（环境科学专业论文）辽河口湿地土壤中多环芳烃的分布特征及来源解析.pdf

燃煤源( 1 8 5 ) ；2 0 0 9 年5 月石油交通的混合源( 7 4 8 ) 、燃煤( 1 8 5 ) 、交 通污染( 6 7 ) ；2 0 0 9 年8 月石油交通的混合源( 4 1 4 ) 、交通污染( 3 6 4 ) 和燃煤( 2 2 2 ) 。 p m f 模型解析结果表明，2 0 0 8 年1 0 月中，燃烧源是其主要来源，相对贡献 率达到了4 7 6 ，石油污染、交通燃油和炼焦的贡献相对较低，分别为1 7 9 、 2 0 0 和1 4 5 。在2 0 0 9 年5 月中，石油交通污染的贡献率最大，为3 2 2 ，其 余三种污染源的贡献率分别为燃煤( 2 8 8 ) 、石油污染( 2 4 6 ) 、炼焦( 1 4 4 ) 。 2 0 0 9 年8 月以石油污染和交通污染贡献率最高，贡献率分别为3 7 6 和3 2 7 ， 炼焦和燃煤的贡献率仅有1 3 8 和1 5 9 。 综合两定量模型的结果发现，燃煤、交通污染、石油污染和焦炉源是辽河口 湿地土壤p a h s 的四类主要来源，其中2 0 0 8 年1 0 月以燃煤和交通污染主，2 0 0 9 年5 月和8 月都是以石油和交通污染为最主要的污染源。 关键词：多环芳烃：分布特征；河口湿地；因子分析多元线性回归；正定矩阵 因子分解模型 dis t rib u tio na n ds o u r c e sa p p o r tio n m e n to fp a h sf r o m a o h e e s t u a rin ow e tia n dsolia o h ob s t u a riisiill a b s t r a c t 16p o l y c y c l i ea r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ( p a l - i s ) w g t em e a s u r e db yg c f i df o r 31s u r f a c es o i ls a m p l e sc o l l e c t e df r o ml i a o h ee s t u a r yw e t l a n di no c t o b e r2 0 0 8 ，m a y a n da u g u s t2 0 0 9 t h ed i s t r i b u t i o no fp a h si ns o i li nt h ed e g r a d e da n dn o n d e g r a d e d f r o ml i a o h ee s t u a r i n ew e t l a n dw e r ei n v e s t i g a t e di nt h i sa r t i c l e t h ep o s i t i v em a t r i x f a c t o r i z a t i o n ( p m f ) a n df a c t o ra n a l y s i s - m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i s ( f a - m l r ) w e r eu s e dt oq u a n t i t a t i v e l ya p p o r t i o ns o u r p c e so fp a h si ns u r f a c es o i l so nt h eb a s i so f d i a g n o s t i cr a t i oa n a l y s i sc o n c l u s i o n t h i sw o r kw o u l dp l a y a l li m p o r t a n tr o l ei n u n d e r s t a n d i n gt h ep o l l u t i o nl e v e l sa n dd i s t r i b u t i o no fp a h si ns o i la n dt r a c k i n gt h e m a i np a h ss o u r c e si nl i a o h ee s t u a r i n ew e t l a n d t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h et o t a lc o n c e n t r 撕o n so fp a i l si ns u r f a c 宅s o i lr a n g e d f r o m2 9 3 4t o1 9 3 6 9n g 百1w i t ham e a no f8 5 1 5n g 岔1 ，w h i c hi sa ta b o v et h e a v e r a g el e v e lo fp a i l sp o l l u t i o n sc o m p a r e dw i t hr e l e v a n ta r e a sw o r l d w i d e t