（环境工程专业论文）区域环境苔藓中pahs污染特征研究及源解析.pdf

摘要 i i i 1l i ii l l li ii l lli il 、t17 4 6 6 4 8 摘要 多环芳烃( p a h s ，p o l y e y c l i ca r o m a t i ch y d r o c a r b o n s ) 是一类广泛存在于各 种环境介质中的典型持久性有机污染物( p o p s ，p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ) ， 对环境和人体健康具有较大危害，揭示区域内环境介质中p a h s 的污染水平和分 布特征，判析p a h s 的来源，对于p a i l s 的污染预防与控制具有重要意义。 苔藓作为一种天然的被动采样材料，具有特殊的生理结构，能反映一段时 间内区域大气环境中p a i l s 的污染水平和分布特征。本研究选取大灰藓( h y p n u m p l u m a e f o r m e ) 和细叶小羽藓( h a p l o c l a d i u mm i c r o p h y l l u m ) 作为采集对象，分析 了不同区域环境苔藓中1 6 种p a h s 的污染水平、分布特征，并对污染来源进行 初步研究。主要研究结果包括： 1 、庐山地区大灰藓中p a h s 与已有报道中背景区含量水平接近，其中菲 含量最高，不同环数p a h s 呈现出3 环 4 环 2 环 5 环 6 环依次递减的趋势。 庐山北坡高分子量p a h s ( h m w p a h s ) 含量显著高于南坡，这是导致南北坡p a h s 空间分布差异的主要原因，而来自于远距离输送的低分子量p a h s ( l m wp a h s ) 在不同坡向含量水平相当。相关性分析表明，庐山地区苔藓中h m w p a h s 之间 存在显著性相关，l m wp a l l s 之间相关性较弱。 2 、苔藓中p a l l s 海拔梯度分布不明显，尤其在北坡，污染物水平与海拔高 度相关性较弱，局部污染是掩盖p a h s 海拔梯度分布特征的一个重要原因，这主 要与庐山当地旅游经济发展有关。 3 、工业区1 6 种p a h s 污染水平略低于国外相关报道，污染物主要以p h e 、 c l l r 、p n r 、n a p 、b b f 和f l u 为主，不同环数p a h s 呈现出3 环 4 环 5 环 2 环 6 环依次递减的趋势。在距离梯度上p a h s 污染水平有明显差异并表现出一定 规律性，大多数p a h s 与距离呈良好的负相关，环数越大的p a h s 在距离梯度上 的含量变化越明显，在距离 4 0 0 0 m 时，p a h s 含量接近背景区水平。 4 、交通区苔藓中1 6 种p a h s 污染水平低于国外相关报道，首要污染物为 p h e 、n a p 、p r v 、c h r 、和f l u ，不同环数p a h s 组成与庐山地区相似。利用排放 因子法对交通区大气中p a h s 组成进行估算，结果与苔藓中p a h s 组成有一定差 异，这种差异主要反映了交通区大气环境中p a h s 组成在瞬时环境和长时间积累 后的平均水平上的差异。 摘要 5 、不同区域环境中，p a h s 含量表现为工业区 庐山北坡 交通区 庐山南坡， 污染物组成上均以2 3 环为主，h m wp a i l s 在工业区的相对含量要高于其他区 域。不同区域内1 6 种p a h s 的总毒性当量浓度表现为工业区 庐山北坡 交通区 庐山南坡，尽管庐山地区无显著点源污染但仍具有较高的潜在致癌性，需要引 起注意。 6 、通过因子分析法和比值法综合分析庐山地区苔藓中p a h s 污染来源，结 果较一致的表明交通污染源是主要的p a h s 污染来源，另外还包括少量的煤源和 焚烧源。 关键词：区域环境，苔藓，多环芳烃，污染特征，源解析 i l 一 a b s t r a c t 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 il s ) a r eac l a s so ft y p i c a l p e r s i s t e n t o r g a n i cp o l l u t a n t s ，w i d e l ye x i s ti nv a r i o u se n v i r o n m e n t a lm e d i a , a n dh a v eg r e a t h a z a r d so nt h ee n v i r o n m e n t sa n dh u m a n h e a l t h s om a k i n gk n o w no ft h ep o l l u t a n t s l e v e la n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r