海洋资源与海洋生态保护

海洋资源与海洋生态保护 黎松强 吴馥萍 (嘉应学院化学系，广东梅州 514015) 摘要:海洋是人类获取资源的宝库。含有80多种化学元素。海底大陆架油气 田、海底资源、海洋动力、海生生物都是极待开发的宝藏。海洋的生态保护关系 到人类的生存与未来。 关键词:海洋;资源;开发;海洋生态;保护 Resources of Sea and Oceaus and Marine Ecology Protetion Li Songqiang Wu Fuping (Chemical Department of Jiaying Institute, China Meizhou 514015) Abstract: Sea and oceans is manking acquistion treasure-house of resources. That contain more than 80 spcies chemical element. Botton of the sea continental shelf offshore oiffield、Submarine resources、marine power、maritine living things all extreme develop and tap the mineral resources. Marine eclolgy safeguard in close relationship with manking exist and for the future. Keywords: sea and oceaus; resources; develop; marine ecology 引言 海洋是生命的摇蓝，风雨的故乡，食物的宝库，航运的通道。海洋是人类环 境的重要组成部分，具有稳定全球环境的机能和容纳净化“百川归海”各种污物 的机能，但近50年来，海洋这两种机能正遭受到损害，如果海洋因污染而丧失生 命力，人类将从地球上消失。 1 海洋资源 42地球平均半径6378.14km，由此可算出地球总面积为51000×10km，海洋 4242面积占总面积的70.8%，为3605×10km(陆地总表面积为1495×10km)，海水 11总量为361×10t。自从出现人类以来，海洋就成为人类获取资源的宝库。 1 1.1 海洋生物资源 海洋是生命的摇篮，地球上许多生物就是从海洋中发展起来的，至今仍有80%的动、植物生活在海洋中，在动植物界的63个纲中，海洋中竞有51个纲。海洋生物约有20多万种，按其性质不同分为海洋植物，海洋动物和海洋微生物，按其生物习惯又分为浮游生物、游泳动物和底栖生物。 88海洋中每年生产的生物量约1300×10t，每年可向人类提供3×10t鱼类和贝 8[1]类，所以海洋是人类食物蛋白质的主要来源，但目前被利用的还不到1×10t。 1.2 海洋化学资源 ++---2,SO化学元素有100多种而海洋中就有80余种，尤其是Na、K、Cl、I、Br、、4 3,PO等非常丰富，每立方公里海水中含NaCl l2000多万吨，据预测如果将渤海海4 [2]水中的氯化钠全部提取出来足有583亿吨，够10亿人吃10万年。 在1000t海水中，可提取32t食盐、3t氢氧化镁、4t芒硝、0.5t钾、65g溴、26g硼、3g铀、170g锂。所制得的食盐是化工上制取纯碱、烧碱、盐酸、氯及各 [3]种氯化物的原料 。 3镁在海水中的含量也很高，浓度可达1.29g/m海水，仅次于氯和钠，居第3位。海盐产量高的国家多利用制盐的苦卤(MgCl)生产各种镁化物(生产1t食2 [4]盐可得0.5t苦卤)，或直接从海水中提取镁盐。镁和镁盐是工业和国防上重要原料，主要用于铝镁合金、照像材料、镁光弹、焰火，制药和钙镁磷肥料等。 1.3 海洋矿产资源 1.3.1 大陆架油气 海底石油以中国大陆架藏量尤为丰富。因受太平洋板块和欧亚板块挤压的应力作用，中国的大陆架都属陆缘的现代拗陷区，在中、新生代发育了一系列的断裂带，形成许多沉积盆地。中国大陆长江、黄河、珠江等大河所挟带大量有机质泥沙入海，使这些盆地形成几千米厚的沉积层，伴随地壳构造运动产生大量热能加速有机物转化为石油成为今天的大陆架油气田。自北向南由渤海起经黄海、东海至冲绳、台西南、珠江口、琼东南、北部湾、曾母暗沙等16个以新生代沉积物 [5]为主的中、新生代沉积盆地。