高原长距离迁移过程中有机氯农药降解中间化合物研究及其环境意义

Organochlorine pesticides (OCPs), a class of persistent organic pollutants (POPs), are lipophilic, hydrophobic, and semi volatile chemicals. The OCPs degrade slowly in natural condition and can affect human health by bio-accumulation and toxicity. As the semi volatile compounds, OCPs can migrate with monsoon to places even with fragile ecosystem like cold regions. This project aims to take the profile of Sichuan Basin - West Sichuan Plateau - Zhaling Lake and Eling Lake，source of Huanghe river, as the case study, to focus on soil media using technique of gas chromatography - tandem mass spectrometry (GC-MS/MS). It is planned the field investigation, laboratory analysis and experimental research to be carried out for research on the kinetics mechanism of OCPs degradation in different natural conditions, identification of the new tracer from degradation intermediates of OCPs in their long range transport, and study on the response of intermediates of OCPs degradation to the varying environmental conditions. The research would be of important theoretical and practical significance in improving the environmental geochemical theory on OCPs study and thus to support environmental management and protection of plateau area.

有机氯农药（Organochlorine Pesticides, OCPs）作为持久性有机污染物的主要组成，具有很强的亲脂憎水性、半挥发性、难以降解性及生物积累效应，对人类健康有很大的毒害作用。OCPs的半挥发性导致它们在季风作用下会迁移至生态环境相对脆弱的高寒地区。本项目拟选择从四川盆地经川西高原到扎陵湖和鄂陵湖为剖面，以土壤介质为主、采用气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）分析技术，野外调查、室内分析和实验研究相结合，开展不同自然环境条件下OCPs降解过程和降解动力学机制研究、OCPs长距离传输的降解中间化合物新型示踪指标的研究和OCPs降解中间化合物标志物对自然环境条件响应研究。该研究成果对完善OCPs的环境地球化学理论和高原区的环境管理和保护有重大的理论和实际意义。

有机氯农药（Organochlorine Pesticides, OCPs）是一类典型的持久性有机污染物。由于具持久性和半挥发性，OCPs可随大气进行长距离迁移，并在自然环境中发生缓慢降解。OCPs的大气长距离迁移和自然降解是影响其全球分布和归趋的重要行为。OCPs的自然降解无时不刻不在发生，但以往OCPs的大气长距离迁移研究，趋向于忽略其降解行为或将降解理想化；且关于OCPs降解的研究主要集中在室内实验，未能充分考虑自然环境下OCPs的降解过程差异。项目研究（1）选取了四川盆地经川西高原到黄河源头剖面作为野外研究区，采集了剖面土壤、四季大气和高原湖泊沉积柱样品，使用气相色谱三重四极杆串联质谱仪（GC-MS/MS）分析了24种OCPs及其降解产物。通过分析剖面土壤和大气样品中OCPs的浓度水平和组成特征，发现了OCPs沿剖面的双向大气传输模式：①从四川盆地随东南季风传输到青藏高原，传输的化合物主要为HCB、HCHs和DDTs，受浓度梯度和温度梯度驱动；②从黄河源头地区随西风传输到四川盆地，传输的化合物主要为SULPHs和CHLs。（2）详细阐述了使用GC系统检测p,p’-dicofol的局限性以及可能出现的假阳性结果。通过研究剖面土壤和大气中10种DDT及其降解产物，发现工业DDT是剖面土壤和大气中DDT的主要来源。土壤中p,p’-dicofol主要来源于DDT的降解，而非商业三氯杀螨醇的使用。剖面土壤和大气中，p,p’-DDT均发生了广泛且较高程度的降解。降解行为对高原区和盆地森林区土壤中DDTs的平均贡献值分别为38 %和91 %，表明在长距离迁移研究中，降解行为的影响不可忽略。（3）在青藏高原东缘按海拔梯度设置4个试验场，开展为期一年的OCPs原位降解试验，发现了DDT在高原光照条件下更易降解为DBP。（4）通过室内试验，拓展研究了黑炭（BC）对OCPs赋存形态和迁移转化的影响。结果发现BC能快速有效地改变土壤中Lindane和HCB的赋存形态，对化合物的大气长距离迁移、水体迁移、光降解和生物降解均存在显著的阻碍作用。土壤中BC的存在并削弱了Lindane和HCB各组分随时间的转化量和转化速率。HCB对BC的敏感度高于Lindane。该研究成果对完善OCPs的环境地球化学理论和高原区的环境管理和保护有重大的理论和实际意义。