登录 | 注册 | 中文  | English  | 用时: 0.46s
元数据
高级检索
首页 > 中国极地考察知识库 > 项目信息库 > 南极菲尔德斯半岛地区重金属元素的基线水平分析与迁移转化研究 已审查

南极菲尔德斯半岛地区重金属元素的基线水平分析与迁移转化研究

项目名称: 南极菲尔德斯半岛地区重金属元素的基线水平分析与迁移转化研究
项目类型: 2007年中国极地战略研究基金资助(青年科学工作者项目)
项目负责人: 王娟
项目成员: 陆志波; 何剑锋; 杨海真; 蔡明红; 王威
项目编号: 20070210
父项目编号:
规划期:
立项时间: 2007-07-01
预期结束: 2008-10-31
实际结束:
金额(万元): 4
目录

详细描述

立项依据与研究基础

1.1立项依据

   南极地区通常指南极辐合带以南的区域,包括南极洲和南大洋。南极洲通常指太平洋、印度洋、大西洋南部海域所环绕的大陆。由于特殊的地理位置,南极的自然环境具有过渡性、脆弱性和敏感性的特点。随着全球气候变暖以及全球环境变化研究的发展,南极在全球环境变化中的作用日益突出。因此各国纷纷在南极建立科学考察站,组织大规模的科学考察活动,从而使原本遭受人类活动负面影响最少的南极地区己经或者面临着更多、更严重的负面影响,尤其是在考察站及其周边地区。目前,每年各国政府组织或支持的科学考察队数量达到30~40支,国际南极研究科学委员会(SCAR) 25个成员国在南极地区启用的常年科学考察站达47个,可容纳2500人左右开展科学考察活动。此外,自1957-1958年度美国人首次进行南极商业旅游以来,全球己有超过10万名旅游者登临南极。总体来说,南极条约区(60°S以南的地区)内的科研人员、旅游人员和商业活动的数量、频率和复杂性均有所增加,这些均将给南极环境和生态系统带来新的压力。

   如何从保护南极环境的角度出发,对南极局地人类活动进行客观综合评价,也一直是国际组织特别是南极科学研究委员会(SCAR)所关注的重点问题之一。早在1989年的SCAR会议上,与会成员就讨论并通过了关于进行南极环境影响评价程序的报告。在1990年召开的ATCM(南极条约协商会议)第11次特别协商会议上,与会国提出了几个关于南极环境保护的议案,并于1991年10月签署了《南极条约环境保护议定书》(以下简称议定书)。《议定书》强调环境监测和在环境影响评估、废物处理、海洋污染预防、区域保护和管理,以及南极动植物保护领域进行科学研究的需要。

   南极南设得兰群岛乔治王岛(King George Island)是南极洲距南美大陆最近且面积最大的一个岛屿,距南美大陆南端约1100km,距南极半岛仅140km,该岛面积为1338km2,其中无冰区面积仅60km2,在该岛有限的无冰区内建有多个国家的考察基地。乔治王岛西南部的菲尔德斯半岛 (Fildes Peninsula) (62°08′48″-62°14′02″S, 58°53′40″- 59°01′50″W) 是该岛上最大的无冰区,其面积约为38km2。半岛上有1968年建立的俄罗斯别林斯高晋站、1969年建立的智利马尔什基地、1985年建立的中国长城站和乌拉圭阿尔蒂卡站。在乔治王岛上其它无冰区还有1953年建立的阿根廷尤巴尼站,1977年建立的波兰阿尔茨托夫斯基站,1984年建立的巴西费拉兹站,1988年建立的韩国世宗王站和秘鲁等国的科学考察站。因此菲尔德斯半岛 (Fildes Peninsula)是全球南极科学考察站最为集中的地区之一,同时各站的基础设施建设、交通运输、污水排放、燃料消耗以及各类科考活动对本区环境及生态造成了巨大冲击。

   尽管重金属本身是自然界地壳中的组分之一,而人类活动也会不断将重金属引入环境,因此作为受人类干扰最少的南极地区也难免遭受到重金属污染。由于人类活动而在南极地区产生的重金属污染源主要包括区域性污染源及全球性污染源,其中区域性污染源主要包括各国考察站的建站及运行,化石燃料燃烧,站区垃圾焚烧,油漆涂料的使用等,而全球性的污染主要来自于重金属污染物质自南极以外地区经大气环流及洋流扩散至南极地区。上述因素导致了重金属在南极地区生物及环境要素中的累积和富集,据有关文献研究,由人为活动导致的南极环境样品中重金属污染在特定区域范围内已达到可检测水平。因此对于南极地区环境中的重金属污染分析是研究人类活动对南极环境影响的一个重要方面。

   目前已有部分国内外学者对于人类活动在南极地区造成的环境影响进行了诸多研究。中国作为南极条约协商国成员之一,也有必要及时掌握中国南极长城站所在地菲尔德斯半岛的环境生态现状及发展趋势,了解人类活动对菲尔德斯半岛地区环境产生的各种直接与间接影响,以提出相应对策和措施。

