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鱼类的回避行为在水质在线监测与预警中的应用.doc

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鱼类的回避行为在水质在线监测与预警中的应用随着工、农业生产的发展,越来越多的外源污染物直接排放、转换、迁移进入水环境,使我国水污染加剧,水质显著下降,已经直接影响到生活饮用水和城市集中供水的安全,特别是一些突发性水污染事故的发生,给人民群众的健康和生态安全造成严重威胁。50年前,全世界的化学品产量仅有100万吨,对于化学品和化工生产过程可能产生的危害还鲜为人知。现在,各种各样的有毒有害物质对人类的生存带来了极大的威胁,已引起世界各国的高度重视。尤其是因为各种原因产生的突发性环境污染事故是威胁人类健康、破坏生态环境的重要因素,其危害制约着生态平衡及经济、社会的发展。水环境安全问题已经成为我国社会经济可持续发展的重要制约因素之一。

近年来,国内突发性水污染事件频发,对水源水质产生了巨大的安全隐患,也敲响了关系到国计民生的饮用水安全的警钟。据统计,继2005年底松花江发生的重大苯污染事件和广东北江发生的严重镉污染事件之后,2006年1月1日至2月1日的短短1个月内,国家环保总局共接到各类突发水体污染事件报告45起。较有代表性的国内外的突发性污染事故有:(1)武汉市氨泄露事故:1990年6月11日下午,位于武汉市汉口的武汉第一饮料厂,因阀门螺丝脱扣,致使大量的液态氨泄露,并迅速扩散。在毗邻的省农机公司宿舍,测得的最高浓度为611mg/m3。(2)开封市饮用水污染事故:1993年4月30日,开封市突降暴雨,引发了开封市建国以来最大的饮用水污染事故。

一些乡镇企业违反了有关法规规定,擅自在市一级饮用水源保护区内建厂,并向市自来水厂用水高峰期才启用的引水明渠排放有毒有害污水,引水明渠积累多日的有害物质汇同暴雨冲下的含有机农药的农田灌溉水污染了开封市的饮用水。致使饮用水中发现异味,闻着象氯味、漂白粉味,喝起来有苦涩感、辛辣感,饮过后有恶心、拉肚子现象,一连数日,被污染的饮用水使开封市几十万人受害。水样中有剧毒物质氰化物、六价铬检出。(3)湖南沅江死鱼事故:1991年从5月2日开始,沅江140公里流域和武水20公里流域,发生了突发性的大量死鱼事故(约50万公斤),持续40多天跨越一州一地五县,损失严重,其原因是鱼体黄磷中毒所致。湘西自治州浦市化工总厂、洗溪5山东师范大学硕士学位论文磷矿和七一化工厂长期超标排放黄磷废水。

黄磷在沉积在河床底泥中,不断累积,遇暴雨径流时剧增,底泥翻腾,含单质磷胶体颗粒物泛起。加上春季鱼类繁殖旺盛,代谢功能加快,大量吞食含黄磷污染物,导致大面积死亡。(4)印度博帕尔农药厂污染事故:1984年12月3日,位于印度中部中央邦的博帕尔市(Bhopal)的美国联合碳化物公司所属的农药厂,因生产事故使430吨剧毒异氰酸甲酯泄露于外环境,使在其周围居住的,尤其是在下风向居住的6400人中毒死亡。13.5万人受到伤害,20多万人被迫迁移。这是一起特大的突发性环境污染事故。(5)美国阿拉斯加湾溢油污染事故:1989年3月24日,埃克森石油公司的瓦尔迪兹号油船在阿拉斯加威廉王子海湾搁浅后发生了溢油事故。

排放了3.8万吨原油,使数千公里海岸线布满了石油,对此地的海洋生态环境造成了大范围的严重影响。有许多生态影响是间接的,如因肉食动物(如鸟类与水獭)数量减少导致某些有机物数量大增。据统计,这次事件约有10—30万只海鸟死亡,其中包括150只秃鹰。该海湾拥有世界最大的海獭繁殖场,在1一1.1万头海獭中,约有4000头死于这场事故。受污染的海獭中,仅有200只洗去了身上的油污得了新生。在捕捉并帮助海獭恢复健康方面,大约花费了1830万美元。据估计,埃克森瓦尔迪兹漏出的3.8万吨原油只蒸发了30%一40%,回收了lO%一25%,其余仍滞留在海洋中。人们期望着清除这些油污能有助于生态环境的恢复。漏油事件对海洋的危害包括侵蚀海岸线。

