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膠州灣水域有機(jī)農(nóng)藥六六六的分布及環(huán)境本底值*

2014-06-05 09:39:32楊東方白紅妍張飲江常彥祥曲憲成
海洋開(kāi)發(fā)與管理 2014年7期
關(guān)鍵詞:膠州灣陸地底層

楊東方,白紅妍,張飲江,常彥祥,曲憲成

(1.上海海洋大學(xué)生命學(xué)院 上海 201306;2.國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心 青島 266033;3.溫州醫(yī)科大學(xué)信息與工程學(xué)院 溫州 325035)

持久性有機(jī)污染物六六六 (HCH)是親脂憎水性化合物,具有低水溶性、高脂溶性特征,在環(huán)境中不易降解,且具有潛在的高毒性、致癌性及致畸致誘變作用等特點(diǎn)。HCH在水體中通過(guò)食物鏈逐級(jí)濃縮,營(yíng)養(yǎng)級(jí)越高積累的倍數(shù)也愈大,能夠在脂肪組織中發(fā)生生物蓄積[1-4]。而且引起代謝緩慢,且可在食物鏈中蓄積并逐級(jí)放大,影響人類的身體健康和生活環(huán)境。我國(guó)于1983年禁止使用HCH,由于HCH經(jīng)過(guò)了陸地遷移過(guò)程、水域遷移過(guò)程和沉降過(guò)程[5-19],那么禁用以后,水體中的HCH的分布和含量是否依然存在,HCH環(huán)境本底值結(jié)構(gòu)是如何,這需要進(jìn)行認(rèn)真的研究和探討。

本文根據(jù)1988年膠州灣的調(diào)查資料,分析HCH在膠州灣海域的來(lái)源、分布以及遷移狀況,研究膠州灣水體HCH的環(huán)境本底值結(jié)構(gòu),計(jì)算得到膠州灣水域HCH的基礎(chǔ)本底值、陸地徑流的輸入量和環(huán)境本底值,揭示了HCH從陸地到海底的過(guò)程要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間,雖然HCH含量已經(jīng)變化得越來(lái)越低,可是HCH含量卻一直存在著,這為防止HCH對(duì)人類身體和生活環(huán)境造成威脅和危害的研究提供了理論依據(jù)。

1 調(diào)查水域、材料與方法

1.1 膠州灣自然環(huán)境

膠州灣地理位置為 120°04'E-120°23'E,35°58'N-36°18'N之間,在山東半島南部,面積約為446 km2,平均水深約7 m,是一個(gè)典型的半封閉型海灣。在膠州灣西北和西部的入海河流有大沽河和洋河。沿青島市區(qū)的近岸,有海泊河、李村河、婁山河等河流。在膠州灣位于西部、北部地區(qū)有即墨盆地和膠萊平原,這是膠州灣地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 材料與方法

本研究所使用的1988年4月、7月和10月膠州灣水體HCH的調(diào)查資料由國(guó)家海洋局北海環(huán)境監(jiān)測(cè)中心提供。在4月和7月,在膠州灣水域設(shè)13個(gè)站位取水樣,分別為31、32、33、34、35、36、84、85、86、87、88、89 和 90站;在10月,在膠州灣水域設(shè)6個(gè)站位取水樣,分別為84、85、86、87、88和89站 (圖 1)。分別于1988年4月、7月和10月進(jìn)行3次取樣,根據(jù)水深取水樣 (水深大于10 m時(shí)取表層和底層,水深小于10 m時(shí)只取表層),現(xiàn)場(chǎng)過(guò)濾,裝入聚乙烯瓶中保存,放入冰桶帶回實(shí)驗(yàn)室冷凍保存。用氣相色譜分析測(cè)定,這個(gè)方法與古堂秀等[4]所研究的方法是一致的。

圖1 膠州灣調(diào)查站位

表1 4月、7月和10月的膠州灣表層水質(zhì)

2 結(jié)果

2.1 含量大小

在膠州灣整個(gè)水域,HCH含量在4月、7月和10月都非常低,其含量范圍為:0.018 8~0.209 5μg/L。這表明在4月、7月和10月,在整個(gè)膠州灣表層水域,水質(zhì)在HCH含量方面符合國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (1.00μg/L) (表1)。由于HCH含量在膠州灣整個(gè)水域都遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于0.100 0μg/L,說(shuō)明在HCH含量方面,在膠州灣整個(gè)水域,水質(zhì)更加清潔。

