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基本信息

項(xiàng)目名稱：
全球變化背景下極地有害污染物命運(yùn)之再探尋
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
全球變化下，環(huán)境污染問題愈加突出，而極地作為全球變化響應(yīng)最為敏感的地區(qū)之一，因此本課題選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金屬為研究對(duì)象，探究極地區(qū)域這五類典型污染物的含量、分布、來源、遷徙、轉(zhuǎn)化等環(huán)境行為，并深入探尋極地作為污染物“源”和“匯”的變化。
詳細(xì)介紹：
（一）課題研究目的 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響日益加深，各種環(huán)境問題日益暴露。人類所排放的有機(jī)氯農(nóng)藥（organochlorine pesticides，OCPs）、多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）、多氯聯(lián)苯（polychlorinated biphenyls，PCBs）、多溴聯(lián)苯醚（polybrominated diphenyl ethers，PBDEs）和重金屬（heavy metals）等持久性有害污染物（persistent toxic substance，PTS）可以隨大氣、海流及生物體逐漸擴(kuò)散至全球不同區(qū)域各種介質(zhì)中，嚴(yán)重威脅生態(tài)環(huán)境及人類健康。因此，近年來全球環(huán)境污染問題成為國(guó)際上持續(xù)關(guān)注的熱點(diǎn)問題。 近20年的觀測(cè)亦表明，全球變化日益明顯，環(huán)境污染愈加劇烈，也因此對(duì)極地區(qū)域這一對(duì)全球變化最為敏感的區(qū)域產(chǎn)生劇烈影響。例如，近幾十年來北極地區(qū)發(fā)生了被稱之“Unaami”的快速變化。因此，積極開展全球變化背景下極地污染物的“命運(yùn)”（Fate）變遷，探尋不同PTS物質(zhì)的含量分布、傳輸機(jī)制、來源、沉降歷史以及相關(guān)影響因素等環(huán)境行為及地球化學(xué)過程的變化，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。 1）極地是全球變化的“放大器”和“驅(qū)動(dòng)器”。一方面，極地是對(duì)全球變化響應(yīng)最為顯著和敏感的地區(qū)之一，其同時(shí)又是氣候變化的重要“驅(qū)動(dòng)器”。其特殊的地理位置和特有的生態(tài)環(huán)境決定了它在研究全球變化中的重要地位和作用；另一方面，極地環(huán)境特殊，受人類活動(dòng)干擾較小，是追蹤污染物沉降、來源、遷移轉(zhuǎn)化等環(huán)境行為及地球化學(xué)過程的重要區(qū)域。選擇極地作為研究區(qū)域，是探尋全球變化背景下持久性有害污染物（OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金屬）命運(yùn)的理想地域。 2）極地是甄別持久性有機(jī)污染物（Persistent Organic Pollutants，POPs）的重要區(qū)域。POPs在環(huán)境中難降解，存留時(shí)間長(zhǎng)，易在生物體內(nèi)富集而產(chǎn)生生物毒性，對(duì)環(huán)境及人類健康產(chǎn)生極大危害。根據(jù)“全球蒸餾”理論，POPs普遍具有長(zhǎng)距離大氣傳輸（Long Distance Atmospheric Transport，LDAT）并易于在極地沉降蓄積這一重要特性。同時(shí)，由于極地受人為影響極小，環(huán)境背景單一，因此，在極地探尋和發(fā)現(xiàn)新的POPs物質(zhì)方面，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。五氯苯、林丹等污染物，先后在極地被廣泛檢出后，于2009年被列入《斯德哥爾摩公約》新禁用POPs物質(zhì)。 3）廣泛開展對(duì)極地持久性有害污染物命運(yùn)的調(diào)查研究，對(duì)維護(hù)我國(guó)極地權(quán)益有重要意義。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（United Nations Environment Programme，UNEP）是一個(gè)充滿辯論，同時(shí)針鋒相對(duì)的地方，沒有完善的資料及充足的數(shù)據(jù)，就很難有話語權(quán)。我國(guó)并非極地國(guó)家，受地理位置及航次等條件的限制，開展極地調(diào)查和資料積累均極其有限；同時(shí)我國(guó)又是人口、污染大國(guó)，曾多次被發(fā)達(dá)國(guó)家指認(rèn)為極地污染物輸入國(guó)，在國(guó)際談判中常處于不利地位。因此，積極開展全球變化下極地持久性有害污染物命運(yùn)的再探尋，可有力地提高我國(guó)在UNEP的話語權(quán)，對(duì)維護(hù)我國(guó)的利益及地位有著至關(guān)重要的意義。 4）圍繞國(guó)家可持續(xù)性發(fā)展戰(zhàn)略，有選擇性的開展極地典型PTS研究，是維護(hù)國(guó)家極地戰(zhàn)略地位的需要，也是提升我國(guó)在北極事務(wù)中國(guó)際地位的關(guān)鍵。北極快速變化還未等公眾從自然和科學(xué)方面認(rèn)識(shí)，自冷戰(zhàn)結(jié)束以來的新一輪戰(zhàn)略爭(zhēng)奪已經(jīng)開始。作為我國(guó)極地科考的重要組成部分，開展極地環(huán)境污染研究，“這既是國(guó)家實(shí)力的展現(xiàn)，也是我國(guó)對(duì)國(guó)際極地工作的貢獻(xiàn)”。 （二）課題研究基本思路 課題組成員在導(dǎo)師指導(dǎo)下，查閱近十年來國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，并經(jīng)多次小組報(bào)告及討論后，明確了本課題的基本研究目標(biāo)（如前所述）；同時(shí)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室極地現(xiàn)場(chǎng)科考優(yōu)勢(shì)和多個(gè)技術(shù)平臺(tái)（海洋國(guó)重、海生、?；?、實(shí)驗(yàn)中心等平臺(tái)）的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，確立了本課題研究的基本思路：研究區(qū)域基本覆蓋我國(guó)在極地的主要科考區(qū)域（北極典型海域、北極黃河站和南極長(zhǎng)城站），通過對(duì)多達(dá)6個(gè)航次的大量樣品分析，獲取其中典型PTS（OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs、重金屬）的數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合相關(guān)理化參數(shù)和歷史資料，重新探尋全球變化背景下極地有害污染物的命運(yùn)變化，進(jìn)而探討二者之間的耦合和反饋機(jī)制。其具體思路如下： 1. 極地地區(qū)污染物的研究 1）極地環(huán)境特殊，受人類活動(dòng)影響較小，且冰封期長(zhǎng)，是地球上較為潔凈的地區(qū)之一，因此是追蹤污染物環(huán)境行為的理想地域； 2）白令海、楚科奇海與加拿大海盆作為太平洋與北冰洋進(jìn)行物質(zhì)和能量交換的區(qū)域，是研究污染物的遷移機(jī)制、變化趨勢(shì)等的重點(diǎn)區(qū)域； 3）極地是諸多污染物經(jīng)LDAT的最終歸宿，受外界擾動(dòng)少。污染物在該地區(qū)的沉降相對(duì)穩(wěn)定，利于開展沉積柱中PTS垂直含量分析，較好反演污染物的大氣沉降歷史，對(duì)進(jìn)行全球變化下污染物環(huán)境行為變化的研究有重要意義。 因此本課題通過測(cè)定極地有害污染物的含量，既可探究其分布、污染來源、遷移途徑等地球化學(xué)過程及環(huán)境行為，計(jì)算全球污染源通量，又可為此類研究提供有效數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合氣候變化，探尋有害污染物的時(shí)間變化趨勢(shì)和氣候響應(yīng)狀況。 2. 沉積物中污染物的研究 1）沉積物作為海洋中重要的污染物貯庫，在海洋監(jiān)測(cè)中具有重要的作用，其記錄了污染物的沉降歷史，可以反演污染物的沉降通量變化、輸入遷移等一系列重要的地球化學(xué)過程。 2）目前，國(guó)際上對(duì)極地有害污染物的研究多集中于對(duì)生物暴露的影響，而對(duì)海洋環(huán)境介質(zhì)中的有害污染物尤其是沉積物中PTS的環(huán)境行為和地球化學(xué)過程的研究較為缺乏。因此，這方面研究的深度和廣度亟待加強(qiáng)。 3）通過對(duì)沉降速率穩(wěn)定的的沉積柱樣進(jìn)行分析，可獲得有害污染物在極地沉降歷史的最佳圖景，進(jìn)而探究全球變化下有害污染物沉降通量的改變。 4）通過對(duì)沉積物中污染物的含量測(cè)定，結(jié)合相應(yīng)的水環(huán)境數(shù)據(jù)資料，了解各污染物在水-沉積物界面的遷移通量，揭示污染物在固/液分配上的問題。 5）對(duì)比不同區(qū)域沉積物中各污染物的含量分布及同種物質(zhì)不同成分的比例差異，可判斷污染物可能的來源、遷移路徑及最終歸宿。 3. 污染物的選取 2001年《斯德哥爾摩公約》決定禁止或限制使用包括OCPs、PCBs等12種POPs物質(zhì)；2009年又新增禁止使用的9種POPs物質(zhì)中又包括幾種OCPs和PBDEs。由此可認(rèn)識(shí)到： 1）2009年新禁用的9種POPs多在上世紀(jì)70年代已開始廣泛使用，但在2001年斯德哥爾摩會(huì)議中并未被確認(rèn)為POPs，即從PTS到確認(rèn)為POPs，往往需要較長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)積累和篩選，因此仍然需要深入開展傳統(tǒng)有害污染物的研究； 2）對(duì)很多傳統(tǒng)污染物，其危害性往往認(rèn)識(shí)不足或過于夸大，因此許多有害污染物的危害仍需重新評(píng)估； 3）在極地有害污染物研究過程中，可能發(fā)現(xiàn)某些新的有害污染物，而這些污染物很可能具有POPs的特性，具有深入討論研究的價(jià)值。 因此，本項(xiàng)目選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs及重金屬五類有害污染物為研究對(duì)象。這些污染物不僅可在各環(huán)境介質(zhì)中穩(wěn)定存在，而且可通過LDAT進(jìn)入極地環(huán)境。通過對(duì)極地PTS的含量分布、來源及相關(guān)沉積物理化性質(zhì)進(jìn)行研究，不僅可深入了解這些污染物與全球變化的耦合關(guān)系，探求其地球化學(xué)過程和環(huán)境行為等命運(yùn)變化情況，同時(shí)也可為部分污染物是否進(jìn)一步確認(rèn)為POPs物質(zhì)提供資料支持。 本課題在進(jìn)過研究區(qū)域選擇、文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上展開，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)施設(shè)備及技術(shù)平臺(tái)等均可確保本項(xiàng)目順利實(shí)施，這使得本課題的科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特性得以充分保證。