h e c o n c e n t r a t i o n so fn a p ，p h e ，a c y , p y r ，f l a , a c ea n df i ei nd i f f e r e n ts t a t i o n sw e r ea t h i g h e rl e v e l s ，w h i c ha c c o u n t e df o rm o r et h a n6 5 o f t h et o t a lp a h sc o n t e n t s ，w h i l e t h ep r o p o r t i o no ft h eh i g hm o l e c u l a rw e i g h tw a sr e l a t i v e l yl o w a c c o u n t i n gf o r2 0 8 i nt h eu n - d e g r a d e da r e a s ，t h es e q u e n c eo fp a h sc o n c e n t r a t i o n si nd i f f e r e n ts e a s o n s w a so c t o b e r2 0 0 8 m a y2 0 0 9 a u g u s t2 0 0 9 t h ep r o p o r t i o no fl o wm o l e c u l a r w e i g h ti sh i g h e rt h a nm e d i a na n dh i 曲m o l e c u l a rw e i g h ti n t h r e es e a s o n s t h e c o n t e n t so fp a i l si nt h er e e df i e l dw e r eh i g h e rt h a nb e a c h ，w h i l et h ec o n s t i t u t eo f p a h sr i n g si nt w ot y p e sw e r es i m i l a r t h e r ew e r en oc o r r e l a t i o n sb e t w e e np a i l s c o n c e n t r a t i o n sa n dp h ，s a l i n i t ya n do i lc o n t e n t s ，w h e r e a ss i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n sw e r e f o u n db e t w e e np a il sc o n t e n t sa n do r g a n i cm a t t e ra n dc l a y i nt h ed e g r a d e da r e a s ，t h eo r d e ro fp a l - i sc o n c e n t r a t i o n si nd i f f e r e n ts e a s o n si s o c t o b e r2 0 0 8 m a y2 0 0 9 a u g u s t2 0 0 9 t h ep r o p o r t i o no fl o wm o l e c u l a rw e i g h ti s h i g h e rt h a nm e d i a na n dh i g hm o l e c u l a rw e i g h ti nt h r e es e a s o n s t h ec o n t e n t so fp a h s i nt h eo i lw e l lr e e df i e l dw e r eh i g h e rt h a ns u a e d ah e t e r o p t e r ad e g r a d e da r e aa n dr e e d i i i d e g r a d e da r e a t h ep r o p o r t i o n so f p a h sw e r ed o m i n a t e d b yl o wm o l e c u l a rw e i g h ti n t h r e ed e g r a d e da r e a s ，a n dt h eo i lw e l lr e e df i e l ds h o w e dt h ef e a t u r eo fo i ls p i l l p o l l u t i o n t h e r ew e r en oc o r r e l a t i o n sb e t w e e np a h sc o n c e n t r a t i o n sa n dp ha n d s a l i n i t y , w h e r e a ss i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n sw e r ef o u n db e t w e e np a h sc o n