2.2 水平分布

在4月,在膠州灣水域,水體中表層HCH的水平分布狀況是表層HCH含量的等值線 (圖2),展示了在樓山河、李村河和海泊河之間的近岸水域,有一個(gè)相對(duì)高值區(qū)域,其HCH含量大于0.170 9μg/L。而且在樓山河的河口以及東北部近岸水域,形成了一系列不同梯度的平行線,其含量大小由東北部的近岸向南部的灣口方向遞減,從0.209 5μg/L降低到0.022 4μg/L(圖2)。并且在海泊河的河口近岸水域,還有一個(gè)小的擾動(dòng),展示了海泊河有一定HCH含量0.174 0μg/L的輸送。

圖2 4月表層HCH質(zhì)量濃度的分布 (μg/L)

在7月,在膠州灣水域,水體中表層HCH含量的等值線,展示了以海泊河入??谔帪橹行模纬闪艘幌盗胁煌荻鹊陌雮€(gè)同心圓,HCH含量從中心相對(duì)較高含量0.068 0μg/L沿梯度降低到0.029 6μg/L(圖3)。

在10月,在膠州灣水域,水體中表層HCH的水平分布狀況是表層HCH含量的等值線 (圖4),展示了以海泊河入??谔帪橹行模纬闪艘幌盗胁煌荻鹊陌雮€(gè)同心圓,HCH含量從中心相對(duì)較高含量0.114 4μg/L沿梯度降低到0.018 8 μg/L。

在4月、7月和10月,在膠州灣水域,HCH的含量是非常低的,而形成相對(duì)較高的中心主要是受到河流和地表徑流的微量輸送,也是對(duì)膠州灣水域的輕微擾動(dòng)。

在膠州灣的灣口水域,分為灣口內(nèi)、灣口和灣口外。在4月和7月,底層HCH的含量大小形成了一系列不同的梯度,由灣口內(nèi)向?yàn)晨诜较蜻f減,在4月,從0.048 8μg/L降低到0.020 9μg/L(圖5);在7月,從0.038 0μg/L降低到0.033 1μg/L(圖6)。

在4月和7月,在膠州灣的灣口水體中,底層HCH的含量范圍為:0.020 9~0.048 8μg/L。

圖3 7月表層HCH質(zhì)量濃度的分布 (μg/L)

圖4 10月表層HCH質(zhì)量濃度的分布 (μg/L)

2.3 垂直分布

在膠州灣灣口水域,在站位33、34、35、84、85和90進(jìn)行了HCH的表、底層的調(diào)查。

在4月,除了站位90外,HCH表層含量都低于其對(duì)應(yīng)的底層,HCH的表、底層含量值絕對(duì)相差-0.010 8~0.001 5μg/L,其相差范圍為0~0.012 3μg/L,只有站位90的絕對(duì)相差值為正,其余站位的絕對(duì)相差值都為負(fù)。在7月,除了站位85外,HCH表層含量都低于其對(duì)應(yīng)的底層,HCH的表、底層含量值絕對(duì)相差 -0.001 4~0.000 9μg/L,其相差范圍為0~0.002 3μg/L,只有站位85的絕對(duì)相差值為正,其余站位的絕對(duì)相差值都為負(fù)。

在4月和7月,在膠州灣的灣口水體中,表層HCH的水平分布由灣口內(nèi)向?yàn)晨诤蜑晨谕夥较蜻f減,而底層HCH的水平分布也是由灣口內(nèi)向?yàn)晨诤蜑晨谕夥较蜻f減,HCH的表、底層水平分布和變化趨勢(shì)一致。

因此,在4月和7月,從灣口內(nèi)、灣口到灣口外,HCH表層含量幾乎都是低于其對(duì)應(yīng)的底層。而且HCH的表、底層含量都很接近,7月的HCH的表、底層含量要比4月的更接近。同時(shí),HCH的表、底層水平分布和變化趨勢(shì)一致。

圖5 4月底層HCH質(zhì)量濃度的分布 (μg/L)

圖6 7月底層HCH質(zhì)量濃度的分布 (μg/L)

