（环境科学专业论文）多环芳烃在长江口滨岸表层及柱状沉积物中的分布、累积及辨源研究.pdf

l i l l i f i 川m 川1 1 1 1 洲川1 1 1 i l y 19 0 3 8 7 8 d i s t r i b u t i o n a c c u m u l a t i o na n ds o u r c e i d e n t i f i c a t i o n0 f p o l y c y c l i ca r o m a t i c h y d r o c a r b o n si nt h es u r f a c ea n dc o r e s e d i m e n t s0 ft h e y a n g t z ee s t u a r y b yq i a n d o n gz h a n g a d v i s o r p r o f m i nl i u p r o f s h i y u a nx u ad i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o i np a n i a lf u l f i u m e n to ft h er e q u i r e m e n t f o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro fs c i e n c e t h e d e p a r t m e n to fg e o g r a p h y e a s tc h i n an o 珊a iu n i v e 璐i 哆 m a 弘2 0 1 1 r r 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明 本人呈交的学位论文 长江口潮滩环境下厌氧氨氧化 a n a 加m o x 过程及形成机制研究 是在华东师范大学攻读硕左 博士 请勾选 学位期间 在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果 除文中已经注明引用的内容 外 本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体 均已在文中作了明确说明并表示谢意 作者签名 日期 洳 年j 月 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 m s 在长江口滨岸沉积物一水间的吸附特征及多介质归趋模拟 系本人在 华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硬孟 博士 请勾选 学位论文 本论文的研究成果归华东师范大学所有 本人同意华东师范大学根据相关规定保 留和使用此学位论文 并向主管部门和相关机构如国家图书馆 中信所和 知网 送交学位论文的印刷版和电子版 允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据 库被查阅 借阅 同意学校将学位论文加入全国博士 硕士学位论文共建单位数 据库进行检索 将学位论文的标题和摘要汇编出版 采用影印 缩印或者其它方 式合理复制学位论文 本学位论文属于 请勾选 1 经华东师范大学相关部门审查核定的 内部 或 涉密 学位论文 于 年月日解密 解密后适用上述授权 2 不保密 适用上述授权 导师签名 锄支村 本人签名握f 蠡互 f 年f 其j f 日 涉密 学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过 的学位论文 需附获批的 华东师范大学研究生申请学位论文 涉密 审批表 方为有 效 未经上述部门审定的学位论文均为公开学位论文 此声明栏不填写的 默认为公 开学位论文 均适用上述授权 韭邃益硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 万绐 荔旋步沟奄 岍勰尾 主席 i 才融1 f 酝蔽釉锨冱 甄易l 猢k绷田赫 磁数函l 细良始俐她冶都 l i 摘要 多环芳烃 p a h s 是一类在环境中含量很低 但具有明显毒性 致癌和突变 性 的典型持久性有机污染物 由于p 俎s 在环境中的特殊理化性质 其在环境 中较难降解 并可通过食物链发生生物富集从而得到生物累计和生物放大 进而 对河口环境中的生物群落和种群 甚至人类健康产生严重威胁 最终给河口环境 的生态系统产生衰变和退化的潜在威胁 因而 长期以来 p a h s 都是河口环境 中优先监测和控制的污染物类别 长江口作为我国三大河口之一 其特有的河口 过程和特殊的地理位置在国际河口与海岸领域中具有重要地位 本研究工作为 p a h s 在长江口区域的监控和治理提供了科学依据 有实际的工作指导意义 丰 富了长江口p a h s 生物地球化学循环研究内容 长江口滨岸表层沉积物中多环芳烃含量在3 4 8 7 9 61 6 n g 儋之间 平均值为 6 0 6 7 n g 儋 组成特征看主要以三环 四环为主 长江口滨岸各点l m w h m w 值 均大于1 说明本区p a h s 的来源主要为低至中温的燃料燃烧和部分石油残余 比值特征判源揭示p a h s 主要来自于石油类来源和草类 木材 煤炭的燃烧 近几年数据显示 长江口滨岸表层沉积物多环芳烃含量水平整体呈下降趋 