海水有機(jī)污染物對(duì)海洋生物種群變化的影響研究

李萍

關(guān)鍵詞：海水污染；有機(jī)污染物；生物種群變化；富集因子；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

中圖分類(lèi)號(hào)：X171.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

伴隨海洋資源持續(xù)的開(kāi)發(fā)利用，有機(jī)污染物隨之增多，引發(fā)人們的廣泛關(guān)注。此種污染物會(huì)影響海洋氣候，破壞海洋植物光合作用，導(dǎo)致藻類(lèi)植物大量死亡，嚴(yán)重制約了海洋動(dòng)植物生長(zhǎng)繁衍，對(duì)海洋生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。針對(duì)污染物對(duì)生物種群變化影響問(wèn)題，文獻(xiàn)[4]以微塑料對(duì)環(huán)境污染物為例，運(yùn)用高通量測(cè)序分析聚苯乙烯微塑料在海水中細(xì)菌高變區(qū)，探究不同粒徑污染對(duì)海水細(xì)菌群落的影響。但該方法未具體闡明不同毒性濃度對(duì)生物種群變化的差異性影響，所獲結(jié)論完整性有待提升。為此，研究以不同有機(jī)污染物為研究對(duì)象，推算有機(jī)污染物生物富集因子，明確海洋生態(tài)系統(tǒng)變化規(guī)律，同時(shí)創(chuàng)建海洋生物種群變化函數(shù)，實(shí)現(xiàn)海水有機(jī)污染物對(duì)海洋生物種群變化的影響分析。

1有機(jī)污染物生物富集因子計(jì)算

采用拓?fù)渲笖?shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同計(jì)算有機(jī)污染物生物富集因子，給生物種群變化分析提供參考。拓?fù)渲笖?shù)是一種闡明分子結(jié)構(gòu)的數(shù)值，用來(lái)定義分子大小、分支等結(jié)構(gòu)特征。將拓?fù)渲笖?shù)的原子點(diǎn)價(jià)表示成式（1）：

3實(shí)驗(yàn)分析

實(shí)驗(yàn)取樣地點(diǎn)為廈門(mén)東海區(qū)域，分別挑選魚(yú)類(lèi)和浮游植物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。魚(yú)類(lèi)實(shí)驗(yàn)選用墨魚(yú)和對(duì)其影響較大的海洋有機(jī)污染物雙對(duì)氯苯基三氯乙烷（Dichloro Diphenyl Trichloroethane，DDT）進(jìn)行研究。采用MATLAB軟件模擬墨魚(yú)個(gè)體全生命周期的有機(jī)污染物生物富集過(guò)程，并基于此，以2022年3月東海環(huán)境污染數(shù)據(jù)為例，計(jì)算墨魚(yú)DDT污染劑量一反應(yīng)關(guān)系，分析有機(jī)污染物富集DDT對(duì)墨魚(yú)種群生存率的影響，結(jié)果如表1所示，表中If表示DDT富集濃度。得出伴隨有機(jī)污染物累積量的增多，墨魚(yú)死亡概率變大，水環(huán)境污染問(wèn)題加劇，魚(yú)類(lèi)種群面臨極大的生存危機(jī)。

設(shè)定當(dāng)前種群存活率為1，在MATLAB軟件中分析富集DDT對(duì)墨魚(yú)種群規(guī)模變化的影響，結(jié)果如圖1所示。DDT富集的影響伴隨時(shí)間流逝而增多，一定時(shí)間后墨魚(yú)因有害物質(zhì)而迅速死亡，致使種群規(guī)模迅猛減少。一個(gè)生命周期結(jié)束后，墨魚(yú)規(guī)模相對(duì)降低6.01%，海水有機(jī)污染物對(duì)魚(yú)類(lèi)的繁衍有較大的威脅。

浮游植物種群以海藻為例，挑選對(duì)其危害性最強(qiáng)的硝酸鹽、石油烴和土霉素三種有機(jī)污染物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)儀器為可見(jiàn)分光光度計(jì)、生物顯微鏡及超聲波破碎儀。細(xì)胞增長(zhǎng)速率和細(xì)胞分裂程度有直接關(guān)系，以廈門(mén)東海的海水為對(duì)照組，分別研究不同濃度的硝酸鹽、石油烴、土霉素對(duì)海藻生存產(chǎn)生的影響，結(jié)果見(jiàn)圖2。