s ，i n d i c a t i n gt h e p o l l u t a n ts o u r c e sa r eo fp a r t i c u l a r s i g n i f i c a n c et op r e v e n ta n dc o n t r o lp a h sp o l l u t i o n m o s s e si san a t u r a l p a s s i v es a m p l i n gm a t e r i a l ，b e c a u s eo fi t s s p e c i a l p h y s i o l o g i c a ls t r u c t u r e ，m o s s e sc o u l di n d i c a t et h ep o l l u t a n t sl e v e la n dd i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r so fp a h si na t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n tw i t h i na p e r i o do ft i m e t h i ss t u d y c o l l e c t e d h y p n u mp l u m a e f o r m ea n d h a p l o c l a d i u mm i c r o p h y l l u m a s s a m p l e s a n a l y z e dt h e16p a h sc o n t a m i n a t i o nl e v e l s ，d i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r si nm o s s e s 舶m d i f f e r e n tr e g i o n a le n v i r o n m e n t s ，a n df u r t h e rm o r et h ec o n t a m i n a n t ss o u r c e sw e r e p r e l i m i n a r ya n a l y z e d t h ep r i m a r yr e s u l t sa sf o l l o w s ： 1 t h ec o n c e n t r a t i o n so f16p a h si nm o s s e si nl um o u n t a i na r e a w e r e c o m p a r a b l ew i t ht h a tr e p o r t e di nb a c k g r o u n da r e a s ，a n dp h eh a st h e h i g h e s t c o n c e n t r a t i o n , t h er i n gs e q u e n c eo fp a h si nt h em o s ss a m p l e ss h o w e dad e c r e a s i n g t r e n da s3r i n g 4r i n g 2r i n g 5r i n g 6r i n g t h eh i g hm o l e c u l a rw e i g h tp a h s ( h m w p a h s ) c o n t e n ti nn o r t h e r ns l o pw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a ns o u t h e r ns l o p ，w h i c h w a st h em a i nr e a s o nf o rt h eep a h ss p a t i a l d i f f e r e n c eb e t w e e nn o r t h e r na n d s o u t h e r ns l o p i nc o n t r a s t ，t h ec o n t e n t so fl o wm o l e c u l a r w e i g h tp a h s ( l m wp a h s ) w h i c hm a i n l yf r o ma t m o s p h e r i cl o n g r a n g t r a n s p o r tw e r es i m i l a ri nb o t hs i d e s c o r r e l a t i o na n a l y s i ss h o w e dt h a tt h eh m wp a h sw e r