作品圖片

  • 全球變化背景下極地有害污染物命運(yùn)之再探尋
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作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

近年來全球變化日益顯著，對(duì)極地區(qū)域產(chǎn)生了劇烈影響。而極地是全球變化的“放大器”和“驅(qū)動(dòng)器”，是甄別持久性污染物的重要區(qū)域，廣泛開展對(duì)極地有害污染物命運(yùn)的調(diào)查研究，對(duì)維護(hù)我國(guó)極地權(quán)益及國(guó)家極地戰(zhàn)略地位具有重要意義。因此積極開展全球變化背景下極地污染物的“命運(yùn)”變遷，探尋不同PTS物質(zhì)的含量分布、傳輸機(jī)制、來源、沉降歷史以及相關(guān)影響因素等環(huán)境行為及地球化學(xué)過程的變化，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

科學(xué)性：在全球變化背景下極地持久性有害污染物的研究將有望在含量、遷移、歸宿等相關(guān)命運(yùn)問題上反饋全球變化這一現(xiàn)象，具有重要的科研意義。 先進(jìn)性：深入大洋，空間跨度寬；廣度和深度上有力提高極地污染研究水平；方法實(shí)現(xiàn)痕量測(cè)定；探尋污染物命運(yùn)；多方研究，數(shù)據(jù)全面可靠。 獨(dú)特之處：首次報(bào)道近極點(diǎn)88oN沉積物中PTS含量；跨度大，提供長(zhǎng)距離傳輸機(jī)理；樣品數(shù)量多，范圍廣；進(jìn)行多種沉積物沉降歷史反演。

應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義

伴隨人類活動(dòng)的增多，污染不斷加劇，有害污染物危害在人們生活中日益顯現(xiàn)，控制污染源排放，探求污染物傳播途徑，解決污染物殘留問題愈加緊迫。本項(xiàng)目對(duì)全球變化下極地有害污染物命運(yùn)進(jìn)行再探求有重要意義。 極地是全球污染的匯聚地，探究極地污染物含量、來源、遷移等有重要意義；大跨度研究利于總結(jié)污染物的遷移機(jī)制及變化趨勢(shì)；反演污染物沉降歷史；探尋全球變化背景下，極地作為污染物“源”或“匯”的變化。

學(xué)術(shù)論文摘要

本項(xiàng)目以極地作為研究區(qū)域，選擇OCPs、PAHs、PCBs、PBDEs和重金屬五類較具代表性的典型持久性有害物質(zhì)（PTS）為研究對(duì)象，主要進(jìn)行全球變化下極地有害污染物命運(yùn)的再探尋研究。通過分析近年歷次南北極考察所獲表層沉積物和部分沉積柱樣中上述污染物的含量，通過對(duì)它們?cè)跇O地沉積物中的空間分布、來源判斷、遷移途徑和歸宿等相關(guān)命運(yùn)的研究，并結(jié)合粒徑分布、灼燒損失率（LOI）、總有機(jī)碳（TOC）、炭黑（BC）等基礎(chǔ)參數(shù)的相關(guān)性分析，探究在氣候變化背景下極地作為污染物“源”或“匯”的變化，了解污染物的環(huán)境行為與全球變化的耦合性。

