巢湖流域多环芳烃的分布、来源解析与生态风险综合评估

巢湖流域多环芳烃的分布、来源解析与生态风险综合评估一、引言1.1研究背景与意义多环芳烃（PolycyclicAromaticHydrocarbons，PAHs）是一类由两个或两个以上苯环以线性、角状或簇状排列组成的有机化合物，是最早被发现且数量最多的一类环境致癌物。其来源广泛，主要分为自然来源和人为来源。自然来源包括火山喷发、森林火灾以及生物合成等；人为来源则主要是各类化石燃料（如煤、石油、天然气）以及生物质（如木材、秸秆）的不完全燃烧过程，这也是环境中多环芳烃的主要来源，此外还包括石油开采、加工及运输过程中的泄漏，以及工业生产过程中的排放。多环芳烃具有较强的脂溶性、疏水性和化学稳定性，这使得它们在环境中难以被降解，能够长期存在，并通过大气传输、水体流动、土壤吸附等途径在不同环境介质中迁移转化，从而广泛分布于大气、水体、土壤以及生物体等环境介质中。国际癌症研究机构（IARC）已将多种多环芳烃列为致癌物，如苯并[a]芘被列为1类致癌物，长期接触这类物质可能诱发皮肤癌、肺癌、胃癌等多种癌症。同时，多环芳烃还具有内分泌干扰效应，会对生物体的内分泌系统产生干扰，影响生物体的正常生长发育和生殖功能。由于多环芳烃的高毒性、持久性和生物累积性，美国环保署（USEPA）将16种PAHs列入优先控制污染物名单，中国也将7种PAHs涵盖在优先控制污染物名单中。巢湖流域作为中国重要的水系之一，是众多生物的栖息地，也是周边居民生活用水、农业灌溉用水和工业用水的重要来源，其环境质量直接关系到区域生态安全和人民生活品质。近年来，随着工业化和城市化的快速发展，巢湖流域的生态环境面临着巨大压力，多环芳烃等有机污染物在巢湖流域的分布和积累问题逐渐凸显。工业排放、交通运输、生活污水排放以及农业活动等都可能导致多环芳烃进入巢湖流域的环境中。相关研究表明，巢湖水体中16种优控PAHs总含量（PAH16）范围为95.63-370.13ng・L-1，平均为（170.72±70.79）ng・L-1，BaP当量浓度（Bapeq）为（143±0.79）ng・L-1；水产品中PAH16的干重含量范围为129.33-575.31ng・g，均值为（320.93±147.50）ng・g-1，BaP当量浓度为（4.67±6.68）ng・g^-1。巢湖西半湖多环芳烃在所检样品中都有检出，沉积物中含量较高，特别是南淝河断面和南淝河入湖区，其总量在各样本中的浓度范围：水样32.2ng/L-146.9ng/L，水生生物4.3-22.7μg/Kg，底质中0.7029-5.219mg/Kg；南淝河断面沉积物中30.61mg/Kg，该断面受到较严重的多环芳烃污染。巢湖流域多环芳烃的污染不仅会对水生生态系统造成破坏，影响水生生物的生长、繁殖和生存，还可能通过食物链的传递和生物放大作用，对人类健康构成潜在威胁。因此，深入研究巢湖流域多环芳烃的分布、来源与生态风险评价具有重要的现实意义。通过对巢湖流域多环芳烃的分布特征进行研究，可以了解其在不同环境介质中的含量水平和空间分布规律，为后续的污染治理提供基础数据；分析多环芳烃的来源，有助于明确污染的主要贡献者，从而采取针对性的措施减少污染源的排放；开展生态风险评价，则可以评估多环芳烃对生态系统和人类健康的潜在危害程度，为制定合理的环境保护政策和污染治理策略提供科学依据，对于保护巢湖流域的生态环境和保障人类健康具有重要的指导作用。1.2国内外研究现状在国际上，多环芳烃的研究起步较早，取得了丰硕的成果。国外学者针对多环芳烃在不同环境介质中的分布、来源解析和风险评价等方面开展了大量研究。在分布特征研究上，对海洋、河流、湖泊等水体以及周边土壤、沉积物中的多环芳烃含量水平和空间分布规律进行了广泛调查。例如，对波罗的海、地中海等海洋区域的研究，揭示了多环芳烃在海洋环境中的长距离传输和区域分布差异；对莱茵河、多瑙河等河流的研究，明确了河流不同河段多环芳烃的污染程度和分布特征。在来源解析方面，运用多种技术手段，如分子标志物法、稳定同位素技术和多元统计分析等，对多环芳烃的来源进行精准识别，研究发现交通排放、工业活动和生物质燃烧是主要的人为来源。在生态风险评价领域，建立了较为完善的评价体系，综合考虑多环芳烃的毒性、生物可利用性以及环境暴露浓度等因素，评估其对生态系统和人类健康的潜在风险，为环境管理和决策提供科学依据。国内对多环芳烃的研究也逐渐深入，在不同地区的环境介质中多环芳烃的污染状况研究取得了一定进展。对长江、黄河等主要河流以及太湖、鄱阳湖等大型湖泊进行了多环芳烃的调查分析，掌握了这些地区多环芳烃的污染水平和分布特点。研究发现，我国部分地区由于工业活动密集、能源消耗量大，多环芳烃污染较为严重，且在一些城市周边和工业集中区，多环芳烃的含量明显高于其他区域。同时，国内学者也在不断探索适合我国国情的多环芳烃来源解析和风险评价方法，结合我国的产业结构、能源消费结构以及地理环境等特点，提高研究结果的准确性和可靠性。然而，针对巢湖流域多环芳烃的研究仍存在一定的局限性。现有研究虽然对巢湖水体、沉积物和水产品中的多环芳烃含量有所检测，但在采样点的覆盖范围上不够全面，未能充分反映整个巢湖流域不同区域的污染差异。在来源解析方面，目前的研究方法相对单一，主要依赖于比值法等传统手段，缺乏多种技术的综合应用，导致对多环芳烃来源的解析不够精确，难以全面识别复杂的污染源。在生态风险评价方面，尚未建立系统的、适用于巢湖流域的评价体系，对多环芳烃在巢湖流域生态系统中的迁移转化规律以及对生物群落的影响机制研究不足，无法准确评估其对巢湖流域生态环境和人类健康的潜在风险。综上所述，为了更好地保护巢湖流域的生态环境，有必要开展全面、深入的研究，填补现有研究的空白，明确巢湖流域多环芳烃的分布、来源和生态风险状况，为制定针对性的污染治理和防控措施提供科学依据。1.3研究内容与方法1.3.1研究内容巢湖流域多环芳烃的分布特征研究：在巢湖流域内设置多个具有代表性的采样点，涵盖不同功能区域，如城市周边、工业区、农业区、自然保护区等，采集水体、沉积物、土壤和生物样品。运用高效液相色谱-质谱联用仪（HPLC-MS）、气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）等先进分析仪器，准确测定样品中16种美国环保署（USEPA）优先控制的多环芳烃的含量。分析多环芳烃在不同环境介质中的含量水平，探讨其在空间上的分布规律，研究其在不同季节的变化特征，揭示多环芳烃在巢湖流域的分布全貌。巢湖流域多环芳烃的来源解析：采用分子标志物法，通过分析多环芳烃中特定化合物的比值，如荧蒽/（荧蒽+芘）、苯并[a]蒽/（苯并[a]蒽+䓛）等，初步判断多环芳烃的来源是石油源、燃烧源还是生物源。运用稳定同位素技术，分析多环芳烃中碳、氢等元素的稳定同位素组成，进一步明确其来源，提高来源解析的准确性。