胶州湾水域有机农药HCH的分布及均匀性

杨东方,丁咨汝,郑 琳,卜志国,石 强

(1.国家海洋局 北海环境监测中心,山东 青岛 266033;2.中国海监第四支队,浙江 宁波 315000;

3.浙江海洋学院 海洋科学学院,浙江 舟山 316000;4.上海海洋大学 生命学院,上海 201306)

HCH(俗称六六六)是长期以来用以防治害虫的农药,它们具有药效好、成本低、残效长、对人畜急性毒性小等许多优点[1]。六六六作为人类氯碱工业中的重要工业品曾经对人类社会特别是在保证农业丰收方面做出过重大的贡献,但由于其毒性大,难分解,分布广,危害重,在大量使用的同时也给环境造成难以修复的危害[2]。于是,在不同水体中水、悬浮颗粒物、沉积物中,对环境污染物HCH的含量和分布进行了深入广泛的调查研究[2-12]。

我国于1983年开始禁用HCH。那么,在没有继续施用HCH的情况下,通过水体中HCH的分布和变化,充分研究在土壤中、陆地的水体中、海洋的水体中HCH存在状况,对陆地环境和海洋环境的健康可持续发展都有着非常重要的意义。

本研究根据1985年胶州湾的调查资料,分析禁用以后,HCH在胶州湾海域的来源、分布以及迁移状况,研究胶州湾水域在有机农药HCH受到禁用后的变化,为了解HCH在海洋的水环境存在状况研究提供理论依据。

1 调查水域、材料与方法

1.1 胶州湾自然环境

胶州湾地理位置为 120°04′～120°23′E,35°58′～ 36°18′N 之间,在山东半岛南部 ,面积约为446 km2,平均水深约7m,是一个典型的半封闭型海湾。在胶州湾的西北和西部有入海的河流有大沽河和洋河。沿青岛市区的近岸,有海泊河、李村河、娄山河等河流。在胶州湾位于西部、北部地区有即墨盆地和胶莱平原,这是胶州湾地区的主要农业区。

1.2 材料与方法

本研究所使用的1985年4、7和10月胶州湾水体HCH的调查资料由国家海洋局北海监测中心提供。4、7和10月,在胶州湾水域设6个站位(图1)。分别于1985年4、7月和10月三次进行取样,根据水深取水样(＞10 m时取表层和底层,＜10 m时只取表层),经现场过滤,装入聚乙烯瓶中保存,放入冰桶带回实验室冷冻保存。用气相色谱分析测定,这个方法与古堂秀等[3]是一致的。

图1 胶州湾调查站位Fig.1 Investigation sites in Jiaozhou Bay

2 结 果

2.1 含量大小

在4、7和10月,在胶州湾整个水域HCH 含量都非常低。在4、7和10月,HCH在胶州湾水体中的质量浓度范围为0.002～0.149μg/L,都远远低于国家一类海水的水质标准。这表明在4、7和10月胶州湾表层水质,在整个水域达到了国家一类海水水质标准(1.00μg/L)(表1)。

表1 4、7和10月的胶州湾表层水质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月的胶州湾水域,水体中表层HCH的水平分布状况是表层HCH含量的等值线(图2)平行于东北部的海岸线,并且形成了一系列不同梯度的平行线,其含量大小由北部的近岸向南部的湾口方向递减。在4月,从0.084μg/L降低到0.061μg/L(图2a);在7月,从0.118μg/L降低到0.058μg/L(图 2b);在 10月,从0.149μg/L降低到0.002μg/L(图2c)。

在4、7和10月,在胶州湾的湾口水域,水体中底层HCH的水平分布状况是底层HCH含量的等值线几乎平行于与湾口两岸的联线(图3),并且形成了一系列不同梯度的平行线,其含量大小由湾内向湾外方向递减。在4月,从0.062μg/L降低到0.055μg/L(图3a);在7月,从0.065 μg/L 降低到0.04μg/L(图3b);在10月,从0.111μg/L 降低到0.02μg/L(图3c)。

2.3 垂直分布

在4、7和10月,在胶州湾的湾口水域,在这些站位：2031、2032、2033,HCH 的表、底层含量都相近。其站位的HCH表层含量高的其对应的底层就高,反之亦然。因此,在4、7和10月,胶州湾的湾口水域,水体中表层HCH的水平分布状况和变化趋势与底层HCH的水平分布和变化趋势状况是一致的。

在4月,HCH表层含量都高于其对应的底层,其中在站位：2033,HCH的表、底层含量值相差0.001μg/L;在7月,HCH表层含量都高于其对应的底层,其中在站位：2033,HCH的表、底层含量值相差0μg/L;在10月,在胶州湾的湾口水域,靠近湾内的站位：2033,HCH表层含量低于其对应的底层;湾口正中的站位：2032,HCH的表、底层含量值一样的,其值相差0μg/L;靠近湾外的站位：2031,HCH表层含量高于其对应的底层,HCH的表、底层含量值相差0.001μg/L。

