南非Knysna和中国主要河口沉积物中多环芳烃及降解菌赋存特征及影响因素研究

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:danxiaoni
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多环芳烃(,PAHs)是一类广泛存在于自然界中的有机污染物,由于其具有致癌、致畸、致突变的三致效应以及生物富集特征,能够对人类和生态环境的健康造成一定的威胁。河口地区是人类活动较为密集的地区,也是海陆交互的典型区域,既接纳了来自上游河流传输的污染物,又是下游河口城市污染物排放重要的“汇”,其复杂的水动力条件以及环境因子在河口形成天然的理化性质梯度使得污染物在河口有其独特的赋存特征,同时也是各种微生物群落的理想生境,因此其生态环境的重要意义不言而喻。虽然已有研究对河口地区的PAHs赋存特征、来源判析和生态风险做了大量的研究,但是对于南半球受人类活动影响较少的温带河口的研究尚不充分,尤其是对河口微生物群落以及PAHs降解菌的研究还有所欠缺,此外在判源方面,对于每一种单体PAHs的来源判析研究较少。因此本研究以南非Knysna河口的沉积物为研究对象,将其与中国主要河口的PAHs赋存特征进行比较,测定河口沉积物中被美国环保署优先控制的16种PAHs的含量,分析受人为活动影响较小的南半球温带河口与北半球人口较为密集的河口沉积物中PAHs赋存特征的差异,运用单体稳定碳同位素(δ13C)法对南非Knysna河口沉积物中的每一种单体PAHs的来源进行判析,通过已有文献报道,探究南非Knysna河口沉积物中具有降解PAHs潜力的降解菌群落,并分析影响PAHs及其降解菌群落特征的影响因素,为河口生态环境的保护提供有力的科学数据支持,本研究获得的主要结论如下:(1)南非Knysna河口表层沉积物中16种PAHs的浓度范围为94-356ng/g,沉积物柱样中的浓度范围为28-1675ng/g,PAHs浓度在干季>湿季,在受人类活动影响较大的样点>影响较小的样点,在沉积物柱样中,PAHs出现了中层富集的模式。在组成特征上,Knysna河口沉积物中多以中低环PAHs为主。而中国主要河口沉积物中的PAHs浓度范围为50.4-3310.3ng/g,同样呈现出干季浓度>湿季的特点,在湿季,南方河口PAHs的浓度高于北方河口,但在海河口附近仍然检测到了较高的PAHs浓度,这可能由于京津冀地区城市化水平较高以及该地区作为传统的重工业区域有关,而在干季则呈现出相反的特征,可能由于北方在冬季采用燃煤供暖的方式,额外排放出部分的PAHs。在组成特征上,中国河口主要以中高环PAHs为主。总体来看,受人类活动影响较小的南非Knysna河口的PAHs浓度要低于中国主要河口的浓度,在世界范围内,南非Knysna河口处于较低的污染水平,而中国河口则处于中等的污染水平。(2)Spearman相关性分析得出结论南非Knysna河口沉积物柱样中PAHs浓度与TOC含量存在明显的正相关性,表明TOC是沉积物柱中PAHs赋存的重要因素,也说明了TOC和PAHs存在着共同运输迁移的可能性,但在表层沉积物中仅显示较弱的正相关性。而在中国主要河口,TOC和PAHs浓度存在显著的相关性,说明TOC对PAHs的赋存分布起到重要作用。研究区域内PAHs总浓度与粘粒含量之间呈现显著的正相关性,与沉积物中径呈现显著的负相关性,即细颗粒拥有更大的比表面积,可能可以吸附更多的PAHs。(3)特征比值法定性地显示了南非Knysna河口和中国主要河口沉积物中的PAHs大多为煤和生物质燃烧源,而通过进一步的PMF模型定量分析发现,Knysna河口的PAHs主要来源为煤和生物质燃烧为主,载荷了43%的总PAHs,而中国河口多的主要来源则为交通车辆排放源,汽油机动车和柴油机动车两者贡献率相加,一共载荷了43%的总PAHs,这可能是由于两地的人口密度以及Knysna地区的森林火灾所致。而单体稳定碳同位素(δ13C)法的判源结果显示,δ13C在南非Knysna河口沉积物中的单体PAH中的数值变化范围为-31.31‰至-25.79‰,中低环PAHs主要来自于诸如农业秸秆燃烧以及森林火灾等生物质燃烧,而中高环PAHs则为各种形式的煤燃烧源为主,存在少量木材燃烧。(4)通过风险商值法对河口沉积物的生态风险进行评析,结果显示南非Knysna和中国河口大部分均处于低生态风险水平,而南非Knysna沉积物柱样30-50cm,以及杭州湾、海河口部分样点因Pyr和Bb F排放较多,出现中风险水平的样点。(5)南非Knysna河口主要的PAHs降解菌有着明显的月份(时间)的分布差异,4月主导的降解菌为海细菌属(Marinobacterium)和弧菌属(Vibrio),9月为食碱菌属(Alcanivorax)、鞘脂单胞菌属(unclassified_Sphingomonadaceae)、分枝杆菌属(Mycobacterium),7月为芽孢杆菌属(Bacillus)和微泡菌属(Microbulbifer),沉积物柱中主要为假交替单胞菌属(Pseudoalteromonas)。pH、沉积物盐度、NO3-以及TOC是影响细菌群落和PAHs降解菌分布和结构的主要环境因子,pH值和盐度与PAHs降解菌显著相关,NO3-和TOC含量等对于对PAHs降解菌群落显著正相关。并未发现PAHs浓度对PAHs降解菌群落产生显著的影响,可能是由于Knysna河口较低的PAHs浓度以及其它地理条件所致。总体来看对于温带河口而言,人类活动对于河口PAHs的赋存起到至关重要的作用,我们可以在高速发展经济的同时,通过适当减少和控制工业三废的排放、限制交通流量来减少PAHs的产生,从而减少PAHs等污染物对于微生物群落的威胁,以丰富本土微生物群落的多样性,以此来保护河口生态系统的稳定和健康。
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