2007)。主要测量沉积物粒度、有机物含量，硫化物，重金属以及石油烃的含量：

　　其中沉积物粒度分析《海洋监测规范》等文献，称量沉积物的干湿重，并用不同口径筛网套过筛后分别称量不同粒径的沉积物含量。有机物含量用重铬酸钾氧化滴定法(8-11)。硫化物采用GB17378. 5—2007(12)中的离子选择电极法测定。重金属包括铅、铬、镉、锌、砷、铜、汞，其中锌采用双硫腙分光光度法测定，铬采用二苯碳酰二肼(DPC)分光光度法测定，铅、镉、铜采用原子吸收分光光度法测，砷采用原子荧光法，汞采用冷原子荧光法。石油烃含量用紫外光分光光度法测定。

　　3)生物体质量监测：按《海洋监测规范》的要求将生物体样品采集并做好预处理后，测定其体内重金属含量，石油烃含量以及有机农药含量。监测方法和标准均参考《海洋监测规范》第六部分生物体分析(GB17378.6—2007)。：

　　其中，重金属质量采用原子吸收分光光度法测定生物体的铬、铜、锌、镉、铅、汞含量。石油烃含量采用分光光度计法测定。采用气象色谱仪测定生物体内有机农药含量。

　　4)潮间带生物监测：主要测量潮间带中大型底栖生物、小型底栖生物、鱼类、爬行类以及其他生物的量。其中有不能带回实验室研究的生物应对其种类、数量在采样时做好记录。大型底栖生物、小型底栖生物在实验室中用10%甲醛溶液固定好后，用1‰虎红液染色24h后，用相应套筛淘洗。与解剖镜下分选到类群。

　　四、评价标准及方法

　　(一)水质监测

　　(1)标准：《海洋水质标准》(13)中第二类海水水质标准。

　　(2)评价方法：采用单因子指数法。水质评价采用单因子污染指数法,除DO外的指标计算公式(17):

　　Si=Ci/Csi

　　式中,Si为第i种污染物的污染指数;Ci为第i种污染物的实测值;Csi为第i种污染物的标准值。

　　对于DO单项污染指数的计算公式为

　　SDO= (DOsat-DOi)/(DOsat-DOsi)

　　式中, DOsat为与实测相同温度、盐度条件下溶解氧的饱和浓度;DOsi为溶解氧的水质评价标准;DOi为溶解氧的实测浓度。

　　水质参数的污染指数大于1时,表明该水质参数超过了规定的水质标准,已经不能满足使用要求。

　　另外，对含氮化合物以及含磷化合物的评价用富营养化指数法，公式为：

　　(E)=(CCOD×CDIN×CIP)×106/4500

　　式中,E为富营养化判断值;CCOD为化学需氧量的测定值;CDIN为无机氮的测定值;CIP为无机磷的测定值。

　　以富营养化判断值E为主要评价指标,若E≥1,表明水体是富营养化,E值越高,水体的富营养化程度越严重。

　　(二)沉积物监测

　　(1)标准：《海洋沉积物质量》(14)一类标准。

　　(2)评价方法：采用单因子指数法。评价公式为:

　　Pi=Ci/Cs

　　式中,Pi为评价因子的污染指数;Ci为评价因子的实测含量;Cs为评价因子质量标准.

　　另外，沉积物重金属评价方法为潜在生态危害指数法(15)来评价重金属污染

　　状况及其潜在生态危害,具体的公式如下:

　　其中:Cd为沉积物重金属总体污染程度;Cif为重金属i的污染系数;Ci为重金属i的实测浓度;Cin为重金属i的评价参比值,它在未获得本地沉积物中重金属背景之值的情况下一般采用工业化以前的沉积物中重金属最高背景值(15)(表1)。

　　表1(16)　重金属的评价参比值Cn、毒性响应系数Tr和普通页岩中地球化学平均背景值B

　　Tab. 1 Background reference values Cn, toxicity coefficient Tr and mean geochemical background values B of heavy metals

　　参数 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

　　区域内沉积物重金属的潜在生态危害评价基于该沉积物的污染状况评价,也是首先计算单个重金属的潜在生态危害系数,然后通过对所有参与评价的重金属的潜在生态危害系数求和得到沉积物中多种重金属的潜在危害指数ERi。

　　其中:ERi为重金属i的潜在生态危害系数;Tir为重金属i的毒性响应系数,它反映该重金属的毒性水平及生物对重金属污染的敏感程度,其对各重金属的取值见表1.