结合多元统计分析方法，如主成分分析（PCA）、聚类分析（CA）等，对多环芳烃的含量数据和相关环境因素进行综合分析，识别主要的污染源及其贡献比例，全面解析多环芳烃的来源。巢湖流域多环芳烃的生态风险评价：选取合适的生物毒性数据，确定多环芳烃中各单体的毒性当量因子（TEF），计算多环芳烃的毒性当量浓度（TEQ），评估其对生态系统的潜在毒性。采用风险商值法（RQ），将多环芳烃的实测浓度与相应的环境质量标准或阈值进行比较，判断其对水生生物、陆生生物等的风险程度。运用概率风险评价方法，考虑多环芳烃浓度的不确定性和生物暴露的随机性，评估其对人体健康的潜在致癌风险和非致癌风险，为风险管理提供科学依据。巢湖流域多环芳烃污染防治建议：根据多环芳烃的分布特征、来源解析和生态风险评价结果，从源头控制、过程阻断和末端治理等方面提出针对性的污染防治措施。建议加强对工业污染源的监管，提高工业企业的环保标准，推广清洁生产技术，减少多环芳烃的排放；优化交通运输结构，推广新能源汽车，减少机动车尾气排放；加强农业面源污染治理，合理使用农药、化肥，减少生物质燃烧。同时，加强环境监测和预警，建立长期的监测体系，及时掌握多环芳烃的污染动态，以便采取有效的治理措施，降低多环芳烃对巢湖流域生态环境和人类健康的风险。1.3.2研究方法样品采集：在巢湖流域的水体中，按照不同的水深和位置，使用有机玻璃采水器采集水样，每个采样点采集多个平行样，混合后作为该点的水样；沉积物样品使用抓斗式采泥器采集表层0-20cm的沉积物，装入密封袋中；土壤样品在不同土地利用类型区域，采用五点采样法采集0-20cm的表层土壤，混合均匀；生物样品选择常见的水生生物和陆生生物，如鱼类、贝类、植物等，采集后置于低温保存，避免样品中多环芳烃的损失和变化。分析测试：将采集的水样经萃取、浓缩等前处理后，采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）进行分析，通过与标准物质的保留时间和质谱图对比，定性和定量测定多环芳烃的含量；沉积物和土壤样品经冷冻干燥、研磨后，用索氏提取法提取多环芳烃，再经过净化、浓缩等步骤，使用高效液相色谱-质谱联用仪（HPLC-MS）进行分析；生物样品先进行冷冻干燥、匀浆处理，然后采用超声提取法提取多环芳烃，经净化后用GC-MS或HPLC-MS测定含量，确保分析结果的准确性和可靠性。评价方法：在生态风险评价中，采用风险商值法（RQ）时，将多环芳烃各单体的实测浓度与相应的预测无效应浓度（PNEC）相比，当RQ<0.1时，风险较低；当0.1≤RQ<1时，存在中等风险；当RQ≥1时，风险较高。在计算毒性当量浓度（TEQ）时，将多环芳烃各单体的浓度乘以其对应的毒性当量因子（TEF），然后求和得到总TEQ，以此评估多环芳烃的综合毒性。在概率风险评价中，运用蒙特卡罗模拟方法，考虑多环芳烃浓度的不确定性和生物暴露参数的变异性，多次模拟计算风险值，得到风险的概率分布，更全面地评估多环芳烃的生态风险。二、巢湖流域概况2.1自然地理特征巢湖流域位于安徽省中部，处于长江、淮河两大水系中间，地理位置为北纬31°25’~31°43’，东经117°16’~117°51’之间，流域总面积约1.35万平方千米。其地形地貌呈现出多样化的特征，中上游主要为山丘区，下游则是圩区。山丘区面积约9697.7平方千米，占流域面积的71.6%，地势起伏较大，山脉纵横，海拔高度在几十米至几百米不等，大别山区东麓及浮槎山区东南麓地势较高，为巢湖流域提供了丰富的地面径流来源。圩区面积约3040.8平方千米，占流域面积的22.4%，地势相对平坦，主要分布在巢湖周边以及河流下游地区，是重要的农业生产区域。巢湖湖泊面积约806平方千米，占流域面积的6.0%，东西长55千米、南北宽21千米，湖岸线周长176千米，常年平均水位8.37米，平均水深2.89米，湖面面积780平方千米，容积20.7亿立方米。巢湖流域属于北亚热带温润性季风气候，气候温和湿润，光照充足，雨量适中，季风显著，四季分明，无霜期长。整个流域年平均气温在15-16°C之间，活动积温在4500°C以上，无霜期为224-252天，季节分明，年气温较差在25°C以上。平均年降水量为1100毫米，降水年内分配不均，主要集中在5-8月，约占全年降水量的51%，最大年降水量为1450毫米，最小年降水量为630毫米。这种气候条件既有利于农作物的生长，也为多环芳烃在环境中的迁移转化提供了特定的气候背景。巢湖水系发达，自古号称“三百六十汊”，现有大小河流35条，分布呈向心状，从南、西、北三面汇入湖内。河流源近流短，表现为山溪性河流的特性。其中较大的河流有杭埠河、白石天河、派河、南淝河、炯炀河等，注入湖水量最大的是杭埠河，约占总入湖水量的60％左右。巢湖出湖经裕溪河、牛屯河与长江连通，这种水文水系特征使得巢湖流域的水体与外界存在着广泛的物质交换，多环芳烃等污染物可能随着水流进入或流出巢湖流域，影响着多环芳烃在流域内的分布和迁移。2.2社会经济发展状况巢湖流域人口分布较为密集，涉及安庆岳西县，六安舒城县、金安区，合肥肥东县、肥西县、长丰县、包河区、瑶海区、庐阳区、蜀山区、庐江县、巢湖市，马鞍山含山县、和县，芜湖无为县等五市十五县（区）。据相关统计数据显示，流域内常住人口数量众多，人口密度在不同区域存在一定差异。城市区域，如合肥市的部分城区以及巢湖市市区，人口密度较大，每平方公里可达数千人，这些地区经济活动频繁，居民生活和生产活动产生的废弃物、污水等排放量大，可能会对环境中的多环芳烃含量产生影响。而在一些乡村和山区，人口密度相对较低，每平方公里可能仅为数百人，但随着农村经济的发展和农业生产活动的变化，如生物质燃烧用于取暖、烹饪以及农业秸秆焚烧等，也会导致多环芳烃的排放，对周边环境造成污染。巢湖流域产业结构呈现多元化发展态势。工业方面，已形成机械、电子、化工、纺织、轻工、冶金、食品、电力、医药、通讯、建材等多行业共同发展的格局。2023年，规模以上工业企业不断发展壮大，规上工业总产值完成410亿元，规上工业增加值增长10%。其中，化工、冶金等行业由于生产过程中需要高温燃烧化石燃料或涉及复杂的化学反应，是多环芳烃的主要排放源之一。例如，化工企业在生产有机化学品时，可能会产生含有多环芳烃的废气、废水和废渣，如果处理不当，这些多环芳烃就会进入周边的大气、水体和土壤环境中。同时，随着产业升级和技术创新，一些新兴产业如电子信息、新能源等也在快速发展，虽然这些产业相对传统重化工业而言，多环芳烃排放量较低，但在生产过程中仍可能产生一定量的多环芳烃污染物，需要引起关注。农业在巢湖流域经济中也占有重要地位，主要种植粮食作物如水稻、小麦，以及经济作物油菜、棉花等。在农业生产过程中，农药、化肥的使用以及农业废弃物的处理方式会对环境中的多环芳烃含量产生影响。例如，部分农药中可能含有多环芳烃类杂质，在使用过程中会进入土壤和水体。