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汞在酸沉降地区陆地生态系统中的分布与行为

王定勇  
【摘要】: 自20世纪50年代初日本水俣湾发生举世震惊的“水俣病(Minamata Disease)” 事件以来,人们对汞污染问题已进行了一系列的研究,并对汞在水环境中的富集、 转化、食物链的传递与危害等环节有了较为明晰的认识。至1980年代,人们又认 识到,由于化石燃料燃烧等人为源向大气散发大量的汞,经大气扩散而使其成为全 球性的污染物。人为散发的汞经过一定时间和距离的传输后,超过90%的部分最终 会回落到陆地生态系统,并通过陆生食物链威胁人类健康。 在酸沉降地区的调查发现,伴随酸沉降的危害使土壤—植物系统遭受汞污染的 问题严重,汞在陆生食物链的传递呈数量级上升。因此,对陆地生态系统汞问题的 研究已成为当今不可忽视的重要课题之一。为此,针对目前此研究领域的薄弱环节, 本文选择耗煤量大、汞散发较严重的酸沉降地区——重庆作为调查对象,通过现场 调查、野外田间定点观察和室内模拟试验相结合的方法,对汞在酸沉降地区陆地系 统的分布状况和一些行为特征进行了研究,为预测和控制汞在陆地生态系统的污染 问题提供科学参考依据。 本项研究的调查范围包括重庆市主城区、近郊及远郊区共约556km~2的区域, 调查内容为汞在不同酸沉降危害区近地大气、土壤、植物中的分布状况,区域人为 汞散发源及散发量,近地大气汞与土壤—植物系统汞富集的关系等。 田间试验设在酸沉降危害程度不同的三个点,即重污染区(九龙坡区九龙村)、 轻污染区(北碚区西农农场)和对照区(北碚澄江镇转龙村),各选择一块菜地, 在菜地中心埋设承接淋滤水的装置。试验从2000年5月至2001年1月共种植了豇 豆和洋白菜两季蔬菜,试验期间收集并分析所有降水、降尘、淋滤水样品,定时采 集和分析土壤、植物样品。目的是研究不同酸沉降危害区汞在菜地系统的周转平衡 状况。 盆栽试验设置高气汞和低气汞两组,每组8个处理,各重复4次,共进行2次 莴笋幼苗试验。盆栽试验的目的主要是探讨大气汞对土壤—植物系统的影响规律, 汞在土壤中的形态转化等。 结果表明,汞在陆地系统近地大气的空间分布状况为城区>农地系统>林地系 统;大气汞浓度与酸沉降有关联,酸沉降危害严重的区域近地大气汞浓度较高,随 着酸沉降危害程度的降低,近地大气汞浓度相应降低;在对近地面0cm、50cm、100cm 和 150cm 4个高度的大气进行同步采样监测获得的结果表明,在裸地、林地、果园、 菜地二种类型的下垫面上,在距地面 150cm高度范围内,均以 50cm层次的气汞浓 度分布最高,100cm和 150cm层次的大气汞浓度次之,贴近地面(ocm)的大气汞 浓度最低。下垫面类型对大气汞的垂直分布影响较大。在不同类型的下垫面上,以 裸地上部的大气汞浓度分布最高u.648.5 11wIY13),为其它类型的 1倍以上。林地 上部的大气汞浓度最低,仅为 4.1—9.8 "g/th\就点污染源而言,大气汞浓度随着距 污染源距离的槽加而下降,从距重庆体温计厂不同距离内测得的数据看,大气汞浓 度与距离呈幂函数关系,两者的关系为: y二351.87X刀32M RZ=09538 近地大气汞的时间变化特征为:在一天内,大气汞浓度以12:opel4:00之间最 高;大气汞月变化状况是卜8月,月平均气汞浓度逐月升高,吕月后逐渐下降。影 响气汞时间变化最重要的因素是气温。在酸沉降重污染区月平均大气汞浓度与月平 均气温的相关系数为0.7666树,轻污染区的相关系数为0.8128的,两地的月平均气 汞浓度均与气温呈极显著的正相关关系。 在田间试验点对大气沉降物进行连续1年的定点监测,结果发现,酸沉降地区 沉降物所含汞的空间分布与大气汞的空间分布大体一致,3个试验点中重污染区九 龙五队大气汞浓度最高,所测得的降尘汞和雨水汞含量也最高,全年降尘汞含量为 0.354 mg/kg,雨水平均汞含量为 65.6 "g/L,分别约为对照区的 3 $和 2倍。大气沉 降物汞的分布趋势为重污染区>轻污染区>对照区。雨水汞的时间分布状况在不同酸 沉降危害区基本一致,其总的变化状况为l—8月,雨水月平均汞含量逐渐下降,9u 月则逐渐上升,其中1、2、12月份较高,7、8月份最低。雨水汞含量的这种分布 趋势与降雨年分布状况密切相关。三个观测点雨水汞含量与降雨量之间均存在显著 的负相关,即降雨量越高,雨水汞含量越低。相应的直线回归方程为: y ’”-0·3726x+97.644 r ’二-0.6754“(n。12) y #“-0·267卜73.979 r e二-0.8281”“(=12) y M=·0·2350x+52石66 r t=·0.8109”’(n=fi) 从不同酸沉降区的调查结果可见,出于受到伴随酸沉降危害而产生的汞污染影 2 响,与重庆市紫色土汞的自然背景值门.0628“、1.8 mg/kg)相比 (198年X 目前 酸沉降重污染区的表层土壤汞累积已达到相当高的水平,其表层土壤平均汞含量?


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