es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d ，o n t h ec o n t r a r y , t h ec o r r e l a t i o na m o n gt h el m w p a h sw e r ew e a k 2 t h ea l t i t u d i n a lg r a d i e n th a sl i t t l ei m p a c to nt h ec o n t e n to fp a h si nm o s s e s e s p e c i a l l yi nt h en o r t h e r ns l o p e ，t h ep a h sc o n t e n t sw e r ew e a kc o r r e l a t e dt oa l t i t u d e t h ec o m b i n e di n f l u e n c e so ft o u r i s me c o n o m i cd e v e l o p m e n ta n dt e r r a i nf e a t u r e s w h i c hb r o u g h tl o c a lp o l l u t i o np r o b a b l yl e a dt ot h i sr e s u l t 3 t h e16p a h sc o n c e n t r a t i o n sw e r es l i g h t l yl o w e ri ni n d u s t r i a la r e ac o m p a r e d t or e l a t e dr e p o r t si nf o r e i g nc o u n t r i e s p h e ，c h r , p 吼n a p , b b fa n df l uw e r et h e i i i p r i n c i p a lp o l l u t a n t s ，a n dt h er i n gs e q u e n c eo fp a h si nt h em o s ss a m p l e ss h o w e da d e c r e a s i n gt r e n da s3r i n g 4r i n g 5r i n g 2r i n g 6r i n g t h ep o l l u t i o nl e v e l sw e r e s i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n ti nt h ed i s t a n c eg r a d i e n t ，m o s tp a h ss h o w e dag o o dn e g a t i v e c o r r e l a t i o nw i t hd i s t a n c e t h ec o n c e n t r a t i o nc h a n g e sm o r eo b v i o u sa st h e r i n g so f p a h si n c r e a s e ，a tt h ed i s t a n c eo f 4 0 0 0 mf r o mt h eb o u n d a r y , t h ec o n t e n t sl e v e lw e r e c l o s et ot h eb a c h g r o u n da r e a 4 t h e16p a h sc o n c e n t r a t i o n si nt r a f f i ca r e aw e r el o w e rt h a nr e l a t e dr e p o r t si n f o r e i g nc o u n t r i e s p h e ，n a p , p r y , c h r , a n df l uw e r et h ep r i n c i p a lp o l l u t a n t s a n dt 1 1 e r i n gs e q u e n c eo fp a h sw a ss i m i l a rt ot h el um o u n t a i na r e a e m i s s i o nf a c t o rm e l 蝴 w e r eu s e dt oe s t i m a t et h ec o m p o s i t i o no fp a h si na t m o s p h e r i ce n v i r o n m e n to ft r a f f i c a r e a , t h er e s u l th a ds o m ed i f f e r e n c e st o t h ec o m p o s i t i o no