势 说明本区多环芳烃污染呈好转趋势 燃烧来源特别是煤 石油 木材等的不 完全燃烧已成为多环芳烃的主要来源 上海市能源利用结构导致长江口滨岸表层 沉积物中多环芳烃各组分以3 环 4 环组分为主 崇明柱状沉积物中 表层沉积物的多环芳烃含量并非最高值 多环芳烃含量 最高值往往出现在次表层 随深度加深会出现2 至3 个峰值 且峰值过后含量变 化趋于稳定 说明表层沉积物中的多环芳烃可能受到一定程度的分解和挥发 枯 季p a h s 含量要高于洪季 可能是由于光降解 动植物吸收以及径流作用引起 b a a b a a c l l r y a n t a m 什p h e f t h f t h p y r i n d e o i n d e o b g h i p 比值特 征显示 崇明东滩多环芳烃要来自于石油污染 煤 木材和石油类的燃烧 l m v h 的比值特征均大于1 说明崇明东滩枯洪季的p a h s 来源主要为低至 中温的燃料燃烧和部分石油残余 主成分分析结果显示崇明东滩柱状沉积物中 p a h s 主要源自煤碳 汽油以及焦炭的燃烧 一 本研究区盐度 粒度对多环芳烃影响较小 与多环芳烃含量之间基本不相关 长江口表层沉积物总有机碳与多环芳烃之间具有较好的相关性 但在崇明东滩柱 状沉积物样品中相关性不明显 不论长江口滨岸沉积物中还是崇明东滩柱状沉积 物中碳黑与多环芳烃之间均不存在相关性 与同类文献比较 长江口滨岸表层沉积物p a h s 远低于国外一些污染严重的 河口 而高于国内多数研究区 在长江口滨岸沉积物中 仅有芴高出了e r l 和 i s q v l 值 但苯并 b 荧葸和苯并 k 荧葸均有检出 说明本区多环芳烃仍然具备 潜在的危害性 与其他河口区柱状沉积物相比较 崇明东滩柱状沉积物中p a h s 污染较轻 总体居于中等水平 关键词 多环芳烃 长江口 沉积物 分布 判源 a bs t r a c t p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c 打b o i l s p a h s a r eal i n do ft y p i c a lp e r s i s t e m o 唱撕cp 0 1 l u t a n t s e x n e m e l yl o wl e v e l si nt h ee n v i r o 姗e m b u t1 1 a v et h eo b v i o u s t o x i c c a r c i n o g e i l i ca n dd e g r a d e dw a n g s l l i f 吣 d u et o 也es p e c i a lp h y s i c a la n d c h e i i l i c a lp r o p e r t i e s t l l ep a h si ne 1 1 v i r o m n e ma r ed i 衔c u l tt 0r e s o l v e a n d 啪u g h 龇 f o o dc h a i nt ob eb i o a c c u m u la t i e dg e tb i o a c c u m u l a t i o na 1 1 d b i o m a g l l i f i c a t i o n s a n d t h r e a tt h eb i 0 1 0 9 c a ic o m m u n i t i e sa i l dp o p u l a t i o ni ne s t t i a i i n ee n v i r o 姗e n t s 觚de v e n 惋h u m a i lh e a l 饥e v e i m l a l l yp r o d u c e das e r i o u sp o t e n t i a jd e c a ya n dd e g r a d o no f t 1 1 r e a tt 0t l l ee c o s y s t e me n 啊r o l l n l e n t 1 1 1 u s al o n gt i m e i 久h sa r e p r e f e r r e dt 0m o i l i t o r a n dc o m r o lp o l l u t a n t si i lt l l ee s t l 姐面1 ee n v i r o m n e n t a so n eo f l et l l r e e e 殉娩巧i i l c 1 1 i n 钆y 觚g t z ee s t u a 巧w i l i c hh 嬲p e c u l i a re 鳓迥r yp r o c e s s 趾l dm es p e c i a l g e o g 阳p 1 1 i c a lp o s i t i o ni ni n t e m a t i o n a le s t 饭l r i n ea n dc o a s t a la r e a sh 嬲t h ei n l p o n a i l t p o s i t i o n t 1 1 i sr e s e a r c hi ny 趾g t z ee s t u a 巧a r e af o rt h em o i l i t o r i n g 锄l dm a i l a g