海水有機污染物對海洋生物種群變化的影響研究

李萍

關鍵詞：海水污染；有機污染物；生物種群變化；富集因子；神經網絡

中圖分類號：X171.5 文獻標志碼：B

前言

伴隨海洋資源持續的開發利用，有機污染物隨之增多，引發人們的廣泛關注。此種污染物會影響海洋氣候，破壞海洋植物光合作用，導致藻類植物大量死亡，嚴重制約了海洋動植物生長繁衍，對海洋生物系統結構產生深遠影響。針對污染物對生物種群變化影響問題，文獻[4]以微塑料對環境污染物為例，運用高通量測序分析聚苯乙烯微塑料在海水中細菌高變區，探究不同粒徑污染對海水細菌群落的影響。但該方法未具體闡明不同毒性濃度對生物種群變化的差異性影響，所獲結論完整性有待提升。為此，研究以不同有機污染物為研究對象，推算有機污染物生物富集因子，明確海洋生態系統變化規律，同時創建海洋生物種群變化函數，實現海水有機污染物對海洋生物種群變化的影響分析。

1有機污染物生物富集因子計算

采用拓撲指數與神經網絡共同計算有機污染物生物富集因子，給生物種群變化分析提供參考。拓撲指數是一種闡明分子結構的數值，用來定義分子大小、分支等結構特征。將拓撲指數的原子點價表示成式（1）：

3實驗分析

實驗取樣地點為廈門東海區域，分別挑選魚類和浮游植物進行實驗分析。魚類實驗選用墨魚和對其影響較大的海洋有機污染物雙對氯苯基三氯乙烷（Dichloro Diphenyl Trichloroethane，DDT）進行研究。采用MATLAB軟件模擬墨魚個體全生命周期的有機污染物生物富集過程，并基于此，以2022年3月東海環境污染數據為例，計算墨魚DDT污染劑量一反應關系，分析有機污染物富集DDT對墨魚種群生存率的影響，結果如表1所示，表中If表示DDT富集濃度。得出伴隨有機污染物累積量的增多，墨魚死亡概率變大，水環境污染問題加劇，魚類種群面臨極大的生存危機。

設定當前種群存活率為1，在MATLAB軟件中分析富集DDT對墨魚種群規模變化的影響，結果如圖1所示。DDT富集的影響伴隨時間流逝而增多，一定時間后墨魚因有害物質而迅速死亡，致使種群規模迅猛減少。一個生命周期結束后，墨魚規模相對降低6.01%，海水有機污染物對魚類的繁衍有較大的威脅。

浮游植物種群以海藻為例，挑選對其危害性最強的硝酸鹽、石油烴和土霉素三種有機污染物進行實驗，實驗儀器為可見分光光度計、生物顯微鏡及超聲波破碎儀。細胞增長速率和細胞分裂程度有直接關系，以廈門東海的海水為對照組，分別研究不同濃度的硝酸鹽、石油烴、土霉素對海藻生存產生的影響，結果見圖2。

從圖2看出，海藻中引入土霉素后，在全部生長周期中，藻類細胞密度要顯著大于其他兩個對照組，證明該有機污染物對海藻起到了促進生長的效用；引入硝酸鹽和石油烴后，在6天生長適應期細胞密度為上升趨勢，但在生長穩定期后會抑制藻類生長，細胞密度受限。

葉綠素是海洋浮游植物光合作用的核心物質，葉綠素a含量可用于估計種群的初級生產力。分析不同濃度下三種有機污染物對葉綠素a含量的影響，結果見圖3。

觀察圖3可知，硝酸鹽濃度較低時，氮含量相對較少，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，海藻呈現最優生長狀態，葉綠素a含量明顯提高，大于18μmol/L時，則會出現含量下降趨勢；土霉素濃度為2～6 mg/L時可以加快海藻生長，但濃度為8 mg/L時則會減緩生長速率，致使海藻中葉綠素a含量變少；浮游植物能降解石油烴，利用同化反應將其作為營養源加快自身生長速度，但石油烴濃度過高則會影響海藻光合反應，葉綠素a的含量逐漸變低。

丙二醛是評估浮游植物氧化脅迫水平的常用指標，將其作為實驗指標，分析三種有機污染物對海藻細胞過氧化的影響，丙二醛含量越高，海藻過氧化速度越快，實驗結果見圖4。

由圖4看到，伴隨濃度增多，三種有機污染物都會對海藻中的丙二醛含量有不同程度的增長作用，丙二醛含量呈階梯型上漲，提升了細胞過氧化反應，加快海藻種群老化速率，讓藻細胞提前進入衰退期，植物種群數量逐步減少，這也與當前廈門東海生態種群規模變化結果相同。

4結束語

海水有機污染物所引發的生態問題，越發受到人們的重視，有機污染物可被生物吸收、代謝、排出，嚴重影響海洋生物種群的生長與繁衍，由此就對有機污染物與生物種群規模之間的相互作用進行深入分析。運用拓撲指數劃分有機污染物原子結構特征，創建定量結構一生物富集因子解析式，使用誤差反向傳輸人工神經網絡，構建有機污染物生物富集；并通過吸收演變算子與毒素演變算子量化有機污染物對海洋生物的不良影響，組建海洋生物種群變化函數。以廈門東海為探究目標，通過不同污染指標進行實驗研究，結果證明：所提方法可有效展現海洋污染內部機理，所獲結論與當前海域生態環境相一致，為海洋污染整治、維護生態平衡發揮應有作用。