t e n t sa n d o r g a n i cm a t t e r , c l a ya n d o i lc o n t e n t s d i a g n o s t i cr a t i oa n a l y s i si l l u s t r a t e dt h a tp y r o l y s i sw a st h em a i ns o u r c eo fp a i l s i no c t o b e r2 0 0 8 ，i n c l u d i n go i l c o m b u s t i o n ( g a s o l i n ec o m b u s t i o n a n dd i e s e l c o m b u s t i o n ) ，b i o m a s sb u r n i n ga n dc o a lc o m b u s t i o n ；w h i l et h em i x e dp o l l u t i o no f p y r o l y s i sa n do i ls p i l lw a st h ed o m i n a n tp a h ss o u r c ei nm a ya n da u g u s t2 0 0 9 ， i n c l u d i n go i lp o l l u t i o n ，o i lc o m b u s t i o na sw e l l 丛b i o m a s sa n dc o a lc o m b u s t i o n b a s e do ns p s s13 0s o f f v c a r e ，f a m l rm o d e lw a sa p p l i e dt oi d e n t i f yt h ep a h s s o u r e o s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em a j o r8 0 u l c ei no c t o b e r2 0 0 8w a sc o a l v e h i c u l a r e m i s s i o n ，o i l t r a f f i ce m i s s i o na n dc o a lc o m b u s t i o n ，w i t hc o n t r i b u t i o n so fa n d4 4 4 ， 3 7 1 a n d18 5 w h i l et h em i x t u r eo fv e h i c u l a re x h a u s ta n do i ls p i l lw a st h em a j o r s o u r c 圮i nm a ya n da u g u s t2 0 0 9 ( a c c o u n t e df o r7 4 8 a n d4 1 4 r e s p e c t i v e l y ) p m fm o d e lw a sa l s ou s e dt oq u a n t i t a t i v e l ya n a l y z et h em a i np a h ss o u r c e si n l i a o h ee s t u a r yw e t l a n d s 。t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h em a i ns o u r c e so fp a h sw e r e c o a lc o m b u s t i o n , o i ls p i l l ，t r a f f i ce m i s s i o na n dc o k eo v e ni no c t o b e r2 0 0 8 ，w i t h c o n t r i b u t i o n so f4 7 6 ，17 9 a n d2 0 o a n d14 5 ，r e s p e c t i v e l y o i l t r a f f i c e m i s s i o n ，c o a lc o m b u s t i o n , o i ls p i l la n dc o k eo v e n , w i t hc o n t r i b u t i o n so f3 2 2 ， 2 8 8 ，2 4 6 a n d1 4 4 ，r e s p e c t i v e l y , w e r et h em a i np a i ls o u r c e si nm a y2 0 0 9 i n a u g u s t2 0 0 9 ，o i ls p i l l 丽mac o n t r i b u t i o no f3 7 6 w a sd o m i n a n t , f o l l o w e db yt r a f f i c e m i s s i o n , c o k eo v e na n dc o a lc o m b u s t i o n , w i t hc o n t r i b u t i o n so f3 2 7 ，13 8 ，a n d 1 5 。