e m e n to f 舢s p r o v i d e ss c i e n t i f i cb a s i s h 2 l sap r a c t i c a ji n s 蜘 t i o nm e 批g a i l de n r i c ht l l e c o n t e mo fy 釉g t z ee s t l r yf a h sb i o g e o c h e m i c a lc y c l e sr e s e a r c h t h ec o n c e m r a t i o l l so fp a h si ns u 矗 a c es e d i m e n t so fy 趾g t z ee s t l 埝巧a r e aw e r ei i l t 1 1 e 砌g eo f3 4 8 7 9 6 1 6 n g a v e r a g ev a l u e 6 0 6 7n g 1 k3 4r i n go fp a h s a r et h ed o m i n a t e di n o n o m e r si 1 1s e d i n l e n t so f r e s e a r c l l i n ga r e a 1 kl m v h m vm t i o b o t l ll a 玛e rt l l a i l 1i ny 抽舒z ee 曲1 a r y i n d i ca t i 耐n l a tp a h sa r e 舶mt 1 1 el o wt o m e d i 啪t e m p er a m r e 如e l n ga i l dp e t r o g e l l i cs o u r c e s o u r c ea p p o r t i o i u n e mb y p f i n c i p a lc o i n p o n e n ta m l y s i sr e n e c t e dp a h sd e r i v e d 五r o mi r l c o m p l e t e dc o m b u s t i o n a n dp e 仃o l e n i i lr e c e n ty e a r s 矗g u r e ss h o wt 1 1 a tt 1 1 e 王 a h si ny 觚g t z ee s 呻h a v ead o w 肿吼r d n e n d i i l d i c a t et l l a tt h ep 址 sl 埘代m 1 1 r 0 v i l l gn e n d b 岫gs o u r c ee s p e c i a l l yc o a l o i l l u m b e ro fi n c o i n p l e t ec o m b u s t i o nh a sb e c o i n em em a i l ls o u r c eo fp a h s 1 1 l e e n e 玛ys 锕 t u r ei 1 1s k i l l g l a im a k e st 1 1 e3r i n g sa 1 1 d4 血g sc o m p o n e n t b a s e dp a h sj n s e d i m e n t d 面n g 也ec o r es e d i i l l e n t so fc h o n g m i n g 恤p a h si ns u r f a c es e d i m e n t si sn o t t l l e1 1 i g h c s t t l l el l i 曲e s tv a l u e so f e i lo c c u r si nt h es u b s 删 e i ta p p e a r s2 3p e a i s 谢t l l 恤d e p t l l a n dn l e nm ec o n t e ms 讪1 em e r m ep e a k ni n s 仇l c t i o n st h a t 恤p a h si l l s u r f a c es e d i i l l e n t si i l i g l l tb eac e r t a i l ld e g r e eo fd e c o m p o s i t i o na n dv o l a t i l i z a t i o n t i l e p a h si 1 1 d d s e a s 0 na r e 1 1 i 曲e r t l l 趾i nf l o o d s r e s o n i tn l a y b e d u e t op h o t o d e 咖i o i l t h ea b s o r p t i o no fp l a n t sa i l da i l i m a l s a n dt 1 1 er i v e r sn m o 危 s o u r c e 印p o n i o i l i i l e mb yp r i n c i p a lc o m p o n e 呲删y s i sr e n e c t e dt h ep a h sa te a s t c h o n 雩乒n i i l g t i d mn a td e r i v e d 矗的m i n c o m p l