论文部分内容阅读
多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是一类典型的持久性有机污染物，它可通过各种环境介质（大气、水、生物等）长距离迁移并存在于河口及海岸带生态环境中。红树林是热带、亚热带海岸重要的湿地生态系统，其生产力高、富含有机质以及强还原性环境条件等特性，使之成为吸收和累积PAHs的重要场所。但目前有关红树林湿地中PAHs的研究大多限于PAHs的含量及来源解析、微生物对PAHs的降解等。PAHs在沉积物中的吸附行为及其影响因素的研究少见报道。红树林沉积物具有特殊性，且环境条件复杂多变，PAHs在其中的吸附行为可能与其他沉积物不同。相关研究工作的开展对于红树林湿地的污染控制和生物修复有重要意义。
本文以三种典型PAHs萘(Na)、蒽(An)和苯并[a]芘(B[a]P)为代表，研究了它们在九龙江口红树林沉积物中的吸附行为及其受老化、淹水、温度、盐度和种植秋茄（Kandelia candel，Kc）幼苗的影响。另外，尝试将本课题组新建的荧光分析法应用于上述研究，以进一步拓展PAHs的现场、原位研究方法。主要研究内容和结果如下：
(1)新建了同步荧光法直接测定不同沉积物提取液中Na,An和B[a]P的方法。结果表明，该方法测定简单、快速，无需复杂前处理，其精确度和灵敏度可满足本研究的要求。
(2)研究了Na,An和B[a]P在沉积物中的吸附及其受老化和淹水作用的影响；分析了沉积物的组成和结构，探讨了PAHs吸附及老化、淹水作用的机理。结果表明，Na、An和B[a]P在沉积物中的吸附依次增强；老化作用增强了PAHs在沉积物中的吸附，强吸附态Na,An和B[a]P分别由48.6％、47.1%和70.3%增至50.5%，54.1%和73.5%：淹水后，沉积物中约有30.3%的Na，16.8%的An和3.46%的B[a]P释放至上覆水中，但老化后该释放量明显减少，分别为18.4%，9.01%和0.710%;所研究九龙江口红树林沉积物中主要的吸附剂是碳质颗粒和粘粒：碳质颗粒所占比重小，但吸附PAHs的量高；粘粒是该沉积物的重要组分，对沉积物富集PAHs贡献最大；该沉积物具有较好的团聚性。老化后，沉积物中的PAHs进入碳质颗粒和团聚体结构的微孔中，吸附于其中较深的吸附位点，较难被解吸。淹水作用在一定程度上破坏了沉积物团聚体的稳定性，从而使其吸附的PAHs解吸。
(3)研究了Na,An和B[a]P在红树林沉积物上的吸附特性，以及温度和盐度对PAHs吸附的影响。结果表明，PAHs在沉积物上的吸附均表现为快速吸附和慢速吸附两阶段过程；Freundlich模型能很好地拟合等温吸附数据，由其拟合参数可知，沉积物对PAHs的吸附指数n全小于1，表明吸附呈非线性；PAHs的辛醇-水分配系数的对数（logKow）与其在沉积物中吸附容量的对数(logKf)呈线性关系，表明吸附以分配作用为主；温度由150C升至350C时，PAHs的吸附容量Kf明显减小，Na的由107.22减至10.792，An、B[a]P的则分别从246.22、2215.8减至33.524、491.13;盐度由0增至30时，PAHs的吸附容量Kf增加，Na的由20.076增至215.46，An、B[a]P的则分别从73.029、1076.5增至361.10、2714.7.
(4)研究了Na、An和B[a]P在沉积物不同粒径团聚体中的吸附/解吸行为。结果表明，沉积物不同粒径团聚体对PAHs的吸附有明显差异。首先，其吸附动力学特征不同：在0-2 h快速吸附阶段，PAHs的吸附速率和吸附量均随团聚体粒径减小而增加，在2-72 b的慢速吸附阶段，PAHs的吸附速率和吸附量增率则随团聚体粒径减小而减小，快吸附阶段的差异与团聚体粒径有关，而慢吸附阶段的差异与团聚体结构有关；其次，其吸附容量Kf不同：不同粒径团聚体对PAHs的吸附容量kf顺序为0.063-0.25>0.063>0.25-1.0>1.0 mm，有机质的含量和性质是重要的影响因素。沉积物不同粒径团聚体中PAHs的解吸过程也表现为快速解吸和慢解吸两阶段，PAHs在不同溶剂中的解吸量顺序为二氯甲烷>甲醇>羟丙基-β-环糊精(HPCD)水溶液，表明其吸附以疏水性分配为主：不同粒径团聚体中PAHs的解吸行为也表现出明显的差异；PAHs在沉积物团聚体中的解吸与其吸附时间密切相关，吸附时间越长，解吸量越小。
(5)研究了种植典型红树植物Kc幼苗对沉积物中Na、An和B[a]P吸附行为的影响，及其受老化和淹水作用的影响。结果表明，种植Kc幼苗的沉积物中，Na、An和B[a]P自然消解率分别为55.05-71.54%、47.29-70.41%和43.93-67.31%，明显高于未种植Kc幼苗的沉积物，表明种植Kc幼苗促进了沉积物中PAHs的自然消解；与未种植Kc幼苗的沉积物相比，种植Kc幼苗的沉积物中HPCD水溶液提取的PAHs和甲醇提取的PAHs含量较高，而剩余PAlls的含量较低，表明种植Kc幼苗促进了沉积物中强吸附态PAHs向弱吸附态和生物可利用态转化；根际沉积物中生物可利用态PAHs的含量明显高于非根际沉积物；根际沉积物的酶活性明显高于非根际沉积物，表明根际环境中的微生物活性较高；沉积物中约11.15-23.63%的Na，3.81-5.65%的An和0.32-1.18%的B[a]P被Kc苗根部富集，其中相当一部分被吸收至根内部。采用荧光显微镜法观察到了An向Kc幼苗茎、叶的传输；采用光纤荧光法在Kc叶片上下表面均检测到了An，表明挥发再沉降也是An由沉积物向植物迁移的重要途径。三种PAHs在Kc幼苗根部的富集量与其在沉积物中的HPCD水溶液提取态含量有显著相关性，表明Kc幼苗根对三种PAHs的富集与其在沉积物中的吸附密切相关；老化后，三种PAHs在沉积物中的吸附增强，从而使其根富集量减小；淹水后，三种PAHs在沉积物中的吸附减弱，从而使其根富集量增加。
(6)综合上述结果可知，与其他沉积物相比，由于红树林沉积物本身性质及所处环境的特殊性，PAHs在其中的吸附行为也表现出特殊性：红树林沉积物含有吸附能力强的碳质颗粒等有机吸附剂和粘粒含量高的特点使其易富集PAHs;团聚结构好的特点使PAHs易被“扣押”而难于解吸；PAHs吸附明显受老化、淹水、温度、盐度和红树植物的影响。
本研究结果为进一步揭示PAHs在红树林生态系统中的迁移转化规律提供研究信息，为红树林湿地的污染控制和植物修复提供重要的科学依据，也为更好地保护和利用红树林资源提供科技支撑，具有重要的科学意义和环境效益。