fp a h si n m o s s e s i t r e f l e c t e dt h ed i f f e r e n c e so ft h ep a h sc o m p o s i t i o nb e t w e e nt h ei n s t a n tp o l l u t a n t sl e v e l a n dt h ea v e r a g el e v e la f t e ra p e r i o d 5 i nd i f f e r e n tr e g i n a le n v i r o n m e n t ，t h ec o n c e n t r a t i o no fp a h si nm o s s e sw 朝呜 i n d u s t r i a la r e a n o r t h e r ns l o p t r a f f i ca r e a s o u t h e r n s l o p e ，t h ec o m p o s i t i o n sw e r ea l l d o m i n a t e db y2 3r i n gp a h s t h er e l a t i v ec o n t e n to fh m w p a h sw e r eh i g h e rt h a n t h e rr e g i o n s t h et o t a lt o x i ce q u i v a l e n tc o n c e n t r a t i o no f16 p a h s i nd i f f e r e n tr e g i o n s s h o w e di n d u s t r i a la r e a n o r t h e r ns l o p t r a f f i ca r e a s o u t h e r ns l o p e ，a l t h o u g ht h e r e w e r en o t s i g n i f i c a n tp o i n ts o u r c e p o l l u t i o n i nn o r t h e r n s l o p t h ep o t e n t i a l c a r c i n o g e n c i t yw e r es t i l lh i 曲w h i c hn e e dg r e a ta t t e n t i o n 6 w eu s e dt h ef a c t o ra n a l y s i sa n dt h ed i a g n o s t i cr a t i o sm e t h o d t oe o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so ft h ep r e d o m i n a n ts o u r c e so fp a h si nm o s s e so fl um o u n t a i na r e a t h e r e s u l ts h o w e dt h a tt h e p r e d o m i n a n ts o u r c e sw e r et h et r a f f i cs o u r c e s a l i l da l s o i n c l u d i n gas m a l la m o u n to fc o a ls o u r c ea n db u r n i n gs o u r c e k e yw o r d s ：r e g i o n a le n v i r o n m e n t s ，m o s s e s ，p o l y c y c l i ca r o m a t i c h y d r o c a r b o n s ( p a h s ) ，p o l l u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ，s o u r c ea p p o r t i o n m e n t 目录 目录 第1 章引言1 1 1 选题依据及研究意义一l 1 2 研究内容2 第2 章文献综述。3 2 1 多环芳烃( p a h s ) 的理化性质、结构特点及来源3 2 1 1p a h s 理化性质及结构特点一3 2 1 2p a h s 的来源5 2 2 苔藓植物监测大气p a h s 7 2 2 1 苔藓植物生理结构和生物特性7 2 2 2 苔藓植物富集大气污染物的机制。j 7 2 2 3 影响苔藓植物对大气p a h s 富集能力的因素9 2 2 4 典型应用材料1 0 2 2 5 苔藓植物监测大气p a h s 研究进展1o 第3 章实验内容及方法1 3 3 1 样品采集1 3 3 1 1 研究区域概况1 3 3 1 2 采样点设置1 4 3 1 3 样品采集方法1 5 3 2 样品前处理1 6 3 2 1 实验仪器与试剂1 6 3 2 2 样品制备。