武汉市地表水中典型毒害有机污染物和重金属的时空分布与生态风险

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地表水作为城市水环境的重要组成部分,与城市发展和人类生活息息相关,然而地表水环境却随着近30年来的经济增长而日益恶化。重金属和典型毒害有机污染物如有机氯农药(OCPs)、多氯联苯(PCBs)、多溴联苯醚(PBDEs)和雌激素(EEs)等因其持久性和“致癌,致畸,致突变”效应而严重威胁地表水环境健康。本研究以“百湖之市”武汉的典型地表水体为研究对象,于2013年冬季和2014年夏季从武汉市14个湖泊和11个饮用水源地采集了101个表层水样品,测定了样品中重金属、OCPs、PCBs、PBDE和EEs的浓度,对比了城区与郊区采样点中的污染物含量差异,总结了污染物的时空分布规律并分析了可能的影响因素,揭示了可能的污染物来源并对潜在的生态风险进行了评价。另外,为调查地表水中典型毒害有机污染物和重金属对水生生物的影响,采集了武汉东湖中的鲢鱼(Hypophthalmichthys molitrix)和鳙鱼(Aristichthys nobilis),对鱼体中重金属和OCPs进行测定,研究了污染物的生物富集行为及其潜在风险。主要研究结果如下:  OCPs在冬季和夏季的平均浓度分别是5.31和10.20 ng L-1,主要的化合物是滴滴涕(DDT)和六六六(HCH)。雨季农田和道路径流污染物的输入,使得所有采样点的夏季OCPs含量高于冬季。城市与郊区采样点的OCPs水平差异不显著,湖泊中OCPs浓度与周边区域人口密度和GDP未呈现显著的相关关系。DDT主要来源于历史上DDT的使用,HCH主要来源于林丹和工业六六六的使用。生态风险评价的结果显示,除白沙洲和堤角以外所有区域的Heptachlor与Heptachlorepoxide可能会引起生态风险,其余化合物可能引起的风险极低,可忽略。  PCBs在冬季和夏季的平均浓度分别为4.34和10.05 ng L-1,PBDEs的平均浓度分别是0.88和1.53 ng L-1。在PCBs和PBDEs的同系物组成中,四氯联苯和BDE-47的比例最高。除南太子湖(NTZ)和平湖门(PHM)的PBDE,其余采样点的PCBs和PBDEs夏季浓度均高于冬季,可能源于夏季降水及地表径流导致的污染物输入。除夏季水源地中PCB呈现出城区和郊区的显著差异外,地表水PCBs或PBDEs水平没有表现出明显的城郊差异。夏季湖泊中的PBDEs与湖泊周边区域人口密度呈显著性正相关(p<0.05),但与GDP相关性不显著。此外,PCB和PBDE的生态风险评估结果显示:大部分研究区域中PCBs和PBDEs对水生生物不构成风险,但水源地中沌口(ZK)和宗关(ZG)的BDE-100可能对水生生物产生不利影响。  EEs在冬季和夏季的平均浓度分别为288.10和376.45 ng L-1,其中壬基酚(NP)、辛基酚(0P)和双酚A(BPA)等人造雌激素是主要的污染物。污染物浓度的季节变异方面,NP、OP和BPA夏季高于冬季,表现出面源污染特征,可能与这些化合物在个人护理用品、塑料制品中的广泛使用有关;而天然雌激素如α-雌二醇(αE2)、β-雌二醇(βE2)、17α-乙炔基雌二醇(17αEE2)、雌三醇(E3)和雌酮(E1)恰恰相反,夏季微生物降解活动比冬季活跃是可能的原因。空间分布方面,αE2、NP和OP在城市和郊区地表水体中含量差异显著(p<0.05)。基于雌二醇当量的风险评价结果显示,所有湖泊以及若干水源地如平湖门(PHM)、琴断口(QDK)、白沙洲(BSZ)和阳逻(YL)中的雌激素风险较高,可能会对鱼体性腺发育产生不利影响。  重金属在冬季和夏季的平均浓度分别为6.93和8.31μg L-1,其中Cr和As是主要的重金属元素。统计分析表明重金属浓度在两季间没有显著差异。城区与郊区采样点的重金属浓度未表现出显著差异,且湖泊中的重金属未与周边区域的人口密度或GDP呈现显著的相关关系。与国家地表水质量标准对比发现,龙阳湖(LY)、墨水湖(MS)、南太子湖(NTZ)和三角湖(SJ)中Hg的含量超过了Ⅱ类水质标准(0.00005 mg L-1),说明直接饮用可能会导致健康风险。  武汉东湖中鲢鱼和鳙鱼体内OCPs浓度分别为20.21和12.81 ng g-1(湿重),重金属浓度分别为22.82和14.22 mg kg-1(湿重)。OCPs在鳙鱼体内的生物富集系数(BAF)高于鲢鱼。两种鱼对Methoxychlor和Heptachlor epoxide和p,p-DDE的富集程度高于其它OCPs,鳙鱼肉中Methoxychlor的BAF最高,达到7234.26。基于居民膳食摄入暴露的健康风险评价结果显示,鲢鱼和鳙鱼体内OCPs与HMs引起的非致癌风险可以忽略。OCPs引起的致癌风险可以忽略,但砷(As)和铬(Cr)的R值为1.15×10-4-1.99×10-4,高于1×10-4,表示食用鲢鱼和鳙鱼引起的致癌风险不可忽视,需引起重视。  综上所述,武汉地表水中的典型毒害有机污染物和重金属的空间分布和季节变化主要受到面源污染的影响。特定区域的部分化合物可能会对水生生物和人体健康造成风险,例如沌口和宗关水源地中BDE-100以及所有湖泊和平湖门、琴断口、白沙洲、阳逻水源地中的EEs可能会对水生生物造成不利影响,龙阳湖、墨水湖、南太子湖和三角湖中的Hg,除白沙洲和堤角以外所有区域的Heptachlor和Heptachlor epoxide以及东湖中鲢鱼和鳙鱼体内的As和Cr会分别通过饮水和食用鱼对人体造成健康风险,需要引起重视并采取相应的治理措施。
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