辽河流域水环境污染特征及其对鱼类生物多样性的影响

辽河流域水环境污染特征及其对鱼类生
物多样性的影响
二0一三年六月
辽河流域水环境污染特征及其对鱼类生物多样性的影响1.引言
辽河流域位于东北地区西南部(116°30'E～125°47'E，38°43'N～45°N)，流经河北、内蒙古、吉林和辽宁4省，共16市(地、盟)和65个县(旗)，流域面积为21.96×104km2，南北长约706km，东西宽约490km，是我国七大流域之一。

辽河流域90%以上的流域面积分布在辽宁省境内，主要包括辽河、浑河、太子河和大辽河4水系。

流域涉及沈阳、鞍山、抚顺、本溪、辽阳、铁岭、营口、盘锦、锦州、阜新和朝阳11个省辖市，28个市县。

辽宁省中部城市群是流域主体，由于城市连片、人口稠密和工业集中等特点，造成辽河流域水体严重污染。

近年来，流域水质状况虽有所改进，但仍未能彻底摆脱劣Ⅴ类水质的现状。

据辽河干流藻类、底栖动物、鱼类多样性调查资料表明，其水生生物多样性下降，鱼类数量从上世纪八十年代的90多种减少为现今的10余种，水生态系统结构退化严重，生态功能衰退明显。

2.材料与方法
2.1采样方法
采用便携式水质参数仪和溶解氧仪对温度、盐度、pH和溶解氧等常规理化参数进行现场测定，同时在各样点采集1L水样，用冷藏保温箱保存后短时间运送到实验室，测定包括总磷（TP）、总氮（TN）、氨氮（NH3-N）、COD、、COD Mn、BOD5、石油类、挥发酚、重金属等参数。

选择河段，利用电鱼器采集鱼类样品，共采集1h。

在水深大于1.5m的河段，除电鱼法外，利用3种双层刺网（6cm×6cm、12cm×12cm、20cm×20cm）挂网1h收集鱼类样品。

现场对所有鱼类样本进行种类鉴定，收集个体数和生物量数据。

鉴定后的鱼类放回水体。

2.2水质监测与鱼类采样
在辽河流域设置合适采样点，于年枯水期（5月15—25日）、平水期（9月1—12日）和丰水期（6月19—29日）分别开展调查，进行水质监测与鱼类采样。

张远等在辽河流域共设置176个采样点（见图1），分别开展水质和鱼类监测。

其中，太子河流域设置70个采样点，浑河设置62个采样点，辽河水系设置44个采样点。

图1.辽河流域样点图
采样点设置按照《地表水和污水监测技术规范》（HJT91-2002）的相关规定并结合区域特征进行，旨在追踪流域大范围的理化、生物和水动力变化。

根据研究区域受潮汐作用影响的盐度变化规律以及人类活动对河口生态系统的胁迫，在城市段采样点布设间隔较小（3km），而在流域中上游段采样点布设间隔逐渐变大（6-12km）。

2.3、内分泌干扰物对鱼类影响的实验方法
尽管环境内分泌干扰物可导致鱼类种群生存力和渔业资源下降，但是利用鱼类检测水中内分泌干扰物是一个有效方法。

针对EDCs主要对生殖系统有较大毒理作用，目前主要利用鱼类生殖生理指标异常来进行判断。

主要有体内实验法和体外实验法。

(1).体内实验法
体内法是让正常生活的鱼类接触EDCs,再通过各种生物技术手段，以某些生理现象为指标，来测定生物体所受到的内分泌干扰影响。

(2).体外实验法
体外法是将体外培养的细胞直接暴露于一定浓度的EDCs中，从细胞、分子水平上检测EDCs 对生物体的影响。

3.结果与分析
3.1辽河流域主要污染物调查分析
辽河流域水质中存在的主要污染物由《中国环境状况公报》可知，37个国控监测断
面各类水质所占比例的具体数据如表1所示。

表1辽河流域国控断面各类水质所占比例
Ⅰ～Ⅲ类水质占比例/% Ⅳ类水质占比例/% Ⅴ类水质占比例/% 劣Ⅴ类水质占比例/% 污染程度 2010年 40.5 16.3 18.9 24.2 中度 2009年 41.7 13.9 8.3 36.1 中度 2008年 35.1 13.5 18.9 32.5 中度 2007年
43.2
10.8
5.5
40.5
重度
由表1可见，劣Ⅴ类水质所占比例已有逐渐减小趋势，由40.5%稳定降至24.2%，但Ⅴ类水质所占比例较不稳定，变化幅度较大;Ⅰ～Ⅲ类和Ⅳ类水质所占比例变化幅度较小，稳定在55%左右。