1 7 3 3 仪器分析18 3 4 质量保证与控制一2 0 第4 章庐山地区苔藓中p a h s 污染特征一2 2 4 1 庐山地区苔藓中p a h s 含量水平2 2 4 2 庐山地区苔藓中p a h s 的组成2 4 v 目录 4 3 苔藓中l6 种p a h s 之间的相关性。2 6 4 4 庐山不同坡向苔藓中p a i l s 分布特征2 8 4 5 庐山苔藓中p a h s 的海拔高度分布特征3 0 第5 章不同功能区苔藓中p a h s 特征研究3 2 5 1 工业区苔藓中p a h s 含量水平及污染特征3 2 5 1 1 工业区苔藓中p a i l s 污染水平3 2 5 1 2 距离梯度上p a h s 污染特征3 4 5 2 交通区苔藓中p a h s 含量水平及污染特征3 7 5 2 1 交通区苔藓中p a h s 污染水平3 7 5 2 2 排放因子法估算交通区大气p a h s 组成3 8 5 3 苔藓中p a h s 区域污染特征差异4 2 5 3 1 污染水平差异4 2 5 3 2 污染物组成特征差异4 2 5 3 3p a h s 生态风险评价4 4 第6 章苔藓中p a h s 源解析一以庐山地区为例4 7 6 1 因子分析4 7 6 2 比值法分析51 第7 章结论与建议5 5 7 1 结论5 5 7 2 建议与展望5 7 致谢5 8 参考文献5 9 攻读学位期间的研究成果6 5 v l 第1 章引言 1 1 选题依据及研究意义 第1 章引言 多环芳烃( p a h s ，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 ) 是一类广泛存在于各 种环境介质中典型持久性有机污染物( p o p s ，p e r s i s t e n to r g a n i cp o l l u t a n t s ) ，主 要来源包括：化石燃料和生物质的不完全燃烧【l 】。尽管多环芳烃在环境中的存在 是微量的，但在其生成、迁移、转化和降解的过程中，能通过呼吸道、皮肤、 消化道进入人体，极大地威胁着人类的健康，有很强的“三致”作用【2 j 。因此， 多环芳烃( p a h s ) 的研究日益受到各国研究者的广泛关注。 p a h s 作为一种典型的p o p s 具有高挥发性和长距离大气输送的特点，可以 在全球范围内广泛分布，在人迹罕至的南北极地区和高原地区都已监测到其分 布。高海拔地区由于气温较低，使其相对于低海拔地区成为了p a h s 的“接收器”， 同样的，由于温度差异，中低纬度地区p a h s 向高纬度地区迁移，使p a h s 的全 球分布表现出“蚱蜢跳效应”【3 】。因此考察偏远地区环境介质中的p a h s 分布对 研究大气p a h s 的迁移和分布具有重要意义。 被动采样技术是近年来新发展起来的新型替代采样技术，利用天然植物被 动采样材料监测大气污染物是被动采样技术研究领域的一个重要组成部分。植 物叶片能通过干、湿沉降及气体扩散等作用有效富集和累积以气态及颗粒态形 式存在的大气污染物。建立利用植物叶片中p a h s 的含量来评价大气污染状况的 植物被动采样技术具有简单易行、省时省力、经济方便等其它采样方法不可比 拟的优越性f 4 】。弥补了传统的主动采样技术( 如大流量采样器) 设备昂贵，操作 复杂，需要动力供给并需长时间连续运行的缺点，尤其适合条件受限的野外和 大范围长时间同时采样，有助于获得各地的大气p a h s 浓度，为分析大气p a h s 的分布特征、迁移途径、建立归趋模型等研究奠定基础。 苔藓是一种典型的天然被动采样材料，具有特殊的生理结构，它没有真正 的根、茎、叶的分化，不具有维管组织，仅靠茎叶体从大气吸收养料，因此苔 藓能够有效地指示大气p a h s 污染1 5 1 。目前，国外应用苔藓植物作为天然被动采 样材料的研究时有报道。这些报道中研究内容主要集中在对大气p a h s 及其他 p o p s 污染状况的局部、区域乃至全球空间分辨监测和污染源指示等方面。而国 第1 章引言 内在这一方面的研究尚且不多见。 本论文选择苔藓作为被动采样材料，对庐山南北坡区域、以九江石化为代 表的工业区、以昌九高速为代表的交通区内苔藓中p a h s 含量水平、分布特征以 及生态风险进行研究，为不同区域环境中苔藓指示大气p a h s 污染提供基础性数 据资料。通过对庐山地区苔藓中p a h s 进行初步源解析，了解该地区大气环境中 p a h s 的污染来源，为有效防治和控制区域内污染物提供科学依据。庐山地区由 于冬夏两季盛行风向转换十分明显，1 4 7 4 m 的高海拔地势对大气输送具有天然 屏障作用。对庐山地区南北坡p a h s 污染水平空间差异的考察对冬夏两季大气输 送给庐山周围同纬度平原地区包括鄱阳湖水体带来p a h s 污染贡献情况具有特 殊的参考意义。