膠州灣水域有機農藥HCH的分布及均勻性

楊東方,丁咨汝,鄭 琳,卜志國,石 強

(1.國家海洋局 北海環(huán)境監(jiān)測中心,山東 青島 266033;2.中國海監(jiān)第四支隊,浙江 寧波 315000;

3.浙江海洋學院 海洋科學學院,浙江 舟山 316000;4.上海海洋大學 生命學院,上海 201306)

HCH(俗稱六六六)是長期以來用以防治害蟲的農藥,它們具有藥效好、成本低、殘效長、對人畜急性毒性小等許多優(yōu)點[1]。六六六作為人類氯堿工業(yè)中的重要工業(yè)品曾經對人類社會特別是在保證農業(yè)豐收方面做出過重大的貢獻,但由于其毒性大,難分解,分布廣,危害重,在大量使用的同時也給環(huán)境造成難以修復的危害[2]。于是,在不同水體中水、懸浮顆粒物、沉積物中,對環(huán)境污染物HCH的含量和分布進行了深入廣泛的調查研究[2-12]。

我國于1983年開始禁用HCH。那么,在沒有繼續(xù)施用HCH的情況下,通過水體中HCH的分布和變化,充分研究在土壤中、陸地的水體中、海洋的水體中HCH存在狀況,對陸地環(huán)境和海洋環(huán)境的健康可持續(xù)發(fā)展都有著非常重要的意義。

本研究根據1985年膠州灣的調查資料,分析禁用以后,HCH在膠州灣海域的來源、分布以及遷移狀況,研究膠州灣水域在有機農藥HCH受到禁用后的變化,為了解HCH在海洋的水環(huán)境存在狀況研究提供理論依據。

1 調查水域、材料與方法

1.1 膠州灣自然環(huán)境

膠州灣地理位置為 120°04′～120°23′E,35°58′～ 36°18′N 之間,在山東半島南部 ,面積約為446 km2,平均水深約7m,是一個典型的半封閉型海灣。在膠州灣的西北和西部有入海的河流有大沽河和洋河。沿青島市區(qū)的近岸,有海泊河、李村河、婁山河等河流。在膠州灣位于西部、北部地區(qū)有即墨盆地和膠萊平原,這是膠州灣地區(qū)的主要農業(yè)區(qū)。

1.2 材料與方法

本研究所使用的1985年4、7和10月膠州灣水體HCH的調查資料由國家海洋局北海監(jiān)測中心提供。4、7和10月,在膠州灣水域設6個站位(圖1)。分別于1985年4、7月和10月三次進行取樣,根據水深取水樣(＞10 m時取表層和底層,＜10 m時只取表層),經現(xiàn)場過濾,裝入聚乙烯瓶中保存,放入冰桶帶回實驗室冷凍保存。用氣相色譜分析測定,這個方法與古堂秀等[3]是一致的。

圖1 膠州灣調查站位Fig.1 Investigation sites in Jiaozhou Bay

2 結 果

2.1 含量大小

在4、7和10月,在膠州灣整個水域HCH 含量都非常低。在4、7和10月,HCH在膠州灣水體中的質量濃度范圍為0.002～0.149μg/L,都遠遠低于國家一類海水的水質標準。這表明在4、7和10月膠州灣表層水質,在整個水域達到了國家一類海水水質標準(1.00μg/L)(表1)。

表1 4、7和10月的膠州灣表層水質Table 1 The surface water quality in Jiaozhou Bay in Ap ril,July and October

2.2 水平分布

在4、7和10月的膠州灣水域,水體中表層HCH的水平分布狀況是表層HCH含量的等值線(圖2)平行于東北部的海岸線,并且形成了一系列不同梯度的平行線,其含量大小由北部的近岸向南部的灣口方向遞減。在4月,從0.084μg/L降低到0.061μg/L(圖2a);在7月,從0.118μg/L降低到0.058μg/L(圖 2b);在 10月,從0.149μg/L降低到0.002μg/L(圖2c)。

在4、7和10月,在膠州灣的灣口水域,水體中底層HCH的水平分布狀況是底層HCH含量的等值線幾乎平行于與灣口兩岸的聯(lián)線(圖3),并且形成了一系列不同梯度的平行線,其含量大小由灣內向灣外方向遞減。在4月,從0.062μg/L降低到0.055μg/L(圖3a);在7月,從0.065 μg/L 降低到0.04μg/L(圖3b);在10月,從0.111μg/L 降低到0.02μg/L(圖3c)。

2.3 垂直分布

在4、7和10月,在膠州灣的灣口水域,在這些站位：2031、2032、2033,HCH 的表、底層含量都相近。其站位的HCH表層含量高的其對應的底層就高,反之亦然。因此,在4、7和10月,膠州灣的灣口水域,水體中表層HCH的水平分布狀況和變化趨勢與底層HCH的水平分布和變化趨勢狀況是一致的。