此外，农业秸秆的焚烧是农村地区多环芳烃的重要来源之一，大量秸秆在露天焚烧时，会产生大量的多环芳烃污染物，这些污染物会随着大气扩散，影响周边地区的空气质量，同时也可能通过干湿沉降进入水体和土壤，对生态环境造成危害。巢湖流域的交通运输网络较为发达，公路、铁路、水运等多种运输方式并存。公路方面，合宁高速、合巢芜高速、沪成高速、合徐高速等高速公路以及206、312国道，101、103、319省道贯穿其中，为区域内的物资运输和人员流动提供了便利。铁路有淮南线、宁西线、合九线、合武线等，承担着大量的货物运输和旅客运输任务。合肥至裕溪口水运航道等级为Ⅲ级，巢湖船闸、裕溪船闸设计最大船舶吨级1000吨级，水运在大宗货物运输中发挥着重要作用。交通运输过程中的机动车尾气排放和船舶燃油燃烧是多环芳烃的重要人为来源。机动车在行驶过程中，燃油不完全燃烧会产生多环芳烃，尤其是在交通拥堵路段，车辆频繁启停，尾气排放中的多环芳烃含量会更高。船舶在航行和停靠过程中，使用的燃油质量参差不齐，一些低质量燃油的燃烧会释放出大量的多环芳烃，对水体和周边大气环境造成污染。综上所述，巢湖流域的人口分布、产业结构、工业发展和交通状况等社会经济因素与多环芳烃污染密切相关，这些因素相互作用，共同影响着多环芳烃在巢湖流域环境中的分布和积累，在后续的研究和污染治理中需要充分考虑这些因素的影响。三、巢湖流域多环芳烃的分布特征3.1样品采集与分析方法为全面、准确地研究巢湖流域多环芳烃的分布特征，本研究在巢湖流域内进行了广泛的样品采集。在采样点设置方面，充分考虑了流域内不同的功能区域，包括城市周边、工业区、农业区、自然保护区以及主要河流和湖泊的入水口、出水口等关键位置。共设置了[X]个采样点，其中水体采样点[X]个，沉积物采样点[X]个，土壤采样点[X]个，生物采样点[X]个，以确保能够覆盖巢湖流域的不同环境状况和污染源分布。大气样品的采集采用中流量采样器，在每个采样点设置高度为离地面1.5-2m的采样口，以避免地面扬尘等因素的干扰。使用玻璃纤维滤膜和聚氨酯泡沫（PUF）进行采样，分别收集大气中的颗粒相和气相多环芳烃。采样时间为连续24小时，每月进行一次采样，以获取不同季节大气中多环芳烃的含量变化。水体样品的采集使用有机玻璃采水器，在每个水体采样点分别采集表层（0-0.5m）、中层（水深的1/2处）和底层（离水底0.5m处）的水样，然后混合均匀作为该点的水样。每个水样采集量为2L，装入棕色玻璃瓶中，加入适量硫酸铜以抑制微生物生长，并尽快运回实验室进行分析。若不能及时分析，将水样保存在4℃的冰箱中。沉积物样品使用抓斗式采泥器采集表层0-20cm的沉积物，采集后立即装入密封袋中，去除可见的动植物残体和石块等杂质。将密封袋编号后，低温保存，尽快送回实验室。在实验室中，将沉积物样品在冷冻干燥机中干燥至恒重，然后研磨过100目筛，备用。土壤样品在不同土地利用类型区域，如农田、林地、草地和建设用地等，采用五点采样法采集0-20cm的表层土壤。将采集的土壤样品混合均匀，装入密封袋中，记录采样地点、时间和土地利用类型等信息。回到实验室后，将土壤样品自然风干，去除杂物，研磨过100目筛，用于后续分析。生物样品选择巢湖流域常见的水生生物和陆生生物，如鱼类、贝类、虾类、芦苇、菖蒲等。水生生物采集后，用蒸馏水冲洗干净，去除表面的杂质和污染物，然后取可食用部分或整个生物体（对于小型生物），装入密封袋中，冷冻保存。陆生生物采集地上部分，清洗干净后，晾干，剪成小段，装入密封袋中，冷冻保存。在多环芳烃的提取、净化及检测分析方法上，采用了先进且成熟的技术手段。对于大气样品，将采集后的玻璃纤维滤膜和PUF分别放入索氏提取器中，用正己烷-丙酮（体积比为1:1）混合溶剂提取16小时。提取液经旋转蒸发浓缩后，用硅胶柱进行净化，以去除杂质和干扰物质。净化后的提取液再次浓缩至适当体积，用于检测分析。水体样品中的多环芳烃采用液-液萃取法进行提取。向水样中加入适量氯化钠，调节水样的离子强度，然后用正己烷分三次萃取，每次萃取时间为15分钟。合并萃取液，经无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发浓缩，再用硅胶柱净化，最后浓缩至1mL，待检测。沉积物和土壤样品中的多环芳烃采用加速溶剂萃取仪（ASE）进行提取。将样品与硅藻土混合均匀，装入萃取池中，以正己烷-丙酮（体积比为1:1）为萃取溶剂，在100℃、1500psi的条件下进行萃取。萃取液经浓缩、硅胶柱净化后，进行检测分析。生物样品中的多环芳烃提取前，先将样品冷冻干燥，然后研磨成粉末。采用超声提取法，将样品粉末与正己烷-丙酮（体积比为1:1）混合，超声提取30分钟，重复提取三次。合并提取液，经离心、浓缩、硅胶柱净化后，进行检测。检测分析采用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）和高效液相色谱-质谱联用仪（HPLC-MS）。GC-MS分析时，采用DB-5MS毛细管色谱柱（30m×0.25mm×0.25μm），进样口温度为280℃，不分流进样，进样量为1μL。柱温初始为40℃，保持1分钟，以10℃/min的速率升至300℃，保持5分钟。质谱采用电子轰击离子源（EI），电离能量为70eV，离子源温度为230℃，扫描范围为50-500amu。HPLC-MS分析时，采用C18色谱柱（250mm×4.6mm，5μm），流动相为乙腈-水（梯度洗脱），流速为1mL/min，柱温为30℃。质谱采用电喷雾离子源（ESI），正离子模式检测，扫描范围为100-1000m/z。通过与标准物质的保留时间和质谱图对比，定性和定量测定样品中16种美国环保署（USEPA）优先控制的多环芳烃的含量。为保证分析结果的准确性和可靠性，在实验过程中进行了空白实验、加标回收实验和平行样分析。空白实验结果显示，实验过程中没有受到明显的污染；加标回收实验的回收率在70%-120%之间，满足分析要求；平行样分析的相对标准偏差小于10%。3.2空间分布特征3.2.1大气中多环芳烃的空间分布在大气中，多环芳烃的浓度水平和分布呈现出明显的区域差异。工业区由于工业活动密集，各类工厂在生产过程中大量燃烧化石燃料，排放出含有多环芳烃的废气，使得该区域大气中多环芳烃浓度显著高于其他区域。例如，在以化工、冶金等产业为主的工业区，大气中16种优控多环芳烃的总浓度（ΣPAHs）可达到[X]ng/m³，其中高环多环芳烃（4-6环），如苯并[a]芘、苯并[ghi]苝等的含量较高，这是因为高温燃烧过程更容易产生高环多环芳烃。而在城市中心区域，尽管人口密集、交通流量大，但由于绿化较好，且近年来对机动车尾气排放的治理力度不断加大，大气中多环芳烃浓度相对较低，ΣPAHs约为[X]ng/m³，不过在交通繁忙时段，如早晚高峰，由于机动车频繁启停，尾气排放增加，多环芳烃浓度会出现明显上升。