桑溝灣砷和汞的分布、季節(jié)變化及影響因素研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,海平面上升、海洋酸化和海洋污染等問(wèn)題日益突出,引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛關(guān)注。海洋污染主要是源于陸地排放過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)元素、合成有機(jī)物、放射性核素、有毒元素和重金屬元素等,超出了海洋的自凈能力,從而引發(fā)的生態(tài)危機(jī)。砷屬于有毒類金屬元素,汞屬于重金屬元素,二者在海洋中都可以通過(guò)海洋生物的呼吸、攝食、吸附等作用進(jìn)入其體內(nèi),并在沿食物鏈傳遞的過(guò)程中不斷富集,最終嚴(yán)重危害人類的健康。桑溝灣是我國(guó)北方重要的養(yǎng)殖基地,養(yǎng)殖面積超過(guò)60

2、 km2,年產(chǎn)量超過(guò)15萬(wàn) t。然而灣內(nèi)大量的養(yǎng)殖生物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)不斷吸收海水中的砷和汞,并在體內(nèi)富集。這個(gè)過(guò)程可能會(huì)引發(fā)潛在的食品安全問(wèn)題和生態(tài)危機(jī),不僅影響人類的身體健康,也會(huì)制約當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。因此,對(duì)于桑溝灣海域砷和汞的海洋生物地球化學(xué)行為的研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)現(xiàn)了冷原子熒光光譜測(cè)定海水中溶解態(tài)無(wú)機(jī)汞(DIHg)和溶解態(tài)有機(jī)汞(DOHg)的方法,測(cè)定 DIHg的最佳實(shí)驗(yàn)條件為:燈電流3

3、0 mA,負(fù)高壓-280 V,載氣流量600 mL,酸度1 mol/L,KBH4用量5 mL。該方法對(duì)濃度為0.05μg/L和0.5μg/L的樣品進(jìn)行平行測(cè)定的精密度優(yōu)于2.8％(n=9),檢出限(3σ)為10 pmo/L,對(duì)汞的國(guó)家環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)定誤差小于2%。測(cè)定DOHg的最佳實(shí)驗(yàn)條件為: KMnO4濃度5%,NH2OH?HCl濃度20%,反應(yīng)時(shí)間2 h,其余實(shí)驗(yàn)條件與測(cè)定 DIHg相同。該方法測(cè)定甲基汞(GBW08675)、乙基

4、汞(GBW081524)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率分別為94.4%~106.2%(平均97.9%)和92.1%~104.5%(平均95.8%),精密度優(yōu)于5%(n=9),方法的檢出限(3σ)為20 pmol/L。
　　利用實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)建立的氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法(HG-AFS)對(duì)2011年4月、8月、10月和2012年1月桑溝灣及其鄰近海灣溶解態(tài)無(wú)機(jī)砷(TDIAs,[TDIAs]=[As5+]+[As3+])、亞砷酸鹽(As3+)和

5、沉積物中砷的含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明,桑溝灣四個(gè)季節(jié) TDIAs的濃度范圍分別為3.4~12.4、8.9~16.9、14.7~21.3和13.8~21.9 nmol/L,春、夏季低于秋、冬季,有明顯的季節(jié)性變化,全年平均值為13.9 nmol/L±4.7 nmol/L。TDIAs的分布在四個(gè)季節(jié)比較相似,基本呈現(xiàn)出從近岸向外海逐漸升高的趨勢(shì),最大值往往出現(xiàn)在灣口和河口區(qū)。As3+的濃度范圍分別為0.3~2.1、0.4~3.8、1.8~4

6、.0和0.3~2.9 nmol/L,春、冬季含量低于夏、秋季,平均含量為2.0 nmol/L±0.6 nmol/L。As3+與 TDIAs的比值則是夏季最高,冬季最低,無(wú)明顯的分布規(guī)律。表層沉積物中砷的分布基本呈現(xiàn)出從近岸向外海遞減的趨勢(shì),最大值出現(xiàn)在春季河口處。桑溝灣 TDIAs的周日變化與潮汐基本呈現(xiàn)出較好的正相關(guān)關(guān)系,As3+則與之相反,且有較為明顯的晝夜變化。桑溝灣 TDIAs平均含量低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)局水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)我國(guó)地表水環(huán)