这些中国大陆架盆地面积之广，沉积物之厚，油气资源之丰富在各大洋中是少见的，因此引起有关国家的觊觎。 据外国的估计，中国近海石油与中国陆地石油储量相当约40~150亿t(300~1120桶)其中渤海、黄海各为7.47亿t(56亿桶)、东海为17亿t(128亿 2 桶)、南海(包括台湾海峡)11亿t(80亿桶)，钓鱼岛周围东海大陆架海域亦储藏丰富的石油，据外国人估计有几十亿t。 1.3.2 滨海砂矿 在滨海的砂层中，因长期经受地壳运动和海水筛分作用，为形成各种金属和非金属矿床创造了有利条件，常蕴藏着大量的金刚石、砂金、砂铂、石英以及金红石、锆石、独居石、钛铁矿等稀有金属，因为它们在滨海地带富集成矿，所以称“滨海砂矿”。 中国的滨海砂矿主要分布在辽东半岛、山东半岛、福建、广东、海南、广西和台湾的滨海砂宕中，主要有锆石、钛铁矿、独居石、金红石、磷钇矿、锡石砂矿、铁砂矿、石金矿和砂砾等，为中国提供宝贵的稀有金属矿资源。 近几十年内发现并开采的深海锰矿，是一种含Mu、Fe、Cu、Ni、Co等20几种金属元素经济价值很高的矿瘤。地质学家称之为锰结核矿，是一种含锰品位很高的富矿。它在大洋海底，据测算仅太平洋底就有数千亿吨，它所含的锰矿，按 4目前消耗水平，每年140×10t计算是可以供应14万年。 1.3.3 海洋动力资源 汹涌澎湃的海洋永远不会停息，真正是拥有用之不竭的动力资源。目前正在研究利用的海洋动力资源有:潮汐发电、海浪发电、温差发电、海流发电、海水浓差发电和海水压力差的能量利用等，通称为海洋能源。其中潮汐发电应用较为普遍，并具有较大规模的实用意义。 中国沿海和近海的海洋能蕴藏量估计为10.4亿kw，其中潮汐能1.9亿kw、海浪能1.5亿km，温差能5.0亿千瓦、海流能1.0亿kw、盐差能1.0亿km。可开发利用的装机容量潮汐能为2000万kw，海浪能为3000~3500万kw。 海洋能与其它能源比较，具有资源丰富、不会污染、占地少，可综合利用等优点。它的不足之处是密度小、稳定性差，设备材料及技术要求高，开发利用工艺复杂、成本高等。然而由于石化燃料和煤不可再生能源对环境污染造成严重的挑战，所以海洋可再生能源的开发利用却是人类新能源开发的署光。 2 海洋的污染 海洋的污染是由于人类的活动改变了海洋原来的状态，使人类和生物在海洋中各种活动受到不利的影响。由于海水水量之巨大和海浪的澎湃波涛，一般的污染在大洋中容易驱散通过大海得到自净。同时因为海洋容量非常大，以至包括海 3 洋深层的海水循环一周需要数百年，因此海洋遭受的重型污染影响海洋机能所潜优的危机可能暂不易发现，一旦出问题，可能就非人类力量所能解决的了。 海洋污染的主要表现有赤潮、黑潮和原油泄漏造成海湾大面积污染，海生生物、海鸥生灵涂炭。 2.1 赤潮形成及危害 水体富营养化作用(entrophication)使藻类在海湾大量繁殖是形成赤潮的主要原因。 藻类(algae)属低等植物的一大群类，形成赤潮的藻类主要是甲藻。当水中含N>0.2~0.3mg/L、ρ>0.02~0.03mg/L时，藻类等浮游生物暴发性地增殖、夺取水中溶解氧，而藻类代谢死亡又导致水体腐败，散发鱼腥味、霉腐味和硫醇、吲哚的恶臭，使鱼虾大量死亡，漂浮于水面引起严重厌氧。有的藻类还能产生毒素，传播疾病直接危害人的健康。赤潮高潮时使大片海域生态环境严重破坏，形成公害。 藻类组成的原生质为CHONρ，它的形成机理是水中含氮、磷(硝酸10626311016 盐、氨氮和磷酸盐)的有机废水在高温气候条件的光照作用下形成赤潮或红潮(redtide)，在淡水湖泊则形成水华(water bloom): 光合作用 ,，2,NOHPO106CO+16+122HO+18H+ CHONP+138O可知2210626311016234呼吸作用 水体中含少量的氮(7.2g)和磷(1g)就会产生大量的藻类(115g)。 由于热力学作用，水体在高温季节可呈现分层现象，即上层水暖比重小，下层水冷比重大，如果此时水面受富含氮、磷的有机物的污染，则极易形成赤潮。但当藻类代谢时，从藻类生成的逆反应可看出，要分解1个分子(1mol)的藻类需消耗138个分子(138mol)的氧，可知藻类代谢耗氧量是惊人的。此时最容易造成赤潮的危害。 