e t e d t 1 1 ec o a l g a s o l i n e a n dc o k ec o m b u s t i o n i nt h es t u d ya r e a s a l i n j 锣a n dp a n i c l es i z eh a dl e s s 娜a c to nt 1 1 ep a h s a n d 灿s tn oc o r r e l a t i o nb e t w e e nt h ep f 6 0 h s t h e r ew 弱ag o o dc o n e l a t i o nb e t 耽e nt l l e t o t a l o r g 越c c a r b o na n dp a h si i lg u r f a c es e d i m e n t so ft h e y 2 i n 班乙ee s m a 巧 h o w e v e r s e d i m e n tc o r es 锄叩l e si nt h ee a s tc h o n 孕i 血gt i d a lf l a t h a dn oo b v i o u s c o r r e l a t i o n w h 池ri nt l l ey 犯g 七碥e s t i l a 妇ea n dc o a s t a ls e d mo r 仕屺c o r e s e d i m 咖si n 雠e a s tc h o n 鲫i n gt i 捌n 她t h e r ew a s l l o c o 盯e l a t i o nb e 眦e nm eb l a c k o r c a r b o na r l dn l ep i a h s t l l ec o m p a r i s o n 谢t hs i m i l a rl i 触血胎ss h o w e dn 斌恤c o n t a 埘i 加t i o no fp a h s i l ly 觚g t z e 砒v e re s t u a r ya i l dc o a s t a la r e ai sm u c h1 0 w 贸妇f o r e i 印s e v e r e l yp 0 1 l u t e d e s 缸t r i e sa 1 1 d1 1 i 曲e rt 1 1 a i lm o s t r e i o 他dd a t ao fc l l i i l a o m ym ef l u o r e n e l 粥1 1 i 曲e r 恤ne r l 趾di s q v li ns u r f 如es e d i m e m so ft h e l g t z ee s n 墙巧 b u tt l l eb b fa n d b k fw e r ed e t e c t e d i 玎s t n l c t i o n e d 也a ti nt h i sa r e as t i l l1 1 a dap o t e n t i a l l yh a 玎 n c o m p a r e dt oo t h e re s n j 唧c o r es e d i i i l e n t s t h ep a h si i l 恤e a s tc h o n 肿i n gt i 眦f l a t w r e1 i 咖e r i nt h em e d i 1 1l e v e l k e y w o r d s r 蛆s 孵e 融v e re s t u a 血a i l dc o 础da r e a s e d 硫鹏 s o u r c e s i d e n t i f i c a t i o n 目录 第一章绪论 l 1 1 问题的提出和研究意义 1 1 2 国内外研究现状分析 3 1 2 1 多环芳烃的来源辨析 3 1 2 2 多环芳烃沉积记录研究 4 1 2 3 碳黑对河口滨岸多环芳烃来源 分布的影响 5 1 3 研究思路与创新点 6 1 3 1 研究思路 6 1 3 2 创新点 6 第二章研究区概况 7 2 1 引言 7 2 2 长江口自然环境概况 7 2 3 潮滩主要生物类型 9 2 3 1 原生裸地 9 2 3 2 海三菱蔗草 蔗草群落 1 0 2 3 3 芦苇群落 1 0 2 4 环境理化参数 10 2 4 1p l 1 0 2 4 2 盐度 1 1 2 4 3 粒度 1 1 2 4 4 有机碳和碳黑 1 2 2 4 5 稳定碳同位素分布特征 1 5 2 5 人类活动状况 1 6 2 5 1 围垦 1 6 2 5 2 排污状况 1 7 第三章长江口滨岸表层沉积物队h s 时空分布特征及判源 1 9 3 1 引言 1 9 3 2 样品采集与试验方法 1 9 3 2 1 样品采集与制备 1 9 3 2 2 样品前处理 2 0 3 2 3 仪器条件 2 0 3 3 长江口滨岸表层沉积物p a h s 空间分布特征 2 1 3 4 长江口滨岸表层沉积物p a h s 来源解析 2 2 3 5 长江口边滩表层沉积物中多环芳烃近年演变 2 5 3 6 小结 2 8 第四章p a h s 在河口滨岸柱状沉积物中的分布 来源研究 2 9 4 1 引言 2 9 4 2 样品采集与试验方法 2 9 4 2 1 样品采集与制备 2 9 4 2 2 样品前处理 2 9 4 2 3 仪器条件 2 9 4 3 