海水有机污染物对海洋生物种群变化的影响研究

李萍

关键词：海水污染；有机污染物；生物种群变化；富集因子；神经网络

中图分类号：X171.5 文献标志码：B

前言

伴随海洋资源持续的开发利用，有机污染物随之增多，引发人们的广泛关注。此种污染物会影响海洋气候，破坏海洋植物光合作用，导致藻类植物大量死亡，严重制约了海洋动植物生长繁衍，对海洋生物系统结构产生深远影响。针对污染物对生物种群变化影响问题，文献[4]以微塑料对环境污染物为例，运用高通量测序分析聚苯乙烯微塑料在海水中细菌高变区，探究不同粒径污染对海水细菌群落的影响。但该方法未具体阐明不同毒性浓度对生物种群变化的差异性影响，所获结论完整性有待提升。为此，研究以不同有机污染物为研究对象，推算有机污染物生物富集因子，明确海洋生态系统变化规律，同时创建海洋生物种群变化函数，实现海水有机污染物对海洋生物种群变化的影响分析。

1有机污染物生物富集因子计算

采用拓扑指数与神经网络共同计算有机污染物生物富集因子，给生物种群变化分析提供参考。拓扑指数是一种阐明分子结构的数值，用来定义分子大小、分支等结构特征。将拓扑指数的原子点价表示成式（1）：

3实验分析

实验取样地点为厦门东海区域，分别挑选鱼类和浮游植物进行实验分析。鱼类实验选用墨鱼和对其影响较大的海洋有机污染物双对氯苯基三氯乙烷（Dichloro Diphenyl Trichloroethane，DDT）进行研究。采用MATLAB软件模拟墨鱼个体全生命周期的有机污染物生物富集过程，并基于此，以2022年3月东海环境污染数据为例，计算墨鱼DDT污染剂量一反应关系，分析有机污染物富集DDT对墨鱼种群生存率的影响，结果如表1所示，表中If表示DDT富集浓度。得出伴随有机污染物累积量的增多，墨鱼死亡概率变大，水环境污染问题加剧，鱼类种群面临极大的生存危机。

设定当前种群存活率为1，在MATLAB软件中分析富集DDT对墨鱼种群规模变化的影响，结果如图1所示。DDT富集的影响伴随时间流逝而增多，一定时间后墨鱼因有害物质而迅速死亡，致使种群规模迅猛减少。一个生命周期结束后，墨鱼规模相对降低6.01%，海水有机污染物对鱼类的繁衍有较大的威胁。

浮游植物种群以海藻为例，挑选对其危害性最强的硝酸盐、石油烃和土霉素三种有机污染物进行实验，实验仪器为可见分光光度计、生物显微镜及超声波破碎仪。细胞增长速率和细胞分裂程度有直接关系，以厦门东海的海水为对照组，分别研究不同浓度的硝酸盐、石油烃、土霉素对海藻生存产生的影响，结果见图2。

从图2看出，海藻中引入土霉素后，在全部生长周期中，藻类细胞密度要显著大于其他两个对照组，证明该有机污染物对海藻起到了促进生长的效用；引入硝酸盐和石油烃后，在6天生长适应期细胞密度为上升趋势，但在生长稳定期后会抑制藻类生长，细胞密度受限。

叶绿素是海洋浮游植物光合作用的核心物质，叶绿素a含量可用于估计种群的初级生产力。分析不同浓度下三种有机污染物对叶绿素a含量的影响，结果见图3。

观察图3可知，硝酸盐浓度较低时，氮含量相对较少，叶绿素a合成受到限制，叶绿素a含量最低，硝酸盐浓度为18μmol/L时，海藻呈现最优生长状态，叶绿素a含量明显提高，大于18μmol/L时，则会出现含量下降趋势；土霉素浓度为2～6 mg/L时可以加快海藻生长，但浓度为8 mg/L时则会减缓生长速率，致使海藻中叶绿素a含量变少；浮游植物能降解石油烃，利用同化反应将其作为营养源加快自身生长速度，但石油烃浓度过高则会影响海藻光合反应，叶绿素a的含量逐渐变低。

丙二醛是评估浮游植物氧化胁迫水平的常用指标，将其作为实验指标，分析三种有机污染物对海藻细胞过氧化的影响，丙二醛含量越高，海藻过氧化速度越快，实验结果见图4。

由图4看到，伴随浓度增多，三种有机污染物都会对海藻中的丙二醛含量有不同程度的增长作用，丙二醛含量呈阶梯型上涨，提升了细胞过氧化反应，加快海藻种群老化速率，让藻细胞提前进入衰退期，植物种群数量逐步减少，这也与当前厦门东海生态种群规模变化结果相同。

4结束语

海水有机污染物所引发的生态问题，越发受到人们的重视，有机污染物可被生物吸收、代谢、排出，严重影响海洋生物种群的生长与繁衍，由此就对有机污染物与生物种群规模之间的相互作用进行深入分析。运用拓扑指数划分有机污染物原子结构特征，创建定量结构一生物富集因子解析式，使用误差反向传输人工神经网络，构建有机污染物生物富集；并通过吸收演变算子与毒素演变算子量化有机污染物对海洋生物的不良影响，组建海洋生物种群变化函数。以厦门东海为探究目标，通过不同污染指标进行实验研究，结果证明：所提方法可有效展现海洋污染内部机理，所获结论与当前海域生态环境相一致，为海洋污染整治、维护生态平衡发挥应有作用。