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只要有石油及其产业的存在,多环芳烃(PAHs)就会源源不断地产生,其在环境中的持久性、生物累积能力、毒性和致癌性是引起世人关注的主要原因。作为滨海湿地的重要组成部分,红树林湿地是陆源污染入海的承泻区。近年来,随着城市化和工农业的飞速发展,红树林湿地面临着污染加剧的严重威胁。汕头红树林湿地是汕头国际湿地示范区的重要组成部分,有关该红树林湿地PAHs污染尚未见报道,因此本研究通过对汕头红树林湿地生境的表层沉积物、表层沉积物水体和颗粒物、红树植物等各介质的采样调查,分析了并对比了PAHs在不同红树林湿地沉积物中的含量水平、空间分布和在不同介质中的分配模式,探讨了其可能的来源、迁移途径和归趋。主要内容和结果包括以下几个方面:
(1)沉积物中PAHs的污染水平及分布特征结果显示,汕头红树林湿地表层沉积物总PAHs含量范围是57~238ng/g,均值是146ng/g,低于其它环境介质,表明本研究的红树林区PAHs的污染相对处于较低的水平。苏埃湾红树林湿地和义丰溪口红树林表层沉积物总PAHs含量明显高于外砂河口红树林湿地,分别是162、170和102ng/g。除义丰溪口红树林外,总PAHs都被富集在红树林内部的沉积物中,而且随林内至林边缘至光滩沉积物中总PAHs呈线性下降趋势。3处红树林湿地表层沉积物中PAH化合物的组成具相似的特点,既都是以3环、4环和5环PAH化合物为主要组成成分,且4环化合物占据最高比例,分别为苏埃湾40%、外砂河口44%和义丰溪口49%。从致癌性角度考察,最强致癌物质苯并(a)芘(BaP)在每个站位均有检出且随低潮带光滩、林边缘和林内含量逐步升高。不同红树林区总PAHs含量1~10cm沉积物皆高于10~20cm沉积物,表明总PAHs主要富集于上层。沉积物的有机碳(OC)、黑碳(BC)和粘粒(Clay)是PAHs分布的重要影响因素,其中BC是最为显著的影响因素,以BC百分含量为自变量的回归方程能较好地预测沉积物各环和总PAHs的分布情况。无论是天然林湿地与人工林湿地,还是外来种成林湿地与本地种成林湿地,其沉积物PAH化合物组成特征,并没有表现出明显的差异。
(2)依据正矩阵因子分解法(PMF)的源解析结果表明,汕头红树林湿地沉积物的PAHs来源有5种,分别是煤和生物质燃烧、天然气的燃烧、煤焦油的燃烧、汽油或柴油的燃烧、和石油及其制品的泄漏,其中煤和生物质燃烧是主要的PAHs贡献源,贡献率达到45.58%。
(3) PAHs在沉积物水体与其悬浮物之间的分配结果显示,3种红树林内PAH化合物在水—颗粒物间的分配系数(Kp)均值在143~1031L/Kg之间,对应的光滩Kp均值在113~2685L/Kg之间。PAH化合物倾向于吸附在颗粒物上,颗粒态有机碳(POC)对低环PAH化合物具有较强的吸附能力,而对高环PAH化合物则表现出较弱的亲和力。红树林内沉积物水体中溶解态有机碳(DOC)对PAH化合物的分配系数产生了显著的影响,而光滩水体中POC是关键影响因素。有机碳归一化分配模型(Koc)能较好模拟PAH化合物在红树林水体中水相—颗粒相间原位分配过程,但存在差异。
(4) PAHs在红树植物—沉积物/水体间迁移结果表明,各红树植物根均有根富集系数(RCF)值随辛醇—水分配系数(Kow)值增大而减小,随溶解度(Sw)值增大而增大的趋势,苏埃湾桐花树根和外砂河口无瓣海桑根对总PAHs的富集能力大于义丰溪口无瓣海桑和外砂河口海桑根的富集能力。苏埃湾桐花树根对各单体PAH化合物富集能力明显强于另外2种红树植物根,且对苊(Ace)富集能力最强,RCF值达60.257。各红树植物茎、叶和果均有地上部富集系数(SCFtr)值Kow值增大而增大,随Sw值增大而减小的趋势。各红树植物茎、叶和果对蒸腾流中的PAHs的富集能力一般为屈(Chr)>芘(Pyr)>菲(Phe)>芴(Flu)>苊(Ace)。外砂河口海桑的茎、叶和果对PAHs富集能力相对最弱;义丰溪口无瓣海桑的茎、叶和果对PAHs富集能力相对最强;义丰溪口无瓣海桑的叶对Chr有最大的富集能力,SCFtr值达71047。应用限制分配模型预测红树植物根吸附PAHs,在不考虑沉积物BC,只考虑OC作为主要吸附物的情况下,计算得到的近平衡分配系数(αpt)值分布在0.0003~0.86之间,且随PAH化合物Kow值增大而明显减小。在同时考虑BC和OC作为吸附物的情况下,计算得到的αpt值分布在0.032~89.141之间,且随PAH化合物Kow值增大明显减小,且与αpt为1的迁移平衡态相差明显。与只考虑OC的αpt值相比,同时考虑OC和BC的αpt值明显增加了2个数量级。因此以沉积物BC为主要吸附物对限制分配模型进行修正和完善是必要的。