   我国南极长城站所在的菲尔德斯半岛正在拟建“菲尔德斯半岛特别管理区”。特别管理区对于规范各国站区环境管理、提高环境管理水平、最大限度地保护南极环境具有重要意义。本研究“南极菲尔德斯半岛地区重金属元素的基线水平分析及迁移转化研究”的成果将会为该地区的环境监测提供基线数据,并为相关环境管理提供科学数据支撑及管理依据。

1.2研究基础

   本课题项目负责人作为中国第23次南极科考队成员之一,于2006年12月-2007年2月赴中国南极长城站进行科学考察,对站区生态环境进行了监测,并采集了菲尔德斯半岛地区不同点位的地衣及土壤样品,将其作为环境污染指示物,分析其重金属含量水平,初步探讨其迁移转化规律,用于研究人类活动对南极菲尔德斯半岛地区环境的影响。

研究内容与工作目标:


2.1 研究内容

2.1.1 菲尔德斯半岛地区重金属元素基线水平分析

2.1.1.1 采样点介绍

   本课题研究所用样品分别于2006年12月~2007年2月在南极菲尔德斯半岛地区(图1)采集,主要来自阿德雷岛、西海岸、半三角、横断峰谷及中国南极长城站站区主导风向下风向等地区。下一步还将在本研究的基础上继续细化采样点进行样品分析以进一步完善和充实本研究成果。

2.1.1.2 样品实验分析

(1)地衣样品中的重金属水平分析

   从19世纪中叶,西欧的植物学家已认识到:地球陆地表层广泛分布的真菌-藻类共生构成的共同体地衣是监测环境污染极为敏感的指示器。在南极洲至少有200个地衣种 (BommannaandKurunthacha-lam,1994)。因此充分利用地衣在南极无冰区分布的广泛性和地衣监测环境污染的敏感性,研究人类活动对南极环境的影响具有重要的意义。据文献报导,南极的不同地区的无冰区地衣已经受到了不同程度的人为干扰,Cu, Pb等非自然基本地壳元素的金属成分在多个监测点均有发现,部分地区的污染物浓度更是天然背景值的20倍以上,体现了明显的人为干扰的特征。本次研究拟对在南极菲尔德斯半岛无冰区采集的地衣优势种松萝体内的重金属含量进行分析。

(2)土壤样品中的重金属水平分析

   南极人类活动对土壤的影响主要集中在站区和道路附近,其一是在科考站的建设、扩建和道路修建过程中,通过改变地表形态、土壤物理性状或在土壤表层堆放固体废弃物,使土壤热学特性和地表层热量交换过程发生改变。其二是站区人类生活与发电过程中向土壤中排放有机污染物、重金属微粒和微生物。有学者指出,由人为活动导致南极土壤重金属污染在特定区域范围内已达到可检测水平,其程度虽不能直接构成土壤重金属严重污染,但可以显著改变区域性的土壤化学性状。土壤和沉积物常常是向环境污染物的最终去处。土壤和沉积物也用以提供基质,用来支撑生物圈。土壤和沉积物特征的改变能造成生物圈的重要变化。除了直接的物理或机械的变化,沉积物和土壤也是把生物的机体暴露于污染物的一个主要途径。在一些区域中土壤可能因为它们长年被雪覆盖,所以没被暴露。 在这些情况雪本身会是污染物的容器,而且土壤可能不需要被检测。如果土壤通常被暴露数年的地方(无冰区), 土壤将会是一重要的媒介检测决定是否重要的污染正在区域中累积。大部分在南极洲中因为人类活动产生的污染物主要是石油、碳氢化合物和重金属。本次研究拟主要对采集的土壤样品中的重金属含量进行分析。

2.1.1.3 菲尔德斯半岛地区重金属基线水平及分布特征分析

   基于上述样品的实验分析结果,研究菲尔德斯半岛地区重金属元素在地衣及土壤中的含量水平及地域分布特征,分析该地区重金属的基线水平。并参考国内外发布的相关研究数据,对菲尔德斯半岛地区的重金属水平与南极大陆其他地区及低纬度地区同类样品中的重金属水平进行对比分析,并对结果进行探讨分析。

2.1.2 菲尔德斯半岛地区重金属的迁移转化研究

   据国外文献报道,地衣中的重金属浓度分布规律与其所生长的环境表层土壤中的重金属浓度水平具有较强的相关性,在本研究前期采集的样品中,对于不同采样点的土壤和地衣同时采样,利用数学模型对样品分析结果进行统计分析,初步探讨重金属在地衣及土壤样品中的迁移转化。

同时,采用聚类法及富集因子法对土壤样品中的重金属含量分析数据进行处理,分析不同采样点土壤样品中重金属水平的分布特点及来源,识别土壤中重金属的来源,区分人为污染源及天然源,为评价该地区人类活动对环境的影响提供基础。

2.2工作目标

   通过对菲尔德斯半岛地区重金属元素的基线水平的分析,了解该地区重金属分布的地域特征,为后续建立完善的菲尔德斯半岛地区重金属元素分布数据库打下一定的基础,为拟建的“菲尔德斯半岛特别管理区”的环境管理提供科学依据。