而通过研究p a h s 在海拔梯度和距离梯度上的空间分布也有助于 进一步研究p a h s 在大气中的迁移机制。 1 2 研究内容 ( 1 ) 定量分析庐山南北坡苔藓中1 6 种p a h s 的污染水平及不同p a h 污染 物之间的相关性，探讨各种p a i l s 在苔藓中的富集特点。通过与国内外报道中苔 藓中p a h s 含量比较，评价庐山苔藓中p a h s 的富集水平。 ( 2 ) 由于不同p a i l s 污染物具有不同的物理化学性质，在大气中的物理运 动过程复杂，通过分析不同海拔高度上苔藓中p a h s 各单体污染物含量，探讨庐 山地区大气p a h s 在不同海拔高度上的沉降规律。 ( 3 ) 以九江石化为代表作为典型工业区，定量分析该区域苔藓中p a h s 含 量水平和污染特征，并考察该区域主要污染源冬季下风向区域距离梯度上p a h s 的空间分布趋势，反映区域性大气p a h s 相对污染水平。 ( 4 ) 定量分析昌九高速沿线苔藓中p a h s 污染水平和特征，讨论p a h s 交 通源成分特征。利用排放因子法估算交通区大气p a h s 组成，比较交通区大气环 境与苔藓中p a h s 组成差异，进一步讨论p a h s 在苔藓植物中的富集机制和环境 行为。 ( 5 ) 评估各区域苔藓中p a i l s 污染水平以及潜在致癌风险。 ( 6 ) 利用因子分析法和比值法综合分析庐山地区苔藓中p a h s 污染来源。 2 第2 章文献综述 第2 章文献综述 2 1 多环芳烃( p a l - i s ) 的理化性质、结构特点及来源 2 1 1p a i l s 理化性质及结构特点 p a h s 是指一类含有两个或两个以上苯环以线状、角状或簇状连接在一起的 化合物，极不溶于水，易溶于有机溶剂和环境有机相，熔沸点较高，蒸气压小， 辛醇水分配系数( k o w ) 和辛醇空气分配系数( k o a ) 高的特点。一般情况下p a h s 的化学性质稳定，但在光照和氧化的作用下，其理化性质会发生一定改变，相 对其他环境更易发生分解。p a h s 易于吸收可见( 4 0 0 7 6 0 n m ) 和紫p b ( 2 9 0 - 4 0 0 n m ) 区的光，发生光化学反应。 p a h s 是一种纯化学物质，一般呈无色，白色或者浅黄绿色固体状，并具有 微弱芳香气味。p a h s 中的苯环连接在一起可以有两种方式：一种是非稠环型的， 即苯环与苯环之间各由一个碳原子相连，如联苯，联三苯等；另一种是稠环型 的，即两个碳原子为两个苯环所共有，如p h e 、a n 、b a a 、d b a 和b a p 等。在 环境科学有关p a h s 的污染研究中一般都是指稠环型化合物，所以确切的应叫做 多环芳烃或稠环芳烃。由于不同分子量的p a h s 具有不同的理化性质，根据环数 对p a h s 进行划分：2 、3 环为低分子量p a h s ，4 环为中分子量p a h s ，5 、6 环 为高分子量p a h s 。随着苯环数量的增加，其脂溶性越强，水溶性越小，在环境 中存在时间越长，遗传性毒性越高，其致癌性随着苯环数的增加而增强。 p a h s 按结构分可分为2 种：( 1 ) 增环结构，( 2 ) 周环合并结构。增环结构 p a h s 是指叔碳原子为化合物中两个相连苯环的中心原子的化合物( 如a n ，图 2 1 ) ，这种结构可以是呈直线型的( 如a n ) ，也可以是呈一定角度的( 如p h e ) 。 而周环合并结构p a h s 是指叔碳原子为化合物中三个相连苯环的中心原子( 如 p y r ) ，部分p a h s 可能同时包括这两种结构( 如b a p ) 。p a h s 的物化性质随着结 构的不同而发生一定变化，一般来说，当环数及角度增加时，p a i l s 的化学稳定 性和疏水性都将增强，更加难以在环境中降解，例如，a n 与p h e 具有相同的分 子量，但相较于有角度的p h e 而言，直线型结构的a n 更易在环境中发生光解， 半衰期也更短1 6 j 。 3 第2 章文献综述 国旺d c | 9 圆圆 硼舻妣 豳固吣 回咿 图2 1e p a 规定的1 6 种p a h s 结构式 f i 9 2 1t h es t r u c t u r eo fu se p a16p a h s 美国e p a 将1 6 种p a h ：列为“优先控制污染物”【7 1 ，这1 6 种优先控制p a h s 具有以下特点：( 1 ) 这些物质较于其他物质更广泛的出现在日常生活中，容易被 人体所接触；( 2 ) 潜在危害性，这些物质较其他p a h s 具有更大的危害性，且具 有代表性；( 3 ) 这些物质在环境中的的含量水平要普遍高于其他p a h s ( 4 ) 目 前关于这1 6 种p a h s 的研究报道和信息已具备一定积累，有助于进一步深入研 究。