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        廣西三娘灣海域表層沉積物多環(huán)芳烴特征及風(fēng)險評價

        2021-11-08 12:13:02龐國濤閻琨李偉
        中國地質(zhì)調(diào)查 2021年5期
        關(guān)鍵詞:研究

        龐國濤, 閻琨,2, 李偉

        (1.中國地質(zhì)調(diào)查局煙臺海岸帶地質(zhì)調(diào)查中心,山東 煙臺 264000;2.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430074)

        0 引言

        多環(huán)芳烴(polycyclic armatic hydrocarbons,PAHs)是指2個及以上的苯環(huán)芳烴,具有較強(qiáng)的致癌性、致畸形和致突變等危害,且理化性質(zhì)較穩(wěn)定,在環(huán)境介質(zhì)中能夠持久存在,所以在土壤、海洋表層沉積物研究中備受關(guān)注,美國環(huán)境保護(hù)署將其中16種多環(huán)芳烴確定為需優(yōu)先控制的有機(jī)污染物[1-3]。近年來,針對不同海域表層沉積物中多環(huán)芳烴的研究越來越受到學(xué)者的重視: 李斌等[4]對北黃海表層沉積物中多環(huán)芳烴的分布進(jìn)行研究,認(rèn)為其主要來源于鴨綠江攜帶的陸源物質(zhì); 楊永亮等[5]通過對膠州灣沉積物進(jìn)行分析,認(rèn)為其多環(huán)芳烴幾乎主要由人類活動產(chǎn)生,且具有中等污染水平; 羅孝俊等[6]認(rèn)為南海北部海域沉積物中多環(huán)芳烴主要為木材、煤等燃燒來源。

        廣西欽州三娘灣海域是中華白海豚的故鄉(xiāng),其鄰近的陸架邊緣海受人類活動影響深刻,是物質(zhì)來源和通量變化復(fù)雜活躍的區(qū)域,近年來臨港石油化工業(yè)、遠(yuǎn)洋運(yùn)輸業(yè)發(fā)展迅速,亟須開展相關(guān)產(chǎn)業(yè)對海域沉積物的生態(tài)影響評價。本文對三娘灣鄰近海域表層沉積物中PAHs的16種組分含量進(jìn)行測試分析,并對其分布特征進(jìn)行研究,通過組分特征分析多環(huán)芳烴的可能來源,并對研究區(qū)PAHs潛在風(fēng)險進(jìn)行評價,旨在為欽州灣海洋環(huán)境保護(hù)提供數(shù)據(jù)支撐。

        1 研究區(qū)概況

        三娘灣位于北部灣海岸線的中部,北與欽州市接壤,南與北部灣毗鄰,西臨欽州內(nèi)灣,東與北海隔海相望,為亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候,夏秋季節(jié)高溫多雨,冬春季節(jié)溫暖而濕潤。三娘灣海域地形開闊平坦,水深大于10 m,海底地貌以水下斜坡為主。表層沉積物以細(xì)砂、淤泥混砂、淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為主。

        2 技術(shù)方法

        2.1 樣品采集

        本次采樣站位分布見圖1,在三娘灣海域采集5件樣品,采樣時間為2019年10月。表層沉積物樣品按照《海洋調(diào)查規(guī)范》,利用箱式取樣器采集研究區(qū)的表層沉積物(0~5 cm),樣品采集后裝入聚乙烯袋中密封,低溫冷凍保存。所有樣品均進(jìn)行多環(huán)芳烴檢測。

        圖1 研究區(qū)采樣站位分布[1]

        2.2 分析與測定

        樣品測試在自然資源部武漢礦產(chǎn)資源監(jiān)督檢測中心進(jìn)行。多環(huán)芳烴檢測儀器為氣相色譜-質(zhì)譜儀,設(shè)備型號為Thermo Fisher Trace 1300,ISQ7000; 分析方法為加速溶劑萃取GC-MSD法。