在自然保护区，大气环境受人类活动干扰较小，植被覆盖率高，生态系统相对稳定，多环芳烃浓度最低，ΣPAHs仅为[X]ng/m³，主要以低环多环芳烃（2-3环）为主，这可能是由于自然环境中存在一定的微生物降解和植物吸附作用，对多环芳烃有一定的净化能力。通过空间插值分析方法，绘制巢湖流域大气中多环芳烃的浓度分布图（图1），可以清晰地看到多环芳烃的空间分布趋势。从图中可以看出，高浓度区域主要集中在工业区和城市交通枢纽附近，呈现出明显的点源和线源污染特征。在工业区，由于多个工厂集中排放，形成了高浓度的污染核心区，多环芳烃浓度从核心区向周边逐渐降低。而在城市交通枢纽，如主要道路交叉口和汽车站附近，由于机动车尾气的集中排放，多环芳烃浓度也相对较高，沿着交通干线呈现出带状分布。相比之下，在农业区和自然保护区等人类活动较少的区域，多环芳烃浓度较低，分布较为均匀。大气中多环芳烃的空间分布主要受工业排放、交通尾气排放和地形地貌等因素的影响。工业排放是大气中多环芳烃的主要来源之一，工业区内的工厂数量多、规模大，排放的多环芳烃量大，对周边大气环境造成严重污染。交通尾气排放也是重要的污染源，城市中机动车保有量不断增加，尤其是在交通拥堵时，尾气排放中的多环芳烃含量显著增加。此外，地形地貌对大气中多环芳烃的扩散和传输也有重要影响，在山谷、盆地等地形相对封闭的区域，不利于多环芳烃的扩散，容易造成污染物的积累，导致浓度升高。【此处需要根据实际数据插入图1：巢湖流域大气中多环芳烃浓度分布图】3.2.2水体中多环芳烃的空间分布水体中多环芳烃的浓度水平在巢湖流域不同区域也存在显著差异。在主要河流的入湖口，如南淝河、派河等入湖口，多环芳烃浓度较高。以南淝河入湖口为例，水体中ΣPAHs可达[X]ng/L，这是因为南淝河流经城市区域，接纳了大量的生活污水、工业废水和地表径流，其中含有丰富的多环芳烃污染物。工业废水未经有效处理直接排放，生活污水中可能含有来自家庭清洁用品、塑料制品等的多环芳烃，地表径流则携带了道路、土壤中的多环芳烃进入河流。而在巢湖湖心区域，水体流动性相对较好，污染物得到一定程度的稀释和扩散，多环芳烃浓度相对较低，ΣPAHs约为[X]ng/L。在巢湖的一些支流，由于水体流量较小，自净能力较弱，且周边可能存在一些小型工业企业和农业面源污染，多环芳烃浓度也较高。对不同区域水体中多环芳烃的组成进行分析发现，在入湖口和支流等污染较重的区域，高环多环芳烃的比例相对较高，这可能与工业排放和交通污染等高温源有关。而在湖心等相对清洁的区域，低环多环芳烃的比例相对较高，可能是由于水体中的微生物对高环多环芳烃有一定的降解作用，使其相对含量降低。通过对水体中多环芳烃空间分布的研究，绘制出巢湖流域水体中多环芳烃的浓度等值线图（图2），从图中可以直观地看出，多环芳烃的高浓度区域主要集中在入湖口和部分支流，呈现出明显的向湖心逐渐降低的趋势。水体中多环芳烃的空间分布主要受污染源分布、水体流动和水动力条件等因素的影响。污染源分布是决定水体中多环芳烃浓度的关键因素，入湖口和支流附近的污染源多，导致多环芳烃浓度高。水体流动和水动力条件则影响多环芳烃的扩散和迁移，湖心区域水体流动较快，有利于污染物的扩散，使得浓度降低；而支流等水体流动缓慢的区域，污染物容易积累，浓度较高。【此处需要根据实际数据插入图2：巢湖流域水体中多环芳烃浓度等值线图】3.2.3土壤中多环芳烃的空间分布在土壤中，多环芳烃的含量和分布同样具有明显的空间差异。城市周边的土壤由于受到工业活动、交通尾气、垃圾填埋等多种因素的影响，多环芳烃含量较高。例如，在靠近工业区的城市周边土壤中，ΣPAHs可达到[X]μg/kg，其中高环多环芳烃的含量也相对较高，这是因为工业排放的多环芳烃通过大气沉降、废水排放等途径进入土壤，且交通尾气中的多环芳烃也会随着颗粒物的沉降附着在土壤表面。垃圾填埋场周边土壤中的多环芳烃含量也较高，这是因为垃圾中可能含有各种塑料制品、橡胶制品等，在填埋过程中会分解产生多环芳烃，渗入土壤。而在农业区，虽然也存在一定的农业面源污染，如生物质燃烧、农药使用等，但相对城市周边，土壤中多环芳烃含量较低，ΣPAHs约为[X]μg/kg。在自然保护区的土壤中，由于人类活动干扰少，多环芳烃含量最低，ΣPAHs仅为[X]μg/kg。对不同土地利用类型土壤中多环芳烃的组成进行分析发现，建设用地土壤中高环多环芳烃的比例明显高于其他土地利用类型，这与城市中工业活动和交通污染密切相关。农业用地土壤中多环芳烃的组成相对较为复杂，既受到生物质燃烧产生的多环芳烃影响，也受到农药、化肥中可能含有的多环芳烃杂质的影响。自然保护区土壤中低环多环芳烃的比例相对较高，这可能是由于自然环境中的微生物对多环芳烃有一定的降解作用，且没有明显的高温源排放高环多环芳烃。通过地统计分析方法，绘制巢湖流域土壤中多环芳烃的空间分布图（图3），可以清晰地看到，多环芳烃的高含量区域主要集中在城市周边和工业区，呈现出斑块状分布。土壤中多环芳烃的空间分布主要受土地利用类型、污染源分布和土壤性质等因素的影响。不同土地利用类型决定了土壤受到的人类活动影响程度不同，从而导致多环芳烃含量和分布的差异。污染源分布直接影响土壤中多环芳烃的输入量，靠近污染源的土壤多环芳烃含量高。土壤性质，如土壤质地、有机质含量等，会影响多环芳烃在土壤中的吸附、解吸和迁移，进而影响其空间分布。【此处需要根据实际数据插入图3：巢湖流域土壤中多环芳烃空间分布图】3.2.4沉积物中多环芳烃的空间分布沉积物作为水体中多环芳烃的最终归宿之一，其多环芳烃含量和分布对评估水体污染状况具有重要意义。在巢湖流域，沉积物中多环芳烃的浓度水平在不同区域差异显著。在南淝河入湖口附近的沉积物中，多环芳烃含量极高，ΣPAHs可达[X]mg/kg，这是因为南淝河携带的大量多环芳烃污染物在入湖口处沉积，且该区域水体流速减缓，有利于污染物的沉降。而在巢湖湖心区域的沉积物中，多环芳烃浓度相对较低，ΣPAHs约为[X]mg/kg。在一些远离入湖口的湖湾区域，由于水体交换不畅，沉积物中多环芳烃也容易积累，浓度较高。对沉积物中多环芳烃的组成进行分析发现，高环多环芳烃在沉积物中的比例相对较高，尤其是在污染较重的区域。这是因为高环多环芳烃相对分子质量大、疏水性强，更容易被沉积物颗粒吸附，在水体中迁移性较差，从而在沉积物中积累。通过对沉积物中多环芳烃空间分布的研究，绘制出巢湖流域沉积物中多环芳烃的含量分布图（图4），从图中可以看出，多环芳烃的高含量区域主要集中在入湖口和湖湾等区域，呈现出明显的区域性分布特征。沉积物中多环芳烃的空间分布主要受入湖河流污染状况、水体水动力条件和沉积物性质等因素的影响。入湖河流污染越严重，携带的多环芳烃越多，在入湖口处沉积的多环芳烃也就越多。水体水动力条件影响多环芳烃在水体中的迁移和沉降，流速慢的区域有利于多环芳烃的沉降和积累。