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多溴联苯醚(PBDEs)是一种内分泌干扰物,近年来在各种环境介质及生物体内均有检出,成为环境研究关注的热点问题。但目前我国关于PBDEs环境问题研究工作主要集中在典型的重点污染区,针对典型城市化地区环境中PBDEs的研究较少,特别是对于城市化过程与PBDEs污染的相关性研究相对匮乏。
深圳,作为中国第一个经济特区,经历了30年的快速城市化过程,这种城市化过程引发的环境污染十分突出,然而迄今为止,对于深圳市环境中痕量有机污染物研究鲜有报道。本研究即以深圳市为例,在对研究区典型绿化植物及土壤中PBDEs含量水平全面检测的基础上,主要开展了以下五个方面的研究工作:1)对深圳市表层土壤PBDEs的含量水平、分布特征及其污染来源进行全面的研究;2)在对深圳特区典型绿化植物叶片及其对应的表层土壤PBDEs含量水平进行全面分析的基础上,探讨了城市地区植物-大气-土壤系统PBDEs含量水平之间的相关关系;3)对城市地区表层土壤PBDEs蓄积量以及非点源入海通量进行估算;4)对城市地区土壤PBDEs时空分异特征及其影响因素展开系统研究;5)从定量化的角度出发,研究了城市化水平及相关社会经济因子与土壤PBDEs含量之间的关系。主要研究的结果及结论如下:
1)深圳市土壤PBDEs含量水平与土地利用类型之间存在明显的联系,总体趋势表现为:工业用地>商业用地>居住用地>城市公园>郊野公园。深圳市制造业生产过程中添加deca-BDE为阻燃剂是造成工业区土壤PBDEs含量较高的主要原因,而商业用地和居住用地土壤中较高的PBDEs含量与城市室内使用大量含有多溴联苯醚的日常生活用品(主要为电子电器类产品)有关。
2)深圳市土壤中PBDEs污染水平,尤其工业区土壤中BDE209的含量水平与广东清远电子垃圾拆卸地附近道路土壤、广东贵屿酸浸区土壤、山东莱州PBDEs生产工厂附件居民区土壤的污染水平处于同数量级,表明在高度城市化地区,尤其是以电子电器类制造业为主的城市地区土壤中PBDEs污染水平已相当严重。
3)在植物叶片中,BDE209仍然是最主要的同族体,对∑8PBDE的贡献率在65~86%之间,与土壤中BDE209的贡献率相比较低。相对于土壤而言,低溴代PBDEs更容易在植物叶片中累积,说明低溴代PBDEs具有更强的生物利用性,也有可能是由于高溴代PBDEs在植物体内发生了进一步的脱溴作用。由于大气颗粒态沉降是PBDEs进入植物叶片的主要途径,因此基于大气-土壤交换模型所模拟出的各采样点大气气相PBDEs含量水平与其相对应的植物叶片中PBDEs含量水平之间的相关性并不十分显著。
4)基于土地利用类型的土壤PBDEs蓄积量计算能够更为准确的估算出区域土壤PBDEs蓄积量,以此估算出深圳市表层土壤中∑12BDE和BDE209蓄积量分别为1.51 t和15.93 t。基于美国修正通用土壤流失方程(RUSLE)估算出深圳市每年土壤流失型∑12PBDEs和BDE209非点源入海通量值分别为13.36㎏和106㎏,其中工业用地对其贡献率最高,分别约占到34.5%、36.7%。此外,深圳市PBDEs污染负荷空间分布图显示,污染负荷高值区分布于建设用地,尤其是与工业用地分布具有较高的一致性,说明人为活动而引起的土地利用方式改变是影响土壤PBDEs污染负荷空间分布最主要的因素。
5)城市地区土壤PBDEs污染水平随着高程梯度与城市植被梯度的递增而呈现递减的趋势,研究认为高程和城市植被的分布主要通过约束城市地区人为活动空间范围从而对城市地区土壤PBDEs含量差异造成影响;研究区土壤PBDEs浓度随工业用地梯度的上升而逐渐递增,但土壤PBDEs浓度与居住用地之间表现出较为复杂的关系,表明不同类型的人为活动对土壤PBDEs污染造成的影响有所差异,并认为工业生产活动所造成的影响要远大于其它类型的人为活动;土壤PBDEs浓度随城市化梯度的递增而递增,说明随着人为活动强度的加剧,土壤PBDEs污染水平随之上升。
6)城市不同土地利用功能分区土壤中PBDEs的累积特征表现出明显的差异。老工业区土壤PBDEs含量水平明显高于新工业区,说明工业区土壤中PBDEs污染具有明显的累积效应;而新老居住区土壤中PBDEs含量差异并不明显,土壤PBDEs并未表现出污染累积效应。
7)建设用地面积比重与土壤PBDEs污染水平之间良好的拟合关系表明城市化水平是决定土壤PBDEs污染水平的主导因素。在不考虑其它因素的影响下,区域的城市化水平越高,则其土壤中PBDEs含量水平也会比较高;深圳各行政区单位面积工业生产总值与土壤PBDEs浓度对数值之间存在中度的正相关关系(r=0.51),这表明区域的工业化水平一定程度上也可以反映其土壤PBDEs污染情况;从区域尺度和国家尺度对城市地区人口密度与土壤PBDEs污染水平之间的研究结果均显示二者之间存在正相关关系,尽管在不同尺度空间上二者相关性强弱有所差异,表明城市地区人口密度能够较好的指示土壤PBDEs污染水平。