赤潮的特点是来势凶猛持续时间长，其后果是海水水质恶化，对水产业和养殖业造成区大损失，也危害沿海居民健康和渔民作业。值得注意的是关于使用化肥、农药的农业污水，也是造成赤潮的原因之一，目前还未受到重视，有的甚至还完全不了解大量施用农药、化肥对海洋生态的危害。对于建立城市污水处理厂和工业建设与环保“三同时”政策在各级领导中的环境意识也是非常薄弱的。总之，赤潮灾害完全是人类生产、生活不注重保护生态环境的行为造成的。如果人们仍不采取有效保护海洋生态环境，重视环境保护人才的培养和使用、普及 4 生态环境保护知识的话，当年的赤潮过去，第二年的赤潮还会卷水重来～甚至发生的频率及其危害程度会逐年加大，亟待引起各方关注。 2.2赤潮的监测和预报 水体富营养化是形成赤潮的主要原因，水体是否达到富营养化，可直接采海 [6]水水样进行监测，从而作出对赤潮的预报: (mg/L)，(g/L)，(g/L)耗氧量无机氮,无机磷, HL,,11500 若测定结果，则水中N、P的含量达到富营养化的程度，此时如果水体光,1 照充足，气温高则很容易形成赤潮，其最终后果因藻类代谢需要大量溶解氧，导致藻类死亡引起厌氧水体腐败释放出大量有毒气体 HS、NH、PH、CH等。 2334 赤潮增殖的量可通过测定浮游生物初级生产量来估算，它对水体环境质量评价和水产资源合理开发利用具有重要意义。浮游生物又以藻类为主，所以通过测定藻类生长繁殖来评定生物生产能力。比较简易的方法是用黑白瓶测氧法，测定的原理是根据藻类的特性，它们在阳光照射下进行光合作用合成有机物而释放出氧气。具体步骤是依据将其中的一个被黑布遮光的黑瓶完全不受光的照射，而其中另一个白瓶是在完全光照下。黑瓶中的藻类进行呼吸作用消耗水中一定数量的溶解氧，而白瓶中藻类进行光合作用则会使水中的溶解氧增加。通过黑白两瓶之间溶解氧之差，即可计算出该水体中藻类总生产量、净生产量和呼吸量。即: ?浮游生物藻类初级生产总量 P P=白瓶溶解氧量-黑瓶溶解氧量 GG ?呼吸氧量P H P=初始溶解氧量-黑瓶溶解氧量 H ?浮游生物藻类净增量P N P=P-P 产量单位mg(O)/L?d NGH2 2.3黑潮 海面有时会出现黑白或黑绿白色的混浊现象，这一海水变色现象称为黑潮。这是由于存在于底层的缺氧水团向沿岸涌升所致。黑潮发生时，在缺氧水的影响下，鱼类因不能有效呼吸而死亡，这不仅影响海洋生物生存，也给渔业生产、海洋经济造成重大损失。 缺氧水团的形成过程及其中物质循环紊乱是造成黑潮形成的原因。在海洋海湾高温季节，水呈现分层现象，上层水热比重小，下层水冷比重大，而且随阳光 5 照射而加大，上层水与底层水无法产生对流相混合。表层增殖的浮游生物藻类因温度过高而死亡，沉降于底部，这些浮游生物尸体分解时消耗溶解氧最后达到厌氧、无氧状态、水体腐败。实际上赤潮与黑潮是相关联的，因此黑潮是赤潮的晚期阶段。 在有氧状态下，有机物的分解是在好氧菌的作用下，最终被分解为 CO;在2无氧或厌氧状态下，厌氧菌将有机物分解停留在有机酸阶段，时间较长造成有机酸在水中积蓄，水中还原菌增殖，水中形成HS，当缺氧底层水涌升时，水中HS22被上层水中的氧所氧化，形成胶体硫，并导致形成黑潮。 2.4海洋的原油污染 海洋的原油污染主要来自三大污染源。第一大污染源当数海上油田开发，海底石油采钻;第二大污染源来自海上巨型油轮的撞沉，原油在海域大量泄漏造成重大污染事故。在这两大污染源之外，是人类战争的特殊原因。迄今为止，世界上最大的原油污染海洋的事件是海湾战争期间约50万吨以上原油流人大海。科威特油田破坏造成波斯湾海域的污染。大部分原油在西北风和环流的作用下，在2~3个月内，南下到200km之外的波斯湾，在沙特沿岸一带造成大面积严重污染，在数月之内，还使伊朗沿岸布尔什地区及遥远的霍尔姆兹海峡受污染。此外海上油田的井喷事故，如墨西哥坎佩切海湾的油田井喷事故，以及多起的巨型油轮在海途失事也给海洋生物造成极大灾难和海洋生态的严重破坏。 3 海洋的生态环境保护 3.1赤潮的控制与防治 3.1.1赤潮的控制 (1)制定法规，严格限制含N、P超标的工业污水、生活污水排人海洋。 (2)严禁江河、湖泊的淤泥污泥排人海湾、对大量淤积污泥的江、河、湖、泊限期疏浚清理，制止工业污泥、生活污泥排人海中。 (3)提倡科学养殖，加强对内海、海湾网箱养殖的管理，减低网箱密度。 (4)严格控制围海造地、围海造田、滥采乱挖海滩砂石等破坏海滩、海岸生态环境的行为，加强对海岸、海滩开发利用的规划管理。 (5)加大并保障海洋环境保护的资金投入，加大海洋环境保护的力度，特别要加快对入海河流流域的环境综合规划与整治和城市污水综合治理。制定建设城市污水处理厂，未经处理的污水绝对禁止排入海洋的法规、法令，确保这些法规、 6 法令、政策的贯彻落实。 (6)尽快建立健全农村作业面的环境管理和普及推广科学施用农药、化肥的技术，控制冲涮农田、果园富含氮磷的雨水直接流人海洋。 (7)加强对赤潮发生、发展与临界条件的科学研究，在做好海域环境监测的同时，开展赤潮监测、监视和预报工作。 3.1.2赤潮的防治 (1)污水深度处理法 有机废水包括工业废水和生活污水的生化降解，包括两个主要过程，即有机物的碳氧化、氨氧化。碳氧化是借助于通过微生物的分解作用将水中有机污染物降解为CO、H0和小分子有机物;而有机污染物中的蛋白质、脂肪酸等含氮化合22 物则通过微生物的氨化作用转化成NH及其相应的有机物。氨氧化也称为硝化作3 用，是将蛋自质、脂肪放出的氨通过好氧型的自养菌的硝化作用，将其转化成硝 ,,NONO酸盐()，然后又将硝酸盐()进行反硝化脱氮，生成分子态氮，完成氮的循33 环，使废水、污水实现无害化。经过深度处理的工业废水或生活污水排入水体则不会造成富营养化。 (2)化学灭藻法 对于范围较小的水体，在形成赤潮的初始阶段，可采用投入硫酸铜、漂白粉或液氯等化学药剂，以杀死藻类。硫酸铜的效果好，投加0.1~0.5mg/LCuSO，几4天内就能杀死大量海藻，但必须辅以打涝清理死海藻以防止厌氧腐败水质。漂白粉和液氯既能杀死藻类又能去除藻类腐烂散发的臭气，投药量0.5~1mg/L。 (3)生物杀藻法 培养繁殖能吞噬藻类的噬藻菌，这种噬藻体是以藻类作为食物链，是一种以“菌治菌”的新方法。但目前尚处于试验阶段。据介绍这种方法发展前景广泛，因为已有研究者发现能吞噬藻类的噬菌体。 (4)机械搅拌法 对富营养化形成赤潮的海域，采用强力机械搅拌或高压空气喷射搅混，使水体受强烈的剪切作用使藻类因水搅混、水流紊乱而死亡，这对来势汹汹的赤潮控制和减缓灾害起到一定作用。 以上四种方法，对富含N、P污水进行深度处理后再排入水体才是基本而可靠的方法。 7 黑潮的发生本与赤潮相关联，控制住赤潮的形成也就控制了黑潮，因为黑潮 的产生是厌氧环境下必须有硫的产生。污水处理控制有机物排人海中，也就控制 海底厌氧状态出现，从而也就使黑潮得到根本控制。 3.1.3海洋生态环境保护的国际性行为 因为海洋大部分为公海，而且各大洋是相连系在一起，海岸线则联系世界绝 大多数国家和地区，因此防止海洋污染保护海洋生态环境应是国际性的。 20世纪的中期，从1954年《国际海上油污公约》开始，到目前已建立了为数 众多的公约。但到迄今为止，真正履行仍然非常困难。近年来海上巨型油轮事故 泄漏原油使海洋生态遭受严重污染的事件不断发生。近十年来的海湾战争大量原 油流入海洋等已使人触目惊心。所以，海洋环境生态保护确实任重道远，国与国 之间在公海发生大片油污染事件连国际法庭也望油兴叹～ 但即使如此，国际公约还是目前保护海洋生态环境的唯一出路。 参考文献 1(黎松强，曾育才.生态环境保护导论[M]，武汉:武汉理工大学出版社，2002， 97~105 2(孙湘平.中国的海洋[M] .北京:商务印馆，1995，157~201 nd3(Alexarde Martion.Introduction to siol Microbiolgy[M]. 2 ed,1977,102~105 4(Henze M, et al. Wastewater Biological and Chemical Preocess[M]. Second Edition. Berlin, Springer Verlag. 1997, 26~73 5(Henze M, et al. Activated Sludge Model No.2 JAWQ Task Croup on Mathematical Modeling for Design and Operation of Bidogical Wastewater Treatment[M]. Loncton:Springer Verlay, 1997, 28~96 6(王家玲，环境微生物学[M] .北京:高等教育出版社，1988，171~172 8 9