土壤沉积物生物系统多环芳烃生物地球化学过程.doc

土壤沉积物—生物系统多环芳烃生物地球化学过程 【摘要】：多环芳烃(PAHs)作为一种典型的持久性有机污染物(POPs),在世界各种生态系统多介质中被广泛检出。土壤/沉积物作为PAHs的主要汇集和累积场所,而生长于土壤/沉积物上的各种生物是PAHs进入食物网累积,并发生迁移、转化的关键介质。因此,深入开展本项研究不仅对丰富PAHs生物地球化学研究内容具有重要的理论意义,而且可为提高生态和健康风险评价准确度和控制陆地生态系统PAHs污染提供重要科学依据。本研究选择典型土壤/沉积物—生物系统,通过实地资料收集与室内分析与模拟相结合的方法,联合环境地球化学、土壤学、与生物学等学科,研究了典型土壤/沉积物—生物系统中PAHs的累积、迁移与降解机制与影响因素。土壤—植物系统选择植物为优势生物的土壤—水稻系统为例,研究结果显示,上海市周边水稻田表层土壤(0-10cm)TPAHs含量水平空间差异很大。稻田表层土壤中5环和6环的高环PAHs占优势地位,约为43.4%,比例最小的化合物为2环和3环的低环PAHs,仅占总量的18.5%。表层土壤中PAHs总量、高、中、低环化合物和土壤理化性质之间均没有明显的相关关系。农田水稻植物体累积PAHs的途径主要为叶片吸附和吸收大气中的PAHs。稻根从土壤中获取PAHs也是水稻累积PAHs的一个重要途径。籽和茎主要依赖叶片与根部获取PAHs。TPAHs总量的根累积因子为0.05—0.08,PAH化合物根累积因子为0—0.41。说明上海农田水稻根系未发现从土壤中富集放大PAHs的现象。无论水稻种植前后,PAHs总量和化合物在土壤中的垂直分布都具有向下逐渐递减的趋势,而且自土壤表层向亚表层迅速减少,60cm以下变化较小,趋于稳定。水稻种植可以使土壤中PAHs含量明显降低。除萘外,菲和中、高环PAH化合物均在水稻种植后出现亚表层(10-20cm)截存富集现象。稻田土壤低环PAH化合物表现为随深度增加所占比例逐渐增大的规律,而中、高环PAH化合物则显示出相反的趋势。SOC(土壤有机碳)是影响土壤PAHs累积与迁移的关键因素,而BC(碳黑)重要性远小于SOC。相对富集系数计算结果显示,水稻种植前PAHs在土壤剖面中出现了隔层相对富集的现象,水稻种植后PAHs在土壤剖面中的相对富集系数与种植前有很大差异,表明水稻种植能够有效去除土壤剖面中PAHs,影响PAHs垂直变化。另外,水稻种植前后土壤剖面PAHs相对富集系数与1gk_(OW)相关性均不明显,表明PAHs自身理化性质对其迁移特征影响较弱,其他作用机制(如淋溶、扰动等)影响较强。沉积物—动物系统选择动物为优势生物的冬季潮滩沉积物—底栖动物系统为例,研究结果表明,长江口滨岸边滩表层沉积物中TPAHs总量为87.7—1851.0ngg~(-1),平均值为599.7ngg~(-1),具有从长江口内向口外逐渐减少的趋势。边滩表层沉积物中环和高环PAH化合物占优势地位。崇明表层沉积物TPAHs含量表现为中潮滩＞高潮滩＞低潮滩的特征,且低环化合物占绝对优势,与边滩表层沉积物形成鲜明对比,高环化合物所占比例自高潮滩向低潮滩逐渐减少。表层沉积物理化性质中SOC是控制PAHs累积与迁移最重要的影响因素。来源辨析结果表明边滩表层沉积物PAHs主要来源于不完全燃烧,崇明低潮滩显示出较强的石油类产品泄漏来源的特征。长江口潮滩底栖动物中BLG弹涂鱼TPAHs含量最高,达到891.0ngg~(-1),CM中潮滩蟹体内TPAHs含量最低,为36.1ngg~(-1),表现出营养级放大效应。所有底栖动物体内累积的低环PAH化合物占有绝对统治地位,且所有动物体内均未检测到4环PAH化合物,仅在部分样品中有少量高环PAH化合物检出。脂含量是影响PAHs在底栖动物体内累积的关键因素。长江口滨岸潮滩动物体PAHs的含量水平与BSAF并没有随沉积物PAHs含量、SOC的变化而对应变化的趋势。TPAHs和PAH(5+6)的BSAF均较小,表明底栖动物自沉积物中富集高环PAH化合物的能力较弱。由于水溶性较强,沉积物中低环PAH化合物被底栖动物食用后易于吸收,而且底栖动物还可以从上覆水体直接获取低环PAH化合物,所以PAH(2+3)化合物的BSAF要高许多。BSAF与LogK_(OW)具有较强的相关性,当LogK_(OW)＜6时,BSAF值通常随着K_(OW)值的升高而升高,当LogK_(OW)＞6时,BSAF值则开始降低。土壤—微生物系统选择受PAHs污染严重且微生物为优势生物的Mosel河流沿岸土壤—微生物系统为例,研究结果发现,Temmels土壤添加的D_(10)-PA被很快释放,并被本土微生物迅速降解,在2周时间内降解了约92%,并在4周内降解了约99%,以后基本保持稳定。加入Konzerbr(u|¨)ck