桑溝灣砷和汞的分布、季節(jié)變化及影響因素研究.pdf

1、隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,海平面上升、海洋酸化和海洋污染等問題日益突出,引起了各國學者的廣泛關注。海洋污染主要是源于陸地排放過多的營養(yǎng)元素、合成有機物、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。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海洋生物的呼吸、攝食、吸附等作用進入其體內,并在沿食物鏈傳遞的過程中不斷富集,最終嚴重危害人類的健康。桑溝灣是我國北方重要的養(yǎng)殖基地,養(yǎng)殖面積超過60

2、 km2,年產(chǎn)量超過15萬 t。然而灣內大量的養(yǎng)殖生物在生長過程中會不斷吸收海水中的砷和汞,并在體內富集。這個過程可能會引發(fā)潛在的食品安全問題和生態(tài)危機,不僅影響人類的身體健康,也會制約當?shù)厣鐣?jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。因此,對于桑溝灣海域砷和汞的海洋生物地球化學行為的研究具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文在實驗室中復現(xiàn)了冷原子熒光光譜測定海水中溶解態(tài)無機汞(DIHg)和溶解態(tài)有機汞(DOHg)的方法,測定 DIHg的最佳實驗條件為:燈電流3

3、0 mA,負高壓-280 V,載氣流量600 mL,酸度1 mol/L,KBH4用量5 mL。該方法對濃度為0.05μg/L和0.5μg/L的樣品進行平行測定的精密度優(yōu)于2.8％(n=9),檢出限(3σ)為10 pmo/L,對汞的國家環(huán)境標準樣品的測定誤差小于2%。測定DOHg的最佳實驗條件為: KMnO4濃度5%,NH2OH?HCl濃度20%,反應時間2 h,其余實驗條件與測定 DIHg相同。該方法測定甲基汞(GBW08675)、乙基

4、汞(GBW081524)的國家標準物質的回收率分別為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。
　　利用實驗室已經(jīng)建立的氫化物發(fā)生—原子熒光光譜法(HG-AFS)對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)無機砷(TDIAs,[TDIAs]=[As5+]+[As3+])、亞砷酸鹽(As3+)和

5、沉積物中砷的含量進行了測定。結果表明,桑溝灣四個季節(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,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,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)出較好的正相關關系,As3+則與之相反,且有較為明顯的晝夜變化。桑溝灣 TDIAs平均含量低于美國環(huán)境保護局水質標準,根據(jù)我國地表水環(huán)

7、境質量標準,桑溝灣屬于一級水質,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的清除等。通過對各個端元的定量計算可以發(fā)現(xiàn),與黃海的交換和河流的輸入可能是桑溝灣海域 TDIAs最主要的來源,而養(yǎng)殖生物對桑溝灣海水中 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的存留時間只有38 d±15 d,遠遠

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)境可能是導致這種結果的主要原因。
　　利用實驗室復現(xiàn)的冷原子熒光光度法(CV-AFS)對相同航次溶解態(tài)無機汞(DIHg)和溶解態(tài)有機汞(DOHg)的含量進行了測定。結果表明,桑溝灣四個季節(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,最大值出現(xiàn)在河口處。桑溝灣四個航次 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與總溶解態(tài)汞(TDHg)的比值則沒有明顯的分布規(guī)律,夏季在海灣中部達到最大值。桑溝灣 D

10、IHg和 DOHg的周日變化與潮汐呈現(xiàn)出較好的負相關關系,且有明顯的晝夜差異,光化學還原過程和生物轉化過程可能是導致產(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)生的光化學還原反應以及養(yǎng)殖生物的清除等。通過初步計算,河流和地下水的輸入是桑溝灣 DIHg和 DOHg最主要的來源之一,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的含量低于美國環(huán)境保護局水質標準和我國地表水環(huán)境質量一級水質標準,說明桑溝灣并沒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)殖生物體內富集有大量的有毒物質可能會嚴重威脅人類的健康和