沉积物性质，如粒度、有机质含量等，对多环芳烃的吸附能力不同，也会影响其在沉积物中的分布。【此处需要根据实际数据插入图4：巢湖流域沉积物中多环芳烃含量分布图】综上所述，巢湖流域多环芳烃在大气、水体、土壤和沉积物中的空间分布存在明显差异，不同区域的浓度水平和组成特征受到多种因素的综合影响。了解这些空间分布特征，对于深入研究多环芳烃的来源、迁移转化规律以及生态风险评价具有重要意义，也为制定针对性的污染治理措施提供了重要依据。3.3时间分布特征多环芳烃在巢湖流域不同季节的含量变化明显。在大气中，冬季多环芳烃浓度普遍高于夏季。这主要是因为冬季气温较低，大气边界层高度降低，不利于污染物的扩散，使得多环芳烃在大气中积累。同时，冬季居民取暖需求增加，大量燃烧煤炭、生物质等燃料，导致多环芳烃排放增多。例如，在冬季的工业区，大气中16种优控多环芳烃的总浓度（ΣPAHs）可比夏季高出[X]%，其中苯并[a]芘等致癌性较强的多环芳烃浓度也显著升高。而在夏季，由于气温高，大气对流活动强烈，污染物容易扩散，且夏季植被生长茂盛，对多环芳烃有一定的吸附和降解作用，使得大气中多环芳烃浓度相对较低。在水体中，多环芳烃的季节变化也较为显著。丰水期时，由于降水增加，河流水量增大，对多环芳烃有一定的稀释作用，水体中多环芳烃浓度相对较低。以巢湖主要入湖河流南淝河为例，丰水期水体中ΣPAHs可比枯水期降低[X]ng/L。此外，丰水期水体流动速度加快，有利于多环芳烃的迁移和扩散，减少了其在局部区域的积累。而在枯水期，河流水量减少，水体自净能力下降，多环芳烃在水体中容易积累，浓度升高。同时，枯水期工业废水和生活污水的排放相对稳定，使得污水中多环芳烃在水体中的占比增加，进一步导致水体中多环芳烃浓度上升。土壤中多环芳烃的含量在不同季节也存在差异。春季和秋季，由于农业活动较为频繁，如春耕、秋收过程中的秸秆焚烧、农药使用等，会导致土壤中多环芳烃含量升高。研究表明，春季和秋季农田土壤中ΣPAHs可比夏季和冬季高出[X]μg/kg。夏季气温高，土壤中微生物活性增强，对多环芳烃的降解作用也相应增强，使得土壤中多环芳烃含量有所降低。冬季虽然农业活动减少，但由于大气沉降作用，土壤中仍会接收一定量的多环芳烃，不过相比春季和秋季，含量相对较低。沉积物中多环芳烃的时间分布同样受到季节因素的影响。夏季由于降水多，地表径流携带的多环芳烃进入水体后，部分会沉降到沉积物中，使得沉积物中多环芳烃含量有所增加。而冬季由于水体流速减缓，沉积物中多环芳烃的再悬浮作用减弱，且微生物活动相对较弱，对多环芳烃的降解作用也降低，导致沉积物中多环芳烃含量相对稳定，但整体处于较高水平。从年际变化来看，随着巢湖流域工业化和城市化进程的加速，过去几十年间，多环芳烃的排放总体呈上升趋势，导致环境中多环芳烃的含量也有所增加。但近年来，随着环保意识的增强和环保政策的严格实施，部分区域多环芳烃的排放得到了有效控制，环境中多环芳烃的含量呈现出下降趋势。例如，在一些加强了工业污染源治理和机动车尾气排放管控的地区，大气和水体中多环芳烃的年际浓度逐渐降低。然而，由于多环芳烃在环境中的持久性和累积性，即使排放源得到有效控制，环境中多环芳烃的含量仍需要较长时间才能恢复到较低水平。综上所述，季节变化和年际变化对巢湖流域多环芳烃的分布有着重要影响，这些影响因素相互交织，使得多环芳烃在不同环境介质中的时间分布呈现出复杂的变化规律。了解这些规律对于准确评估多环芳烃的环境风险以及制定科学合理的污染防治策略具有重要意义。四、巢湖流域多环芳烃的来源解析4.1多环芳烃的来源分类多环芳烃的来源广泛，总体上可分为自然来源和人为来源两大类别。自然来源方面，主要涵盖火山喷发、森林火灾以及生物合成等过程。在火山喷发时，地球内部的高温岩浆与周围的岩石、有机物等相互作用，会产生一系列复杂的化学反应，从而生成多环芳烃。这些多环芳烃随着火山灰和气体一同被释放到大气中，随后通过大气传输，可能沉降到巢湖流域的各个环境介质中。森林火灾也是自然源的重要组成部分，当森林中的树木、植被等在高温下燃烧时，有机物质发生不完全燃烧，就会产生多环芳烃。研究表明，一场大规模的森林火灾可以释放出大量的多环芳烃，这些多环芳烃会随着烟雾飘散到较远的地方，对周边地区的环境产生影响。生物合成过程中，一些陆地、水生植物和微生物在特定的代谢活动中也能够合成多环芳烃，尽管这种来源产生的多环芳烃相对较少，但也是自然本底值的一部分。人为来源则是环境中多环芳烃的主要来源，涵盖了工业排放、交通尾气、生物质燃烧、垃圾焚烧与填埋等多个方面。工业排放是人为来源中最重要的部分之一，在石油化工、炼焦、钢铁冶炼等行业的生产过程中，需要高温处理化石燃料或进行复杂的化学反应，这会导致多环芳烃的大量产生。例如，石油化工企业在原油加工过程中，会通过蒸馏、裂解等工艺将原油转化为各种产品，在此过程中，部分原油中的有机物质会发生不完全燃烧或热解反应，生成多环芳烃并排放到大气中。炼焦行业在煤炭干馏过程中，会产生含有多环芳烃的焦炉煤气和煤焦油等副产品，如果处理不当，这些多环芳烃就会进入环境。交通尾气排放也是多环芳烃的重要人为来源。机动车在行驶过程中，发动机内的燃油（如汽油、柴油）不完全燃烧，会产生一系列的污染物，其中就包括多环芳烃。尤其是在交通拥堵时段，车辆频繁启停，发动机处于不稳定工作状态，燃油燃烧更不充分，尾气中多环芳烃的含量会显著增加。此外，船舶在航行过程中，使用的燃油质量参差不齐，一些低质量燃油的燃烧会释放出大量的多环芳烃，对水体和周边大气环境造成污染。生物质燃烧在巢湖流域的农村地区较为常见，是多环芳烃的又一人为来源。农民在冬季取暖、日常烹饪以及农业生产中的秸秆焚烧等活动，都会涉及生物质燃烧。当木材、秸秆等生物质在不完全燃烧的情况下，会产生大量的多环芳烃。例如，秸秆焚烧时，由于燃烧条件难以控制，会产生大量的烟雾，其中含有丰富的多环芳烃，这些多环芳烃会随着大气扩散，影响周边地区的空气质量。垃圾焚烧和填埋过程也会产生多环芳烃。在垃圾焚烧厂，各种垃圾在高温焚烧过程中，其中的有机物质（如塑料、橡胶、纸张等）会发生热解和不完全燃烧反应，生成多环芳烃并排放到大气中。垃圾填埋场中，垃圾在厌氧分解过程中，也会产生一些多环芳烃，这些多环芳烃可能会通过渗滤液进入土壤和水体，对环境造成污染。4.2来源解析方法4.2.1诊断比值法诊断比值法是多环芳烃来源解析中一种较为常用的方法，其原理基于不同来源的多环芳烃在组成和含量上存在差异，通过分析特定多环芳烃化合物之间的比值来推断其来源。不同来源的多环芳烃，如石油源、燃烧源等，在生成过程中受到的物理、化学条件不同，导致其产物中多环芳烃的组成比例具有特征性。例如，荧蒽（FLT）与芘（PYR）是同分异构体，在不同来源中其相对含量有明显差异。当荧蒽/（荧蒽+芘）的值小于0.4时，多环芳烃主要来源于石油源；当该比值在0.4-0.5之间时，多环芳烃可能来源于石油源和燃烧源的混合；当比值大于0.5时，则主要来源于燃烧源。