我所张丽团队ES&T新成果：海底地下水排放是驱动新污染物陆海迁移的重要途径

近日，我所张丽副研究员团队在海底地下水排放驱动新污染物有机磷酸酯（OPEs）的陆海迁移过程及机制方面取得新进展。相关成果以“Submarine Groundwater Discharge Acts as a Significant Vector for Coastal Organophosphate Esters: Joint Evidence from Pollution Surveys and Radionuclide Analysis”为题在环境领域顶级期刊 Environmental Science & Technology（ES&T）发表。

OPEs是一类广泛应用于建筑材料、纺织品、电子产品及家居用品中的阻燃剂和塑化剂，同时也是一类新污染物。近年来其在海洋环境中的普遍高含量检出及其较高的生物毒性，已引发全球关注。目前，近岸OPEs来源的研究主要集中于河流输入、大气沉降和污水排放等地表途径，而关于其地下向海输送的认识不足。海底地下水排放（Submarine groundwater discharge，SGD）是驱动陆海界面物质交换的关键动力过程，已被认为是营养盐、碳及重金属进入近岸海域的重要途径。然而，关于新污染物通过SGD向海输送的研究仍十分有限，这可能导致其陆源输入量被低估。查明新污染物在沿海地下水和海水中的共存情况及其随SGD向海迁移特征及关键影响因素，是准确评估其SGD输送通量的关键前提。本研究以广西北部湾海域为代表区域，采集了123份地下水、潮滩间隙水及海水样品，系统开展了19种目标OPEs及水体理化参数的监测，通过整合OPEs浓度梯度、组成指纹特征、源解析以及与理化因子的关联性分析，并辅以氡同位素（²²²Rn）示踪，查明了SGD驱动OPEs的陆海迁移特征及潜在机制。

结果显示，OPEs在三类水体中广泛检出，地下水与潮滩间隙水中的OPEs总浓度相近，均显著高于海水（p<0.05）。地下水和海水主要检出含氯OPEs组分，潮滩间隙水中OPEs组成则表现出两类水体之间的过渡特征。不同水体中OPEs组分间的显著正相关（p<0.05）关系，以及主成分分析和正定矩阵因子分解模型得到的相似来源结果，共同提示OPEs可能沿地下水、潮滩间隙水向近岸海水迁移。

在此基础上，团队进一步考察了水体理化性质、溶解性有机质（DOM）与OPEs的关系，以探讨SGD驱动OPEs的陆海输送过程及潜在机制。结果表明：地下水中较高的OPEs水平一方面由于持续的陆源输入，另一方面得益于地下水有利的保存条件：微氧、酸性的环境，以及经微生物改造的类蛋白溶解性有机质（C2）的络合作用，可能抑制了OPEs的降解并增强了其迁移能力。因此，地下水充当了陆源OPEs的关键储库。当OPEs随SGD进入潮间带时，盐度的骤升可能促使原本络合的OPEs发生“载体转换”，使OPEs从初始载体C2上解吸。其中，结构复杂且疏水性较强的OPEs（如TCEP、TCIPP等）重新与更稳定的陆源腐殖质（C1）或沉积物颗粒结合，而亲水性较强的短链OPEs（如TEP）则被释放进入孔隙水。这一过程解释了地下水与孔隙水之间的组分差异，表明孔隙水可能发挥着生物地球化学“反应器”的作用。而海水中OPEs浓度的变化，由物理稀释、吸附作用以及微生物降解能力增强等多种因素共同驱动。例如，对于部分浓度显著下降的烷基取代OPEs（如TEP），SGD与地表径流输入的营养盐刺激浮游植物生长并促进自生源DOM的产生，进而加速了OPEs的微生物降解。而对于TCIPP和TCEP等浓度有所回升的OPEs，可能是由于其本身理化性质（较长的半衰期）和海上活动（航运和水产养殖活动等）持续输入共同导致。

为确认SGD驱动OPEs入海过程的存在，团队进一步研究了地下水和海水中²²²Rn的信号及其与OPEs浓度空间分布特征，发现：研究区地下水²²²Rn活度量级达数千Bq/m³，显著高于海水中的活度（210-641 Bq/m³）；²²²Rn与OPEs的浓度高值区基本吻合。此外，野外调查还发现研究区域潮滩上存在淡水井，即便在涨潮被淹没时仍保持全年持续向外排水，表明该区域存在明显的SGD现象。由此，综合污染物调查及²²²Rn示踪结果，从污染物特征和水文交换过程两个层面，共同证实了SGD驱动OPEs向海输送的事实。同时，团队结合既有钦州湾SGD水通量及入海河流输送OPEs通量资料，大致估算了该区域SGD输送OPEs的入海通量，发现与钦州湾两条主要入海河流输入OPEs的总通量位于同一数量级，说明SGD对近岸OPEs污染的贡献主要特别关注。研究成果为认识近海新污染物的地下输送途径提供了新证据，为基于陆海统筹的海湾新污染物治理提供数据支撑。

我所张丽副研究员为论文第一作者和通讯作者。中国海洋大学、桂林理工大学、南开大学、自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所等单位的科研人员共同参与了研究。该研究得到国家自然科学基金项目和广西重点研发计划项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.est.6c11341