鉴于以上特点，在p a h s 研究中广泛选择e p a 所建议的这1 6 种p a h s 作为 4 第2 章文献综述 注：n a p ：萘；a c e ：苊烯；f 1 ：芴；a c p ：苊；p h e ：菲；a n ：蒽；f l u ：荧葸；p ”：芘：c h r 屈：b a a ： 苯并葱；b a p ：苯并( a ) 芘：b b f ：苯并( b ) 荧蒽；b k f ：苯并( k ) 荧蒽；d b a ：二苯并( 曲) 葸；b g h i p - 苯并( 舀h ，i ) 茈：i n p ：茚并( 1 ，2 ，3 c d ) 芘。下同。 ，- 2 1 2p a h s 的来源 p a h s 的来源复杂，主要可分为人为源和天然源两种，其中前者是环境污染 的主要来源【8 1 。 p a h s 形成过程非常复杂，其产生机理过程可简单表述为：在高温欠氧环境 下，化合物通过热裂解产生碳氢自由基或其碎片，构成p a h s 的基本微粒，这些 5 第2 章文献综述 小微粒非常活泼，能够在高温条件下快速合成动力学稳定的非取代p a i l s 。这一 过程主要存在于石化产品、煤炭、可燃气体、木材等碳氢化合物的不完全燃烧， 或者化合物在还原气体中的热分解。 p a i l s 的天然来源主要包括：微生物及各种水生、陆生植物的生物合成，火 山活动、各种森林及草原大火等。 人为源是环境中p a i l s 的主要来源。人为的p a h s 主要源于煤、石油、木材 及有机高分子化合物的不完全燃烧产生的，大多来自于化学工业、交通运输、 日常生活等以下几个方面： ( 1 ) 化学工业污染源 有相当一部分p a h s 来自于包括焦化煤气、炼钢炼铁、石油化工等行业的工 业生产和加工过程所产生的排放物中，尤其以焦化厂排放废弃物中p a i l s 污染最 为严重。 ( 2 ) 交通运输污染源 交通源包括机动车直接排放，轮胎及道路磨损产生的有机颗粒，道路扬尘 等。机动车辆所排放的废气中含有相当数量的p a h s ，这些废气中所包含的p a h s 种类高达1 0 0 余种，目前已有7 0 多种被鉴定【9 】。值得注意的是，机动车在启动 时所造成的p a l - i s 排放量要高于正常行驶过程，这主要与机动车启动时燃料进行 不完全燃烧有关。 ( 3 ) 生活污染源 我国是煤炭消耗大国，煤燃烧不仅产生大量的c 0 2 、n o ”s o x ，在供氧不 足时( 如鼓风量不足) 还将产生大量p a h s 。当鼓风类设备不完善时，燃料无法 与氧气充分接触混合，从而形成缺氧环境产生大量有毒有害气体【1 0 1 。另外，燃 油也是许多场合供给动力能量的重要方式，当燃油过程中出现压力不足，雾化 效果不够，燃烧室温度欠缺的状况时，燃烧效率将降低，产生热能不足，且伴 随大量的颗粒物、c o 、p a h s 产生。食品烹饪和吸烟是造成室内p a h s 污染的主 要原因，烹饪时炉灶由于缺氧燃烧产生p a i l s ，有研究者对厨房内缺氧燃烧产生 p a h s 进行研究，发现b a p 含量高达5 5 9l ag m 3 【1 l 】，远高于国家卫生标准。而香 烟中更含有超过1 5 0 种p a i l s 。 ( 4 ) 其他人为源 随着城市发展，为了解决日益严重的垃圾污染问题，许多地方把垃圾送入 填埋场作深填埋处理，垃圾被填埋处理后，会产生大量垃圾渗滤液，这些渗滤 6 第2 章文献综述 液含有高浓度的p a h s ，另外，垃圾焚烧也会产生p a h s 。 2 2 苔藓植物监测大气p a h s 2 2 1 苔藓植物生理结构和生物特性 苔藓植物是一群小型的多细胞的绿色植物，多适生于阴湿的环境中。苔藓 植物通常个体低矮，解剖构造简单，只由单层或少数几层细胞组成。无真正的 根( 只有具支撑作用的假根) 和维管束组织。苔藓植物主要通过叶片表面进行 水、气和营养物质的交换，其营养物质主要来自于降雨和大气降尘。其植物体 具有近轴端腐烂的特点，即植物体接近地面部分会部分腐烂，组织不与地面发 生接触，因此不从土壤或附着基质中吸取营养物质。另外，苔藓植物在空气中 暴露表面积大( 约1 6 m 2 g ) 1 1 2 | ，其植物体表面无蜡质的角质层被覆，背腹面均可 直接接收来自空气中的污染物，因此对大气污染特别敏感，能迅速通过自身受 害病症来反映大气污染状况。 另外，苔藓植物还拥有一些特殊的生物学特性使其十分适合于大气污染的 生物监测工作。一方面，其植物体分化程度低，植物细胞具有旺盛的生长势能， 茎叶前段生长点休眠或者死亡后，能刺激下部的分生组织生长发育，使新枝叶 能更加迅速的生长，从而保持植物体终年常绿【1 3 1 ，从而提供具有代表性与应用 性的全年性的指示与预报。另一方面，许多苔藓都为多年生植物，能够对大气 污染进行长期累积【1 4 】，其作为一种典型的污染物累积种，较其他植物更适于进 行针对某一区域或某一己知污染源的长期生物监测，使结果更加可靠稳定。 2 2 2 苔藓植物富集大气污染物的机制 目前尚未有文献报道表明苔藓能自身产生p a h s 【1 5 】，因此苔藓植物体内的 p a h s 主要来自于外部环境。