9 ，r e s p e c t i v e l y t h e r ew e r es o m ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et w om o d e l sr e s u l t s ， a n dp m fm o d e l sr e s u l tw a sm o r es u i t a b l ef o r t h ea c t u a lp o l l u t i o n si nl i a o h ee s t u a l - y w e t l a n d s t h e r ew e r es o m ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h et w om o d e l sr e s u l t s a n dt 1 1 ep h 伍 m o d e l sr e s u l tw a sm o r es u i t a b l ef o rt h ea c t u a lp o l l u t i o n si nl i a o h e e s t u a r yw e t l a n d s c o m p a r i n gt h et w or e s u l t sf r o md i f f e r e n tm o d e l s ，w ek n o wt h a tc o a lc o m b u s t i o n , t r a f f i ce m i s s i o n , 0 i 1s p i l la n dc o k eo v e nw e r et h es o u l c 宅$ o fp a il si ns o i l sf i o m l i a o h ee s t u a r i n ew e t l a n d t h ec o a lc o m b u s t i o na n dt r a f f i ce m i s s i o nd o m i n a t e di n i v o c t o b e r2 0 0 8 ，w h i l et h eo i ls p i l la n dt r a f f i ce m i s s i o nw o r et h em a j o rp a h ss o u r c e s i n m a ya n da u g u s t2 0 0 9 。 k e y w o r d s ：p a h s ；d i s t r i b u t i o n ；e s t u a r i n ew e t l a n d ；f a m l r ；p m f u 刖吾 河口湿地是分布于陆地和水体系统之间的过渡生态系统，是陆地与海洋的交 接地带，具有多种环境功能和生态价值，同时又是环境脆弱带和敏感带，极易受 人类活动的干扰和破坏。河口区独特的生态系统使得其对各类污染物的响应非常 敏感。近年来，由于各类陆源污染物的排放以及人们长期过度的开发利用行为， 河口湿地的生态环境质量逐渐趋于恶化。河口湿地及周边地区各类工业污染排 放、陆地与海上油田及船舶的溢油泄漏、港口与码头产生的污染等，使得河口生 态环境中的有机污染物日益增多，严重超出了河口湿地的自净能力，从而使得各 种污染事件频繁出现。多环芳烃( p o l y c y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ，p a i l s ) 是一 类广泛分布于环境之中的碳氢化合物，其分子中包含有两个或两个以上的苯环。 它具有显著的“三致效应 ( 致癌、致畸和致基因突变) 和难降解性，石油类产 品、柴木、煤炭、可燃性气体等物质的不完全燃烧以及还原情形下的热分解是其 重要的输入来源。此外，地质成岩作用、森林和草原火灾、火山爆发以及陆生和 水生植物、微生物的合成作用等亦构成了环境中p a h s 的天然本质。土壤和沉积 物富含有机质，易于吸附亲脂性污染物，是河口湿地环境中p a i l s 的两个最主要 的汇。土壤是p a h s 迁移、转化、积累的中转站；存储于土壤中的p a i l s 会通过 植物根系的吸收作用而转移到植物体内，向下迁移进入到深层土壤和地下水中， 或可经过食物链的生物累积作用而进一步地富集并放大，进而对河口湿地生态中 的不同种群与群落，包括人类自身的健康安全造成重大的威胁，引起湿地生态环 境系统的衰变，并最终演化成为湿地退化。 近年来，国内外有诸多研究学者针对河口湿地土壤沉积物中多环芳烃的分 布特征及来源解析进行了分析，还有部分研究人员还对其生态风险进行了评估。 通过对不同区域土壤沉积物中多环芳烃的污染状况进行比较可知，不同时间、 不同地点河口湿地环境中p a i l s 的浓度水平相差甚大。值得注意的是，现有的关 于湿地p a h s 研究很少有关注湿地退化区和非退化区中p a h s 的分布差异性，因 而对辽河口湿地退化区和非退化区p a i l s 时空分布进行研究具有较大的现实意 义。由于p a i l s 在环境当中来源复杂且分布广泛，这给河e l 湿地生态环境的控制 和管理带来了很大的不便。