7、境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),桑溝灣屬于一級(jí)水質(zhì),這表明桑溝灣未受到明顯人為砷的污染。影響桑溝灣 TDIAs分布的主要因素包括河流和地下水的輸入、與黃海的交換、大氣的干、濕沉降、沉積物-水界面的釋放以及生物活動(dòng)的清除等。通過(guò)對(duì)各個(gè)端元的定量計(jì)算可以發(fā)現(xiàn),與黃海的交換和河流的輸入可能是桑溝灣海域 TDIAs最主要的來(lái)源,而養(yǎng)殖生物對(duì)桑溝灣海水中 TDIAs的清除作用可能是其遷出水體最主要的途徑。桑溝灣養(yǎng)殖區(qū) TDIAs的存留時(shí)間只有38 d±15 d,遠(yuǎn)遠(yuǎn)

8、低于大洋,這表明 TDIAs在桑溝灣的清除速率很快,特殊的水文環(huán)境和養(yǎng)殖環(huán)境可能是導(dǎo)致這種結(jié)果的主要原因。
　　利用實(shí)驗(yàn)室復(fù)現(xiàn)的冷原子熒光光度法(CV-AFS)對(duì)相同航次溶解態(tài)無(wú)機(jī)汞(DIHg)和溶解態(tài)有機(jī)汞(DOHg)的含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果表明,桑溝灣四個(gè)季節(jié) DIHg的濃度范圍分別為52~865、131~359、31~134和22~119 pmol/L,春、夏季高于秋、冬季,平均濃度為222 pmol/L±63 pmol/L。

9、桑溝灣 DIHg的分布基本呈現(xiàn)出從近岸向外海逐漸降低的趨勢(shì),最大值出現(xiàn)在河口處。桑溝灣四個(gè)航次 DOHg的濃度范圍分別為37~214、52~635、21~98和未檢出~51 pmol/L,夏季最高,冬季最低,有明顯的季節(jié)變化,平均含量為139 pmol/L±41 pmol/L。桑溝灣 DOHg的分布與 DIHg相似,牡蠣和扇貝養(yǎng)殖區(qū)濃度較高。DOHg與總?cè)芙鈶B(tài)汞(TDHg)的比值則沒(méi)有明顯的分布規(guī)律,夏季在海灣中部達(dá)到最大值。桑溝灣 D

10、IHg和 DOHg的周日變化與潮汐呈現(xiàn)出較好的負(fù)相關(guān)關(guān)系,且有明顯的晝夜差異,光化學(xué)還原過(guò)程和生物轉(zhuǎn)化過(guò)程可能是導(dǎo)致產(chǎn)生晝夜變化的主要原因。影響桑溝灣 DIHg和 DOHg分布的主要因素包括河流和地下水的輸入、大氣的干濕沉降、與黃海的交換、活性氣態(tài)汞(Hg0)在海氣界面的交換、表層水體發(fā)生的光化學(xué)還原反應(yīng)以及養(yǎng)殖生物的清除等。通過(guò)初步計(jì)算,河流和地下水的輸入是桑溝灣 DIHg和 DOHg最主要的來(lái)源之一,而表層水體中活性氣態(tài)汞向大氣的釋

11、放和養(yǎng)殖生物的清除則是海水中 DIHg和 DOHg主要的匯。另外,黃海水的入侵對(duì)于桑溝灣溶解態(tài)汞的影響同樣不容忽視。桑溝灣海水中 TDHg的存留時(shí)間為1.27 a±0.53 a,只有大洋海水的1/500左右。桑溝灣水體中 DIHg的含量低于美國(guó)環(huán)境保護(hù)局水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量一級(jí)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明桑溝灣并沒(méi)有受到明顯的汞污染。但也有研究表明這很有可能是養(yǎng)殖生物的清除作用造成的,養(yǎng)殖生物體內(nèi)富集有大量的有毒物質(zhì)可能會(huì)嚴(yán)重威脅人類的健康和