对威廉海湾的危害,据估计如果使大多数生物群落与生态系统恢复到漏油前的状态和结构特征,至少需要5—25年时间。突发性环境污染事故不同于一般的环境污染,它没有固定的排放方式和排放途径,都是突然发生、来势凶猛,在瞬时或短时间内有大量的污染物排放,对环境造成严重污染和破坏,给人民的生命和国家财产造成重大损失。这就要求环保部门需要做好突发性污染事故的预防,并提高对突发性污染事故处理处置的应变能力。因此,加强突发性污染事故的应急监测,研究其处理处置技术,是环境监测和环境保护领域中一项非常重要的工作。本研究中主要研究农药污染下青鲻的行为变化情况,所以重点介绍农药污染。农药污染农药是人类控制有害生物的重要手段。

使用农药的目的是用来防治危害农作物的病、虫、杂草等,以获得较大的农产品产量。进入二十世纪以来,科技的发达和化学合成品的出现,使农药的种类和用量都以惊人的速度增加,2007年,我国农药产量(折100%原药)达173.1万吨,从1990年到2007年的年复合增长率为12.7%。进入2000年以来,我国农药工业有了较大的发展,2000—2005年总产量由64.77万吨增长到103.9万吨,其中杀虫剂产量由39-3万吨增长到42.24万吨,增长了7.5%;杀菌剂产量由6.87万吨增长到8.4万吨,除草剂由儿.66万吨增长到28.7万吨。全世界每年的农药产量按有效成分统计,约在五百万吨以上。我国当前的农药污染状况不容乐观。

某些地方还相当严重。农药污染事件时有发生,所以防治农药污染越来越重要。我国目前大量使用的农药主要有以下几种:(1)有机磷类杀虫剂有机磷杀虫剂性质不稳定,在自然界易水解或生物降解,大部分品种不易在人畜体内累积,这类杀虫剂具有触杀、胃毒兼内吸或熏蒸作用。多数品种一一具有广谱杀虫性能,少数品种有较强的选择性。对害虫药效高,使用方式多样,速效性好、残效期较短、毒性中等,主要作用机制系抑制害虫体内神经组织中的乙酰胆碱酯酶或胆碱酯酶的活性,与胆碱酯酶结合形成磷酰化胆碱酯酶复合体,失去催化乙酰胆碱的作用。使乙酰脂碱积累,影响神经兴奋传导而使害虫发生痉挛、麻痹、死亡。有机磷杀虫剂是合成简单、价格低廉、品种最多、是我国产量最高的一类杀虫剂。

(2)有机氯类杀虫剂有机氯杀虫剂是人类历史上最早出现的有机合成杀虫剂,它的毒理机制是通过直接影响害虫的神经传导来使靶标中毒死亡。由于大多数有机氯杀虫剂活性十分稳定,不易分解,故大量应用后会造成环境污染,破坏生态平衡,且可通过食物链浓缩,会对人畜产生慢性中毒。1970年前后许多国家禁用或限制使用有机氯杀虫剂。我国也从1983年起全面禁止六六六、DDT等高残留有机氯杀虫剂。(3)氨基甲酸酯类杀虫剂氨基甲酸酯类农药(carbamates)可作为杀虫剂、除草剂、杀菌剂等。这类杀虫剂分为五大类:(1)萘基氨基甲酸酯类,如西维因;(2)苯基氨基甲酸酯类,如叶蝉散;(3)氨基甲酸肟酯类,如涕灭威;(4)杂环甲基氨基甲酸酯类。

如呋喃丹;(5)杂环二甲基氨基甲酸酯类,如异索威。除少数品种如呋喃丹等毒性较高外,大多数属中、低毒性。氨基甲酸酯类农药可经呼吸道、消化道侵入机体,也可经皮肤粘膜缓慢吸收,主要分布在肝、肾、脂肪和肌肉组织中。在体内代谢迅速,经水解、氧化和结合等代谢产物随尿排出,24小时一般可排出摄入量的70%一80%。该杀虫剂作用机制是该化合物分子整体与乙酰胆碱酯酶结合,形成氨基甲酰化酶,抑制了乙酰胆碱酯酶的活性。氨基甲酸酯类农药不需经代谢活化,即可直接与胆碱酯酶形成疏松的复合体。由于氨基甲酸酯类农药与胆碱酯酶结合是可逆的,且在机体内很快被水解,胆碱酯酶活性较易恢复,故其毒性作用较有机磷农药中毒为轻。(4)拟除虫菊酯类杀虫剂拟除虫菊酯是80年代崛起的一类杀虫剂。