因而从源头控制p a h s 的污染，并定量解析其污染来 源就显得极其必要。源解析指运用定性或定量的分析手段来识别环境之中队h s l 运塑旦湿丝圭堡主垒巫羞丝麴坌塑赞丝丞苤逝簦堑 的贡献污染源，并计算相应污染来源的贡献大小。目前已有大量研究学者运用多 种包括定性和定量手段对环境中p a h s 的来源进行了研究分析，f a m l r 模型是 一种较为常用的模型，该方法对p a h s 的源成分谱依赖性较低，使用起来较为简 便。p m f 模型是在因子分析基础上发展的一种新型源解析模型，它在求解过程 中对因子载荷和因子得分做出非负约束，使得因子载荷和得分更具有可解释性和 明确的物理意义。p m f 模型长期以来一直局限应用于大气领域，近年来，已有 学者尝试将其应用于土壤和沉积物中，并取得了较好的结果。本研究以辽河口湿 地作为研究对象，分析了其退化区和非退化区的时空分布特征，并利用p m f 模 型和f a m i ，r 方法对土壤中p a h s 进行定量源解析，为进一步控制和治理辽河口 湿地p a h s 污染，保证区域可持续发展提供基础数据和背景材料。 2 1 文献综述 1 i 多环芳烃( p a h s ) 概述 1 1 1p a h s 的结构与理化性质 p a h s 是指分子结构中含有两个或两个以上苯环的碳氢化合物。根据其苯环 连接方式可将p a h s 分为芳香稠环型和芳香非稠环型，通常所说的p a h s 均是指 稠环型【1 1 。 p a h s 在环境之中的污染含量虽然属于微量水平，但却难以降解且分布广泛， 并伴有较为显著的“三致效应” ( 致癌( c a r c i n o g e n e s i s ) 、致突变( m u t a g e n e s i s ) 和致畸( t e r a t o g c n c s i s ) ) 和生物积累效应，是一类典型的持久性有机污染物。目 前已发现多环芳烃类物质中有4 0 0 多种具有致癌作用，而其中的苯并( a ) 芘的致 癌特性最强，在各国饮用水标准中多用其作为控制化合物。美国环保署在1 9 7 9 年列出的优先控制污染物“黑名单 中就有1 6 种p a h s ，其结构见图1 1 。 国国 萘 n 印 苊烯 a c y 苊 a c e 芴 f i e 国圆岛 菲 p h c 蒽 a n t 荧葸 f l a 芘 p ” 硼妒叩洳 苯并( a ) 葸 b a a 屈 c h r 苯并( b ) 荧葸 b b f 苯并伙) 荧葸 b k f 国胁秽曲 苯并( a ) 芘 b a p 茚并( 1 ，2 ，3 ) 芘 二苯并( a ) 葸 苯并( g ，h ，i ) 茈 i n dd b a h a b g h i p 图1 - 11 6 种典型优先控制p a l l s 的化学结构式 p a h s 具有辛醇一水分配系数大、疏水性强和蒸气压小等特点。当分子量和 苯环数增加的时候，p a h s 的溶解度、饱和蒸汽压、亨利常数会减小，挥发性和 水溶性减弱，而辛醇水分配系数却是表现出截然相反的规律，这说明分子量大 的p a h s 具有更强的亲脂性。进入到环境中的p a h s 会经历一系列化学、物理以 及生物化学反应，如不同相间的吸附、氧化、光解、挥发以及生物转化等，这些 p a h s 的环境行为与其本身的理化性质密切相关。 1 1 2p a h s 的来源 p a h s 的来源可分为天然和人为两大类【2 1 。其具体的形成机理比较复杂，一 般认为石油类产品、柴木、煤炭、可燃性气体等物质的不完全燃烧以及还原情形 下的热分解是其重要的输入来源。环境中p a h s 的天然源主要来自地质成岩作用、 森林和草原火灾、火山爆发以及陆生和水生植物、微生物的合成作用等【3 训，它 们构成了人类环境的“自然本底 。人为来源主要包括化石燃料和生物质的不完 全燃烧以及化石燃料自然挥发或泄漏等过程，它是p a h s 污染的主要来源【5 】。根 据污染源的排放方式，人为污染源又可以分成流动源和固定源。流动源通常是指 交通工具的发动机燃烧排放，其排放受燃料类型、燃烧条件、尾气处理措施等因 素的影响。固定源的范围相比流动源更为广泛，包括有居民日常生活以及工厂生 产中所用的燃烧煤、垃圾焚烧及电厂污染排放，炼焦和炼油过程产生的废气，日 常生活中的采暖、烹饪等，这些多环芳烃污染的排放与燃料具体的类型、燃烧使 用的设备等因素息息有关 6 - r l 。不同的国家和地区因其能源结构的不同，p a h s 的 来源也存在着一定的差异，我国是以煤炭为主要能源的国家，固定源的贡献比重 要远大于流动源1 8 。 1 1 1 3p a i l s 的环境行为 进入到大气中的p a h s 多是和各种类型的固体颗粒物及气溶胶结合一起。因 此，大气颗粒物的理化性质以及气象条件对p a h s 的分布、停留、迁移、转化、 干、湿沉降等行为起到重要作用。存在于大气中的多环芳烃会有部分通过干、湿 沉降过程进入到水体相、沉积物相以及土壤相中，而其中的大部分会因受到高温、 紫外线等环境因素的影响氧化分解为其它产物，进入土壤、水体和沉积物中咿j 。 