在4月,HCH表層含量都高于其對應的底層,其中在站位：2033,HCH的表、底層含量值相差0.001μg/L;在7月,HCH表層含量都高于其對應的底層,其中在站位：2033,HCH的表、底層含量值相差0μg/L;在10月,在膠州灣的灣口水域,靠近灣內的站位：2033,HCH表層含量低于其對應的底層;灣口正中的站位：2032,HCH的表、底層含量值一樣的,其值相差0μg/L;靠近灣外的站位：2031,HCH表層含量高于其對應的底層,HCH的表、底層含量值相差0.001μg/L。

2.4 季節(jié)分布

膠州灣水域的水體中,在4月,水體中HCH的表層含量0.061～0.084μg/L;在7月,水體中HCH的表層含量0.058～0.118μg/L;在10月,水體中HCH的表層含量0.002～0.149μg/L?？梢?水體中HCH的季節(jié)分布已經不明顯了。10月的HCH表層含量范圍包含了7月,7月的HCH表層含量范圍又包含了4月。

3 討 論

3.1 水質

在4、7和10月,HCH含量在整個膠州灣水域都非常低(0.002～0.149μg/L)。不僅膠州灣整體水域HCH含量都達到了一類海水水質標準,而且,HCH含量在整個膠州灣水域都小于0.150μg/L。然而,在1983年禁用HCH前,HCH含量都達到了一、二、三和四類海水水質標準[6-9],這表明自從1983年開始禁用 HCH,在整個膠州灣水域,HCH含量在逐年降低,甚至在1985年都小于0.150μg/L。因此,在整個膠州灣水域,水質在HCH含量方面大為改善。

3.2 來源

在4、7和10月,在膠州灣水域,水體中表層HCH 含量的等值線(圖2)平行于東北部的海岸線,并且形成了一系列不同梯度的平行線,表層HCH的含量由北部的近岸向南部的灣口方向遞減,這與1983年、1984年的水體中表層HCH含量的變化相一致[9-10]。

可見,我國于1983年開始禁用HCH,1985、1983和1984年一樣,HCH的含量僅僅是來自土壤中殘留的HCH,那么HCH通過河流輸入近岸水域和通過地表徑流直接輸入近岸水域的含量都非常低,小于0.150μg/L。

1983年與1984年的陸地HCH殘留量變化引起水域的HCH變化,海水中HCH的含量下降的很快,表明陸地HCH殘留量的衰減也很快[10]。同樣,1985年的水體中表層HCH含量更低,也證實了陸地HCH殘留量的衰減很快。這樣,HCH具有面來源的特征,而且來源于陸地。

3.3 陸地遷移

自從我國于1983年開始禁用HCH,農民就不能向農田施用含有HCH的農藥了,那么,只有土壤中殘留的HCH通過地表徑流方式向海洋近岸水域輸入。于是,在膠州灣沿岸水域,展示了：輸入膠州灣海域水體中的HCH含量很低,而且表層HCH的含量由北部的近岸向南部的灣口方向遞減。這個結果與1983年、1984年的變化[9-10]是一致的。HCH來源是面來源,而且來源于陸地。

從1979-1984年,通過膠州灣沿岸水域HCH含量變化,證明了HCH的陸地遷移過程[6-10]：向近岸水域輸入HCH的含量是隨著地表徑流的大小而變化,也就是隨著雨量的大小而變化。然而,隨著陸地HCH殘留量的衰減很快,膠州灣海域水體中的HCH含量也變的很低,在1985年的1 a中,HCH含量在整個膠州灣水域都低于0.150μg/L。這時,水體中HCH含量的季節(jié)變化已經沒有了,10月的HCH表層含量范圍包含7月的,7月的又包含4月的。于是,在膠州灣沿岸水域HCH含量變化,也沒有雨量的重要影響,也沒有地表徑流或者河流的大小變化的重要影響,這主要是由于陸地HCH殘留量已經變得太少了。

3.4 水域遷移

在膠州灣灣口水域,在時間尺度上,在4、7和10月,每個月HCH 的表、底層含量都相近,表層含量與其對應的底層含量變化一致。這個結果與1979-1984年(缺少1980年)的數(shù)據分析結果[6-10]是一致的。

在膠州灣灣口水域,在空間尺度上,水體中表、底層HCH的水平分布狀況表、底層HCH含量的等值線幾乎平行于與灣口兩岸的聯(lián)線,并且形成了一系列不同梯度的平行線。其含量大小由北部的灣內向南部的灣外方向遞減。在4月、7月和10月,膠州灣的灣口水域,水體中表層HCH的水平分布狀況與底層HCH的水平分布狀況一致(圖3)。

通過膠州灣灣口水域,4、7和10月的HCH表、底層含量變化,在時間尺度和空間尺度上證明了HCH的水域遷移過程[7-8],大量的HCH迅速沉降到海底[6,11]。這揭示了在4、7月,HCH表層含量都高于其對應的底層,但非常接近,通過沉降,在10月,底層的HCH含量就變高。