由数据分析可知，流域水质已有所改观，但距全面消灭劣Ⅴ类水质的目标还有很大距离，仍需加强流域水质治理。

分析污染指标，氨氮、化学需氧量和石油类等为主要超标污染指标。

同时，挥发酚以及重金属类污染物也是重要的污染因子。

造成流域水质污染的原因较为复杂，总体分为点源污染和面源污染。

针对辽河流域主要超标污染物分别进行污染来源分析。

表21985-2008年流域工业污染源废水污染物排放量变化 氨氮类污染物来源一般可归纳为以下4类:一是生活污水，其主要来源于家庭污水及厨房中所含的蛋白质氮;二是来自工业点源，流域沿岸分布有大小企业数百家，如化工、冶金、油漆颜料、煤气、炼焦、靴革、化肥等工业行业的废水排放;三是来自于农田径流及畜禽养殖业所排放的废水，主要是农田施用氮肥、磷肥以及畜禽养殖粪便中的有机氮对水体造成严重污染;四是来自于垃圾填埋渗出液，由于掩埋时间长及防渗措施不到位，使渗出水氨氮指标较高，同时还存在微量的有机氮污染物。

污染因子COD 的来源有以下3种主要途径:其一是工业点源污染，造纸、化工、冶金、食品、制药等行业污染严重，COD 是点源污染的重要指标，占72.09%;其二是城市污水污染，辽河流域辽宁段这一区间多为大中城市，城市人口众多，其排放的废水中含有大量的耗氧有机物质;其三是农业面源污染，包括水土流失、农村生活污水以及农业生产施用的化肥、农药、畜禽养殖排放废水等产生的有机污染物。

石油类污染物主要来自于工业废水，包括原油开采、加工、运输以及各种炼油等行业;有毒物质挥发酚主要来自炼油、煤气洗涤、炼焦、造纸、合成氨、木材防腐和化工等废水。

流域内重金属类污染物种类变化较大，汞、镉、铅、六价铬、砷等重金属都先后成为辽河流域重金属类主要污染因子。

工业砷排放的重点行业是有色金属矿采选业、化学原料和化学制品制造业;工业汞排放的主要污染源为食盐电解、金属冶炼、化工厂等行业;镉的毒性很大，主要时间 工业废水 COD 氨氮 石油类 挥发酚 氰化物 砷 铅
汞
镉 六价铬 1985 10.66×108 18.55×104 ——
82693 780.08 374.08 1.41 19.77 1.16 5.15 31.2 1999 6.43×108 17.00×104 5453.19 2477.98 160.55 113
3.43
11.34 0.19 0.51 3.31 2002 4.39
×108 8.21
×104 4986.
6 1156.85 51.82 28.76 0.54
2.05
0 0.45 1.51 2005 4.44×108 12.70×104 16334.41 690.92 72.6
34.07 0.446 1.48
0 0.08 0.56 2008
5.07×108 9.11×104 3407.34
2319.77
16.78 3.83
0.34
0.63
0.13
污染源有电镀、采矿、冶炼、染料、电池和化学工业排放的废水;工业铅类污染物主要来源于蓄电池、冶炼、五金、机械、涂料和电镀工业等排放;铬的污染来源主要是含铬矿石加工、金属表面处理、印染等行业。

流域废水排放量和主要污染物种类流域工业废水中污染物排放量见表2
综上所述，辽河流域典型污染物有3种,分别为耗氧有机物污染物,化肥农药污染物和有毒有机污染物。

农村面源污染与工业点源污染是造成辽河流域水质污染的根本原因。

工业点源主要集中在造纸及纸制品业、食品加工业、金属冶炼及压延加工业、医药制造业、化学原料及化学制品制造业和石油加工、炼焦及核燃料加工业六大行业。

农村面源污染主要来自于水土流失、化肥与农药的不合理施用和养殖业生产、生活污水的排放。

主要集中在雨水较多的6～8月份，径流至河流中。

辽河流域水质污染点源污染重于面源污染。

目前，控制点源污染对于改善辽河流域污染状况具有举足轻重的意义而且还有很大潜力可挖。

3.2.辽河鱼类多样性调查与分析
河流浮游植物生物量及组成（毫克/升）：浮植物总计2.36,硅藻58.8%,绿藻25.0%,蓝藻6.4%,甲藻7.2%,金藻黄藻0.1%,裸藻2.5%。

