湖泊水库中不同来源有机质与典型持久性有机污染物的富集和沉积行为关系

发布时间：2020-11-10 19:28

　　 近年来,随着对水环境中有机污染过程研究的逐步深入,学者们也越来越关注浮游藻类与各种有机污染物之间的相互作用。浮游藻类作为湖泊和水库等水环境中的初级生产力,对有机污染物的迁移、转化和归宿起到类似“生物泵”的作用。多溴联苯醚(PBDEs)在水环境中迁移、转化以及通过食物链进行生物累积而不断富集和放大,可以对水环境中的生物种群和群落甚至人体的健康造成严重的影响。因此,深入地开展PBDEs在复杂环境系统中水—浮游生物—沉降颗粒物—沉积物体系间的分布特征、迁移和转化机制及沉积规律等研究,探讨藻类有机质等对PBDEs的沉积过程的“生物泵”作用,有助于更科学地评价水体和沉积物中的PBDEs污染程度。本论文采集了广州地区联安水库和流花湖的浮游藻类和浮游动物样品、沉降颗粒物样品;也采集了华南、西南、东北等几个地区的湖泊水库沉积柱样品,运用GC-MS来分析了各种样品中PBDEs的含量;并利用Rock-Eval热解法对沉降颗粒物和沉积柱样品中藻类有机质进行鉴定和分析,结合脂肪酸的数据,探讨了藻类有机质的生物泵作用对PBDEs沉积过程的影响,并讨论了气候变化对初级生产力的作用及PBDEs的沉降过程。最后还研究了沉积物中苯并(a)芘(BaP)的解吸行为,运用元素分析、固态~(13)C核磁共振、二氧化碳气体吸附等手段来分析了表层沉积物中不同有机质级分的组成和结构,研究了有机质组成和结构与沉积物中BaP解吸动力学的关系。结果显示,流花湖和联安水库营养状态差异较大,分别处于高度/过度富营养和中度营养水平。PBDEs的分配和季节性变化有所不同,其中流花湖浮游生物中PBDEs的含量明显高于联安水库,其季节性变化受到温度、降雨、沉积物再悬浮等多种因素的影响。此外,水体中浮游生物的生物量和水体营养程度对PBDEs的富集起着主导作用作用。对于流花湖和联安水库中的沉降颗粒,颗粒沉降通量的季节性变化有所差异。PBDEs沉降通量的季节性变化与有机碳沉降通量及颗粒沉降通量相关,受到大气沉降、水库水位变化、降雨等影响,而且下层通量远远大于上层,受到沉积物再悬浮和由底流引起的颗粒横向运输的影响。Rock-Eval热解法能够对较新的沉降颗粒物进行有机质的定性和定量分析,相关性分析发现沉降颗粒物的有机质主要来源于藻类有机质。而且,藻类有机质是控制流花湖和联安水库PBDEs沉降过程的主导因素。对于沉积柱样品,各地区表层沉积物中PBDEs污染水平高低顺序为:华南地区的流花湖、联安水库、新丰江水库和大亚湾东北地区的镜泊湖和兴凯湖西南地区的泸沽湖和程海湖,这与各地区工业发展、与城市的距离、污水排放以及大气沉降等相关。各水库湖泊的沉积有机质主要来源于藻类有机质,其中联安水库、流花湖、新丰江水库、程海湖和兴凯湖沉积柱中PBDEs含量与热解参数显著正相关,表明初级生产力对PBDEs在水体中的迁移和累积行为的主导作用,起到类似“生物泵”作用。此外,联安水库中藻类来源的脂肪酸(FAs)也对PBDEs沉积过程起重要作用。另外,近几十年来气候变暖对联安水库和新丰江水库初级生产力的增长有显著的促进作用,对PBDEs的沉积过程也有重要的影响。最后,通过比较沉降通量和沉积通量,发现低溴BDE更容易在底部循环,而高溴BDE则容易埋藏到沉积物中。本论文最后还结合Tenax辅助解吸研究了不同加标沉积物中~(14)C-BaP的解吸动力学和机制。结果表明,沉积物含有较高的孢粉素和藻质素,而碳黑和木质素等稍少。沉积物中BaP的解吸数据可以用二项解吸动力学模型来拟合,R~20.99。BaP的解吸率与不同有机质级分均呈显著负相关关系,NHC级分是作用最大的级分。使用多元回归方程分析BaP解吸动力学参数和有机质结构以及微孔等之间的关系,发现NHC级分的芳香碳和微孔结构等支配着BaP在沉积物中的解吸行为。最后,温度对BaP解吸行为的有重要作用,解吸速率受温度变化而改变,这与扩散过程的活化能有密切关系。
【学位单位】：中国科学院大学(中国科学院广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位年份】：2017
【中图分类】：X524
【部分图文】：

图 1.1 PBDEs 的化学结构 Chemical structure of polybrominated diphenyl ethe部分 PBDEs 同系物的理化参数（Tittlemier et al., 1.1 The physicochemical parameters of PBDEs homo量 蒸气压 亨利常数 Swg) (μg/L) (atm m3/mol) (μg/ 1.3×10-42.07×10-413 - - - 1.64×10-55.03×10-570. 1.40×10-61.48×10-515. 9.15×10-74.93×10-618. 7.40×10-81.09×10-66.0

温度、水分、空气、土壤、生物体特性等）的影响。如图过各种途径进入环境中，往往会在环境中不同环境介质之athan, 2003）。PBDEs 具有较低的蒸气压和较强的疏水亲燃剂，易从产品中释放挥发出来，容易被大气颗粒等吸附壤、水体和沉积物中，通过暴露而在生物体内富集并通过进入人体。s 单体同系物物理化学性质以及环境因素的差异往往会导境中的迁移距离和在不同介质中的交换通量有所差别，中产生分馏。比如在大气环境的气相中主要是低溴代 P要富集高溴代 PBDEs；在水体环境中，水相中 PBDEs 含代 PBDEs 为主，在颗粒相和沉积物中容易富集较高浓度 PBDEs 为主；对于生物体，由于生存环境、摄入效率、谢能力的差异，生物体中 PBDEs 的含量和单体分布差异

图 1.3 BaP 的化学结构ure 1.3 Chemical structure oPAHs 化合物致癌效应（张le 1.2 Carcinogenic effect of性 化合物 苯并(a)芘 苯并(e)芘 苯并(k)荧蒽 苝 苯并(g,h,i)苝 荧蒽

本文编号：2878265