崇明东滩柱状沉积物p a h s 分布特征 3 0 4 3 1 崇明东滩低潮滩柱状沉积样品中p a h s 的分布特征 3 0 4 3 2 崇明东滩中潮滩柱状沉积样品中p a h s 的分布特征 3 5 4 3 3崇明东滩高潮滩柱状沉积样品中p a h s 的分布特征 4 0 4 4 枯洪季p a h s 的l m v 协 比值特征及主成分分析 4 5 4 5 j 结 4 8 第五章沉积物理化性质对p a h s 富集的影响 4 9 5 1 弓i 言 4 9 5 2t o c b c 及稳定碳同位素测试方法 4 9 5 3 长江口边滩表层沉积物p a h s 影响因子分析 5 0 5 3 1 粒度 盐度分析 5 0 5 3 2 长江口滨岸沉积物1 o c b c 与p a h s 相关性分析 51 5 3 3 崇明东滩柱状沉积物t c b c 影响分析 5 2 5 3 3 1 崇明东滩柱状沉积物1 o c 垂直分布特征 5 3 5 3 3 2 崇明东滩柱状沉积物b c 垂直分布特征 5 5 5 3 3 3 崇明东滩柱状沉积物1 o c b c 与p a h s 相关性分析 5 7 5 4 结论 5 8 第六章长江口滨岸及柱状沉积物中p a h s 生态风险评价 5 9 6 1 引言 5 9 6 2 长江口滨岸表层沉积物p a h s 生态风险评价 5 9 6 3 崇明东滩柱状沉积物p a h s 与国内外研究比较 6 l 第七章结论与展望 6 3 7 1 主要结论 6 3 7 2 研究展望 6 4 参考文献 6 5 致谢 7 l 华东师范大学2 0 1 l 届硕士学位论文第一章绪论 1 1 问题的提出和研究意义 第一章绪论 河口地区是海陆作用非常活跃的重要地带 是一个复杂的生态系统 具有独 特的生态价值 同时 在海陆交汇作用的影响下 受多种营力共同作用 各种环 境因素的时空变化十分剧烈 使河口环境又具有脆弱性和敏感性的特点 w b m e r l9 9 9 w 1 1 i t e s i d e sa n di s m a 酉l o v 19 9 9 g 0 1 d e r 血l da n dk a d a n o 皿19 9 9 而 经济的快速发展 使大量的污染物输入到河口地区 对河口滨岸的环境产生了不 同程度的影响 自然现象更趋于复杂 长江口是世界超大型的多泥沙河口之一 是世界典型的高浊度河口 也是受 潮汐 径流双重控制影响的典型河口 近2 0 年来 一批水利枢纽 跨流域调水 污水排江排海 取水工程 港口航道建设和滩涂围垦等大型工程兴建 导致河流 入海泥沙锐减 河口三角洲侵蚀加剧 入海污染物明显增加 河口海岸环境急剧 恶化 淡水资源短缺和生态系统受损 沈焕庭 1 9 9 7 陈吉余 2 0 0 7 河流和 海洋携带大量的有机质在河口区汇聚 形成了一个庞大的有机质蓄积库 长江口 潮滩又是过境候鸟停歇 补充能量的中继站和越冬地 为候鸟提供饵料 近年来 大量的人为污染物如营养盐 微量重金属和持久性有机污染物等输入到河口地 区 对滨岸潮滩复杂环境的初级生产力 生物多样性以及滨岸生态系统功能产生 了严重威胁 研究发现 长江口已积累了一定的持久性有机污染物 且存在富集 趋势 刘敏等 1 9 9 8 刘敏等 2 0 0 0 欧冬妮等 2 0 0 7 欧冬妮等 2 0 0 8 对 长江口的生态环境形成威胁 长江口作为我国三大河口之一 其特有的河口过程和特殊的地理位置在国际 河口与海岸领域中具有重要地位 近年来随着长江流域经济的快速发展 长江口 地区面临着前所未有的环境压力和生态威胁 其中持久性有机污染物 p e r s i s t e n t o r g a n i cp o l l u t a n t s p o p s 在长江口环境中的富集趋势和对长江口生态系统产生 的潜在危害日益严重 已成为当今长江口区域生态环境问题中亟待解决的前沿课 题 持久性有机污染物对生态系统的危害是全球面临的重大环境问题之一 它是 华东师范大学2 0 l l 届硕士学位论文第一章绪论 指具有长期残留性 生物蓄积性 半挥发性和高毒性 能够在大气环境中长距离 迁移并能沉降回地面 对人类健康具有严重危害的天然或人工合成的有机污染物 质 其中已经发现很多物质是内分泌干扰物或是潜在的内分泌干扰物或称环境荷 尔蒙物质 由于其特殊的理化性质 疏水亲脂性 半挥发性和难降解等 所以 与其它污染物相比 它们对河口近岸生态系统造成危害的机理更加复杂 作用更 隐蔽 效应更持久 河口近岸带既是p o p s 的蓄积库或汇 也是该类物质重要的 源 p o p s 可以通过水体或悬浮颗粒物迁移至远海 也可通过食物链而不断富集 和放大 具有导致河口及其近岸带生态系统最终发生衰变和退化的潜在危害 因 此 近年来 该类污染物引起了各国的重视 针对持久性有机污染物这一全球性 热点问题 北美和欧洲等国家陆续出台了 贻贝观察项目 和 国家现状和趋势 计划 以及法国的 国家观察网 它们都是配合岸带污染物监控和管理的有效 举措 其中p o p s 已经列为优先控制的污染物之一 自2 0 0 4 年1 1 月1 1 日起 关 于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约 已正式在中国生效 并在2 0 0 7 年4 月 1 4 日开始依照 履行斯德哥尔摩公约国家实施计划 简称n i p 计划 分阶段 分区域 分行业全面开展履约活动 