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海湾及河口是海洋和大陆交互作用最为频繁的地带,主要由水体、大气、沉积物以及生物等介质组成。随着人类的开发利用,作为大陆输出物质的接受地,海湾的环境以及生态平衡已经被打破。由于造成海湾生态环境恶化的污染物组成复杂,加上介质的多样性,为全面研究海湾污染造成困难。本文以目前研究较为全面的持久性污染物(persistent organic pollutants,POPs)中的有机氯农药(Organochlorine Pesticides,OCPs)为研究对象,将海湾及河口纳入多元复合的“源”“汇”体系研究,从单介质的环境问题的研究上升到多介质环境问题的研究,探寻污染物质的环境行为,寻找污染的控制途径。
福建省泉州湾为敞开式海湾,根据福建省的地域地形特征,可以将对海湾产生严重污染的有机污染物质纳入汇水盆地进行研究,主要包括对污染的“源”“汇”研究。通过研究“源”(包括:大气干湿沉降、地表径流)以及“汇”(包括:海水、海洋生物、海洋沉积物、滩涂沉积物)等多介质中的污染,基本弄清了介质中污染物质的污染情况、主要的污染物质组成以及污染物质迁移的途径等;通过对介质中污染物输送以及接受通量的研究,总结出了“源”、“汇”总的污染通量情况,讨论建立了“源”、“汇”质量平衡公式,同时分析了非平衡的原因。
论文中得到的成果与结论为:
(1)污染物质的“源”主要包括地表径流以及大气干湿沉降。地表径流中不论是丰水期还是枯水期,HCHs主要以α-HCH为主,DDT含量都比较高。前期工业使用的六六六是α-HCH含量较高的主要原因,研究区附近土壤仍有DDT类农药的使用,并且随着夏季雨水的增多对土壤的淋洗作用增强从而随着地表径流进入泉州湾河流。大气干湿沉降在HCHs的组成总体上来说为δ-HCH>γ-HCH>β-HCH>α-HCH,DDTs组成为p,p-DDT>p,p-DDE>p,p-DDD> o,p-DDT。季节不同两类物质干、湿沉降比例不同。
(2)污染物质的“汇”主要包括海水、海洋生物、海洋沉积物、滩涂沉积物。
海洋生物中,HCHs含量大小为石莼>文蛤>日本对虾>缢蛏>翡翠贻贝>海蚌=曳丝钻嘴鱼>紫贻贝,石莼中含量高可能与藻类的表面有较强的吸附作用有关系。不同的生物体内DDT类物质含量有差异,含量大小为贝类>鱼类>甲壳动物>藻类,可能是由于不同的生物体有不同的吸收、积累和净化的机理,导致富集机氯农药的水平不一样。DDTs主要来源于之前环境中使用的农药,降解环境主要发生在厌氧环境下。
(3)表层沉积物中HCH类物质含量变化不大,DDT类变化较大。HCH类主要以α-HCH和β-HCH形式存在,DDT类主要以p,p-DDD和o,p-DDT存在。海湾HCH类的污染仍有来自于工业品的污染,同时有新的林丹输入,来源比较复杂。上层沉积物中DDT分解比较完全,产物含量较多;下层沉积物中有新的DDT的输入,早期输入的DDT也较为彻底的被分解,降解产物含量比较高。
(4)海水中HCHs含量高于DDTs含量,可能与HCH类物质比DDT类更易溶于水中有关。HCHs总含量大小为δ-HCH>β-HCH>α-HCH>γ-HCH,DDTs总含量平均值o,p-DDT> p,p-DDT>p,p-DDE>p,p-DDD。α-HCH/γ-HCH比值表明海水中有新的林丹的输入,可能主要是来自于雨水对土壤的淋滤作用带入的农药。DDT/(DDD+DDE)比值说明有新的DDT类农药的输入,除了河流带入的污染外,结合DDD/DDE比值,有可能大气颗粒物沉降对海水DDTs污染也有较大的贡献量。
(5)潮滩上层HCH类四种异构体的含量平均值大小有差异,DDT类四种化合物含量平均值大小上层与下层一致。HCHs污染有新的林丹的输入,可能是由于农业过程中使用的林丹随着雨水的淋滤进入河流在滩涂沉积物中累积,也可能是大气的干湿沉降输入;环境中有新的DDT物质的输入,主要来源于三氯杀螨醇使用。
(6)在通量研究方面,大气干、湿沉降对于“源”的贡献量要远远小于地表水的输入,地表水对HCHs的输入是大气作用的70倍,对DDTs的输入是大气作用的119倍,总量方面是大气作用的98倍,表明研究区内“源”中起主要作用的为地表水径流的输入。“汇”中DDTs的储存量要大于HCHs的储存量。DDTs主要蓄积于海洋生物中与沉积物中,HCHs主要蓄积于海水中,可能主要与两类物质的理化性质有关。从污染总量来看,主要为Qo>Qs> Qw> Qt,海洋生物积累的污染物在各项中为最高,遭受的污染比较严重,应该加强对海洋生物的保护。
(7)“源”中输入的污染物质量明显要高于“汇”中所蓄积的污染物质量,相与相之间的相互迁移转换是造成非平衡状态存在的一大因素,由于泉州湾海湾面积较大,水-气界面间的交换通量会引起“汇”的缺失。汇”的缺失量为:HCHs为70.72kg,DDTs为157.65kg。
(8)“汇流失”主要为水-气界面交换通量,外湾向内湾输送的污染物质量是“源”中比较重要的一项。根据非平衡的原因,对水-气界面交换迁移模式进行讨论,结论为:大气向水体迁移物质有α-HCH、β-HCH、γ-HCH及p,p-DDT;水体向大气迁移的物质有o,p-DDT、p,p-DDD和p,p-DDE。通过分析物质之间的平衡,有机物质的主要迁移途径为:沉积物与海水主要进行吸附过程,但是,两相之间非平衡状态会发生沉积物向海水的解吸;藻类、鱼类、浮游动物以及哺乳动物从海水中吸收污染物质在体内积累,而底栖生物主要从沉积物中积累有机物质。在假设满足物质守恒定律的前提下建立了“源”“汇”平衡公式。