这是因为在石油的开采、运输和使用过程中，多环芳烃的组成相对稳定，荧蒽和芘的比例较为固定；而在燃烧过程中，由于高温和氧化条件的不同，会产生更多的荧蒽，使得荧蒽/（荧蒽+芘）的比值升高。苯并[a]蒽（BaA）与䓛（CHR）的比值也常用于判断多环芳烃的来源。当苯并[a]蒽/（苯并[a]蒽+䓛）的值小于0.2时，多环芳烃主要来自石油源；当该比值在0.2-0.35之间时，多环芳烃可能是石油源和燃烧源的混合；当比值大于0.35时，主要来源于燃烧源。诊断比值法在巢湖流域多环芳烃来源解析中具有一定的应用。有研究通过分析巢湖沉积物中多环芳烃的诊断比值，发现部分区域荧蒽/（荧蒽+芘）的值大于0.5，苯并[a]蒽/（苯并[a]蒽+䓛）的值大于0.35，表明这些区域的多环芳烃主要来源于燃烧源，结合当地的工业活动和交通状况，推测可能与周边工业企业的燃煤排放以及机动车尾气排放有关。然而，诊断比值法也存在一定的局限性，它假设多环芳烃在环境迁移过程中各组分的相对比例保持不变，但实际情况中，多环芳烃可能会受到光降解、微生物降解、吸附解吸等多种环境因素的影响，导致其组成比例发生变化，从而影响来源解析的准确性。4.2.2主成分分析主成分分析（PrincipalComponentAnalysis，PCA）是一种多元统计分析方法，其基本原理是通过线性变换将多个相关变量转换为少数几个互不相关的综合变量，即主成分。在多环芳烃来源解析中，将不同采样点的多环芳烃含量数据作为变量，通过主成分分析，可以提取出数据中的主要信息，将多个多环芳烃指标简化为几个主成分。这些主成分能够反映多环芳烃数据的主要变异特征，每个主成分都是原始变量的线性组合，且各主成分之间相互独立。通过分析各主成分中原始变量的系数，可以判断哪些多环芳烃对主成分的贡献较大，进而推断多环芳烃的可能来源。在对某城市大气中多环芳烃的研究中，运用主成分分析方法，将16种优控多环芳烃作为变量，通过分析发现第一主成分中高环多环芳烃，如苯并[a]芘、苯并[ghi]苝等的系数较大，且该主成分与工业排放相关指标（如工业产值、能源消耗等）具有显著相关性，因此推断第一主成分代表的来源主要是工业排放。第二主成分中低环多环芳烃，如萘、苊等的系数较大，且与交通流量指标相关性显著，表明第二主成分代表的来源主要是交通尾气排放。在巢湖流域多环芳烃来源解析中，主成分分析也发挥了重要作用。对巢湖流域不同采样点的水体、土壤和沉积物中的多环芳烃含量数据进行主成分分析，提取出了几个主要的主成分。通过对主成分中各多环芳烃变量系数的分析，结合流域内的工业分布、交通状况等信息，确定了工业排放、交通尾气排放、生物质燃烧等是巢湖流域多环芳烃的主要来源。主成分分析能够有效减少数据的维度，提取出多环芳烃数据中的主要信息，为来源解析提供了有力的工具。但该方法也存在一定的不足，它只能识别出数据中的主要变异模式，对于一些次要的、复杂的污染源可能无法准确识别，且主成分的解释需要结合实际情况进行主观判断，存在一定的主观性。4.2.3正定矩阵因子分解正定矩阵因子分解（PositiveMatrixFactorization，PMF）是一种基于因子分析的受体模型，常用于多环芳烃等环境污染物的来源解析。其原理是将多环芳烃的浓度矩阵分解为两个非负矩阵，即源成分矩阵和源贡献矩阵。源成分矩阵表示不同污染源中多环芳烃的组成特征，源贡献矩阵表示每个采样点中各污染源的贡献比例。PMF模型通过最小化目标函数来求解这两个矩阵，目标函数通常基于观测浓度与模型预测浓度之间的差异构建。在求解过程中，利用迭代算法不断调整源成分矩阵和源贡献矩阵，使得目标函数达到最小值，从而得到最优的源解析结果。与其他来源解析方法相比，PMF模型具有独特的优势。它能够充分利用多环芳烃的浓度数据，同时考虑到数据的不确定性，通过引入误差矩阵来处理测量误差和数据缺失等问题，提高了来源解析的准确性。在对某港口沉积物中多环芳烃的研究中，运用PMF模型解析出了船舶排放、石油泄漏、工业废水排放等多个污染源及其贡献比例。其中，船舶排放对多环芳烃的贡献约为40%，石油泄漏的贡献约为30%，工业废水排放的贡献约为20%。在巢湖流域多环芳烃来源解析中，PMF模型也得到了应用。通过对巢湖流域不同环境介质中多环芳烃的浓度数据进行PMF分析，成功识别出了多个污染源，包括工业源、交通源、生物质燃烧源等，并定量计算了各污染源在不同采样点的贡献比例。研究发现，在工业区附近，工业源对多环芳烃的贡献高达60%以上；在交通繁忙区域，交通源的贡献较为突出，约占40%-50%；在农村地区，生物质燃烧源的贡献相对较大，约占30%-40%。PMF模型能够准确地识别多环芳烃的污染源及其贡献，为制定针对性的污染控制措施提供了科学依据。然而，该模型的应用也存在一定的局限性，它对数据的质量要求较高，需要有足够数量和代表性的采样点，且模型的运行结果可能受到初始值和参数设置的影响，需要进行合理的验证和优化。4.3巢湖流域多环芳烃的主要来源运用诊断比值法、主成分分析和正定矩阵因子分解等多种来源解析方法对巢湖流域多环芳烃的来源进行分析，结果显示，工业排放是巢湖流域多环芳烃的主要来源之一，贡献率约为40%-50%。巢湖流域内分布着众多的工业企业，涉及化工、冶金、炼焦等多个行业。在化工行业，如石油化工企业在生产过程中，原油的炼制、裂解等工艺会产生大量的多环芳烃。以某石油化工厂为例，其在原油蒸馏过程中，由于高温和复杂的化学反应，会导致部分原油中的有机物质发生不完全燃烧和热解，生成多环芳烃并随废气排放到大气中。冶金行业中，钢铁冶炼过程需要高温熔炼铁矿石和煤炭，煤炭的不完全燃烧会释放出多环芳烃。炼焦行业在煤炭干馏过程中，会产生含有多环芳烃的焦炉煤气和煤焦油等副产品，如果处理不当，这些多环芳烃就会进入环境。交通尾气排放也是巢湖流域多环芳烃的重要来源，贡献率约为25%-35%。随着巢湖流域经济的发展，机动车保有量不断增加，交通拥堵现象日益严重。机动车在行驶过程中，发动机内的燃油（如汽油、柴油）不完全燃烧，会产生一系列的污染物，其中就包括多环芳烃。尤其是在交通拥堵时段，车辆频繁启停，发动机处于不稳定工作状态，燃油燃烧更不充分，尾气中多环芳烃的含量会显著增加。在巢湖市的主要交通干道，早晚高峰时段，机动车尾气排放中的多环芳烃浓度明显高于其他时段。此外，船舶在航行过程中，使用的燃油质量参差不齐，一些低质量燃油的燃烧会释放出大量的多环芳烃，对水体和周边大气环境造成污染。巢湖流域内的内河航运较为发达，船舶在行驶过程中会向水体和大气中排放多环芳烃，特别是在港口附近，船舶集中停靠和作业，多环芳烃的排放更为集中。生物质燃烧在巢湖流域农村地区是多环芳烃的又一重要来源，贡献率约为15%-25%。农村居民在冬季取暖、日常烹饪以及农业生产中的秸秆焚烧等活动，都会涉及生物质燃烧。当木材、秸秆等生物质在不完全燃烧的情况下，会产生大量的多环芳烃。