基于环境同位素与氟利昂示踪技术的黄三角地区POPs环境行为研究

The large scale and successional determination of POPs in field research were very difficult. So, the emergency tasks of POPs environmental behavior research at regional scale were to find suitable technology and methods. Environment isotope and Freon tracer technology are two efficient, stable and accurate methods developed recently, but the application of these two methods in the study of migration law of POPs drave by hydrodynamic force in regional scale are very scarce. The study area of this project is Yellow River Delta (YRD) where the hydrologic activities are intense, through the collection of multi-medium samples in field and determination of typical POPs, to analyze the source and vertical and lateral distribution patterns; combining the determination of hydro-chemical indexes and with the help of stable environment isotopes D, 18O, and CFCs tracer technology, to identify hydrologic process of YRD affected by Yellow River Diversion Project which was carried out more than 50 years; coupling hydrologic process and distribution patterns of POPs，to analyze consistency and discrepancy between them; exploring the migration mechanism of POPs, explanation the environmental behavior of POPs in soil, surface water and ground water in YRD. The aims of this project are to offer technical support for mechanism research of POPs environmental behavior and scientific proof for pollutant control strategies draw up by country.

由于在实际研究中对POPs进行大范围、连续监测的困难, 寻找合适的技术和方法识别区域内POPs环境行为，成为POPs研究需要完成的一项紧迫任务。环境同位素与氟利昂（CFCs）示踪技术是新近发展起来的高效、稳定、准确的两种现代化技术方法，但其在POPs受水动力驱动运移规律研究中应用较少。本项目拟选择水文活动强烈的黄三角地区为研究区，通过对黄河放水前后的两次野外多介质样品采集、实验测定，刻画研究区POPs空间分布格局和垂直分布特征，分析其主要来源；结合现场测定的水化学指标，并借助稳定同位素D、18O以及CFCs年龄示踪技术，识别在引黄工程实施50年来影响下黄三角地区的水文过程；耦合POPs分布格局及水文过程，分析相互之间的一致性与差异性；探讨POPs的迁移机制，揭示黄三角地区POPs在土壤、地表水与地下水中的环境行为。旨在为揭示POPs行为机理提供技术支持，为国家制定污染控制战略提供科学依据。

由于研究区具有1）上升为国家战略开发区，接下来必将加速其工业化进程，使环境中工业副产物类POPs的含量增加(Cai et al. 2008)；2）其是典型的农业区，曾大量的使用杀虫剂等农药；3）引黄灌溉工程已实施50年，水文活动强烈，受人为影响显著等特点，因此，结合水文信息，借助于现代技术手段，研究黄三角地区POPs的环境行为具有非常重要的意义，同时积累黄三角地区POPs的背景浓度，能够为其他相关研究提供数据基础。. 本研究以黄河三角洲区域内水分过程和主要物质迁移过程为核心，利用水化学和同位素方法识别了农田和滨海湿地生态系统地表水/地下水中水、盐相互交换过程，探讨了地表水和地下水的水化学分布特征，地下水补给来源以及盐分演变过程；量化了地表水补给地下水的比例；阐明了地表水-地下水POPs空间分布特征，结合因子分析法追溯影响POPs来源的自然和人为过程；研究了POPs在表层土壤、地表水、地下水和沉积物中的分布和污染特征及来源，揭示了POPs在从上游农田到下游入海口的迁移过程。本研究得出以下结论：. （1）水化学结果(水化学类型，主要离子比和饱和指数)显示北部和中部的地下水主要受引黄调水的稀释作用，同时在地表水下渗过程中发生阳离子交换、盐岩溶解和脱硫酸反应等水岩交换过程，使主要离子含量(Ca2+、Na+和SO42-)偏离理想混合线。在东北部海岸线的地下水，盐分显著大于海水，蒸发浓缩是地下水盐分增加的主要成因。. （2）同位素识别了引黄调水工程对黄河三角洲地下水盐分演变过程，即混合稀释是主要趋势，地下水盐化过程在海岸较严重，因其盐分远远大于海水，潜在危害也大于海水入侵。根据二元混合模型，利用稳定同位素δ18O和δD计算出调水后地表水对地下水的贡献比例达50~70%。. （3）黄河三角洲流域内水中、土壤和沉积物中不同环数的PAHs迁移方式有所区别。地表土壤和沉积物间的交换模式表明下游入海沉积物主要来源于上游水体中沉积物及地表土壤的输入。流域内不同地表水体中PAHs含量比较分析表明，地下水的组成与其他地表水体PAHs组成特征相似，表明了地下水PAHs的污染易受地表水控制。调水前后PAHs组成显示以颗粒物结合态或高环PAHs迁移量为主。