这标志着我国消除和减少持久性有机污染物 的工作已经进入实质性阶段 而我国尚缺乏这方面的系统研究 多环芳烃 p o l y c y c l i c 舡o m a t i ch y d r o c a r b o n s p a h s 是指分子中含有两个或 两个以上苯环的碳氢化合物 可分为芳香稠环型及芳香非稠环型 是一类在环境 中含量很低 但具有明显毒性 致癌和突变性 难于降解的典型持久性有机污 染物 在美国国家环保局 e p a 列出的作为优先控制的污染物清单中p a h s 就 占1 6 种 在包括我国在内的中亚和东北亚国家筛选出的持久性有机污染物中 p a h s 列第四位 仅次于二恶英 呋喃类和多氯联苯 p a h s 与其他污染物相比 其作用机理更为复杂 且隐蔽性较强 由于p a h s 在环境中的特殊理化性质 其 在环境中较难降解 并可通过食物链发生生物富集从而得到生物富集和生物放 大 进而对河口环境中的生物群落和种群 甚至人类健康产生严重威胁 最终给 河口环境的生态系统产生衰变和退化的潜在威胁 因而 长期以来 p a h s 都是 河口环境中优先监测和控制的污染物类别 目前对长江口多环芳烃污染的研究主 2 华东师范大学2 0 1 l 届硕士学位论文第一章绪论 要为各介质中多环芳烃含量的测定 来源辨析等方面 而垂直方向上的多环芳烃 来源则少有研究 垂向上多环芳烃分布特征的研究更有助于揭示区域的过往沉积 记录 为多环芳烃的监测和治理提供必要的依据 因而垂向多环芳烃的趋势研究 有其现实意义 1 2 国内外研究现状分析 1 2 1 多环芳烃的来源辨析 多环芳烃来源多种多样 如有机物受高温加热或不完全燃烧就可以生成多环 芳烃 从总体上看 自然界多环芳烃的本底值与人类活动造成的排放相比 显得 无足轻重 来源于陆地和水生植物 微生物合成 森林或草原的天然火灾 以及 火山活动的多环芳烃 构成了多环芳烃的本底值 多环芳烃的人为源很多 主要 是各种矿物燃烧 如煤 石油 天然气等 木材 纸及其他含碳氢化合物的不 完全燃烧或在还原气氛下热解形成 b a y o n ae ta 1 1 9 9 3 l i p i a t o ue ta 1 1 9 9 8 o r e se t a 1 2 0 0 4 河口生态系统中多环芳烃来源判识 对于认识该类化合物的环境行为 尤为重要 一直是多环芳烃研究的热点 c a i l c o n 觚dg r h a l t 1 9 9 2 o m a l l e ye t a 1 1 9 9 6 l i ue ta 1 2 0 0 0 c o u n t w a ye ta 1 2 0 0 3 k i i ne ta 1 2 0 0 6 以往的研究 主要依靠分析p a h s 的分子 指纹 特征 某些特定化合物 分 子标志物 以及有机地球化学参数等方法手段来追踪p a h s 的来源 h 1 l e ra n d m 2 u c d o 砌d 1 9 9 5 y 砸k e re ta 1 2 0 0 2 me t a 1 2 0 0 5 v i g u r i 等 2 0 0 2 评价了西 班牙s a n t a n d e r 湾表层沉积物中p a h s 的污染程度 指出高潮线和低潮线之间的 p a h s 的时空变化幅度很大 海湾的左边由于工业区的存在而含量较高 认为大 多数河口都存在一定程度的有机污染 其主要来源是陆源的人为排污 工业愈发 达地区 其污染程度愈严重 刘敏等 1 9 9 8 2 0 0 0 通过f 1 寸的比值和p a h s 环数 结合沉积记录特征反演了p a h s 的来源与输入历史过程 揭示了长江口滨 岸p a h s 的输入过程与沉积记录的一致性 发现区域性的大气排放与石油类输入 是p a h s 的主要来源 然而 近年来随着长江流域经济的快速发展 原地生物产 生的大量有机质 陆地径流以及人为活动产生的污染物输入并汇聚于此 导致 3 华东师范大学2 0 1 l 届硕士学位论文第一章绪论 p a h s 来源信号的非单一性 并且化合物受各种化学 物理和生物作用的风化 降解 可能造成 源 信息的失真 c u r r i ee ta 1 1 9 9 9 由于有机化合物的稳定 碳同位素在地表地质作用过程中没有明显分馏 不同来源物质的同位素组成特征 可以被继承 因此 近年来 有机单体化合物的稳定同位素分析技术 c o n l p o u n d s p e c i f i cs t a b l ei s o t o p e 加1 a l y s i s c s 队 已被广泛应用于判别不同环境 介质中 空气 土壤 沉积物 p a h s 的来源 o m a l l e ye ta 1 1 9 9 4 1 9 9 6 s m v e ta 1 1 9 9 8 m c i k l ee ta 1 1 9 9 9 2 0 0 0 o l u d ae ta 1 2 0 0 2 r e d d ye ta 1 2 0 0 2 s t a r ke t a 1 2 0 0 3 研究表明 p a h 单体化合物的稳定碳同位素组成分析师示踪污染源 的 种有效手段 r e ta 1 2 0 0 5 l 洫e ta 1 2 0 0 6 1 2 2 多环芳烃沉积记录研究 p a h s 在环境中的分布特征可以作为物质来源的指示剂 其不仅能指示 天然物质输入 而且能反映人文活动的影响 