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持久性有机污染物(PersistentOrganicPollutants)POPs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,对人类健康和生态系统有很大的毒害作用。随着近代工业,尤其是有机化工、石油化工、造纸、医药、农药、杀虫剂和除草剂等生产工业的迅速发展,有机化学品的产量和种类与日俱增,其污染的程度和范围也不断扩大。特别在发达国家和地区,有毒有机化学污染物对环境的危害已被列为当今世界上“三大环境问题”之首。
有机氯农药是其中公认的环境优先控制污染物,尽管在很多国家已被禁止生产和使用,但由于它的使用量大,在环境中降解缓慢、滞留时间长,使得有机氯农药仍然是环境中检出率最高的一类POPs。喷洒在植物叶面上的农药只有10%左右被植物叶片吸收,其他90%的农药洒落到土壤中和挥发到大气中。有机氯农药可以通过大气的干湿沉降、地表径流等方式由使用源区迁移至未曾使用的汇区(如海拔高温度低的高山、极地,河流沉积物等),也可以通过生物累积放大形式对人体产生毒害作用。
中国岩溶广泛发育,岩溶区生态环境十分脆弱,一旦受到污染,就很难被治理与恢复,旱涝、水土流失、石漠化、地面塌陷、渗漏等都是岩溶环境脆弱性的体现。而近年来,一些不适当的土地利用、国家基本建设、人民的安全意识等原因,使得中国岩溶环境面临更加严峻的考验。
我国地下水资源量约8000亿m3/a,其中岩溶水约2000亿m3/a,地下水是重要的资源,是工业、农业和人畜用水的重要水源,是生态系统的重要组成部分,是维持水系统良性循环的重要保障,在国民经济建设和可持续发展中扮演着极其重要的角色。由于岩溶地区缺少天然防渗过滤层,地表水和一切污染物很容易通过溶洞等岩溶形态直接进入含水层或地下河。“土在楼上,水在楼下”的水土资源分布空间基本格局,使地下河对环境污染特别敏感,极易受到地表污染物的影响。
本文以环境地球化学、环境毒理学和岩溶动力学为指导,首先对我国西南岩溶7省进行持久性有机污染物调查,利用Mapgis地球化学等值线填图讨论其在我国西南岩溶石山地区的污染分布情况,同时简单分析其污染主要来源,总结出西南岩溶地区有机污染的集中主要类型;进而选取典型岩溶地下河作为研究对象,讨论及分析有机氯农药在地下河中的含量分布规律与迁移转化模式。研究结论如下:
(1)有机污染无处不在,岩溶地区也不例外。从西南7省持久性有机污染物数据分析可以看出,四类持久性有机污染物在研究区均有检出,其中OCPs检出率为65.25~100%,PCBs检出率为91~100%,PAHs和PAEs检出率均为100%,说明持久性有机污染物在我国西南岩溶石山地区是普遍存在的,岩溶地区生态环境脆弱,地下河对环境污染特别敏感,更易受到污染,因此,研究持久性有机污染物在西南岩溶石山地区的分布规律和地下水中的迁移模式是十分重要的。
(2)持久性有机污染物的大面积调查显示,从大范围环境背景上来看,污染物迁移遵循全球蒸馏模型,高纬度地区高于低纬度地区。有机污染物易挥发的特性使得大气迁移成为其传输的主要模式之一。同时调查中出现的高含量异常点主要污染来源主要是人为原因,因此分布规律较为不均匀,主要和当地的经济发展和环境污染的程度相关。
(3)研究区有机污染主要来源于农业污染和生活污染两种类型,且人为源>天然源,高含量点出现在重庆、贵州北部及湖南湖北西部地区。通过研究数据分析,农业生产中正在使用和历史残留的有机氯农药类持久性污染物是农业有机污染的主要方式;生活污染是研究区最普遍污染方式,这与近年来西南岩溶石山地区经济高速发展密切相关,经济发展带动人民生活水平的不断提高,但是人们环境保护意识还没有形成,政府部门相关法律法规及应对措施还不完善,使得大量的生活垃圾及污水排放入地下河,将地下河变为下水道,导致地下河水质严重恶化。
(4)地下河表层土壤对入渗的水体有明显的吸附作用,土壤柱室内渗滤实验较为成功,其中,水体中溶解度越低的污染物越易被土壤吸附,同时也说明研究区地貌生态多样性较好,土壤中有机质含量较高,利于有机氯农药吸附。降雨对土壤的吸附作用有很大的影响,强降雨条件下,地下河水体流速快,水量大,水体在土壤中滞留时间短,导致土壤渗滤效果降低,并且也会携带部分土壤中的污染物进入地下河。
(5)地下河水体和沉积物中有机氯农药分布特征主要表现为出口污染物含量低于进口,主要是地下河运移过程中被表层沉积物富集的原因,水体中微生物降解也可能会起到一定的作用,但并未做调查研究,无法证明其真实性;干旱时期有机氯农药含量低于降雨时期,这与土壤渗滤实验获得的结果基本一致。
(6)地下河水体的自净作用对降雨条件的响应十分敏感,所以,应当以降雨期和干旱期来作为地下河分流有机污染物的两种极端条件。这主要是由于岩溶水文地质的特殊性所决定的。岩溶区“土在楼上,水在楼下”的基本水土资源空间分布格局是地下河水体暴涨暴落的主要原因,暴雨时地下河水体不仅携带大气与地表径流中的污染物,还会使河流原本的自净功能产生紊乱,导致水质恶化。
(7)青木关地下河水体中有机氯农药的迁移模式主要为水-固两相介质交换,并且发生的主要是纯物理作用。