　　(三)生物体质量监测：

　　(1)标准：《海洋生物质量》(18)

　　(2)评价方法:采用单因子指数法。评价公式为:

　　Pi=Ci/Cs

　　式中,Pi为评价因子的污染指数;Ci为评价因子的实测含量;Cs为评价因子质量标准.

　　(四)潮间带生物监测：

　　(1)评价方法：对动物群落多样性特征的分析研究采用下列公式(19-21):

　　种类丰富度指数：D=(S-1) /lnN;

　　Shannon-W iener多样性指数：H′=-∑PilnPi

　　均匀度指数：J′=H′/lnS;

　　式中S为种类数,N为总重量,Pi为i种动物所占的比例。由于不同种类及同种个体之间差别很大, W ilhm提出以生物量表示的多样性更接近种间能量的分布,因此,用生物量比用个数来计算生物多样性对调查潮间带生物结构更具意义(22)。

　　Jaccard群落系数J=c/(a+b-c)

　　式中a、b分别为样地的种类数, c为样地的共有种数(23)。

　　通过各指标相比较得出各站位潮间带生物优势种，建群种，敏感种等。

　　五、可行性分析

　　本次试验主要由中国海洋大学海洋生命学院生态学09级学生实行，他们在经过2年以上相应的课程培养已经有足够的理论基础知识。此外，还有《环境监测》以及《环境监测实验》的任课老师董树刚，刘阳老师提供技术指导。另外，本次试验采用分组进行，对选修《环境监测实验》的同学进行相应分组，每组同学负责一个点的海洋环境监测，所设置的站点都在中国海洋大学鱼山校区附近，学生采样方便。同时，这次实验至少有一个月时间，因此，在每个同学保证其他课程不受影响的同时能够按时按计划完成实验。

　　六、经费预算

　　本次实验需要的仪器主要有：分光光度计，玻璃电极，饱和甘汞电极，紫外光分光光度计，荧光分光光度计，原子吸收分光光度计，气象色谱仪等。

　　药品试剂主要有：(1)溶解氧：硫酸锰溶液，碱性碘化钾溶液，淀粉，硫酸溶液，硫代硫酸钠溶液。(2)无机氮：磺胺溶液，盐酸纳乙二胺溶液，亚硝酸溶液，硝酸盐溶液。(3)氨氮：硫酸铵，氯化铵溶液，亚硝酰铁氰化钠溶液，次氯酸溶液，水杨酸溶液，柠檬酸钠溶液，苯酚溶液，次氯酸钠溶液。(4)含磷化合物：硫酸溶液，钼酸铵溶液，酒石酸锑钾溶液，抗坏血酸溶液，磷酸盐溶液。(5)浊度：硅藻土。(6)化学需氧量COD：重铬酸钾溶液，硫酸溶液，硫酸银溶液，硫酸汞溶液，亚铁灵指示剂，硫酸亚铁铵溶液。(7)生化需养量BOD：硫酸镁溶液，氯化铁溶液，氯化钙溶液，磷酸缓冲液。(8)有机物：硫酸溶液，氯化钠溶液，石油醚。(9)潮间带生物：甲醛溶液，虎红溶液。

　　以上试剂药品为主要药品，并未将实验中的所需药品全部列出。

　　七、参考文献

　　(1)：赵增霞，王芳，刘群，张光涛. 胶州湾东北部养殖海区环境质量状况及分析. 海洋科学，2010，34(3)：6-10

　　(2)：韩　彬,辛明,陈发荣,李培昌,宋转玲,王小如. 胶州湾东北部海域生态环境污染状况研究. 岩矿测试，2009，6(28)：524-528

　　(3)佘宗莲，董树刚，吴以平. 青岛沿海潮间带海水、沉积物和生物体内铜含量研究. 青岛海洋大学学报，2000，30(2)(Ⅱ)：71-79

　　(4)：杨瑾. 浅议胶州湾的污染现状与环湾保护. 海洋开发与管理，2010，19(27)：44-47

　　(5)：范士亮，刘海滨，张志南，邓可，袁伟. 青岛太平湾砂质潮间带小型底栖生物丰度和生物量的研究. 中国海洋大学学报，2006，36(Sup)：098-104

　　(6)：国家海洋局. 海洋监测规范，[S]，北京：海洋出版社，1991

　　(7)：魏复盛. 代写博士论文水和废水监测分析方法(第四版)，中国环境科学出版社，2002

　　(8)：ISO/IEC 17025:2005检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京:中国标准出版社，2005.

　　(9)：GB/T 27025-2008检测和校准实验室能力的通用要求[S].北京:中国标准出版社，2008.

　　(10)：薄凤英.标准物质在生产实验室质量管理中的应用[J].冶金标准化与质量，2005，43(6):11.