除虫菊酯对昆虫有高效、速杀作用,但其化学性质不稳定,残效短、被击倒的昆虫易复苏。化学合成的除虫菊酯,由于它们的化学结构和天然除虫菊酯类似,故称为拟除虫菊酯。这类菊酯具有高效、广谱、无环境污染等特点。近20年来,拟除虫菊酯类杀虫剂发展迅速,新的品种大量出现,现已广泛地用于农业及卫生害虫防治工作中。成为仅次于有机磷类、氨基甲酸酯类的第三大类杀虫剂。拟除虫菊酯类对人类低毒,主要有氯氰菊脂(灭百可)、溴氰菊脂(敌杀死)、杀灭菌脂(速灭杀丁)等。长时间皮肤接触吸收,口服可引起中毒。这类杀虫剂为神经毒剂,它通过对昆虫体内的神经系统产生中毒作用,首先是诱发昆虫兴奋,然后神经传导阻塞,昆虫进而痉挛、麻痹、死亡。由于昆虫中毒征象分为两个阶段。

即兴奋期和抑制期,所以常用击倒率和致死率两个指标表示各品种特性。农药进入水生生物体内的途径施用农药若处理不当,如在池塘、河流内洗刷喷药用具及倾倒剩余药液,或施药后没有管理好田水的排灌,特别是在稻田施药后随田水外溢,以及农药在空中飘落污染排水沟或排灌渠道、池塘、河流、湖泊,这些都会引起农药污染水体。(1)水体中的农药通过呼吸、食物链和体表三个途径进入生物体内。鱼的呼吸器官是表皮极薄的鳃,鳃的表面暴露在水中,使水和血液接触,获得所需要的氧气,从而也就迅速吸收并富集水中的农药。有研究表明,红鳟鱼代谢所需要的氧气为每小时每公斤体重300mg,若鳃对氧的过滤系数为100%,水中的溶氧量为lOmg/L,那么为吸取必需的氧。

每小时每公斤体重就需过滤30L水,1d内从鳃过滤的水就是700L。假若农药全部被过滤,那么在1d内就发生700倍的浓缩。由此可见,若农药不能分解,鱼、贝类鳃呼吸浓缩农药之快是非常惊人的。(2)鱼类的食料多为浮游生物,水中的农药易被浮游生物不断吸进体内,当鱼类吞食这些饵料时,则农药就转移到体内而产生富集,其含量有时高于浮游生物数千倍。有些将水底泥土和有机物一起吞食的鱼类,农药也可以经消化器官进人体内。(3)水体中的农药可直接由鱼特别是无鳞鱼的皮肤吸收进入体内。贝类由于用水管吸入的水来湿润整个软体,农药自然也易从皮肤进入体内。农药对水生生物的影响不同的农药品种对不同对象的毒杀效率不同。农药使用后有些害虫种类被大量杀死。

有些还能生存,有些不受影响,有些受到刺激反而增加。为消灭害虫喷洒杀虫剂,一些有益的昆虫也会因遭受农药毒害而大量死亡,由于天敌数量减少,害虫反而更加猖獗。从长远来看,农药对害虫的影响主要表现为害虫抗药性的产生、害虫的再猖獗以及原来的次要害虫上升为主要害虫。农药进入水体后,对各类水生生物都将产生一定的影响,从而可能破坏水体生态系统的平衡,据黄玉瑶研究,单甲脒对个水生生物群落均产生不同程度的影响。浮游生物比较敏感,用药后头几天内,种类、数量及多样性指数均下降,浓度越大,影响越明显。一周9山东师范大学硕士学位论文后,浮游生物群落逐步恢复,甚至增多,但群落的结构已经发生变化,敏感种类减少或消失,耐污种类增加。

生物多样性降低(1)急性毒性农药对鱼类的急性毒性,依农药种类而不同。在杀虫剂中,拟除虫菊酯类、鱼藤酮对鱼类毒性特别强。近年也有对鱼低毒的菊酯类农药问世,如乙氰菊酯对鲤鱼48h的LC∞大于50mg/L。有机磷、氨基甲酸酯类杀虫剂对鱼类除少数品种如毒死蜱、硫特普、克百威等毒性大以外,大多数品种毒性较小。但这又依品种不同而差异很大,如在养鱼的稻田,按常规药量施药,发现稻丰散对稻田养殖的鲫鲤杂交鱼、尼罗非鱼和呆鲤、芙蓉鲤等高毒,马拉硫磷对尼罗非鱼毒性也较大,而甲胺磷、乐果、敌百虫、敌敌畏、叶蝉散则对上述4种养殖鱼均安全。近年来使用的昆虫生长发育抑制剂对鱼类的毒性很低,如灭幼脲ⅡI对鲤鱼48h的TLm(

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