环境化学与生态毒理学国家重点实验室在“三极”持久性有毒污染物研究中取得系列成果
发布时间：2019-02-10 14:27:01
中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室江桂斌、张庆华、杨瑞强、王亚韡、傅建捷、史建波、李英明、王璞、刘倩等组成的“三极”持久性有毒污染物研究团队长期系统地开展了南极、北极和青藏高原地区持久性有毒污染物（PTS）的赋存特征、来源解析、演变趋势及其环境与健康效应，为国家履行斯德哥尔摩公约和国际汞公约、维护国家权益提供了重要科学支持，形成了学术水平高、有凝聚力、在国际上具有一定影响力的研究集体。
1999年起，研究团队先后18人次参加了南极、北极科考，主持极地科考项目17项以及多项极地PTS国家自然基金项目。在极地科考工作中，参加成员本着科学创新、开拓进取和服务国家目标的指导思想，精心组织，勇于拼搏，承担的极地科考项目全部圆满完成，取得了突出的研究成果，得到管理部门的好评。
研究团队在国内外较早开始了青藏高原PTS长距离传输及其环境影响研究。2005年起，连续14年40余次赴青藏高原科考。在珠峰、林芝、墨脱及拉萨建立了长期大气PTS样品采集站点26个。2017年江桂斌院士倡导建立了西藏大学-中国科学院生态环境研究中心“高原生态环境与健康”联合实验室。主持青藏高原PTS的国家自然科学基金8项、基金委重大国际合作与交流项目“汞的分子转化与长距离传输机理研究”、国家973项目“持久性有机污染物的环境行为、毒性效应与控制技术原理”及基金委与联合国UNEP合作项目“新型持久性有机污染物的生殖发育毒性机制与筛选方法研究”等。
近年来，研究团队在ES&T等杂志发表三极PTS的环境赋存与分布、演变与分子转化、长距离迁移以及食物链累积等SCI论文60余篇，出版了《极地与高山地区持久性有机物染物的赋存与环境行为》、《汞的分子转化与长距离传输》和《Persistent Organic Pollutants in Asia》等有关三极PTS研究的专著。2017年被国家人力资源社会保障部和国家海洋局授予“中国极地考察先进集体”荣誉称号。
一、率先建立了三极PTS联合观测平台，获得了10余年的科学数据
系统完备的样品采集平台，是开展PTS环境化学行为研究的前提。江桂斌院士作为2009年26次队队员到达长城站时，发现站上实验条件十分简陋，根本无法满足开展基本的大气等样品采集和处理，更无法开展PTS时间演变研究。鉴于这种情况，研究团队决定加快基础实验设施和野外观测平台建设。从26次队张庆华开始，先后在长城站装备了4台大流量大气采样器和2套大气汞采样器，并首次在该地区开展了大气PTS主动样品采集分析工作。同时配备了生物样品冷冻干燥仪、大体积水样富集器等必要的样品前处理设备，基本可以满足PTS研究所需的水、土、气和生物样品的样品前处理需求。由于研究团队仅可进行度夏科考，无法得到极地冬季研究数据，为了获得大气中PTS常年的监测数据，团队和国家海洋环境预报中心合作，开展了全年大气中PTS监测研究。目前该监测活动已经持续8年多，获得了数百份宝贵的样品，部分研究成果已经以论文形式发表，这是国际上针对该地区大气中PTS主动大气数据的首次报导（Atmos. Environ., 2017）。研究团队经过近三年的努力，克服了恶劣天气和复杂地形的限制，在菲尔德斯半岛和阿德利岛区域建设了大气被动样品采集点14个，在北极黄河站所在的新奥尔松和伦敦岛地区建设了7个点位，建成了一个系统的极地PTS监测网，其规模在国际同行中也属先进行列，为提高我国极地科考地位做出了一定的贡献。利用这些监测网络，研究团队率先验证了聚氨酯泡沫（PUF）大气被动采样器在南极地区大气POPs 采样的适用性，解决了大气样品采集难题（Atmos. Environ., 2012）。基于高分辨气相色谱/高分辨质谱（HRGC/HRMS）技术，研究团队在多种极地样品中检测到超痕量水平的手性POPs，发现对映体选择性富集/消耗特征的普遍存在，为探查极地地区POPs 的来源和环境效应提供了重要信息（Sci. Rep. 2015; Atmos. Environ., 2017, 2018）。对南北极生态系统中短链氯化石蜡(SCCPs)长距离传输机制及其在食物链中的传递进行研究，发现SCCPs在长距离传输过程中的分馏现象，并揭示了极地水生食物链SCCPs的生物富集规律，为SCCPs环境风险评估提供重要参考（Environ. Int. 2016；Sci. Total. Environ. 2017）。