因此通过分析沉积环境中的p a h s 的指纹变化特征 结合同位素测年 利用沉积记录研究p a h s 在河口潮滩环境中 的污染特征和演变过程 即可对区域p a h s 污染时进行重建 b e i z l l a l ly r 趾等人利 用稳定同位素1 3 c 和特征比值方法分析了n e wy o r k n e wj e r s e y 港沉积物柱样中 的p 蛆s 结果表明在上世纪末3 0 年中 燃烧来源的p a h s 所占比重越来越大 m 砒i 1 1 s 等人研究了南极洲乔治国王岛a d n l i r a h y 湾的沉积物柱样 结果发现在过 去的3 0 年中随着南美工业的发展p a h s 的含量最高 北半球的p a h s 要远低于 南半球 通过分子量比值法发现p a h s 主要来自于化石燃料 生物燃烧和废水 s i n i m 等人对加拿大新斯科舍省悉尼港自然沉积的沉积物中的p a h s 作了研究 该区样品的地质测年显示p a h s 与钢铁和焦炭工业的发展有关 自1 9 8 0 s 以后 p a h s 含量呈指数下降 当中有1 0 年p a h s 来源钢铁和焦炭的输入量高于大气沉 降 r o b e n o 等人对智利安第斯山脉的l a j a 湖过去5 0 年的沉积物柱样中e p a 优 控的1 5 种p a h s 做了分析 p a h 含量为2 2 6 6 2 0 i l g 最高值出现在底层 p a h 通量为7 1 9 7 2 嵋 m 2 年 p a h 的含量水平和通量要比欧洲和北美要低 来源主要 以自然沉积为主 o d y e r 对爱尔兰三个湖泊中的p a h s 作了研究 与已公布的 数据比较 p a h s 的沉积水平相当低 但p a h s 的含量要高于过去 与欧洲呈下 4 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第一章绪论 降趋势相反 q i u 对中国深水湾水样和沉积物柱样中的p a h s 做了研究 颗粒物 中的p a h s 含量要高于表层沉积物 自1 9 4 8 年到2 0 0 4 年p a h s 呈升高趋势 表 层含量要高于下层 显示随着深圳经济发展p a h s 的输入量也增高 吴玉玲等人 分析研究了马来西亚海域安达曼海兰卡威岛邻近海域沉积物柱样中的p a h s 组 成与含量的垂直分布特征 并结合2 1 0 p b 定年 重现了该区域的p a h s 沉积历史 对沉积物柱样污染历史分析 表明p a h s 含量变化与不同时期的人文活动和经济 发展状况密切相关 较好的反映了人类活动对环境的影响 康跃惠等人对珠江三 角洲澳门河口区的p a h s 沉积史进行了重建 研究结果表明 2 0 世纪6 0 年代和 8 0 年代记录了两个高的污染峰 表明这两个时间段有较大的污染输入 p a h s 来 源以油类和不完全燃烧产物为主 毒性效应较大 1 2 3 碳黑对河口滨岸多环芳烃来源 分布的影响 已有研究发现 碳黑具有芳香化合物结构特性和良好的稳定性 在大气中的 滞留时间较长 且不易发生化学转化 可通过大气和水体进行全球范围的迁移与 扩散 常被作为人为源排放的示踪物 碳黑在不同介质环境中表现出的行为作用 与活性碳相似 能与不完全燃烧来源的多环芳烃共存 t s a i 等对多环芳烃进入河 口滨岸的迁移途径进行了研究 发现大气干沉降中携带了大量碳黑颗粒 它们通 过气态交换越过气一水界面层进入滨岸水体 p e r s s o n 等研究了滨岸水体环境中 p o p s 分布特征与碳黑及其它有机质之间的关系 结果发现表层沉积物中多环芳 烃的空间分布与碳黑含量关系密切 而其它p o p s 污染物与碳黑之间则没有表现 出显著地结合关系 o r o s 等发现 s a nf r a i l c i s c o 河口历史沉积的碳黑颗粒经潮汐 再悬浮作用向沉积物中贡献了部分了多环芳烃 m a i 等在对澳门滨岸多环芳烃分 布特征的研究中发现 沉积物中的多环芳烃更易与富集芳香化合物的碳黑颗粒结 合 更由此推断出大气迁移对研究区多环芳烃分布的重要作用 吴启航等对珠江 三角洲重污染段多环芳烃的赋存状态进行了初步研究 显示在有机轻组分中 煤 燃烧来源的焦碳和油燃烧来源的碳黑对高环数多环芳烃 5 6 环 的吸附和富集 能力较强 曹启民等研究了汕头国际湿地表层沉积物中多环芳烃 有机碳和碳黑 的关系 结果显示有机碳和碳黑对低环多环芳烃的影响不显著 但对高环多环芳 5 华东师范大学2 0 h 届硕士学位论文第一章绪论 烃影响显著 碳黑比有机碳对多环芳烃的吸附能力更强 c o m e l i s s e n 等研究了在 只含有碳黑的情况下碳黑对菲的吸附 表明碳黑是更重要的地球吸附剂组分 尤 其在菲浓度较低时 碳黑吸附占主导地位 多环芳烃在生物体内的生物有效性会 因为碳黑的吸附作用而降低 r u s t 等在研究海底沉积物中p a h s 在八种海洋底栖无 脊椎动物体内的生物富集时得出 黑碳能降低p a h s 的生物有效性 s u n d e l i n 等研 究发现 底泥中的黑碳能够明显减少p a h s 在片脚类动物m o n o p o r e i aa f f i n i s 体内 的生物富集 1 3 研究思路与创新点 1 3 1 研究思路 河口区域是当今人类活动最为密集的区域 人类的生产 生活对河口区域的 生态环境产生巨大影响 同时 