论文部分内容阅读
硝基多环芳烃(Nitrated polycyclic aromatic hydrocarbons,NPAHs)是一类通过硝基取代的多环芳烃的衍生物,比母体多环芳烃具有更强的致突变、致癌、致畸毒性,并且广泛存在于各种环境介质中。又因其在环境中具有持久性和长距离迁移性,近年来受到研究者的广泛关注。土壤作为污染物的源汇,土壤中的NPAHs可能通过挥发、地表径流、土壤淋溶等途径导致大气、地表水体和地下水的污染,并可通过生物富集和生物放大作用在生物体内蓄积,对生态环境和人类健康具有潜在的危害和影响。然而,目前国内外关于土壤介质中NPAHs的赋存现状研究还较为有限。对不同区域土壤中NPAHs的赋存水平、来源和风险开展调查研究可为NPAHs在土壤中的污染特征及其污染控制提供基础数据支持。太滆运河地处太湖流域经济发达地区,运河区域位于北纬31°20′～31°54′、东经119°40′～120°12′,人口稠密、工农业生产密集,具有良好的区域代表性,推测区域内土壤已然受到了NPAHs的污染,对周边居民健康和生态环境构成威胁,迫切需要开展相关调查研究。本文以15种NPAHs和16种优控多环芳烃(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)为研究对象,选择太滆运河流域为研究区域,采集60个土壤样品,对研究区表层土壤中NPAHs及母体PAHs的赋存种类、浓度水平、空间分布特征、可能的污染来源、潜在的生态风险和人体健康风险进行了系统的研究,旨在了解太滆运河流域土壤中PAHs及其衍生物的污染状况和潜在风险,以期为区域的污染控制和相关部门的管理提供数据支持和理论依据。主要研究结果如下:(1)采用加速溶剂萃取-固相微萃取(Accelerated solvent extraction-Solid phase extraction,ASE-SPE)联合气相色谱-质谱(Gas chromatography-Mass spectrometry,GC-MS)分析方法对样品中NPAHs和PAHs进行了测定。结果表明,研究区土壤中15种NPAHs总浓度范围为14.3～137.9 ng/g,平均浓度为37.9 ng/g,检出率范围为73%～97%,主要污染物是1,8-二硝基芘(1,8-Dinitropyrene,1,8-DNPYR)、1,3-二硝基芘(1,3-Dinitropyrene,1,3-DNPYR)和5-硝基苊(5-Nitroacenaphthene,5-NACE);16种优控PAHs总浓度范围为117.4～1487.0 ng/g,平均浓度为451.8 ng/g,比NPAHs高一个数量级。检出率介于77%～100%之间,主要污染物是荧蒽(Fluoranthene,FLA)、菲(Phenanthrene,PHE)和芘(Pyrene,PYR)。NPAHs和PAHs均呈现出以高环(4～6环)污染物为主的组成特征,可能是因为低环的NPAHs和PAHs大多挥发性较强,含量容易受到大气运动、温度、光照等环境因素的影响,导致沉降在土壤中的含量不高。将研究区NPAHs和PAHs的污染现状与国内外相关研究以及相关评价标准进行对比,发现土壤中NPAHs和PAHs污染比较严重。(2)应用Arc GIS软件地统计分析模块反距离权重插值法分别绘制了研究区域土壤中NPAHs和PAHs污染空间分布图,结果表明,15种NPAHs整体上呈现出东北部含量较高,中部及西北部相对较低的分布特征,而16种优控PAHs空间分布特征与15种NPAHs相似,浓度高值主要集中在东北部和东南部地区,中部及西北部则相对较低。(3)通过NPAHs和PAHs与土壤理化性质的相关性分析发现,土壤p H值与NPAHs和PAHs含量无显著相关性。高环(4～6环)PAHs与TOC和TN含量均具有显著相关性,可能是由于高环PAHs相对于低环PAHs(2～3环)挥发性低,进入土壤速度缓慢,在土壤中受到TOC的吸附后可以达到平衡状态,因此,TOC和TN可能是影响土壤中PAHs残留与分布的重要因素。大部分NPAHs与TOC和TN含量与无显著相关性,可能是由于土壤中的NPAHs含量相对较低,而土壤微生物活动也会对NPAHs含量产生一定影响,导致无相关性。(4)通过Pearson相关系数分析发现,NPAHs和PAHs各单体之间具有良好的相关性,印证了它们的同源性。采用异构体比值法、主成分分析结合多元线性回归(Principal component analysis-multiple linear regression,PCA-MLR)法进行来源解析,结果表明,研究区土壤中NPAHs主要来源于一次直接排放,包括柴油机尾气排放和煤炭不完全燃烧源,其贡献率分别为76.1%和23.9%;PAHs主要来源于燃烧源,包括石油及煤炭燃烧、生物质燃烧、石油源及焦炉排放等三种来源,其贡献率分别为64.0%、18.9%和17.1%。(5)采用终身致癌风险增量模型,分别计算了太滆运河流域土壤中NPAHs和PAHs对成年人和儿童在3种暴露途径下的致癌风险度。结果表明,经口摄入和皮肤接触是人群暴露于NPAHs和PAHs主要途径,呼吸吸入途径产生的终生致癌风险(Incremental lifetime cancer risk,ILCR)可忽略不计。对于NPAHs,通过经口摄入和皮肤接触2种暴露途径产生的ILCR均是儿童大于成年人;对于PAHs,成年人的总ILCR值则大于儿童。参照美国EPA的评价标准,总体上研究区土壤中NPAHs和PAHs对人体存在高的健康风险。(6)采用生物毒性评价法和风险商值法对太滆运河流域土壤中PAHs的生态风险进行评价。根据生物毒性评价结果,大部分PAHs单体在所有采样点中极少产生负面的生态效应,但由于Bb F、Bk F、Icd P以及Bghi P在土壤中高的检出率,PAHs潜在的生态风险仍不容忽视。根据风险商值法的评价结果,各PAHs单体及∑PAHs均处于中等风险的状态。总体上,太滆运河流域土壤中PAHs存在中度的生态风险。