獲獎(jiǎng)情況

課題組成員擬參加的部分學(xué)術(shù)會(huì)議： 中國(guó)環(huán)境科學(xué)年會(huì)（2011.08） 擬投6篇論文和2篇會(huì)議論文，其中 Jingjing Zhang, Mujia Dong, Weiwei Chen, Peng Huang, Qingquan Hong, Senyan Nie, Minggang Cai. Occurrence of polycyclic aromatic hydrocarbons in surface sediments from the Bering Sea, Chukchi Sea, Canada Basin and the Arctic Ocean. (Soon submitted to Journal of Hazardous Matrial，JCR1區(qū)) Zhen Cheng, Jing Lin, Peng Huang, Mujia Dong, Senyan Nie, Xiangming Shi, Jingjing Zhang, Minggang Cai. Sedimentation rates and heavy metals pullution in sediment core from the Ny-?lesund，Svalbard. (Soon submitted to Journal of Hazardous Matrial，JCR1區(qū)） 作品獲2010-2011年度“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽校賽特等獎(jiǎng)。

鑒定結(jié)果

待定

參考文獻(xiàn)

1. AMAP Assessment 2002: Persistent Organic Pollutants in the Arctic. Arctic Monitoring and Assessment. Programme (AMAP), P.O. Box 8100 Dep, N-0032 Oslo, Norway. (www. amap. no) 2. AMAP Assessment 2009: Human Health in the Arctic. Arctic Monitoring and Assessment Programme (AMAP), P.O. Box 8100 Dep, N-0032 Oslo, Norway. (www. amap. no)

同類課題研究水平概述

OCPs：近十年國(guó)內(nèi)外對(duì)于OCPs的研究集中在沉積物和生物方面，研究區(qū)域集中于沿岸海域，大洋和極地環(huán)境中大尺度OCPs的環(huán)境行為研究仍有待加強(qiáng)。但是國(guó)際上科研領(lǐng)先國(guó)家及極地國(guó)家對(duì)極地OCPs的研究已經(jīng)逐步深入而科學(xué)。而我國(guó)對(duì)極地OCPs的研究起步較晚，研究區(qū)域不夠廣，尤其是對(duì)南極沉積物的研究較少，缺少大范和大尺度的研究。并且有關(guān)極地沉積物中OCPs的來源、遷徙、轉(zhuǎn)化等環(huán)境行為特征的研究較少，亦不深入。 PAHs：由于PAHs的一些特性，PAHs在生物暴露方面、微生物降解方面的研究以及沿岸海域沉積物含量等研究一直是國(guó)際上關(guān)注的重點(diǎn)。隨著全球污染問題愈來愈受人類重視，科技發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)極地PAHs的研究逐步增多，研究方向不斷擴(kuò)大，內(nèi)容不斷深化。極地地區(qū)PAHs的研究不再局限于大氣介質(zhì)中的PAHs以及其生物暴露方面的問題，對(duì)于沉積物中PAHs的研究亦逐漸增加。通過測(cè)定分析沉積物中PAHs的含量，沉積物中TOC、BC含量，海水與沉積物界面的沉降通量，沉積柱樣分析等方面的研究，進(jìn)一步研究其分布、來源、遷移機(jī)制、沉積物—水體中的分配、沉降歷史等環(huán)境行為特征。全球變化背景，深入開展大尺度開闊大洋及沉積柱樣中PAHs研究，有利于進(jìn)一步探究PAHs在極地環(huán)境中的分配模式、長(zhǎng)距離傳輸機(jī)制、沉降歷史等，這將對(duì)判斷PAHs是否歸類為POPs物質(zhì)提供重要的佐證。 PCBs：國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PCBs的研究主要集中于歷史積累趨勢(shì)和環(huán)境分布狀況，如生物含量、長(zhǎng)距離傳輸、不同介質(zhì)分配、水體、土壤及植被介質(zhì)中的PCBs已展開充分研究，而且一延伸到陸地、海洋中的各類生物；研究區(qū)域主要集中在近岸及人類生活區(qū)，對(duì)開闊海區(qū)，尤其是高緯深入大洋開闊海域研究較少；關(guān)于極地海域沉積物的研究仍以含量調(diào)查為主，且大部分集中在沿岸陸架和近海海域。 PBDEs：作為近年引起人們注意的有機(jī)污染物之一，學(xué)者對(duì)PBDEs的研究介質(zhì)包括大氣、水體、沉積物、土壤、生物等，研究?jī)?nèi)容多集中在生物富集、代謝及不同地區(qū)人類血液、母乳含量的變化，研究區(qū)域以歐洲、北美及亞洲日本地區(qū)為主，而我國(guó)對(duì)這方面的環(huán)境研究較少。重金屬：主要研究環(huán)境樣品中重金屬含量、分布特征。也有對(duì)重金屬化學(xué)形態(tài)的分析及對(duì)海洋生態(tài)危害的評(píng)價(jià)，多利用重金屬污染物總量評(píng)價(jià)其生態(tài)危害程度，定性描述污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，針對(duì)其過程與積累演化機(jī)制定量研究的較少。
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