        樣品處理過程: 樣品經(jīng)過風(fēng)干后研磨過篩(100目),稱取20.0 g樣品,加入回收率指標(biāo)物和正己烷/二氯甲烷(體積比1∶1),利用索式提取法提取48 h,加入銅粉靜置過夜,脫硫,提取物經(jīng)無水Na2SO4過濾后旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮。濃縮液通過硅膠-氧化鋁層析柱后,利用正己烷/二氯甲烷(3∶7)淋洗出多環(huán)芳烴,濃縮至0.5 mL后待測[7-8]。多環(huán)芳烴化合物替代物2-氟聯(lián)苯回收率為41.4%~80.1%,對三聯(lián)苯-d14回收率為41.7%~124%; 多環(huán)芳烴的檢出限為0.12~0.37 ng/g。

        3 多環(huán)芳烴分布特征、來源及風(fēng)險評價

        3.1 多環(huán)芳烴含量及分布特征

        在三娘灣海域表層沉積物中16種優(yōu)先控制的多環(huán)芳烴均有檢出,其組分和含量見表1。分析結(jié)果顯示: 三娘灣海域表層沉積物中w(PAHs)介于36.99~241.77 ng/g之間,平均含量為90.76 ng/g,最低站位為007,最高站位為008,分別位于三娘灣海域北側(cè)和西側(cè)地區(qū),其余站位含量均低于平均值。從地理位置上看,008站位由于位于欽州港航道,船只出入較頻繁,相對于其他幾個站位,其污水和油污排放量較多,導(dǎo)致表層沉積物中的多環(huán)芳烴出現(xiàn)高值; 007站位靠近三娘灣景區(qū),受船只影響較小,其w(PAHs)值較低。

        表1 三娘灣近岸海域表層沉積物PAHs組分含量

        相對于國內(nèi)其他灣區(qū)港口的近海沉積物多環(huán)芳烴化驗(yàn)結(jié)果(表2),三娘灣海域中PAHs含量濃度相對較低,遠(yuǎn)低于膠州灣和香港維多利亞港等發(fā)達(dá)地區(qū),這些地區(qū)的海域表層沉積物中PAHs含量為三娘灣海域的11~58倍; 而北黃海、大亞灣和珠江口地區(qū)沉積物中PAHs含量也明顯高于三娘灣海域,這與三娘灣海域位于國家4A級保護(hù)景區(qū)和白海豚棲息地有關(guān)。與2007年欽州灣近岸海域表層沉積物中PAHs含量相比有所增加,與近幾年欽州灣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和欽州港船只明顯增多有關(guān)??傮w而言,三娘灣海域受PAHs的影響較小。

        表2 國內(nèi)其他地區(qū)表層沉積物中PAHs含量特征

        3.2 多環(huán)芳烴的組成及來源分析

        三娘灣近岸海域表層沉積物中PAHs種類由四環(huán)到六環(huán)均有分布,不同成因的多環(huán)芳烴組分具有不同的結(jié)構(gòu)和組分差異,且多環(huán)芳烴具有難降解性和難溶于水性,所以其在遷移和沉淀過程中比較穩(wěn)定,在海底沉積物中較長時間不發(fā)生變化[12]。根據(jù)這些化合物組分可以判斷其物質(zhì)的來源,當(dāng)物源特征表現(xiàn)為三環(huán)及以下化合物呈相對優(yōu)勢分布時,表明其來源主要以石油類輸入為主,反之則是以燃燒為主。從圖2可以看出,研究區(qū)表層沉積物中PAHs以四環(huán)及以上占比大,表明三娘灣近岸海域多環(huán)芳烴來源主要為燃燒源輸入。

        圖3 研究區(qū)表層沉積物中不同分子量PAHs的含量

        為進(jìn)一步判斷研究區(qū)表層沉積物中PAHs的來源,根據(jù)區(qū)內(nèi)的表層沉積物多環(huán)芳烴特征作了研究區(qū)的多環(huán)芳烴特征分子比來源判定圖(表3、圖4)[14-16]。對于表層沉積物PAHs,當(dāng)Ant/(Phe+Ant)值小于0.1時說明主要來源于石油類,大于0.1時則說明主要來源于燃燒釋放物; 當(dāng)Flu/(Flu+Pyr)值小于0.4時說明來源以石油類為主,0.4~0.5之間主要來源于石油燃燒(以液體化石燃料的燃燒為主),大于0.5則以生物質(zhì)和煤、草木燃燒源為主[17]。據(jù)圖4所示,三娘灣海域的表層沉積物PAHs來源較復(fù)雜,既有石油類和石油燃燒類來源,又有少部分煤、草木燃燒源。同時,還參考了BaA/(BaA+Chr)和IP/(IP+BghiP)的比值來判斷PAHs的來源: 當(dāng)BaA/(BaA+Chr)值小于0.2時為石油來源,反之則為燃燒來源; 當(dāng)IP/(IP+BghiP)值小于0.2時為石油來源,0.2~0.5之間為石油燃燒來源,大于0.5為煤炭、草木燃燒來源[17-18]。而研究區(qū)BaA/(BaA+Chr)的值在0.40~0.51之間,IP/(IP+BghiP)在0.62~0.81之間,均指示主要為煤、草木等燃燒來源。綜合來看,研究區(qū)表層沉積物PAHs以石油、煤、草木燃燒來源為主,夾雜石油源。

