湖泊干-湿交替下POPs的污染特征及迁移转化规律研究

Sediments play an important role in storing persistent organic pollutants (POPs) contributed from water. As lake dries up, the sediments with POPs stored in are exposed to the air, which benefits the emission of POPs from sediments to atmosphere. Drying-wetting cycles convert the environment interfaces and redox conditions of sediments, and cause the changes of the geochemical behaviors of POPs. By the ways of field sampling, set-point observation during drying-wetting cycle and laboratory studies, this research takes Poyang Lake, the largest fresh lake in China for example to study the exchange fluxes, adsorption-desorption and degradation of POPs in lakes under drying-wetting cycles and assess whether supplement (wetting) - volatilization (drying) cycles act as a geochemical pump intensifying the volatilization and emission of POPs from lake to atmosphere. This study will provide scientific evidences for pollution controls and ecological risk assessments of POPs in ephemeral lakes, catchment basins, hydro-fluctuation belts and the areas suffered drying-wetting cycles, as well as the environmental geochemical behavior of POPs under climatic variation.

沉积物在湖水覆盖下接纳着水体中持久性有机污染物（POPs）的污染输送。当湖泊干涸，埋藏在水底沉积物中的POPs得到暴露并与大气接触，为沉积物中POPs向大气挥发提供了有利条件。湖泊干-湿交替改变了沉积物中POPs的环境接触界面与氧化还原条件，使POPs地球化学行为发生改变，影响湖泊中POPs的赋存。本研究以我国第一大淡水湖——鄱阳湖为例，通过湖泊干/湿阶段多介质中POPs的组分含量分析、原位标定点干-湿交替过程的持续观测和室内实验模拟，探究干-湿交替下湖泊中POPs的环境交换通量、吸附-解吸及自然降解等迁移转化规律，评估干-湿交替形成的POPs补充（湿）-挥发（干）循环是否构成水体POPs向大气挥发的“地球化学泵”。研究成果将为季节性湖泊、汇水盆地以及消落带等存在干-湿交替现象的区域中POPs的污染控制和生态风险评价、以及气候变化影响下的POPs环境地球化学行为研究提供科学依据。

持久性有机污染物（Persistent organic pollutants，POPs）是指在环境介质中具有持久性、生物累积性、半挥发性和高毒性，能够长距离迁移并对人类健康和生态环境具有严重危害的有机化学污染物质，其环境地球化学行为和环境安全问题一直备受关注。鄱阳湖纳江西省内赣江、抚河、信江、饶河和修水五大河来水来沙，是我国最大的吞吐性淡水湖，其流域占江西全流域面积的96.8%，几乎汇集了江西省内的各种水污染物。同时，鄱阳湖内分布有国家级自然保护区，其环境安全亦备受关注。而鄱阳湖作为典型的季节性湖泊，水位变化非常显著，且时常发生极端干旱事件，导致湖泊干涸沉积物裸露地表。因此，受极端事件影响所表现出的POPs在多介质中的赋存特征和迁移规律是否具有显著特征值得我们研究和探讨。. 本研究拟以鄱阳湖为研究对象，对鄱阳湖枯水期和丰水期进行湖泊样品采集，采样点位覆盖了鄱阳湖周边的五个不同地区和各种不同的覆水情况。利用美国环保署（EPA）的方法对样品中POPs进行分析和测试。以典型POPs中多环芳烃（PAHs）分析为例，结果显示鄱阳湖枯水期沉积物中PAHs含量为28.07～774.61 ng/g，丰水期沉积物中PAHs含量为14.76~1395.63 ng/g。通过对环境因子的分析，TOC和沉积物含水率依然是影响鄱阳湖沉积物中PAHs分布的重要因素，而覆水条件的改变可能引起了沉积物粒径和pH的变化，从而影响沉积物中PAHs的分布。对鄱阳湖沉积物中的PAHs来源进行分析表明，枯水期沉积物中PAHs的来源为燃烧、大气沉降和汽车尾气等，丰水期沉积物中PAHs的来源为生产及使用石油的工业过程和汽车的尾气排放。对鄱阳湖枯水期和丰水期沉积物进行生态风险评价，结果表明枯水期和丰水期鄱阳湖沉积物中多数PAHs单体潜在生态风险发生几率较小，但鄱阳湖作为重要的候鸟保护区和水产养殖区，PAHs污染应当引起关注。