各科鱼类总数及土著鲤科鱼类种数：鲤科种数53,百分比(%)12.6；鳅科种数8,百分比(%)10.4；平鳍鳅科种数0,百分比(%)0；鮠科种数4,百分比(%)11.8；鲶科种数2,百分比(%)28.6；鮡科种数0,百分比(%)0；鮨科种数3,百分比(%)30；塘鳢科种数3,百分比(%)25；鰕虎鱼科种数3,百分比(%)9.7；其余科种数20,百分比(%)17.2；合计种数96,百分比(%)12.4；鲀鱼淡水类种数85,百分比(%)12.1；土著鱼类种数78，百分比(%)11.2。

浮游动物生物量（毫克/升）:原生生物量0.001,轮虫生物量1.593,枝角生物量1.124,桡足生物量0.299,总生物量3.015.
主要鱼类:辽河水系经济价值较大的主要鱼类有10余种,其中鳙鱼是人工移入的,近年来鱼产量中鲢、鳙鱼约占总渔产量的80％,鲤、鲫鱼、草鱼占12％,白、条、鳊、鲂等约占2％,其他占6％。

渔业生产:辽河流域的淡水渔业,建国前仅在辽河下游和个别湖泊有天然捕捞业,年产1000～2000吨,建国初期一直到59年年产鱼量为4000～5000吨之间,基本上是天然捕捞,主要渔获品种有鲫鱼、雅罗鱼、白鱼、鳊鱼、鲶鱼、鲚鱼、棱鱼、鲈鱼等,61年最高产量达1.3万吨而后迅速下降,63年～75年随着水利事业发展,水库大量兴建,河川渔业受水利设施和工业污染影响,而急剧败落,渔获量明显下降。

辽河水系的大多数河川都建有水库,除东部山区支流和辽河下游外,一年大部分时间河道水很浅,有的濒于干涸,历史上的主要渔区河段,如大辽河、双台子河等又遭严重污染,所以河川渔业日衰败,辽河流域在各省、区的面积,以辽宁省的流域面积最大,而且处于辽河中下游地区,河流附属水体多,给小水面养鱼发展创造了有利的条件,辽河流域淡水渔业的发展应以小水面养鱼为重点,以水库、湖泊渔业为主体,积极保护恢复河川渔业,因地制宜地发展渔业的综合利用,多种经营,辽河下游近年污染状况有所缓和,银鱼、鲚鱼资源有所回升,但仍应加强产卵繁殖保护。

3.3生物多样性丧失的生态遗传学机制分析
首先应该充分了解到一个地区或区域在没有污染条件下所有生物的种类名录和分布特点，或与此类似的一些历史资料。

当经历污染后的某个时候再重新分析该区域中的生物种类。

通过比较分析，就可以获得污染对物种多样性丧失的影响程度。

目前，从物种类群来看,这类的研究工作主要局限在物种数量较小的哺乳动物和鸟类的研究中;从地理环境来看，主要的工作在具有明显地理界限的湖泊中有较多的报导。

例如，中国昆明滇池从50年代到90年代，由于水体污染导致富营养化，高等水生植物种类丧失了36％，鱼类种类丧失了25％，整个湖泊的物种多样性水平显着降低，生态系统的结构趋于一。

污染引起物种多样性降低的机理一般为，（1）污染物的直接毒害作用，阻碍生物的正常生长发育，使生物丧失生存或繁衍的能力；（2）污染引起生境的改变，使生物丧失了生存的环境；（3）生态系统中的富集和积累作用，使食物链后端的生物中毒而难以存活或繁育等。

表3污染条件下生物在不同层次上的多样性变化
作用层次效应
级别
效应程度
遗传水平大不同生态区域的自然种群间出现了高强度的选择响应，种群规模大幅度地减小，伴随敏感种群或物种的消失，导致了严重的遗传多样性丧失；由于种群萎缩，发生了严重的遗传漂变。

遗传多样性在污染和非污染地区出现很大的差异，并可能影响生物以后的进化进程。

中遗传漂变只在很小的范围内存在。

因少量敏感物种或个体的消失，减小了局部区域的遗传多样性水平，但对整体多样性水平没有大的影响。

小实验室和对照实验点之间，具有一定的遗传变异性水平的差异，但对整体种群遗传结构不构成影响
物种或种群水平大在一个生态区域内，有相当数量的物种，它们的种群的丰度显着降低，在某些地段种群甚至消失。