2.4 季節(jié)分布

膠州灣水域的水體中,在4月,水體中HCH的表層含量0.022 4~0.209 5μg/L;在7月,水體中HCH的表層含量0.029 6~0.068 0μg/L;在10月,水體中HCH的表層含量0.018 8~0.114 4μg/L。在一年的變化中,HCH表層含量在4月有最高值,而在10月有最低值。因此,在4月、7月和10月,水體中HCH的表層含量范圍都非常接近,水體中HCH的季節(jié)分布已經(jīng)沒(méi)有了。

3 討論

3.1 水質(zhì)

在整個(gè)膠州灣水域,HCH含量在4月、7月和10月都非常低0.018 8~0.209 5μg/L。不僅膠州灣整體水域HCH含量都符合一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn) (1.00μg/L),而且,HCH含量在整個(gè)膠州灣水域都小于 0.300μg/L。這與 1985年[10]、1986 年[11]、1987 年[12]在 HCH 含量方面的海水水質(zhì)一樣,完全優(yōu)于國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。在整個(gè)膠州灣水域,水質(zhì)在HCH含量方面都非常清潔。隨著HCH的含量非常低,小于0.300μg/L,在海洋具有均勻性[10]的作用下,水體中HCH的表層含量已經(jīng)沒(méi)有季節(jié)變化了,這與 1985 年[10]、1986 年[11]、1987 年[12]的研究結(jié)果一樣。這樣,在4月、7月和10月,水體中HCH的表層含量范圍都非常接近,HCH的季節(jié)分布在水體中已經(jīng)沒(méi)有了。

3.2 來(lái)源

在4月,在膠州灣水域,表層HCH含量的等值線 (圖4)在樓山河的河口以及東北部近岸水域,形成了一系列不同梯度的平行線,其含量大小由東北部的近岸向南部的灣口方向遞減,這與1983年~1987年的水體中表層HCH含量的變化相一致[8-12]。同時(shí),在海泊河的河口近岸水域,有HCH含量輸送的擾動(dòng)。因此,河流和地表徑流將HCH輸入到近岸水域,其含量非常低。

在7月和10月,在膠州灣水域,水體中表層HCH含量的等值線,展示了以海泊河入??谔帪橹行?,形成了一系列不同梯度的半個(gè)同心圓,其含量大小由海泊河入??诘慕断蚰喜康臑晨诜较蜻f減??梢?jiàn),由于水體中表層HCH含量非常小,有河流的輸入在水體中稍微有擾動(dòng),就有水平分布的明顯變化。因此,HCH通過(guò)河流輸入近岸水域的,其含量非常低。

3.3 陸地遷移

在膠州灣東北部沿岸水域,表層HCH的含量由東北部近岸向南部灣口方向遞減,等值線形成了一系列不同梯度的平行線?;蛘咴跂|部的近岸,形成了一系列不同梯度的半圓等值線,其含量大小由東部的近岸向外部方向遞減。前者表示河流與地表徑流直接輸入近岸水域,后者表示河流輸入。因此,HCH來(lái)源是面來(lái)源,而且來(lái)源于陸地。

我國(guó)于1983年開(kāi)始禁用HCH,膠州灣水域HCH的含量?jī)H僅是來(lái)自土壤中殘留的HCH,陸地HCH殘留量在大幅減少[9]。1988年輸入膠州灣海域水體中的HCH含量很低,這個(gè)結(jié)果與1983年 ~1987年的變化[8-12]是一致的。從1979年到1984年,通過(guò)膠州灣沿岸水域HCH含量變化,證明了HCH的陸地遷移過(guò)程[5-9]:向近岸水域輸入HCH的含量是隨著地表徑流的大小而變化,也就是隨著雨量的大小而變化。而且,在膠州灣水域,HCH的含量有季節(jié)變化??墒?,在1988年,HCH表層含量在4月的最高值0.209 5μg/L是一年中的最高值,在7月的最高值0.068 0μg/L甚至比11月的最高值0.114 4 μg/L都低。4月是雨季還沒(méi)有開(kāi)始的月份,而7月是雨季正是旺盛的月份,11月是雨季結(jié)束的月份,HCH表層含量的變化表明,沒(méi)有雨季時(shí),HCH表層含量是一年中的最高,而雨季旺盛時(shí),HCH表層含量卻不是一年中的最高,甚至低于雨季的結(jié)束時(shí)。因此,從1985年到1987年,在整個(gè)膠州灣水域,HCH含量一年中都低于0.300μg/L,得到結(jié)果:水體中HCH含量的季節(jié)變化已經(jīng)沒(méi)有了。這表明隨著陸地HCH殘留量的衰減很快,膠州灣海域水體中的HCH含量也逐年降低。在膠州灣周圍,雨量、地表徑流和河流的大小變化對(duì)膠州灣水域HCH含量變化沒(méi)有重要影響。