大气污染物可以通过气相和颗粒相两种形态进入苔 藓体内。植物叶片的蜡脂类物质可以吸收气念的p a h s ；同时植物叶片可以截留 大气颗粒物，通过干、湿沉降到达植物叶片的颗粒物中的p a h s 能够通过表皮气 孔进入叶片内部。 p a h s 在植物大气界面间交换的机理主要包括两个方面：1 ) 气相p a h s 在 大气和植物问的分配作用；2 ) 大气气溶胶吸附的p a h s 直接沉降到植物体上。 其中前者是p a h s 进入植物组织的主要途径i 阍。p a h s 在空气和植物叶片脂类物 7 第2 章文献综述 质中的分配行为与其在空气和正辛醇间的分配机制十分相似，因此，许多研究 将正辛醇作为植物脂类物质的替代物，来考察植物对p o p s 的吸收【1 7 j9 1 。研究表 明植物空气分配系数( i o g k v a ) 和正辛醇空气分配系数( i o g k o a ) 具有显著相 关关系，这表明空气植物脂分配的相变自由能相似。k v a 可表示为： k v a = l k o a 其中，l 是植物的脂分量【2 1 1 。 当p o p s 在植物叶片与大气中达分配平衡时，k v a 可以通过下式计算得到： k v a = v | d | ca 其中，c v 为植物叶片中p o p s 浓度；l 为植物的脂分量；c a 为大气中p o p s 浓度。 这样，基于k o a 值可以算出k v a 。那么由k v a 和c v 就可以估算p o p s 在大气中 的浓度水平( c a ) 。目前，k o a 值已经可以通过实验测定，此外也可以通过建立各 种模型计算得到。e p a 规定的1 6 种p a h s 的k o a 值见表2 1 所示。 m c l a c h l a n 【翻根据l o g k o a 与l o g ( c v c o ) ( c v c o 为p o p s 在植物相和气 相中浓度的比值) 间的关系，得出p o p s 在不同植物叶片表面的吸收机制：l o g k o a 11 的p o p s ，由于饱和蒸气压较低，易于吸附在颗粒物上，植物对其 富集主要受颗粒物沉降的影响。 生物富集系数( b i o c o n c e n t r a t i o nf a c t o r s ，b c f ) 也常被用来衡量大气p o p s 在植物中的富集程度。b c f 是生物组织( 干重) 中化合物的浓度和溶解在水中 的浓度之比。也可以认为是生物对化合物的吸收速率与生物体内化合物净化效 率之比，生物富集系数是描述化学物质在生物体内累积趋势之重要指标。 1 9 9 0 年b a c e i 等研究了有机化合物在植物叶子中的b c f ，建立方程式 l o g ( b c f 磁w ) = 1 9 5 + 1 1 4 1 0 9 k o w 【2 3 1 。1 9 9 1 年p a t e r s o n 等指出b c f 与化合物的 k 删，k 。值及植物叶片的特征常数有关，可由化合物在水中的溶解度w s ，蒸汽 压v p ，正辛醇水分配系数k o w ，空气正辛醇分配系数k o a ，空气水分配系数 k a w 等参数来预测。对于亲脂性化合物k o a 起着决定作用瞄】。e p a 规定的1 6 种p a h s 理化参数见表2 1 所示。 8 第2 章文献综述 2 2 3 影响苔藓植物对大气p a h s 富集能力的因素 苔藓植物富集大气中p a h s 能力主要受化合物物理化学性质、植物种类、暴 露时间、生长基质及气候因素等影响。 ( 1 ) 苔藓的植物种类 不同的苔藓植物具有不同的生理结构，生理结构的不同决定了不同的生理 特性，这些不同点主要表现在：1 ) 表面积不同；。叶片的比表面积对叶片吸收 p a h s 的速率和颗粒物沉降有重要影响。通常比表面积大的叶片，对p a h s 具有 更快的吸收速率，并能够截留更多的颗粒物。2 ) 脂含量不同；气态p a h s 在大 气和植物叶片蜡质类物质问的分配是植物叶片富集污染物的主要机制，蜡质层 结构( 包括蜡质晶体密度、重排等) 决定了化合物通过蜡脂的迁移速率。另外， 脂含量也是决定气态污染物吸收容量的一个重要因素。3 ) 表面结构不同；如红 叶藓和台湾拟金发藓叶片表明具有疣状突起或栉片结构，能对太阳辐射进行反 射，从而使叶片温度处于较低状态，减少蒸发，这种结构也有利于水分向植物 体内传导，加速植物体吸收水分及营养【1 3 1 2 5 】；扭口红叶藓叶片干燥时强烈卷曲， 能较好的防止水分蒸发【2 6 1 。台湾拟金发藓叶片背面含蜡质，有助于防止水分丢 失，而长蒴紫萼藓具毛状叶尖，可以通过反射入射的光照而减少水分蒸发， 这些特点使叶片具有较强的持水力。持水力越强越易吸附大气颗粒物。同时， 具有绒毛的植物叶片，表面粗糙程度高，与空气接触面积大，能够截留耕地污 染物，而密集的绒毛也能有效延长颗粒物在叶片表面滞留的时间。苔藓对大气 颗粒物污染