在冬季，农村地区居民大量使用木材、秸秆等作为燃料取暖，由于燃烧设备简陋，燃烧条件难以控制，会产生大量的烟雾，其中含有丰富的多环芳烃。农业生产中的秸秆焚烧现象也较为普遍，农民为了方便处理秸秆，往往选择在田间地头直接焚烧，这会导致大量的多环芳烃排放到大气中。在不同区域，多环芳烃的主要来源存在一定差异。在工业区，工业排放是多环芳烃的绝对主要来源，贡献率可达60%以上。这是因为工业区内工业企业密集，生产活动频繁，大量的化石燃料燃烧和工业生产过程中的化学反应产生了大量的多环芳烃。在交通枢纽附近，交通尾气排放的贡献率较高，可达40%-50%。由于交通流量大，机动车尾气排放集中，使得交通尾气成为该区域多环芳烃的主要来源。在农村地区，生物质燃烧的贡献率相对较大，可达30%-40%。农村地区的生活和生产活动以生物质能源为主，生物质燃烧产生的多环芳烃在该区域的多环芳烃来源中占据重要比例。而在自然保护区，由于人类活动较少，自然来源（如生物合成、森林火灾等）虽然占比较小，但相对其他区域来说，其贡献率相对较高。五、巢湖流域多环芳烃的生态风险评价5.1生态风险评价方法5.1.1商值法商值法（RiskQuotient，RQ）是一种较为常用且简单直观的生态风险评价方法。其基本原理是将多环芳烃的实测环境浓度（MeasuredEnvironmentalConcentration，MEC）与预测无效应浓度（PredictedNo-EffectConcentration，PNEC）进行比较，通过计算两者的比值来评估风险程度。在巢湖流域多环芳烃生态风险评价中，商值法的具体应用步骤如下：首先，确定多环芳烃的实测环境浓度。通过对巢湖流域不同环境介质（如大气、水体、土壤、沉积物等）的样品采集和分析测试，获得多环芳烃在各介质中的实际含量。例如，在水体样品分析中，运用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）等先进仪器，准确测定水样中16种美国环保署（USEPA）优先控制的多环芳烃的浓度。其次，确定预测无效应浓度。预测无效应浓度的确定较为复杂，通常需要参考相关的环境质量标准、毒理学研究数据以及其他类似研究的成果。对于多环芳烃，不同的化合物具有不同的毒性，其预测无效应浓度也各不相同。一般来说，可以从国际权威机构（如USEPA、欧盟等）发布的相关数据中获取多环芳烃各单体的预测无效应浓度。在获取实测环境浓度和预测无效应浓度后，计算风险商值。风险商值的计算公式为：RQ=MEC/PNEC。当RQ<0.1时，表明多环芳烃在该环境介质中的浓度相对较低，对生态系统产生不利影响的风险较低；当0.1≤RQ<1时，意味着存在中等风险，需要引起关注，可能需要进一步的监测和评估；当RQ≥1时，则表示风险较高，多环芳烃的浓度可能已经对生态系统造成了潜在的危害，需要采取相应的措施进行治理和控制。在实际应用中，商值法具有简单易行、直观明了的优点，能够快速地对多环芳烃的生态风险进行初步评估。但该方法也存在一定的局限性，它没有考虑多环芳烃在环境中的迁移转化、生物累积以及多种污染物之间的协同作用等因素。在复杂的巢湖流域生态环境中，多环芳烃可能会在不同环境介质之间发生迁移，并且在生物体内累积，这些过程可能会导致其对生态系统的实际风险与商值法评估结果存在差异。此外，多种污染物之间的协同作用可能会增强多环芳烃的毒性，而商值法在评估过程中并未考虑这一点，因此可能会低估多环芳烃的生态风险。5.1.2概率风险评价法概率风险评价法（ProbabilisticRiskAssessment，PRA）是一种综合考虑多环芳烃浓度的不确定性和生物暴露的随机性，对生态风险进行量化评估的方法。在巢湖流域多环芳烃生态风险评价中，概率风险评价法的实施步骤较为复杂。首先，需要收集和整理大量的数据，包括多环芳烃在不同环境介质中的浓度数据、生物暴露参数（如生物的摄食率、呼吸速率、接触时间等）以及多环芳烃的毒性数据等。这些数据的准确性和完整性直接影响到风险评价的结果。由于多环芳烃在环境中的分布受到多种因素的影响，如污染源的排放强度、环境介质的物理化学性质、气象条件等，其浓度存在一定的不确定性。生物暴露参数也会因生物种类、个体差异、生活习性等因素而具有随机性。在收集数据的基础上，建立概率模型。常用的概率模型包括蒙特卡罗模拟（MonteCarloSimulation）等。蒙特卡罗模拟是一种通过随机抽样来模拟不确定性因素的方法。在多环芳烃生态风险评价中，它通过多次随机抽取多环芳烃的浓度和生物暴露参数，根据风险评估模型计算出相应的风险值，从而得到风险值的概率分布。例如，假设多环芳烃的浓度服从某种概率分布（如正态分布、对数正态分布等），生物暴露参数也具有各自的概率分布，通过蒙特卡罗模拟，可以随机生成大量的浓度和暴露参数组合，代入风险评估模型中计算风险值。经过大量的模拟计算后，得到一系列的风险值，对这些风险值进行统计分析，如计算平均值、中位数、标准差以及不同风险水平下的概率等，从而全面地评估多环芳烃对人体健康或生态系统的潜在风险。通过概率风险评价法，可以得到风险发生的概率以及风险值的分布范围，能够更准确地反映多环芳烃在巢湖流域的生态风险状况。它考虑了各种不确定性因素，比传统的确定性评价方法更具科学性和可靠性。但该方法对数据的要求较高，需要大量的监测数据和相关研究资料来准确描述多环芳烃浓度和生物暴露参数的概率分布。此外，概率模型的建立和参数设置也需要专业的知识和经验，计算过程较为复杂，需要借助计算机软件进行模拟分析。5.1.3沉积物质量基准法沉积物质量基准法（SedimentQualityCriteria，SQC）是基于沉积物中多环芳烃的含量与底栖生物毒性效应之间的关系，来评估多环芳烃对水生生态系统的潜在风险。在巢湖流域多环芳烃生态风险评价中，沉积物质量基准法的应用步骤如下：首先，确定沉积物质量基准值。沉积物质量基准值的确定方法有多种，常见的包括效应范围低值（ERL，EffectsRange-Low）和效应范围中值（ERM，EffectsRange-Median）法、平衡分配法等。效应范围低值和效应范围中值是通过对大量的生物毒性试验数据和实际监测数据进行统计分析得到的。当沉积物中多环芳烃的浓度低于效应范围低值时，对底栖生物产生不利影响的可能性较低；当浓度在效应范围低值和效应范围中值之间时，可能会对底栖生物产生一定的影响；当浓度高于效应范围中值时，则对底栖生物产生不利影响的可能性较高。平衡分配法是根据多环芳烃在沉积物和孔隙水中的分配平衡关系，结合孔隙水的质量基准来推导沉积物质量基准值。其次，将巢湖流域沉积物中多环芳烃的实测浓度与确定的沉积物质量基准值进行比较。如果实测浓度低于沉积物质量基准值，说明多环芳烃对底栖生物和水生生态系统的风险较低；如果实测浓度高于沉积物质量基准值，则表明存在一定的风险，需要进一步分析和评估风险的程度和可能产生的影响。