3.5 均勻性

在潮汐對HCH稀釋的作用下,HCH從水體表層遷移到水體底層[9,10]。

在膠州灣水域,水體中表層HCH的水平分布：水體中表層HCH含量的等值線平行于東北部的海岸線,并且形成了一系列不同梯度的平行線,表層HCH的含量由北部的近岸向南部的灣口方向遞減。從水體中表層HCH的水平分布來看,在4月,從0.084μg/L降低到0.061μg/L(圖2a),從北部的近岸向南部的灣口,南北長18 n mile(低潮位時),在這樣長的距離,含量變化范圍只有0～0.023μg/L,而且是逐漸降低的;同樣,在7月,含量變化范圍只有0～0.060μg/L,也是逐漸降低的(圖2b);在10月,含量變化范圍只有0～0.147μg/L,也是逐漸降低的(圖2c)。這表明不論在何季節(jié),HCH在水體表層的分布都是非常均勻的,而且保持了一致性。在膠州灣灣口水域,水體中底層HCH的水平分布：水體中底層HCH含量的等值線幾乎平行于與灣口兩岸的聯(lián)線,并且形成了一系列不同梯度的平行線,由北部的灣內向南部的灣外方向遞減。從水體中底層HCH的水平分布來看,在4月,從0.062μg/L降低到0.055μg/L(圖3a),從站位 2031到 2033,距離大概為16 722m,1′=1 858 m。在這樣長的距離,含量變化范圍只有0.007μg/L,而且是逐漸降低的;同樣,在7月,含量變化范圍只有0～0.025μg/L,也是逐漸降低的(圖 3b);在10月,含量變化范圍只有0～0.109μg/L,也是逐漸降低的(圖3c)。這表明不論在何季節(jié),HCH在水體底層的分布也都是非常均勻的,而且也保持了一致性。

在膠州灣灣口水域,水體中HCH的垂直分布：在4、7和10月,膠州灣的灣口水域,水體中HCH的表、底層含量都相近。其站位的HCH表層含量高的其對應的底層就高,反之亦然。從水體中HCH的垂直分布來看,在4月,HCH的表、底層含量值相差0.001～0.007μg/L;在 7月,HCH 的表、底層含量值相差 0～0.018μg/L;在 10月,HCH 的表、底層含量值相差0～0.027μg/L(圖3)。這個灣口水域的站位水深是11～14m,HCH的表、底層含量值相差是非常的小,甚至是0。這表明不論在何季節(jié),HCH在水體表、底層的垂直分布也都是非常均勻的。

HCH的含量在海域水體中分布的均勻性,揭示了在海洋中的潮汐、海流的作用下,使海洋具有均勻性的特征。就象容器中的液體,加入物質,不斷的搖晃、攪動,隨著時間的推移,使其物質的含量在液體中漸漸的均勻分布。作者認為：海洋的潮汐、海流對海洋中所有物質的含量都進行攪動、輸送,使海洋中所有物質的含量在海洋的水體中都是非常均勻的分布。在近岸淺海主要靠潮汐的作用;在深海主要靠海流的作用,當然還有其他輔助作用,如風暴潮、海底地震等。所以,隨著時間的推移,海洋盡可能使海洋中所有物質的含量都分布均勻,故海洋具有均勻性。

4 結 語

根據1985年4、7和10月的膠州灣水域調查資料,分析有機農藥HCH在膠州灣水域的分布、來源和季節(jié)變化。研究結果表明：

1)在4、7和10月,在膠州灣水域HCH含量都達到了一類海水水質標準。而且,HCH含量在整個膠州灣水域都非常低,在這1 a中都小于0.150μg/L。因此,在整個膠州灣水域,水質在HCH含量方面大為改善。

2)在4、7和10月,土壤中殘留的HCH 通過地表徑流方式匯入近岸水域,并且HCH的含量很低,HCH來源是面來源,而且來源于陸地。由于陸地HCH殘留量已經變得太少了,水體中HCH含量的季節(jié)變化已經沒有了。于是,10月的HCH表層含量范圍包含7月的,7月的又包含4月的。這樣,在膠州灣沿岸水域HCH含量變化,也沒有雨量的重要影響,也沒有地表徑流或者河流的大小變化的重要影響。

3)通過膠州灣灣口水域,4、7和10月的HCH表、底層含量變化,在時間尺度和空間尺度上證明了HCH的水域遷移過程[7-8],大量的HCH迅速沉降到海底[6,11]。這揭示了在4、7月,HCH表層含量都高于其對應的底層,但非常接近,通過沉降,在10月,HCH的底層含量就變高。

4)膠州灣水域水體中表層和膠州灣的灣口水域水體中表、底層HCH含量的水平分布以及膠州灣的灣口水域水體中HCH含量的垂直分布表明：HCH的含量在膠州灣水域水體中分布都是非常均勻的。

HCH的含量在海域水體中分布的均勻性,揭示了海洋中的潮汐、海流的作用,使海洋具有均勻性的特征。作者認為：隨著時間的推移,海洋通過潮汐和海流盡可能使海洋中所有物質的含量都分布均勻,故海洋具有均勻性。

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