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卤代阻燃剂(HFRs)和多氯联苯(PCBs)是两类典型的含卤素的持久性有机污染物(PHOPs)。它们在环境中广泛存在,并且具有持久性、长距离迁移性和潜在的生物毒性,是近几年环境科学关注的热点之一。大气是PHOPs的重要载体之一,也是人体暴露这些污染物的重要途径。植物是大气中PHOPs的重要储存体,大气-植物之间的交换作用是PHOPs的一个重要环境界面过程,是PHOPs进入陆生食物链的重要环节,并且对大气中PHOPs的迁移、归宿和全球循环起着非常重要的作用,因此开展PHOPs在大气-植物之间的交换研究具有十分重要的意义。
本论文对广东清远电子垃圾拆卸区和其邻近农村对照区大气和植物叶片(桉树叶和松针)中HFRs,包括多溴联苯醚(PBDEs)、得克隆(DPs)及十溴二苯乙烷(DBDPE)等以及多氯联苯(PCBs)的浓度水平、组成及季节变化进行了调查。结果显示,电子垃圾拆卸活动是环境中这类污染物重要来源,电子垃圾拆卸区大气和植物中的PHOPs浓度明显高于对照区。但是,拆卸区和对照区植被中PHOPs的浓度之间的差距远小于大气,并且存在物种间差异(松针中PHOPs浓度高于桉树叶),可能与二者比表面积有关。PBDEs和早已禁用的PCBs是两类最重要的PHOPs,平均分别占8.3%~18%和73%~86%。大气中不同PHOPs的季节变化并不一致,低分子量污染含量在夏季较高,主要存在于颗粒物中高分子量污染物季节特征不明显。利用克劳修斯-克拉伯龙方程对大气中污染物的源-气排放机制分析发现,从污染介质中的挥发是电子垃圾拆卸区大气中低卤代PHOPs的重要来源。PBDEs和PCBs的气粒分配系数(KP)与其过冷蒸汽压(PL°)显著相关,且log KP与log PL°回归斜率及截距表明,电子垃圾拆卸区和对照区化合物气粒分配机制存在差异,这可能和大气颗粒物性质有关。我们的结果还暗示了,低纬度地区发展中国家粗放的电子垃圾处理活动产生的有机污染物可能会在全球进行传输。
本论文重点研究了HFRs和PCBs的植物-大气交换行为:探讨了植物中污染物浓度与大气、植物叶表面颗粒物及气象因素之间的关系,结果表明,植被是该地区PHOPs重要的储蓄体,HFRs及PCBs在植被和大气之间的交换受温度影响,并能影响大气中的浓度;结合McLachlan的预测模型,阐明了HFRs及PCBs的大气-植物交换机制,在自然条件下对早期的模型进行了验证,并探讨了其影响因素,发现颗粒物沉降是植物从大气中吸收大多数HFRs的重要途径;揭示了对于高辛醇气分配系数(KOA)的卤代阻燃剂污染物,大气植物分配系数(KPA)与KOA之间的关系,发现并证明log KPA与log KOA之间的非线性关系,而且这种关系可能与化合物的植物吸收机制以及气粒分配相关。另外通过大气、植物及土壤中PCBs手性特征的研究,发现PCBs在桉树叶和松针中很可能存在手性异构体选择性生物转化过程,以前几乎没有研究在自然条件下发现植物对PCBs手性异构体选择性转化。
另外,我们在两地区及城市地区(广州)同时采集了一年的大气沉降样品,对HFRs在这些地区的大气沉降通量及季节变化进行了调查。结果表明,电子垃圾拆卸区(99.3~1327 ng m-2 day-1)及城市地区(79.1~1200 ng m-2 day-1)总HFRs的沉降通量比对照区(9.27~79.5 ng m-2 day-1)高很多,说明珠三角地区的电子垃圾拆卸回收活动和工业活动是环境中HFRs的两个重要污染源。城市地区沉降样品中HFRs的组成以现今国内正大量使用的HFRs为主,而在电子垃圾拆卸区,组成则以曾在国外被大量使用的HFRs为主。另外,运用主成分分析,对三个地区的HFRs来源进行了识别,并结合多元线性拟合的方法,对对照区HFRs的来源进行了解析,结果表明对照区HFRs主要是来自于城区和电子垃圾拆卸区(分别为45%和38%),其他来源很少(17%)。另外还探讨了不同HFRs长距离迁移能力的差异及化合物在排放和迁移过程中的环境行为,发现倾向于存在于气相或者吸附于颗粒相的化合物更容易大气长距离迁移。
这些成果为理解电子垃圾拆卸活动对本地及周边的影响提供了重要依据,并且对于分析PHOPs的局部甚至全球迁移及其环境行为和归趋有着重要的意义,同时也为局部地区HFRs及PCBs的污染控制提供了一定的理论基础。