只有少数抗性种群或物种幸存下来。

这种效应需要很长的时间才能部分地得到恢复。

中在一个生态区域中，只有少数几个物种的种群在一定的地段内，种群数量下降。

这种效应的恢复需要的时间尺度也具有长期性。

小在实验环境条件下，与对照实验相比，种群在很小的地段范围中，具有消失的可能性。

生态系统水平大生态系统受到很严重的影响，生态系统的这种改变达到了不经过很长时间不可能恢复到原来状态的地步。

这种效应是大范围的。

中在很小的空间尺度上，生态系统收到很大的破坏。

这种破坏使生态系统很难在较短的时间内恢复。

小在实验条件下，一个生态区域中的某个生态系统具有消失的危险，但整个区域中的生态景观依旧。

在污染引起物种多样性丧失的研究中，除了应了解物种总的数量动态变化以外，还应注意不同物种对于污染的耐性或抗性水平不同，从而在同样的污染条件下，幸存的物种还具有一定的区系或种属特点,污染条件下生物在不同层次上的多样性变化(见:表3)。

一般来说，广域分布的物种生存的机会大于分布范围窄小的物种；草本植物保存的机会大于木本植物；对多种胁迫环境都具有较高抗逆性水平的物种生存的机会远大于一般普通的物种；生活史中对生境要求比较严格的物种一般难以抵抗污染环境，如两栖类和部分爬行动物；珍稀频危物种往往在污染条件下面临灭顶之灾。

对这些规律的认识，有助于筛选高抗污染的物种或有目的地保护珍稀濒危物种。

3.4辽河水污染对鱼类多样性的影响分析
环境内分泌干扰物(EndocrineDisruptingChemicals,EDCs)是20世纪提出来的环境科学名词,它是一类存在于环境中的外源性化合物,能够干扰保持体内平衡并调节生长过程的天然激素的生成、释放、输送、代谢、结合、作用或消除过程,破坏机体稳定性和调控作用。

这些人工合成的化合物表现出拟天然激素或抗天然激素的作用,目前已经广泛存在于水、大气和土壤等环境介质中,影响着环境中的各种生物。

它已成为继臭氧层、地球气候变暖之后的第三大环境问题,被喻为威胁人类存亡的定时炸弹。

环境内分泌干扰物的研究已成为国际上环境科学的前沿和热点课题之一。

3.4.1水环境中内分泌干扰物的种类与来源
水环境中存在的内分泌干扰物的种类主要有:①工业有机化合物,如邻苯二甲酸酯类、烷基类、硝基类、甲基苯类、多氯联苯类、多环芳烃类等化合物,存在于各种化工产品和日用品中；
②农药类,其中包括除草剂、杀虫剂和杀线虫剂；③重金属类,包括镉、铅、汞。

这些化合物来源广泛,主要有工业污水、农业污水、生活污水、降雨,以及各种化学污染事故如原油泄漏、化学品的滥用等。

这些有机物经过各种途径汇聚到水体中,对水生生物的生存环境造成了严重污染。

3.4.2内分泌干扰物对鱼类的影响
（1）早期生长发育
在鱼类的早期生命阶段,对外界环境的影响抵抗力较弱,因此很容易受到污染物的毒害而出现发育减缓、死亡的现象,严重的内分泌干扰物污染还可以导致大量鱼类死亡。

（2）性别分化
内分泌干扰物对鱼类性别分化的影响表现在抑制性腺的发育,促使性腺发育转化,表现为致雌激素或雄激素效应,影响鱼类正常的性别比例。

（3）繁殖
内分泌干扰物在影响着鱼类性别分化的同时,也对鱼类的繁殖成功带来了严重的威胁。

4.结果与讨论
辽河流域水环境主要污染物：耗氧有机物污染物,化肥农药污染物和有毒有机污染物。

其大部分为内分泌干扰物，所以辽河流域水环境的水体主要污染特征直接影响的鱼类的多样性。

环境内分泌干扰物（EDCs）存在的广泛性以及其对人类和其他动物巨大的潜在危害，使针对EDCs的研究逐渐成为全球范围内的热点。

而鱼类作为水环境中的高等生物，是水中各种EDCs 富集的重要对象，在一定程度上类似于人类生活在被EDCs污染的环境中。

因此，利用鱼类来测定和评价EDCs的生物危害，具有不可忽视的典型性。

此外，鱼类的产卵量大、产卵周期短、个体相对较小、易于获得等特点，为科学研究提供了极其便利的条件。

因此，不难想象，在对EDCs的危害浓度、作用机制展开的研究中，鱼类将成为一种明星级实验动物，帮助人类进一步认识EDCs的危害，保护人类在现在和未来更好的生存。