多环芳烃和有机氯农药在巢湖的赋存及其生物积累放大效应研究

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持久性有机污染物(Persistent organic pollutants,POPs)具有长期残留性、生物积累性、半挥发性和高毒性的特点,并易被生物富集从而进入食物链传递,对生态环境和人体健康构成巨大威胁。POPs的环境和健康问题已引起全球的关注,而湖泊是当前POPs污染研究的重点领域。湖泊由于其水生生物层次的多样性以及水体的稳定性,是研究POPs污染与水生态关系的最佳介质。巢湖为我国第五大淡水湖泊,是沿湖地区工农业生产和人民生活用水的重要水源地,也是重要的渔业生产基地。因此加强对巢湖POPs污染分布和生态效应的研究对巢湖生态系统的可持续发展,保障居民饮水水质安全和人类的健康,维护巢湖的生产和生态功能具有重要意义。  本研究于2013年~2015年间按季节,在巢湖的不同湖区及巢湖周边的出入湖河流采集水样、沉积物样和生物样品。利用气相色谱与质谱联用(GC/MS)技术,系统分析多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCPs)在巢湖水相、沉积相、生物相的分布规律和组成特征,深入探讨和评估其在巢湖生态系统中的生态效应和健康风险。取得的主要结论如下:  (1)巢湖表层水体和沉积物中都能检出16种PAHs化合物。含量范围分别为42.21~271.30ng/L、280.40~4458.96ng/g dw(干重),平均值分别为184.16±72.49ng/L、1158.78±1162.07ng/g。巢湖PAHs主要来源于薪柴、煤炭、石油等燃料的不完全燃烧,水体组成中以低分子量的萘、苊烯、芴、菲等同系物为主;沉积物中则以中、低分子量的荧蒽、菲、苊烯,苯并[b]荧蒽、芘等同系物为主。PAHs季节变化不明显,只有在夏季时水体PAHs浓度最高,其他季节无明显差别。受有机质分布、粒径大小及人类活动影响,水体中PAHs呈现西部湖区>西部河流>湖心区>东部河流>东部湖区的分布特征;沉积物则显示出西部湖区>西部河流>东部河流>东部湖区>湖心区的特征。  (2)表层水体和沉积物各检出17种和18种OCPs,环氧七氯在两相都未检出。水体和沉积物OCPs平均值分别为65.87±19.15ng/L、11.35±5.63ng/g dw。组成模式上两者都以HCHs(六六六)和DDTs(滴滴涕)两大类为主。p,p-DDE是DDTs最主要的同系物。HCHs组成上两者略有不同,水体中α-HCH占比最大,沉积物中则是β-HCH占比最大。巢湖HCHs和DDTs污染的主要来源是历史残留。HCHs、DDTs、OCPs总体呈现夏季>秋季>冬季>春季的季节变化特征;空间上则是西部湖区>西部河流>东部河流>东部湖区>湖心区的特征,与沉积物中PAHs分布规律一致。除β-HCH、p,p-DDE以及ΣDDTs外,其余各指标与TOC、TN、TP并无明显相关关系,说明OCPs的分布受到沉积环境条件、沉积物中吸附剂类型等其他条件的限制。  (3)利用公式进行估算,入湖河流持久性有机污染物的年入湖总量分别为HCHs33.46kg、DDTs11.93kg、OCPs99.62kg、PAHs278.73kg,其中杭埠河—丰乐河贡献率最大,其对PAHs和OCPs污染通量贡献率超过65%,其次则为南淝河。  (4)巢湖水生生物样品中HCHs、DDTs和PAHs的均值分别为13.87±9.16ng/g、48.06±51.65ng/g、393.48±289.26ng/g(脂重)。巢湖水生生物POPs的生物富集情况处于中等水平。不同鱼类样品的POPs含量差别很大,黄颡鱼HCHs、DDTs和PAHs的含量最高,鲢鱼体内HCHs、DDTs和PAHs含量最低。其他鱼类基本呈现肉食性鱼类>杂食性鱼类>草食性鱼类的特征。组成模式上分别以β-HCH、p,p-DDE以及低环多环芳烃为主,组成成分及来源都与沉积物和水体具有一致性。对鱼类不同部位富集能力的分析显示,鱼类的生物富集能力呈现肝胰脏>肠道>肌肉>鳃的特点,而脂肪含量是影响富集能力的重要因子。  (5)巢湖生态系统食物网结构为:浮游动物为初级消费者;虾、螺、草食性鱼类(草鱼、鳊鱼)和杂食性鱼类(鲤鱼、鲫鱼、湖鲚、鳑皱、银鱼)为次级消费者;肉食性鱼类(黄颡、甲鱼、鲌、泥鳅、花(骨))为三级消费者。HCHs、DDTs和PAHs营养级放大因子(TMFs)分别为1.49、1.81和1.32,其中HCHs4种同分异构体、p,p-DDE、Nap(萘)的TMFs值显著大于1,说明这些污染物在巢湖淡水生态系统中具有显著生物放大效应。生物—沉积物因子(BSAFs)呈现肉食性鱼类>杂食性鱼类>草食性鱼类>无脊椎动物特征但差别并不显著。化合物的辛醇分配系数Log Kow则是影响生物—沉积物累积因子BSAFs的重要因素。  (6)对巢湖PAHs和OCPs的污染水平和人体健康风险进行评价,结果显示:巢湖水体和沉积物中PAHs和OCPs处于中等污染水平,水环境质量安全,沉积物中OCPs可能会诱发一定的生态风险。长期食用鱼类诱发HCHs和DDTs致癌和非致癌风险都很小,不会对人体产生潜在危害。但长期食用鱼类导致的PAHs致癌风险及对人体健康的影响需引起重视。
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