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于2011年12月采集了厦门湾海水、沉积物样品,开展海水-沉积物系统中多氯代二苯并二噁英/呋喃(Polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans,PCDD/Fs)的多相分配及颗粒垂直通量研究。首次获得PCDD/Fs在厦门湾海水中悬浮颗粒态、胶体态(DOC吸附态)和自由溶解态的含量、水平与垂直分布,沉积物中PCDD/Fs的时空分布,PCDD/Fs的来源和海水.沉积物界面颗粒态PCDD/Fs的垂直交换通量等特征,提升了对海洋环境中PCDD/Fs的多相分配和颗粒垂直交换过程的认识。取得了以下成果:
厦门湾水体中17种PCDD/Fs的总含量(PCDD/Fs)为35.389-283.933 pg/L,平均为145.156 pg/L。其中,PCDDs含量为34.929-282.554 pg/L,占PCDD/Fs的98.6-99.6％。总体上,厦门湾水体中的PCDD/Fs含量处于较高水平。水体中PCDD/Fs的总毒性当量(采用WHO2005年的毒性当量因子体系计算)为0.084-0.422 pg TEQ/L(平均为0.250 pg TEQ/L),超过美国EPA规定的水质标准(0.14 pg TEQ/L)。其中,对毒性当量贡献最大的为1,2,3,7,8-P5CDD,其次为O8CDD和1.2,3,4,6,7,8-H7CDD。
表层水体中PCDD/Fs的含量随着与九龙江口距离的增大而减小,表明九龙江水体输入是研究区域PCDD/Fs的主要输入途径。垂直水体中PCDD/Fs呈现上层水体和底层水体含量较高而中层水体含量较低的分布,主要与载带PCDD/Fs的悬浮颗粒物在水体中的迁移有关。上层水体主要载带大量颗粒物的九龙江水体输入,因而具有较高的PCDD/Fs含量,底层水体则主要由于沉积物的再悬浮作用从沉积物释放颗粒态PCDD/Fs。
水体中的PCDD/Fs在悬浮颗粒态.胶体态.自由溶解态三相间主要以悬浮颗粒态存在,占98.4-99.7％,PCDD/Fs在颗粒物与表观溶解态间的分配接近平衡。PCDD/Fs在三相间的分配是温度、盐度、pH、Chl-a、DOC、SPM、POC/SPM等因素共同作用的结果。其中,POC/SPM、Chl-a、pH和DOC主要控制胶体态和自由溶解态间的分配,SPM主要控制颗粒态的含量与分配。
厦门湾沉积物PCDD/Fs的含量为1129.656-3806.936 Pg/g d.w,平均含量为1809.188 pg/g d.w.,总毒性当量为1.60-6.65 pg TEQ/g,平均为2.49 pg TEQ/g,其毒性当量主要以五至八氯代的PCDDs贡献为主。根据Hemming等(2003)提出的生物毒性风险评价标准,厦门湾表层沉积物中PCDD/Fs含量对生物没有毒性风险。沉积物中PCDD/Fs含量与沉积物中的细颗粒(粘土、粉砂)和TOC含量存在正相关关系,说明沉积物中PCDD/Fs主要受细颗粒和TOC吸附作用控制。
表层沉积物中PCDD/Fs的分布与水体中颗粒态PCDD/Fs的分布相似,从河端至海端逐渐降低,说明九龙江水体载带的颗粒态PCDD/Fs往外海迁移过程中的沉降和埋藏是沉积物中PCDD/Fs的主要来源。对柱状沉积物的研究表明,在百年时间尺度上,PCDD/Fs呈现波动变化,最大值出现在1970年代,时间变化主要与PCP等化学品的生产与使用的变化有关。
海水和沉积物中PCDD/Fs的同系物组成相似,均以OsCDD为主,其次为H7CDD,另有少量O8CDF和H7CDF。结合主成分分析和聚类分析,判断厦门湾PCDD/F的主要来源是PCP及其钠盐使用过程中杂质所含的PCDD/Fs的排放及污水污泥的输入,其主要输入途径是通过污水污泥汇入九龙江水体,并随九龙江水体输送,大气沉降所占的比例很小。百年时间尺度上,PCDD/Fs的同系物组成几乎不变,说明近100年内,PCDD/Fs降解作用不显著。
对海水-沉积物界面颗粒PCDD/Fs的垂直交换通量估算表明,水平输送和沉积物的埋藏作用是PCDD/Fs从海水-沉积物界面输出的主要过程。在扩散作用和降解作用可以忽略的条件下,河口区沉积物再悬浮通量不能忽略,证明了河口区沉积物为PCDD/Fs的“二次污染源”。