河口环境的急剧恶化又对人类生存状况产生作用 本文选取海陆交汇作用剧烈的的世界超大河口 长江口为研究对象 具有典型性 和代表性 利用资料收集与湿地野外考察相结合 宏观现象与微观机理相结合 野外采样与室内分析测试相结合的研究方法和研究手段 深入分析持久性有机污 染物p a h s 在河口滨岸表层沉积环境的分布 演变和在垂向上的分布特征 进而 分析环境因子对p a h s 归宿的影响 本文数据处理和图形绘制运用了o r i g 血 c o r e l d r a w w o r d 和e x c e l 等分 析和绘图软件 1 3 2 创新点 河口是海陆作用的重要地带 是一个复杂的生态系统 具有重要的生态意义 同时 人类活动有强烈影响河口环境 使其具有敏感和脆弱性 本文研究了长江 口滨岸环境中表层沉积物p a h s 的分布 进一步丰富了长江口滨岸p a h s 的演变 记录 结合上海地区的能源利用结构 分析了长江口滨岸的p a h s 来源及组分特 征 研究了崇明东滩枯洪季p a h s 的垂向分布特征 完善了p a h s 在长江口河口 区域的研究内容 本研究工作为p o p s 的监控和治理提供了科学依据 有实际的 工作指导意义 丰富了长江口p o p s 生物地球化学循环研究内容 6 华东师范大学2 0 1 l 届硕士学位论文 第二章研究区概况 2 1 引言 第二章研究区概况 河口海岸是陆海相互作用的地带 各种过程 物理的 化学的 生物的和地 质的 耦合多变 演变机制复杂 生态环境敏感脆弱 而河口近岸带同时又是高 强度人类开发的优势地带 因此 以流域为纽带的人类高强度经济活动赋予流域 环境的压力最终向河口转移 汇聚 通过物质和能量通量的变化对河口三角洲及 其邻近海域的环境产生深刻的影响 长江是我国第一大河 发源于青藏高原唐阿古拉山主峰格拉丹东的西南侧 干流自青藏高原蜿蜒东流 经青海省 西藏自治区 四川省 云南省 湖北省 江西省 安徽省 江苏省和上海市1 0 个省区 区 市 在上海市注入东海 全 长6 3 0 0 千米 流域面积1 8 0 多万平方千米 占全国面积1 5 长江由河源到河口 横跨中国地形上的三级巨大阶梯 穿过不同的地质构造和岩层 沿途接纳直流的 汇入 对长江的河谷形态和水流特性产生不同的影响 按照水文 地貌特点把干 流划分为上 中 下3 段 从河源到宜昌市为上游段 宜昌市至湖口为中游段 湖口以下为下游段 长江水流充沛 据历年长江大通站资料统计 最大洪峰流量 为9 2 6 0 0 m 3 s 最小枯水流量为4 6 2 0 m 3 s 多年年均流量为2 9 3 0m 3 s 年径流总 量为9 2 4 0 0m 3 s 该站年平均含沙量为o 5 4 7 k g i n 2 多年平均输沙量达4 6 8 1 0 8 t 本研究区属于亚热带季风气候区 四季分明 年平均气温为1 5 2 1 6 下半年 盛行东南季风 同时常有台风 热带风暴袭击本区 冬季盛行西北季风 常有寒 潮来袭 总体上本区以s e s s e 向风占优势 出现频率为平均值的1 6 倍 杨世伦 2 0 0 1 2 2 长江口自然环境概况 按河床受径流及潮流的影响程度 将长江口区分为三段 河床主要受径流控 制的进口段一安徽省大通至江苏江阴 受径流 潮流相互作用的河口段 江阴至口 门 河床主要受潮流控制的口外海滨段一口门至3 0 5 0 米等深线附近 长江河口 7 华东师范大学2 0 1 1 届硕士学位论文第二章研究区概况 属中强度潮汐河口 受潮汐 径流双重控制影响 在全长2 4 0 妣的河口段内 根据径 潮流力量对比的不同程度 大体可分为3 个段 江阴至吴淞口 长1 4 7 l c m 河床演变以径流作用为主 吴淞口至横沙岛 全长3 2 k m 河床演变受径流与潮 流同等作用 横沙岛以下 除特大洪水外 径流作用已微弱 河床演变受潮流控 制 洪季大潮5 3 亿m 3 小潮1 6 亿m 3 枯季大潮3 9 亿m 3 小潮1 3 亿m 3 1 5 2 0 m 处 大 中 小潮平均含盐度在2 0 2 5 左右 导堤下口处1 0 1 5 左右 导堤上口处大潮在1 左右 中潮在o 5 1 左右 小潮在0 5 o 左右 长江口是世界超大型的多泥沙混浊河口 其滨岸带是我国淤泥质潮滩的主要 分布区之一 长江每年携带如河口区的悬沙总量的多年平均值为4 7 亿吨 相应 的悬沙通量为1 4 9 1 t s 最大和最小的年平均入河口区悬沙通量为2 1 4t s 和1 0 8 t s 长江入河口区悬沙通量的年内平均极不均匀 从多年平均来看 最大月平均 悬沙通量为3 9 8 0 低 7 月份 最小月平均悬沙通量为1 1 4 讹 1 月份 洪水 季节输沙量可占全年的8 7 4 5 枯水季节仅占全年的1 2 5 5 丰富的泥沙供给使本区滩地的淤积速度较快 并以每年数十甚至上百米的淤 积速度不断向海推进 潮滩沉积物一般以细颗粒为主 其沉积类型多为粘土质与 粉砂 其次为砂质粉砂 粉砂质砂及细砂 由于水动力条件的差异 探底自然地 貌和沉积分带性明显 自陆向海依次发育高 中 低潮滩 沉积物含泥量从高潮 滩向低潮滩呈递减趋势 粒度从高潮滩向低潮滩逐渐增大 分选性愈好 通常 高潮滩沉积物以黑色 青灰色粉砂质粘土和粘土质粉砂为主 滩面上芦苇和海三 菱蔗草发育茂盛 呈连绵片状分布 中潮滩沉积物有青灰色的粘土质粉砂和粉砂 组成 滩地植被以斑状分布的海三菱蔗草为主 低潮滩沉积物最粗 多为粉砂和 细砂