2.4 季节分布

胶州湾水域的水体中,在4月,水体中HCH的表层含量0.061～0.084μg/L;在7月,水体中HCH的表层含量0.058～0.118μg/L;在10月,水体中HCH的表层含量0.002～0.149μg/L。可见,水体中HCH的季节分布已经不明显了。10月的HCH表层含量范围包含了7月,7月的HCH表层含量范围又包含了4月。

3 讨 论

3.1 水质

在4、7和10月,HCH含量在整个胶州湾水域都非常低(0.002～0.149μg/L)。不仅胶州湾整体水域HCH含量都达到了一类海水水质标准,而且,HCH含量在整个胶州湾水域都小于0.150μg/L。然而,在1983年禁用HCH前,HCH含量都达到了一、二、三和四类海水水质标准[6-9],这表明自从1983年开始禁用 HCH,在整个胶州湾水域,HCH含量在逐年降低,甚至在1985年都小于0.150μg/L。因此,在整个胶州湾水域,水质在HCH含量方面大为改善。

3.2 来源

在4、7和10月,在胶州湾水域,水体中表层HCH 含量的等值线(图2)平行于东北部的海岸线,并且形成了一系列不同梯度的平行线,表层HCH的含量由北部的近岸向南部的湾口方向递减,这与1983年、1984年的水体中表层HCH含量的变化相一致[9-10]。

可见,我国于1983年开始禁用HCH,1985、1983和1984年一样,HCH的含量仅仅是来自土壤中残留的HCH,那么HCH通过河流输入近岸水域和通过地表径流直接输入近岸水域的含量都非常低,小于0.150μg/L。

1983年与1984年的陆地HCH残留量变化引起水域的HCH变化,海水中HCH的含量下降的很快,表明陆地HCH残留量的衰减也很快[10]。同样,1985年的水体中表层HCH含量更低,也证实了陆地HCH残留量的衰减很快。这样,HCH具有面来源的特征,而且来源于陆地。

3.3 陆地迁移

自从我国于1983年开始禁用HCH,农民就不能向农田施用含有HCH的农药了,那么,只有土壤中残留的HCH通过地表径流方式向海洋近岸水域输入。于是,在胶州湾沿岸水域,展示了：输入胶州湾海域水体中的HCH含量很低,而且表层HCH的含量由北部的近岸向南部的湾口方向递减。这个结果与1983年、1984年的变化[9-10]是一致的。HCH来源是面来源,而且来源于陆地。

从1979-1984年,通过胶州湾沿岸水域HCH含量变化,证明了HCH的陆地迁移过程[6-10]：向近岸水域输入HCH的含量是随着地表径流的大小而变化,也就是随着雨量的大小而变化。然而,随着陆地HCH残留量的衰减很快,胶州湾海域水体中的HCH含量也变的很低,在1985年的1 a中,HCH含量在整个胶州湾水域都低于0.150μg/L。这时,水体中HCH含量的季节变化已经没有了,10月的HCH表层含量范围包含7月的,7月的又包含4月的。于是,在胶州湾沿岸水域HCH含量变化,也没有雨量的重要影响,也没有地表径流或者河流的大小变化的重要影响,这主要是由于陆地HCH残留量已经变得太少了。

3.4 水域迁移

在胶州湾湾口水域,在时间尺度上,在4、7和10月,每个月HCH 的表、底层含量都相近,表层含量与其对应的底层含量变化一致。这个结果与1979-1984年(缺少1980年)的数据分析结果[6-10]是一致的。

在胶州湾湾口水域,在空间尺度上,水体中表、底层HCH的水平分布状况表、底层HCH含量的等值线几乎平行于与湾口两岸的联线,并且形成了一系列不同梯度的平行线。其含量大小由北部的湾内向南部的湾外方向递减。在4月、7月和10月,胶州湾的湾口水域,水体中表层HCH的水平分布状况与底层HCH的水平分布状况一致(图3)。

通过胶州湾湾口水域,4、7和10月的HCH表、底层含量变化,在时间尺度和空间尺度上证明了HCH的水域迁移过程[7-8],大量的HCH迅速沉降到海底[6,11]。这揭示了在4、7月,HCH表层含量都高于其对应的底层,但非常接近,通过沉降,在10月,底层的HCH含量就变高。