3.4 水域遷移

在膠州灣灣口水域,在4月、7月和10月,HCH的表、底層含量都相近。這個(gè)結(jié)果與1979~1987年 (缺少1980年)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果[5-12]是一樣的;在4月、7月和10月,膠州灣的灣口水域,表層含量與其對(duì)應(yīng)的底層含量變化一致,而且水體中表、底層HCH的水平分布一致 (圖2-6)。這個(gè)結(jié)果與1979~1985年(缺少1980年)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果是一樣的[5-10]。而與1986年和1987年的數(shù)據(jù)分析結(jié)果不是一樣的[11-12]。于是,產(chǎn)生這個(gè)差別的原因,作者認(rèn)為:在作者提出的 HCH 水域遷移過(guò)程[6,7]中,當(dāng)整個(gè)海灣的HCH含量最大值大于0.100μg/L時(shí),表、底層HCH的含量變化一致和表、底層的水平分布一致[11-12]。當(dāng)整個(gè)海灣的HCH含量最大值小于0.100μg/L時(shí),表、底層HCH的含量變化不一致和表、底層的水平分布也不一致[11-12]。同時(shí),不論海灣的HCH含量最大值是如何的小,HCH的表、底層含量相近的結(jié)果是不會(huì)變化的。

3.5 環(huán)境本底值的結(jié)構(gòu)

根據(jù)楊東方提出的重金屬在水域的環(huán)境本底值結(jié)構(gòu)[20,21],建立了重金屬環(huán)境本底值的結(jié)構(gòu)模型:

其中,B:基礎(chǔ)本底值 (the basic background value)表示此水域本身所具有的重金屬含量,L:陸地徑流的輸入量 (the input amount in runoff)表示通過(guò)陸地徑流輸入此水域的重金屬含量,M:海洋水流的輸入量 (the input amount inmarine current)表示通過(guò)海洋水流輸入此水域的重金屬含量,H:重金屬在此水域的環(huán)境本底值 (the environmental background value)。

將此模型應(yīng)用到六六六 (HCH)環(huán)境本底值的結(jié)構(gòu)上,于是有,B:基礎(chǔ)本底值表示此水域本身所具有的HCH含量,L:陸地徑流的輸入量表示通過(guò)陸地徑流輸入此水域的HCH含量,M:海洋水流的輸入量表示通過(guò)海洋水流輸入此水域的HCH含量,H:HCH在此水域的環(huán)境本底值。

由于HCH是人工合成的,在自然界是不存在的,這樣,膠州灣水域HCH的含量?jī)H僅是來(lái)自土壤中殘留的HCH。在膠州灣水域,只有河流和地表徑流將HCH輸入到近岸水域,其含量非常低。因此,海洋水流向膠州灣水域的HCH輸入量為0.000μg/L。當(dāng)沒(méi)有河流和地表徑流時(shí),在膠州灣水域,HCH的含量達(dá)到最低值0.018 8μg/L,于是,HCH含量的基礎(chǔ)本底值為0.018 8μg/L。當(dāng)有河流和地表徑流時(shí),在膠州灣水域,HCH的含量達(dá)到最高值0.209 5μg/L。于是,陸地徑流的HCH輸入量為0.209 5-0.018 8=0.190 7(μg/L)。

通過(guò)環(huán)境本底值的結(jié)構(gòu)模型,計(jì)算得到HCH在膠州灣水域的環(huán)境本底值。膠州灣水域HCH的基礎(chǔ)本底值為0.018 8μg/L,膠州灣水域HCH的陸地徑流輸入量為0.00~0.190 7μg/L,海流輸入的 HCH含量為0.000μg/L,于是,膠州灣水域HCH的環(huán)境本底值為0.018 8~0.209 5μg/L。