研究团队较早开始了青藏高原PTS长距离传输机制研究。张庆华研究员于2005年参加了珠峰科考，在珠峰北坡海拔3600-6500米采集了冰雪、植被和土壤样品，发现PTS污染物随海拔升高存在浓度放大现象，该研究成果(Chemosphere, 2009)已被SCI引用93次。研究团队率先报道了青藏高原环境PTS普遍赋存（Environ. Int. 2007），引起同行关注，论文已被SCI引用104次。研究团队率先揭示了藏东南峡谷通道成为青藏高原POPs的重要传输途径（Environ. Pollut. 2008）,并阐明了藏东南POPs的沉降机制 （Environ. Sci. Technol. 2013）。2011年在江桂斌院士的带领下，完成了第三极（珠峰站）设立大气长期采样点的科研部署，随后在西藏林芝、墨脱和拉萨设立大气PTS长期观测站点共26个。利用这些监测网络，首次揭示了青藏高原大气中SCCPs的赋存、时空分布和来源（Environ. Sci. Technol. 2017，Environ. Pollut. 2018）。研究团队较系统报道了青藏高原环境中汞稳定同位素的组成特征（Ecotoxicol. Environ. Saf. 2019），并于2017年在拉萨市、纳木错和色季拉山设置三个采样站点对大气汞同位素开展了持续监测，为青藏高原地区汞的大气传输及来源研究提供关键数据。同年，江桂斌院士倡导建立的西藏大学-中国科学院生态环境研究中心“高原生态环境与健康”联合实验室挂牌成立。实验室定位为立足青藏高原、瞄准世界科学研究前沿、突出区域特色，在西部地区领先、国内知名、世界具有一定影响力的高水平实验平台。研究团队长期坚持青藏高原PTS研究，为青藏高原国家生态安全屏障建设和高山地区基础科学研究发展了做出了贡献。
二、代表国家参加国际履约谈判，积极维护国家利益
斯德哥尔摩公约是保护人类和环境免受持久性有机污染物（POPs）危害的全球行动规划，我国是首批公约缔约国。能否在极地和偏远高海拔地区检出是判定某种化学品是否POPs的重要依据，因此三极POPs研究对我国履行国际公约具有十分重要的战略意义。而以往由于研究基础薄弱，此项工作都由西方发达国家主导。我国是发展中国家，很容易被西方发达国家利用公约的规定对我国某些产业进行限制，造成巨大的经济损失。研究团队的三极研究工作极大提高了我国PTS研究地位，增加了我国在公约谈判中的主动权。江桂斌、郑明辉、王亚韡以中国代表团成员身份已经50余次参加联合国环境署斯德哥尔摩公约缔约方大会。汞是唯一能随大气进行长距离传输的重金属污染物。鉴于汞的全球污染和危害，联合国环境规划署于2013年签署了《水俣公约》，使我国汞污染物研究面临国内环境保护和国际履约的双重压力，深入研究三极环境中汞的来源及迁移转化对于全面理解汞的生物地球化学循环及长距离传输过程具有重要意义。江桂斌作为国合会组织的汞污染问题专题专家组主要成员，参与领导完成了《中国汞管理政策》；郑明辉研究员担任中国履行《水俣公约》的技术总负责人，并承担中国履行《水俣公约》国家战略的制定；史建波研究员承担《水俣公约》成效评估汞监测布点方案的制定。团队的工作为我国开展相关的履约活动提供了重要技术支持，并为争取国家利益做出了重要贡献。
三、重视学科建设、培养领军人才
通过持续承担三极科考任务，研究团队逐步建立了PTS长距离迁移和三极地区环境影响的研究方向，取得了一系列原创性成果，形成了鲜明的研究特色，丰富了PTS的环境化学理论，促进了我国该领域的学科发展，在国内外学术界产生重要影响。同时培养了一支以中青年科研骨干为主体、充满朝气、富有开拓创新能力的研究队伍，在三极PTS研究领域具有一定的引领地位。研究团队成立以来，王亚韡、刘倩入选中组部“万人计划”青年拔尖人才，王亚韡和刘倩获得国家杰出青年基金支持，王亚韡、刘倩、史建波获得国家自然科学基金优秀青年基金支持。
四、促进国际合作、扩大学术影响
研究团队积极组织并参加国内外的学术会议。研究团队倡导了“极地及高山地区持久性有毒污染物(PTS)学术研讨会”，每两年召开一次，分别于2013、2015和2017年已经成功组织了三届会议，来自国内高等院校、研究院所数百人参加会议，成为国内本领域高水平的学术会议，获得同行的高度评价。目前研究团队已经和瑞典、挪威、加拿大、美国等国的同行开展了三极PTS国际合作研究，张庆华、史建波因出色的PTS研究工作分别荣获“The International Symposium on Persistent Toxic Substances”国际会议的“Young Scientist Award”。同时，团队成员还领衔或参与编写了UNEP的许多重要文件如《Global Environment Outlook, GEO-5》、《UNEP Year Book 2013》、《全球POPs监测技术导则》、参与制订“全球POPs监测行动计划”、“成效评估中国汞监测布点方案”等对履约及全球POPs污染控制有重要影响的技术文件，显著提升了我国在三极PTS研究的国际影响。
代表性论文:
- Hongwei Liu, Junjuan Shao, Ben Yu, Yong Liang, Bu Duo, Jianjie Fu, Ruiqiang Yang, Jianbo Shi, Guibin Jiang. Mercury isotopic compositions of mosses, conifer needles, and surface soils: Implications for mercury distribution and sources in Shergyla Mountain, Tibetan Plateau. Ecotoxicology and Environmental Safety, 2019, 172: 225-231.
