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富营养化对我国浅水湖泊中多环芳烃主要生物地球化学过程的影响及其机制

3、环境科学 > 专题6：湖泊-流域污染与生态

富营养化是国内外众多水体正面临的重大环境问题之一；有毒疏水性有机物（HOCs）污染是国内外众多水体正面临的另一个重大环境问题。水体HOCs的生物地球化学过程可能会受到共存的富营养化问题的影响，其生态风险进而发生改变，但因缺乏长期监测数据，严重阻碍了对此方面的深入认识。富营养化如何影响水体HOCs生物地球化学过程及生态风险是亟待解决的科学难题。以往的相关研究表明营养水平升高增加了海洋及湖泊中的藻类生物量，进而降低了水体溶解态HOCs的浓度，增加了HOCs在大气-水界面的净吸收、沉降通量及其在表层沉积物及底栖生物中的富集，此自上而下（大气-水体-沉积物）的直接影响过程被称为“生物泵效应”，国内外学者对此已开展了较多的研究。但富营养化如何间接影响水体HOCs的生物地球化学过程至今未知。
以太湖和多环芳烃（PAHs）为例，通过对春季、夏季及冬季全湖大气、水体、浮游生物及表层沉积物中多环境指标的同步监测，首次揭示了富营养化对水体HOCs的大气-水界面交换通量、沉降通量及其在表层沉积物和水体中赋存的间接影响机制。发现长期富营养化显著增加了水体pH值，降低了沉积物有机质和溶解有机质的芳香性以及藻类细胞表面的疏水性，因而降低了沉积物、溶解有机质及藻类对PAHs的富集，降低了PAHs的沉降通量及在表层沉积物中的富集，但增加了整个水体PAHs的总浓度和自由溶解态浓度，进而促进了各季节大气-水界面PAHs的挥发；因藻类水华漂浮于水体表面，沉降的有机质比例随藻类生物量增大而降低，因此PAHs沉降通量及每日沉降量随藻类生物量增大而降低。
通过对太湖、玄武湖、金牛湖及百家湖等富营养化浅水湖泊1 – 3年每月2 – 3次的连续高频次监测，率先发现湖泊水体多环芳烃（PAHs）年均浓度随湖泊年均营养状态指数及年均藻类生物量增大；温度驱动了年时间尺度下藻类及浮游动物的生物量，进而改变了PAHs在水体各介质中的分配及赋存；富营养化间接产生的高pH值及藻类生命循环对PAHs在水体各介质中的分配及赋存也有重要影响；藻类及浮游动物对PAHs的生物富集随PAHs疏水性显著增加，随藻类生物量增大显著降低；PAHs从藻类向浮游动物的传递因子随湖泊的营养状态指数降低，随藻类生物量及温度升高显著增大，生物放大效应仅出现在藻类水华期间。