通過(guò)膠州灣水體HCH的環(huán)境本底值結(jié)構(gòu),明確了膠州灣水域HCH的基礎(chǔ)本底值、陸地徑流的輸入量和環(huán)境本底值。雖然在1983年我國(guó)開(kāi)始禁用了HCH,可是一直到了1988年,膠州灣水域HCH的基礎(chǔ)本底值表明在膠州灣水體中,HCH是一直存在的。而且,膠州灣水域HCH的陸地徑流輸入量也是存在的,當(dāng)然含量已經(jīng)非常的低。HCH經(jīng)過(guò)了陸地遷移過(guò)程、水域遷移過(guò)程和沉降過(guò)程[5-19],沉降到海底,使得陸地和水體的HCH含量很低[12]。HCH的環(huán)境本底值結(jié)構(gòu)揭示了HCH從陸地到海底的過(guò)程要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間,雖然HCH含量已經(jīng)變化得越來(lái)越低,可是HCH含量卻一直存在著。由于浮游植物、浮游動(dòng)物和魚(yú)類等沿著食物鏈將水體的HCH在不斷地富集,那么HCH沿著食物鏈一直在遷移,時(shí)刻對(duì)人類身體和生活環(huán)境造成威脅和危害。

4 結(jié)論

根據(jù)1988年4月、7月和10月的膠州灣水域調(diào)查資料,分析有機(jī)農(nóng)藥HCH在膠州灣水域的分布、來(lái)源和季節(jié)變化。研究結(jié)果表明:

(1)在4月、7月和10月,HCH含量在這一年中都小于0.300μg/L,在整個(gè)膠州灣水域都非常低。在膠州灣水域HCH含量都優(yōu)于國(guó)家一類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)在HCH含量方面更加清潔。水體中HCH已經(jīng)沒(méi)有季節(jié)的變化了,膠州灣水域HCH含量變化幾乎沒(méi)有受到膠州灣周圍,雨量、地表徑流和河流的大小變化的影響。

(2)在4月、7月和10月,HCH的水平分布表明:膠州灣水體中的HCH既有地表徑流直接輸入又有河流輸入,HCH來(lái)源是面來(lái)源,而且來(lái)源于陸地。在4月和7月,HCH的垂直分布表明:HCH的表、底層含量相接近。而且HCH表層含量幾乎都是低于其對(duì)應(yīng)的底層,同時(shí),水體中表層與底層HCH的水平分布趨勢(shì)一致。

(3)在HCH水域遷移過(guò)程中,當(dāng)整個(gè)海灣的HCH含量最大值大于0.100μg/L時(shí),表、底層HCH的含量變化一致,表、底層的水平分布一致。當(dāng)整個(gè)海灣的HCH含量最大值小于0.100μg/L時(shí),表、底層HCH的含量變化不一致,表、底層的水平分布也不一致。同時(shí),不論海灣的HCH含量最大值是如何的小,HCH的表、底層含量相近的結(jié)果是不會(huì)變化的。

(4)通過(guò)環(huán)境本底值的結(jié)構(gòu)模型,計(jì)算得到膠州灣水域HCH的基礎(chǔ)本底值為0.018 8μg/L,膠州灣水域HCH的陸地徑流輸入量為0.00~0.190 7μg/L,海流輸入的HCH含量為0.000μg/L,于是,膠州灣水域HCH的環(huán)境本底值為0.018 8~0.209 5μg/L。揭示了HCH從陸地到海底的過(guò)程要經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的時(shí)間,雖然HCH含量已經(jīng)變化得越來(lái)越低,可是HCH含量卻一直存在著。

HCH從陸地到海底一直存在于水體中,可以隨時(shí)沿著食物鏈在遷移和富集,時(shí)刻對(duì)人類身體和生活環(huán)境造成威脅和危害。人類合成的自然界無(wú)法降解的物質(zhì)六六六 (HCH),不僅危害了自然界其他生命,包括植物和動(dòng)物,最后也危害了人類自己。隨著陸地遷移過(guò)程、水域遷移過(guò)程和沉降過(guò)程,不斷地把六六六 (HCH)這種物質(zhì)從陸地遷移到大海,最終,將這種物質(zhì)深埋于海底。

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