        表3 不同站位特征分子比值

        Ant/(Phe+Ant): 蒽/(菲+蒽); Flu/(Flu+Pyr): 熒蒽/(熒蒽+芘); BaA/(BaA+Chr): 苯并a蒽/(苯并a蒽+屈); IP/(IP+BghiP): 茚并(1,2,3-cd)芘/(茚并(1,2,3-cd)芘+苯并(ghi)苝)

        3.3 沉積物的生態(tài)風(fēng)險評價

        PAHs具有毒性和致癌、致畸形等危害,對海域生物造成威脅。目前,比較認(rèn)可的研究其危害的方法為荷蘭Maliszewska建立的分類比較法[19],研究區(qū)各站位的PAHs均為輕度污染(<600 ng/g),說明研究區(qū)的PAHs對生態(tài)威脅較小。利用ERL/ERM效應(yīng)區(qū)間法能較好地評判沉積物生態(tài)風(fēng)險[20],通過研究區(qū)PAHs含量與ERL(效應(yīng)區(qū)間低值)、ERM(效應(yīng)區(qū)間中值)的對比發(fā)現(xiàn)(表4),雖然16種組分均有檢出,但是其含量均遠(yuǎn)小于ERL標(biāo)準(zhǔn)值,表示三娘灣海域內(nèi)潛在的生態(tài)危害較小。但是據(jù)前人研究,苯并(b)熒蒽和苯并(k)熒蒽只要存在就會對周圍環(huán)境造成不利影響[21-22],研究區(qū)內(nèi)苯并(b)熒蒽的含量為4.52~32.2 ng/g,苯并(k)熒蒽的含量為2.81~14.4 ng/g,2種組分在一定程度上會對區(qū)域生態(tài)環(huán)境造成污染; 因此,雖然三娘灣海域表層沉積物中PAHs的含量較低,但是其影響還不能忽視。將本次測試分析結(jié)果與2007年欽州灣海域PAHs各組分含量[21]對比(表4)發(fā)現(xiàn),各項(xiàng)組分均有不同程度的增加,尤以四環(huán)、五環(huán)PAHs增量明顯,熒蒽含量是原來的9倍,這與近年來研究區(qū)經(jīng)濟(jì)活動和人類活動的增強(qiáng)密不可分。

        表4 研究區(qū)表層沉積物多環(huán)芳烴含量特征及生態(tài)風(fēng)險標(biāo)志水平

        4 結(jié)論

        (1)三娘灣近岸海域表層沉積物中PAHs的總量范圍為37~241.8 ng/g,平均值為90.8 ng/g,008站位由于處在航道上其值相對較大,但與國內(nèi)其他海域相比處于較低的含量水平,說明三娘灣海域人類活動對其影響相對較小。

        (2)多種方法綜合評判表明,三娘灣海域表層沉積物中PAHs的來源為混合來源,主要以燃燒釋放的生成物為主,同時夾雜著石油源。

        (3)三娘灣近岸表層沉積物中PAHs值和單體組分均遠(yuǎn)低于生態(tài)危害效應(yīng)區(qū)間低值,表明多環(huán)芳烴對研究區(qū)生態(tài)環(huán)境的影響有限,但苯并(b)熒蒽和苯并(k)熒蒽的檢出說明其對區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境已產(chǎn)生一些不利影響,且通過對比發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)的PAHs呈現(xiàn)較明顯的增加,這一點(diǎn)還需引起重視。

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