进入到土壤中的p a h 大部分吸附在土壤中的有机质中，小部分被植物吸收 利用，还有小部分通过雨水淋融作用渗透到地下水中；由于p a h s 具有低水溶性 和高亲脂性，进入水体中的多环芳烃极小一部分能溶解在水中，大部分吸附在悬 浮颗粒物中，随颗粒物沉降又进入沉积物中；进入到沉积物中的多环芳烃，一部 分随颗粒物再悬浮到水体，另一部分在沉积物中富集。吸附于植物叶片表面上的 p a l - i s 可以通过光降解来消减。多环芳烃的环境行为因其物理化学性质的不同而 不同。p a h s 由释放源不断地输入到环境中，并在环境中发生迁移、转化，其主 要环境行为如图1 2 所示。 1 2 河口湿地p a h s 分布特征 河口湿地生态系统位于河流与海洋生态系统的交汇处，是分布于陆地和水体 系统之间的过渡生态系统，具有多种环境功能和生态价值，同时它也是环境脆弱 带和敏感带，极易受人类活动的干扰和破坏。河口区独特的生态系统使得其对各 类污染物的响应非常敏感，其中有机污染物由于其巨大的危害性而引起了人们较 大关注。河口及周边地区各类工业污染排放、陆地与海上油田及船舶的溢油泄漏、 港口与码头产生的污染等，使得河口生态环境中的有机污染物日益增多，严重威 胁了人类健康。 1 2 1 湿地土壤沉积物p a h s 分布 湿地生态系统中的p a h s 广泛分布在大气、土壤、水体、沉积物以及植物等 各种环境介质中。p a h s 可以通过大气和水体的流动而发生长距离迁移。土壤和 沉积物富含有机质，易于吸附亲脂性污染物，是湿地环境中p a h s 的两个最主要 的汇。近年来，国内外学者对于湿地生态系统中沉积物土壤中p a h s 的含量与分 图l - 2p a l ：i s 在环境中的迁移转化途径 布特征开展了诸多研究。k i m b r o u g h 等i lo j 研究了e l i z a b e t hr i v e r 湿地地区不同土 地利用方式对沉积物中p a h s 含量的影响，研究结果显示不同土地利用方式中沉 积物的p a i l s 含量大小为：商业用地 工业用地 居民用地 未开发用地，面源 p a h s 的输入是该区域p a h s 的主要来源。s a r t o r i 等【1 1 l 对美国奥克拉荷马地区加 拿大河区湿地土壤中p a h s 的分布进行了分析，结果显示p a h s 含量在1 6 1 2 0 0 0 n g g ，平均值为1 3 0 0n g g ，高环p a h s 所占比重较大，大气沉降是其p a h s 污染 的重要输入源。z u l o a g a 等【1 2 l 对印度s u n d e r b a n 红树林湿地中的表层沉积物中的 p a h s 分布进行了研究，结果发现1 6 种p a h s 的含量在1 2 2 - - 5 3 4n g g ，影响p a h s 分布的因素较为复杂，其中总有机碳( t o c ) 的含量是一个重要因素。“等l i 川 分析了香港红树林湿地的柱状沉积物中p a h s 的分布，结果表明1 6 种p a i l s 含量 随着沉积物的深度增加而递增，含量范围为1 3 0 0 5 0 0 0n g g ，最低值和最高值 分别位于0 - 2c m 和1 0 - 1 5c m 土层中；研究柱状沉积物样品中p a h s 的分布特 征发现，高环p a i l s 比重达到了8 9 ，推测其来源可能为柴油的不完全燃烧污染。 l i a n g 等【1 4 】研究了香港米埔湿地表层沉积物中p a h s 的季节分布，结果显示p a h s 含量范围为2 6 0 - 3 7 3n g g ，且夏季比冬季的p a h s 含量要相对较高，分析其原因， 可能是由于该区域在夏季受季风循环影响较为严重，导致其随湿沉降而沉积下来 的p a l - i s 输入相对较多。l u 等【1 5 】对福建九龙江口红树林湿地沉积物和红树林根 部的p a i l s 含量进行了研究，结果发现p a h s 在湿地沉积物和红树林根部的含量 分别为1 9 3 4 4 - - 2 7 0 5 3n g g 和3 0 8 3 - - 6 2 7 3n g g ，单体p a l - i s 以b a p 、f l a 和p ) ，r 为主，与其他的红树林湿地相比，九龙江口红树林湿地的p a h s 污染水平处于相 对较低的水平。y a n g 等人【1 6 1 对黄河1 ：3 三角洲湿地的表层沉积物中p a h s 进行分 析，结果显示测试样品中p a h s 的污染水平为2 3 9 - 5 2 0 6n g g 。不同采样点p a h s 的污染水平差异比较明显，靠近油井地区的采样点p a h s 浓度明显高于其他地区。 袁红明等对黄河三角洲的北部湿地表层土壤中的p a h s 进行定量分析，结果表 明该区域土壤中p a l - i s 总量范围处于2 7 4 3 - 1 2 8 9 7n g g 之间，p a h s 空间上的分 布特征整体上看是呈现面源污染的特征。与世界其他地区相比，该区域的p a l - i s 污染程度相对较低。 引起湿地土壤沉积物中p a h s 含量差异的因素很多，除了污染源及气候条件 差异以外，土壤及沉积物基质本身的理化条件也是重要的影响因素。