青藏高原等地区持久性有机污染物和新型污染物的环境行为研究

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有机氯农药(OCPs)、多氯联苯(PCBs)、多溴二苯醚(PBDEs)和六溴环十二烷(HBCDs)是目前已被列入斯德哥尔摩公约受控名单的持久性有机污染物(POPs)。它们具有高毒性,在环境中难降解,易于生物富集,且能够发生长距离迁移。除在污染源附近有高浓度检出外,它们能够在全世界范围内分布扩散,甚至到达高海拔和高纬度的偏远地区,从而影响全球生态环境系统。本论文对上述4类POPs在典型地区的污染现状、环境行为和长距离迁移机理展开了系统研究。  首先以青藏高原特别是植被覆盖较好的藏东南地区为采样区域,通过系统采集大气、松萝和高山鱼类等环境及生物样品,研究OCPs、PCBs、PBDEs和HBCDs在高海拔环境中的污染水平及污染特征;通过探讨植被情况、有机质、季风及海拔梯度对上述目标化合物的影响,揭示POPs在该地区的空间分布模式和可能的高山冷捕集及冷凝结效应机理。这部分的内容主要开展了以下3方面工作:  1.利用XAD-被动采样器技术,对藏东南色季拉山地区大气环境中的POPs开展了深入研究。样品分析结果显示,α-硫丹(endosulfanⅠ)、六氯苯、五氯苯、HCHs和DDTs是色季拉山大气环境中主要的POPs污染物,而PBDEs和HBCDs则处于背景值水平。由于夏季POPs具有较高的挥发速率,以及印度海洋季风所携带相对高浓度POPs的输入,使得藏东南地区目标化合物在夏季的浓度水平显著高于冬季浓度。由于地理位置、气候植被等条件的差异,导致POPs在同一区域的不同地形存在迁移行为的差异。色季拉山东坡大气样品中的POPs浓度水平和海拔梯度之间不存在显著相关性,然而西坡大气样品中DDTs及硫丹的浓度水平随海拔的升高而增加,且DDTs浓度水平与海拔高度之间呈现显著正相关性,揭示DDTs在西藏色季拉山地区存在潜在的高山冷浓缩效应。此外,研究结果表明森林内大气样品中POPs浓度低于森林外大气样品中的POPs浓度,一定程度上证明了在该地区存在森林过滤效应。  2.对藏东南地区松萝样品中的POPs开展了监测分析。研究结果表明,endosulfanⅠ、4,4-DDT、2,4-DDT和α-HCH有较高含量检出。DDTs、endosulfan和七氯环氧物浓度水平与松萝脂质含量呈显著正相关。HCH、DDT、Endosulfan、PBDEs及PCBs的脂肪归一化浓度与海拔高度呈显著正相关,在一定程度上证明了上述POPs在高海拔地区的冷捕集/冷凝结效应。相关频率分布直方图和山体污染潜能模型(Mountain Contamination Potential Model)表明辛醇-空气分配系数(logKoa)及水-气分配系数(logKwa)在8-10和2-4之间的半挥发性有机污染物较容易在高山环境中被冷捕集。和XAD数据对比表明,松萝可作为偏远地区大气环境中POPs的生物指示物。  3.对青藏高原地区3条河流(拉萨河、尼洋河、雅鲁藏布江)和4个湖泊(羊湖、青海湖、班公措、巴松措)中的野生鱼样进行了样品收集,研究青藏高原鱼体中HBCDs的生物累积、空间分布及单体分布特征。研究结果表明,在79条野生鱼样的鱼肉组织中,HBCDs的检出率为65.8%,平均脂肪归一化浓度为2.12ng/g lw。较高的检出率和浓度水平揭示青藏高原水体生物体内普遍存在着HBCDs污染。在HBCDs的3种单体组成中,α-HBCD是主要成分,占总浓度的78.9%,而β-HBCD在所有样品中都未检出。HBCDs总浓度(干重浓度)与鱼体脂肪含量呈显著正相关性(R=0.297,p<0.05)。α-HBCD浓度随鱼营养级的升高而降低,但γ-HBCD浓度与鱼营养级之间没有明显相关性。此外,湖鱼体内HBCDs总浓度水平与采样点年降水量之间呈现显著正相关性,在一定程度上说明了西藏地区HBCD的远距离传输途径主要依赖于干/湿沉降。  此外,本论文还选取了环渤海地区作为研究区域,通过对采集于该地区的软体动物体内的HBCDs、PBDEs以及新型污染物TBC的分析,系统研究了新型溴代阻燃剂在该地区的浓度水平、空间分布以及历史演变趋势。研究结果表明,PBDEs、HBCDs和TBC在软体动物体内都有非常高的检出率,分别为100%、99%和77%;其对应的浓度水平分别为n.d.-28.8 ng g-1 dw、0.01-20.4 ng g-1 dw和n.d.-12.1 ng g-1 dw。三者化合物之间存在显著相关性。PBDEs和HBCDs的浓度水平和软体动物脂肪含量呈正相关。它们各自的浓度水平都随着软体动物营养级的升高而降低,表现出一定的营养级稀释效应。和其他11种软体动物相比,紫贻贝对上述三类化合物具有最高的生物富集性,结合我们实验室以前在该地区的研究结果,表明紫贻贝是可以作为表征环渤海地区持久性有机污染物的理想生物指示物。进一步的研究发现从2003年至2010年,环渤海地区软体动物体内PBDEs的浓度水平呈显著指数下降趋势,其半衰期为2.3±1.7年,这一现象表明软体动物对海洋环境中污染物的变化有较高的敏感性。
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