- Pu Wang, Wenying Meng, Yingming Li, Qinghua Zhang*, Lin Zhang, Jianjie Fu, Ruiqiang Yang, Guibin Jiang. Temporal variation (2011–2014) of atmospheric OCPs at King George Island, west Antarctica. Atmospheric Environment, 2018, 191: 432-439.
- Jing Wu, Wei Gao, Yong Liang, Jianjie Fu, Yan Gao, Yawei Wang*, Guibin Jiang. Spatial Distribution and the Evolution Features of Short Chain Chlorinated Paraffins in the Atmosphere at Shergyla Mountain and Lhasa on the Tibetan Plateau of China. Environmental Science & Technology, 2017, 51: 11136-11144.
- Pu Wang, Yingming Li, Qinghua Zhang*, Qinghua Yang, Lin Zhang, Fubin Liu, Jianjie Fu, Wenying Meng, Dou Wang, Huizhong Sun, Shucheng Zheng, Yanfen Hao, Yong Liang, Guibin Jiang. Three-year monitoring of atmospheric PCBs and PBDEs at the Chinese Great Wall Station, West Antarctica: Levels, chiral signature, environmental behaviors and source implication. Atmospheric Environment, 2017, 150: 407-416.
- H Li, J Fu, W Pan, P Wang, Y Li, Q Zhang, Y Wang, A Zhang, Y Liang, G Jiang. Environmental behaviour of short-chain chlorinated paraffins in aquatic and terrestrial ecosystems of Ny-Alesund and London Island, Svalbard, in the Arctic. Science of the Total Environment, 2017, 590: 163-170.
- Huijuan Li, Jianjie Fu*, Aiqian Zhang*, Qinghua Zhang, Yawei Wang. Occurrence, bioaccumulation and long-range transport of short-chain chlorinated paraffins on the Fildes Peninsula at King George Island, Antarctica. Environment International, 2016, 94: 408-414.
- Pu Wang, Qinghua Zhang*, Yingming Li, Chaofei Zhu, Zhaojing Chen, Shucheng Zheng, Huizhong Sun, Yong Liang, Guibin Jiang. Occurrence of chiral organochlorine compounds in the environmental matrices from King George Island and Ardley Island, west Antarctica. Scientific Reports, 2015, 5(13913):1-7.
- Qinghua Zhang*, Zhaojing Chen, Yingming Li, Pu Wang, Chaofei Zhu, Guanjun Gao, Ke Xiao, Huizhong Sun, Shucheng Zheng, Yong Liang, Guibin Jiang. Occurrence of organochlorine pesticides in the environmental matrices from King George Island, west Antarctica. Environmental Pollution, 2015, 206: 142-149.
- Nali Zhu, Karl-Werner Schramm, Thanh Wang, Bernhard Henkelmann, Xiaoyan Zheng, Jianjie Fu, Yan Gao, Yawei Wang*, Guibin Jiang. Environmental fate and behavior of persistent organic pollutants in Shergyla Mountain, southeast of the Tibetan Plateau of China. Environmental Pollution, 2014, 191: 166-174.
- Ruiqiang Yang, Shujuan Zhang, An Li, Guibin Jiang, Chuanyong Jing. Altitudinal and spatial signature of persistent organic pollutants in soil, lichen, conifer needles and bark of the southeast Tibetan Plateau: Implications for sources and environmental cycling. Environmental Science & Technology, 2013, 47(22): 12736-12743.
- Yingming Li, Dawei Geng, Fubin Liu, Thanh Wang, Pu Wang, Qinghua Zhang*, Guibin Jiang. Study of PCBs and PBDEs in King George Island, Antarctica, using PUF passive air Sampling. Atmospheric Environment, 2012, 51:140-145.
- Pu Wang, Qinghua Zhang*, Yawei Wang, Thanh Wang, Xiaomin Li, Yingming Li, Lei Ding, Guibin Jiang. Altitude dependence of polychlorinated biphenyls (PCBs) and polybrominated diphenyl ethers (PBDEs) in surface soil from Tibetan Plateau, China. Chemosphere, 2009, 76(11): 1498-1504.
- Ruiqiang Yang, Tandong Yao*, Baiqing Xu, Guibin Jiang, Xiaoyan Zheng. Distribution of organochlorine pesticides (OCPs) in conifer needles in the southeast Tibetan Plateau. Environmental Pollution, 2008, 153(1): 92-100.
- Ruiqiang Yang, Tandong Yao, Baiqing Xu, Guibin Jiang*, Xiaodong Xin. Accumulation features of organochlorine pesticides and heavy metals in fish from high mountain lakes and Lhasa River in the Tibetan Plateau. Environment International, 2007, 33:151-156.
- ZW Yao, GB Jiang, HZ Xu. Distribution of organochlorine pesticides in seawater of the Bering and Chukchi Sea. Environmental Pollution, 2002, 116: 46-56.
2019年02月10日