有大量学者 认为，有机碳( t o c ) 含量是影响p a h s 含量分布的重要条件，t o c 含量越高， 基质吸附p a h s 的能力就越强【1 4 ，1 8 9 1 ；然而也有部分学者认为，在这个吸附过程 中，起决定作用的是基质中的黑炭含量，黑炭含量与p a h s 含量呈现显著的相关 性1 2 02 2 1 。此外，土壤沉积物的粒径分布也是影响p a h s 含量分布的重要条件1 2 3 - 2 4 】。 1 2 2 湿地植物p a h s 分布 植物对p a h s 的环境归趋有重要影响，它是环境中p a l - i s 的一个重要的汇。 一般认为，环境中的p a h s 进入植物体内通常有2 种途径【2 5 】：通过根部吸收并 伴随蒸腾流沿木质部向地上部分迁移；通过气态扩散或颗粒态沉降被植物叶片 2 垄塑旦堡丝堡虫玺墅茇丝鲤坌查簦堑毽苤缰丝堑 吸收。g u d d a l 2 6 于1 9 5 9 年首次报道植物体内的p a h s 浓度，研究发现生长于城 市道路两旁和炼油厂附近的植物的叶、茎和根中p a h s 较非污染地区高出几倍甚 至几十倍。s i m o n i c h 等【2 刀研究美国东北部地区植物中p a h s 发现，植物能够富集 当地p a h s 排放量的2 6 , - 6 2 ，并且随着植物叶片的脱落，p a h s 最终会进入到 土壤中。g a u u l i n 等【捌基于前苏联农业地区p a h s 数据，运用概念模型阐释了p a h s 在空气一植物一土壤系统中的迁移模式，研究发现气态p a h s 可直接进入植物气 孔，而颗粒态p a h s 需要先分配到植物的腊质表层中，然后才能进入植物体内， 植物的叶面积含腊量等对p a h s 吸收有重要影响，植物体内p a h s 挥发速率与温 度、挥发与蒸汽压、风速及暴露面积有关，植物根部对土壤中p a h s 的吸收具有 低浓度高有效性和高浓度抑制性的现象。s u 等【2 9 1 研究发现水稻根部p a h s 含量 高于稻苗，根部p a h s 的浓度随土壤溶液和根围中浓度的增加而适当增加，稻苗 中p a h s 浓度不随土壤溶液、根部、根围土壤中的浓度而变化，水稻的吸收和根 际效应难以有效的降低土壤中p a h s 含量。 近年来，关于湿地植物中p a h s 的分布也逐渐引起了学者们的关注。尹莉莉 【3 0 】研究了扎龙湿地芦苇、草根和沉积物中p a h s 的含量分布，结果显示在p a h s 含量上，沉积物 芦苇茎 苇根 草根，芦苇比草根对环境中的p a h s 有更强的 富集能力。对芦苇植株而言，芦苇茎对于低、中环p a h s 的富集能力要高于苇根， 高环p a h s 正好相反。 t i a n 等3 1 】分析珠江三角洲采集6 种树的叶子p a h s 浓度的种间变化、空间变 化和季节变化。不同树种的吸收p a h s 的能力的差异，可能是由叶子表面油脂含 量和叶子的表面积不同导致的。城市和工业区内的树叶中p a h s 含量是农村地区 的两倍多。树叶中p a h s 的含量季节变化趋势与大气中p a h s 季节变化趋势并不 相同。 秦宁等【3 2 】在研究小白洋淀三种主要挺水植物( 荷花、蒲草和芦苇) 中1 6 种 优控多环芳烃的分布特征及影响因素时发现，同种植物的叶中p a h s 含量最高、 茎中次之、根中最低；p a h s 各组分在植物不同组织中的分布模式极为相似，均 是以低环p a i l s 为主，中环p a h s 次之，高环p a i l s 很低：p a i l s 在挺水植物中的 含量与其含脂率呈显著的正相关关系，与辛醇水分配系数( k o w ) 和辛醇大气 分配系数( k o a ) 具有显著的负相关关系。 墨 田大伦等【3 3 】研究樟树生态系统中p a h s 的分布特征时发现，在樟树各器官 中，以树皮中p a h s 含量最高，树干最低，其他依次为籽实、树根、树枝和树叶。 赵兴茹等p 4 】研究了典型持久性有机污染物在营口和东营潮间带翅碱蓬中的 分布特征，发现翅碱蓬对p a h s 的吸收是通过根部和叶片共同吸收，并且翅碱蓬 植物中的p a i l s 含量与沉积物中的p a h s 没有相关性，但是受沉积物中有机质的 影响较大，低环p a h s 更容易在植物中富集，高环p a h s 较难迁移，不利于植物 吸收。 1 3p a h s 源解析方法 源解析指运用定性或定量的分析手段来识别环境之中多环芳烃的贡献污染 源，并计算相应污染来源的贡献大小。目前常用的源解析方法有包括碳同位素法、 特征化合物法、比值法的定性和半定量方法以及包括化学质量平衡模型( c m b ) 、 主成分分析因子分析多元线性回归( p c 眦m l r ) 、逸度模型、非负约束因子 模型( f a 小烈c ) 和正定矩阵模型( p 姗) 的定量方法。 1 3 1 定性和半定量源解析方法 1 3 1 1 特征化合物法 特征化合物法是依据污染源排放中含有某种特有的p a h s 化合物来确定污染 物源的一类方法。常用的特征化合物包括晕苯( c o r o n e n e ) 、惹烯( r e t e n e ) 和花 ( p e r y l e n e ) 等，分别用来指示木材燃烧【3 5 】、交通源【3 6 1 、和生物来源 y t - 3 s 。 