北极楚科奇海陆架区浮游-底栖生物中多环芳烃的传递过程研究

The Arctic is no longer a pristine area. The global cycling of Persistent Organic Pollutants (POPs), which are persistent, toxic, bio-accumulative and be capable of long range atmospheric transport (LRAT), is becoming a global concern. Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are known carcinogens and mutagens to human beings and ecosystem. While global warming process, opening of the Arctic passage and exploration of the Arctic resources will lead to the increasing risk of PAHs emissions and variations of their environmental behavior in the Arctic. Actually, we have already demonstrated that the air-sea gas exchange gradients strongly favored net deposition of PAHs in the Arctic Ocean. On this basis, this project will focus on pelagic and benthic organism in the Chukchi Sea shelf region, which is known for high primary production and rich benthos resources during the open water period in summer. We will discuss the accumulation of PAHs in planktonic organisms and estimate the effect of “biological pump”, which drive air-deep water transport of PAHs by phytoplankton uptake and organic carbon settling fluxes. Moreover, PAHs concentrations will also be analysis in representative benthic organisms and trophic transfer of PAHs in benthos food web will be determined. Considering the importance of PAHs in the ecosystem, this research will be very significant for further assessing the ecological risk of PAHs in the Arctic.

北极地区已不再是远离人类污染的净土，具有持久性、毒性、生物蓄积性及长距离迁移能力的持久性有机污染物（POPs）全球循环问题已经升级为全球性环境问题，多环芳烃（PAHs）是对人体健康和生态环境危害最大的POPs之一。近年来北极气候的快速变化、北极航道的开通以及北极资源可利用预期的提升将引起PAHs迁移途径的变化和排放风险的增加。我们已有的研究证明北极大气中PAHs通过海-气交换大规模的沉降入北冰洋海水中。在此基础上本项目将深入海水内部，以夏季具有高初级生产力和丰富底栖生物资源的北极楚科奇海陆架区为研究区域，以PAHs为抓手，一方面探讨PAHs在浮游生物中的富集，并了解与“生物泵”相耦合的水柱中PAHs的沉降对其从大气向深海传输的影响；另一方面分析PAHs在代表性底栖生物的含量，明确PAHs在底栖食物链随营养级的传递规律。该研究将对进一步开展PAHs在北极生态系统风险评估具有重要的科学意义。

多环芳烃（PAHs）是对人体健康和生态环境危害最大的有机污染物之一。近年来北极气候的快速变化、北极航道的开通以及北极资源可利用预期的提升将引起PAHs迁移途径的变化和排放风险的增加。依托中国极地科学考察船“雪龙号”采样平台获得沉积物和生物样品，本文分析了北太平洋至北冰洋海域浮游、底栖生物和表层沉积物中的16种PAHs和2种烷基化PAHs。结果显示所研究海域加拿大海盆陆坡区Σ18PAHs（所分析的PAHs含量总和）最高（~70.0 ± 8.5 ng g-1 干重），楚科奇海陆架区（~50.0 ± 21.0 ng g-1 干重）和白令海盆（~40.0 ± 11.0 ng g-1干重）次之，而白令海峡（~17.0 ± 7.0 ng g-1干重）和北冰洋中心区（~13.0 ± 10.0 ng g-1干重）含量最低。主成分分析/多元线性回归分析的结果表明表层沉积物中石油相关来源的PAHs贡献最高，约为42%，这也被两种烷基化萘的含量高于其母系PAH萘含量所证明。另外木材和煤燃烧来源的PAHs约贡献32%，而高温裂解来源PAHs约贡献26%。石油来源的PAHs（如石油泄漏，陆源释放和海岸侵蚀）主要影响楚科奇海陆架区和加拿大海盆陆坡区，而生物质和煤燃烧源PAHs更多的影响北冰洋中心区，这可能是由夏季森林大火引起的。因此大气沉降和“生物泵”过程对楚科奇海PAHs从大气向深海的传递过程贡献有限，但对北冰洋中心区PAHs从大气向深海的传递过程贡献较为显著。PAHs在楚科奇海底栖生物体内含量~30-130 ng g-1干重。生物幼体比成体更易富集PAHs，这与生物成体相对较为完善的代谢途径有关。随着营养级的变化，底栖生物体内的PAHs含量并没有显示出食物链放大效应，这主要归因于PAHs在生物体内可进行代谢和降解，同时这也是PAHs与典型持久性有机污染物（如多氯联苯PCBs）的不同之处。