3.5 均匀性

在潮汐对HCH稀释的作用下,HCH从水体表层迁移到水体底层[9,10]。

在胶州湾水域,水体中表层HCH的水平分布：水体中表层HCH含量的等值线平行于东北部的海岸线,并且形成了一系列不同梯度的平行线,表层HCH的含量由北部的近岸向南部的湾口方向递减。从水体中表层HCH的水平分布来看,在4月,从0.084μg/L降低到0.061μg/L(图2a),从北部的近岸向南部的湾口,南北长18 n mile(低潮位时),在这样长的距离,含量变化范围只有0～0.023μg/L,而且是逐渐降低的;同样,在7月,含量变化范围只有0～0.060μg/L,也是逐渐降低的(图2b);在10月,含量变化范围只有0～0.147μg/L,也是逐渐降低的(图2c)。这表明不论在何季节,HCH在水体表层的分布都是非常均匀的,而且保持了一致性。在胶州湾湾口水域,水体中底层HCH的水平分布：水体中底层HCH含量的等值线几乎平行于与湾口两岸的联线,并且形成了一系列不同梯度的平行线,由北部的湾内向南部的湾外方向递减。从水体中底层HCH的水平分布来看,在4月,从0.062μg/L降低到0.055μg/L(图3a),从站位 2031到 2033,距离大概为16 722m,1′=1 858 m。在这样长的距离,含量变化范围只有0.007μg/L,而且是逐渐降低的;同样,在7月,含量变化范围只有0～0.025μg/L,也是逐渐降低的(图 3b);在10月,含量变化范围只有0～0.109μg/L,也是逐渐降低的(图3c)。这表明不论在何季节,HCH在水体底层的分布也都是非常均匀的,而且也保持了一致性。

在胶州湾湾口水域,水体中HCH的垂直分布：在4、7和10月,胶州湾的湾口水域,水体中HCH的表、底层含量都相近。其站位的HCH表层含量高的其对应的底层就高,反之亦然。从水体中HCH的垂直分布来看,在4月,HCH的表、底层含量值相差0.001～0.007μg/L;在 7月,HCH 的表、底层含量值相差 0～0.018μg/L;在 10月,HCH 的表、底层含量值相差0～0.027μg/L(图3)。这个湾口水域的站位水深是11～14m,HCH的表、底层含量值相差是非常的小,甚至是0。这表明不论在何季节,HCH在水体表、底层的垂直分布也都是非常均匀的。

HCH的含量在海域水体中分布的均匀性,揭示了在海洋中的潮汐、海流的作用下,使海洋具有均匀性的特征。就象容器中的液体,加入物质,不断的摇晃、搅动,随着时间的推移,使其物质的含量在液体中渐渐的均匀分布。作者认为：海洋的潮汐、海流对海洋中所有物质的含量都进行搅动、输送,使海洋中所有物质的含量在海洋的水体中都是非常均匀的分布。在近岸浅海主要靠潮汐的作用;在深海主要靠海流的作用,当然还有其他辅助作用,如风暴潮、海底地震等。所以,随着时间的推移,海洋尽可能使海洋中所有物质的含量都分布均匀,故海洋具有均匀性。

4 结 语

根据1985年4、7和10月的胶州湾水域调查资料,分析有机农药HCH在胶州湾水域的分布、来源和季节变化。研究结果表明：

1)在4、7和10月,在胶州湾水域HCH含量都达到了一类海水水质标准。而且,HCH含量在整个胶州湾水域都非常低,在这1 a中都小于0.150μg/L。因此,在整个胶州湾水域,水质在HCH含量方面大为改善。

2)在4、7和10月,土壤中残留的HCH 通过地表径流方式汇入近岸水域,并且HCH的含量很低,HCH来源是面来源,而且来源于陆地。由于陆地HCH残留量已经变得太少了,水体中HCH含量的季节变化已经没有了。于是,10月的HCH表层含量范围包含7月的,7月的又包含4月的。这样,在胶州湾沿岸水域HCH含量变化,也没有雨量的重要影响,也没有地表径流或者河流的大小变化的重要影响。

3)通过胶州湾湾口水域,4、7和10月的HCH表、底层含量变化,在时间尺度和空间尺度上证明了HCH的水域迁移过程[7-8],大量的HCH迅速沉降到海底[6,11]。这揭示了在4、7月,HCH表层含量都高于其对应的底层,但非常接近,通过沉降,在10月,HCH的底层含量就变高。

4)胶州湾水域水体中表层和胶州湾的湾口水域水体中表、底层HCH含量的水平分布以及胶州湾的湾口水域水体中HCH含量的垂直分布表明：HCH的含量在胶州湾水域水体中分布都是非常均匀的。

HCH的含量在海域水体中分布的均匀性,揭示了海洋中的潮汐、海流的作用,使海洋具有均匀性的特征。作者认为：随着时间的推移,海洋通过潮汐和海流尽可能使海洋中所有物质的含量都分布均匀,故海洋具有均匀性。

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