1 3 1 2 比值法 p a h s 在不同的产生过程中会存在一些独特的比值，比值法即是根据这些特 定的比值来判定污染物来源。低分子量与高分子量p a h s 的比值( l h ) 和同分 异构体间的比值是常用的比值法。表1 1 列出的是不同污染源的特征p a h s 比值 范围。 农l - i 不同污染源的特征p a h s 比值i 舢1 特征比值l h f 8 l f l a f f l a + p y r )a n t ( p h e + a n t )i n d ( b g h i p + i n d )b a a ( c h r * b a a ) 石油污染 0 2 0 0 0 9 一- 0 2 2 o 2 5 0 4 5 0 4 8 0 5 7 o 5 3 0 5 7 0 7 l 比值法比较简单，目前国内外学者应用的相对较多。m a l i s z e w s k a - k o r d y b a c h 等1 4 4 1 运用比值法对波兰耕地土壤p a i l s 进行解析，结果显示煤、木柴等燃烧是其 主要来源，液体燃料和交通源是其次要来源。a g a r w a l 等1 4 5 】运用该方法分析了印 度新德里农业土壤p m - t s 的来源，结果表明化石燃料和生物质的燃烧是其主要的 来源。s a m u e l 等m 】应用比值法对n i g e r 三角洲的土壤和沉积物中p a h s 进行了 源解析，结果显示燃料燃烧是土壤中p a h s 的主要来源，而沉积物的p a h s 污染 可能是来源于石油污染。该方法在我国香港农村和城市土壤m 、杭州市郊区表 层土壤1 4 8 】和大清河流域表层土壤1 4 9 ) 的p a h s 源解析中也有成功的应用。 比值法使用起来比较简单，它可粗略地判断主要污染源，但结论存在一定的 不确定性，因而该方法通常会和其他源解析方法一起使用。 1 3 1 3 碳同位素法 p a h s 单体化合物的稳定碳同位素组成结构在光照、挥发和生物作用下变化 不大，且由不同污染源产生的p a h s 单体化合物的稳定碳同位素也是不尽相同， 因而可以利用p a h s 的分子碳同位素组成结构特征来解析其污染来源。 s u n 等【5 0 】利用稳定碳同位素法对英国g l a s g o wg r e e n 地区土壤p a h s 进行了 源解析，结果表明炼焦厂的高温作业过程产生的污染是其主要来源。g l a s e r 等【5 u 将比值法和稳定碳同位素法结合，对德国b a y r e u t h 市高速公路附近地区土壤的 p a h s 进行源解析，显示交通燃油燃烧和轮胎磨损等是其主要来源。苑金鹏等1 5 2 】 运用稳定碳同位素对天津市土壤中p a h s 的来源进行了研究，结果显示化石燃料 燃烧产物的干一湿沉降是其主要来源。欧冬妮等【5 3 l 利用该方法对长江口滨岸悬 浮颗粒物与表层沉积物进行了研究，结果显示多环芳烃的主要来源是柴油、汽油、 木柴和煤炭的不完全燃烧。 l q m 5 舶髓 勋 兜 觚 挑 删 一 m m 啷 黜 脚 刈 一 舻阶 妒啷舻 舫 o o 舫 啪 协 哪 一 一呲 呲 c ( o o 舶 m m 脚糯 ! 呈 m 一 一 峨 o o m 仉 玑 m 稳定碳同位素精度较高、计算简单，一般应用于污染来源类型简单以及稳定 同位素组成较为突出的研究，但其所要求的实验仪器及条件较高，因而应用受到 一定的限制。 1 3 2 定量源解析方法 1 3 2 1 逸度模型 逸度是衡量物质脱离某一相倾向能力大小的热力学量。m a c k a y 于1 9 7 9 年首 次提出了逸度模型5 4 1 ，并将这一概念引入到有机物质在多介质环境中的预测与 分布研究中去。2 0 0 0 年，m a c k a y 等【5 5 】又将该模型应用于加拿大圣路易湖多环芳 烃的来源解析研究中，计算显示a l c a n 铝厂大气污染排放对圣路易湖多环芳烃的 贡献率是达到了5 6 o 。 孙慧超【5 6 】应用i i i 级多介质环境逸度模型研究了大连市内4 区1 7 种p a h s 的 多介质环境行为，结果显示p a h s 的排放量为3 4 仇，其中燃煤、燃柴油或汽油 机动车和工业燃柴油或重油排放分别占8 0 、1 4 和6 。唐明金等【5 7 1 通过逸度 模型研究了1 6 种p a l - i s 在粤港澳地区土壤、大气、水和沉积物四相间的迁移通 量和浓度分布，结果显示化石燃料燃烧是当地p a l - i s 的主要来源，大气和土壤中 的降解是其消失的主要途径。董继元等【5 8 1 利用级逸度模型模拟计算了稳态条 件下b a p 在兰州地区的多介质环境行为，结果显示化石燃料的不完全燃烧燃烧 以及大气的平流输入是兰州地区b a p 的主要污染来源。 逸度模型仅需要污染物的理化性质及环境参数，模型的计算也较为简便，一 般适用于多介质的环境系统。值得注意的是，当该模型在非线性环境和非均相中 运用时会存在一定的不确定性，从而给其应用的范围带来了一定的限制。 1 3 2 2 化学质量平衡模型 化学质量平衡受体模型( c ) 是七十年代初由m i l l e r 等和w i n c h