從圖2看出，海藻中引入土霉素后，在全部生長(zhǎng)周期中，藻類(lèi)細(xì)胞密度要顯著大于其他兩個(gè)對(duì)照組，證明該有機(jī)污染物對(duì)海藻起到了促進(jìn)生長(zhǎng)的效用；引入硝酸鹽和石油烴后，在6天生長(zhǎng)適應(yīng)期細(xì)胞密度為上升趨勢(shì)，但在生長(zhǎng)穩(wěn)定期后會(huì)抑制藻類(lèi)生長(zhǎng)，細(xì)胞密度受限。

葉綠素是海洋浮游植物光合作用的核心物質(zhì)，葉綠素a含量可用于估計(jì)種群的初級(jí)生產(chǎn)力。分析不同濃度下三種有機(jī)污染物對(duì)葉綠素a含量的影響，結(jié)果見(jiàn)圖3。

觀察圖3可知，硝酸鹽濃度較低時(shí)，氮含量相對(duì)較少，葉綠素a合成受到限制，葉綠素a含量最低，硝酸鹽濃度為18μmol/L時(shí)，海藻呈現(xiàn)最優(yōu)生長(zhǎng)狀態(tài)，葉綠素a含量明顯提高，大于18μmol/L時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)含量下降趨勢(shì)；土霉素濃度為2～6 mg/L時(shí)可以加快海藻生長(zhǎng)，但濃度為8 mg/L時(shí)則會(huì)減緩生長(zhǎng)速率，致使海藻中葉綠素a含量變少；浮游植物能降解石油烴，利用同化反應(yīng)將其作為營(yíng)養(yǎng)源加快自身生長(zhǎng)速度，但石油烴濃度過(guò)高則會(huì)影響海藻光合反應(yīng)，葉綠素a的含量逐漸變低。

丙二醛是評(píng)估浮游植物氧化脅迫水平的常用指標(biāo)，將其作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，分析三種有機(jī)污染物對(duì)海藻細(xì)胞過(guò)氧化的影響，丙二醛含量越高，海藻過(guò)氧化速度越快，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4。

由圖4看到，伴隨濃度增多，三種有機(jī)污染物都會(huì)對(duì)海藻中的丙二醛含量有不同程度的增長(zhǎng)作用，丙二醛含量呈階梯型上漲，提升了細(xì)胞過(guò)氧化反應(yīng)，加快海藻種群老化速率，讓藻細(xì)胞提前進(jìn)入衰退期，植物種群數(shù)量逐步減少，這也與當(dāng)前廈門(mén)東海生態(tài)種群規(guī)模變化結(jié)果相同。

4結(jié)束語(yǔ)

海水有機(jī)污染物所引發(fā)的生態(tài)問(wèn)題，越發(fā)受到人們的重視，有機(jī)污染物可被生物吸收、代謝、排出，嚴(yán)重影響海洋生物種群的生長(zhǎng)與繁衍，由此就對(duì)有機(jī)污染物與生物種群規(guī)模之間的相互作用進(jìn)行深入分析。運(yùn)用拓?fù)渲笖?shù)劃分有機(jī)污染物原子結(jié)構(gòu)特征，創(chuàng)建定量結(jié)構(gòu)一生物富集因子解析式，使用誤差反向傳輸人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建有機(jī)污染物生物富集；并通過(guò)吸收演變算子與毒素演變算子量化有機(jī)污染物對(duì)海洋生物的不良影響，組建海洋生物種群變化函數(shù)。以廈門(mén)東海為探究目標(biāo)，通過(guò)不同污染指標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果證明：所提方法可有效展現(xiàn)海洋污染內(nèi)部機(jī)理，所獲結(jié)論與當(dāng)前海域生態(tài)環(huán)境相一致，為海洋污染整治、維護(hù)生態(tài)平衡發(fā)揮應(yīng)有作用。