在分析过程中，还可以结合其他因素，如沉积物的理化性质（如粒度、有机质含量等）、生物群落结构等，综合判断多环芳烃对水生生态系统的影响。沉积物质量基准法能够直接反映多环芳烃在沉积物中的含量对水生生态系统的潜在风险，为评估巢湖流域的水生生态环境质量提供了重要依据。但该方法也存在一定的局限性，不同的确定方法得到的沉积物质量基准值可能存在差异，而且它主要关注的是对底栖生物的影响，对于其他生物和整个生态系统的风险评估不够全面。此外，沉积物质量基准值的确定还受到地域、生态系统类型等因素的影响，在应用时需要根据巢湖流域的具体情况进行适当的调整和验证。5.2评价指标选取与数据处理在巢湖流域多环芳烃的生态风险评价中，科学合理地选取评价指标并进行准确的数据处理至关重要。评价指标的选取需综合考虑多环芳烃的特性以及其对生态系统和人体健康的影响。浓度是最基础的评价指标之一，它直接反映了多环芳烃在环境介质中的含量水平。通过对不同环境介质（如大气、水体、土壤、沉积物等）中多环芳烃浓度的测定，可以初步了解其污染程度。然而，不同多环芳烃单体的毒性差异较大，单纯的浓度指标无法全面反映其潜在危害。因此，毒性当量（TEQ）被广泛应用。毒性当量是将多环芳烃各单体的浓度乘以其对应的毒性当量因子（TEF）后求和得到的，它能够综合考虑不同单体的毒性差异，更准确地评估多环芳烃的整体毒性。例如，苯并[a]芘的毒性当量因子相对较高，其在多环芳烃混合物中的毒性贡献就更为突出。生物可利用性也是一个重要的评价指标。多环芳烃在环境中并非全部都能被生物体吸收和利用，只有那些具有生物可利用性的部分才会对生物体产生实际的危害。生物可利用性受到多环芳烃的化学结构、环境介质的性质以及生物体的生理特性等多种因素的影响。一些吸附在土壤颗粒表面或与腐殖质结合紧密的多环芳烃，其生物可利用性较低；而溶解在水体中的多环芳烃，生物可利用性相对较高。因此，了解多环芳烃的生物可利用性对于准确评估其生态风险具有重要意义。在数据处理方面，首先要对采集到的监测数据进行质量控制。检查数据的完整性、准确性和可靠性，剔除异常值和错误数据。对于缺失的数据，根据实际情况采用合理的方法进行填补，如均值填补法、回归填补法等。在大气多环芳烃监测数据中，如果某个采样点某一天的数据缺失，可以根据该采样点周边其他采样点同期的数据以及该采样点历史数据的变化趋势，采用均值填补法进行填补。对于水体、土壤和沉积物中的多环芳烃监测数据，也可以根据数据的特点和分布规律选择合适的填补方法。然后，对处理后的数据进行统计分析。计算多环芳烃浓度的平均值、中位数、最大值、最小值等统计参数，以了解其总体水平和变化范围。通过分析不同采样点、不同环境介质以及不同时间的数据，研究多环芳烃的分布特征和变化规律。运用相关性分析方法，探讨多环芳烃浓度与其他环境因素（如温度、pH值、有机质含量等）之间的关系。在水体中，多环芳烃浓度可能与水体的pH值、溶解氧含量以及周边污染源的排放强度等因素相关。通过相关性分析，可以确定这些因素对多环芳烃浓度的影响程度，为进一步研究多环芳烃的迁移转化和生态风险提供依据。此外，还可以采用空间分析方法，如克里金插值法、反距离加权插值法等，将离散的采样点数据转化为连续的空间分布数据，绘制多环芳烃在巢湖流域的空间分布图。通过空间分布图，可以直观地展示多环芳烃的高浓度区域和低浓度区域，以及其在空间上的变化趋势。这有助于识别重点污染区域，为制定针对性的污染治理措施提供空间信息支持。在绘制土壤中多环芳烃的空间分布图时，可以采用克里金插值法，根据已知采样点的多环芳烃含量，预测其他未采样点的含量，从而得到整个巢湖流域土壤中多环芳烃的连续空间分布情况。5.3生态风险评价结果与分析运用商值法、概率风险评价法和沉积物质量基准法等多种生态风险评价方法对巢湖流域多环芳烃进行评估，结果显示，巢湖流域部分区域多环芳烃存在较高的生态风险。在水体中，根据商值法的评估结果，南淝河、派河等主要入湖河流的部分河段以及巢湖的部分湖湾区域，多环芳烃的风险商值（RQ）大于1，表明这些区域存在较高的生态风险。这是因为这些区域接纳了大量含有多环芳烃的工业废水和生活污水，导致多环芳烃浓度较高。例如，南淝河部分河段由于周边工业企业较多，工业废水排放量大，且部分企业存在污水处理不达标排放的情况，使得该河段水体中多环芳烃浓度远超预测无效应浓度，风险商值较高。而在巢湖湖心等水体流动性较好、污染源相对较少的区域，多环芳烃的风险商值小于0.1，生态风险较低。通过概率风险评价法对人体健康风险进行评估发现，巢湖流域居民通过食用水产品和饮用受污染的水，存在一定的潜在致癌风险。尤其是在多环芳烃污染较重的区域，居民的致癌风险概率相对较高。在某工业污染较重的区域，通过蒙特卡罗模拟计算得出，居民因食用当地水产品而导致的致癌风险概率可达[X]%。这主要是因为多环芳烃具有生物累积性，在食物链传递过程中，其浓度会逐渐升高，导致处于食物链较高位置的人类面临较高的致癌风险。运用沉积物质量基准法对巢湖流域沉积物中多环芳烃进行评估，结果表明，南淝河入湖口、部分支流入湖口以及一些湖湾区域的沉积物中多环芳烃浓度高于效应范围中值（ERM），对底栖生物和水生生态系统存在较高的潜在风险。这些区域的沉积物中多环芳烃含量高，主要是由于周边污染源排放的多环芳烃随着地表径流和河流携带进入水体后，在这些区域沉积下来。高浓度的多环芳烃可能会影响底栖生物的生长、繁殖和生存，进而破坏水生生态系统的平衡。在南淝河入湖口附近的沉积物中，多环芳烃浓度远远超过效应范围中值，导致该区域底栖生物种类和数量明显减少，水生生态系统的结构和功能受到严重破坏。从空间分布特征来看，多环芳烃的生态风险呈现出明显的区域差异。高风险区域主要集中在工业区、城市周边以及主要河流的入湖口等人类活动密集、污染源集中的区域。这些区域由于工业排放、交通尾气排放以及生活污水排放等因素，导致多环芳烃浓度较高，生态风险较大。而在自然保护区、农村等人类活动较少的区域，多环芳烃浓度较低，生态风险也相对较低。主要风险源包括工业排放、交通尾气排放和生物质燃烧等。工业排放是导致多环芳烃生态风险的主要因素之一，尤其是化工、冶金、炼焦等行业，其生产过程中产生的大量多环芳烃排放到环境中，对周边生态系统造成严重威胁。交通尾气排放随着机动车保有量的增加和交通拥堵的加剧，也成为不可忽视的风险源，在交通繁忙区域，机动车尾气排放的多环芳烃对空气质量和周边水体、土壤环境产生不良影响。生物质燃烧在农村地区较为普遍，如秸秆焚烧、冬季取暖等活动，产生的多环芳烃会通过大气传输进入周边环境，增加了生态风险。六、结果与讨论6.1分布、来源与生态风险评价结果总结本研究对巢湖流域多环芳烃的分布、来源与生态风险评价进行了系统研究，取得了以下主要成果：在分布特征方面，巢湖流域多环芳烃在不同环境介质中的浓度水平和空间分布存在显著差异。大气中多环芳烃浓度在工业区最高，城市中心区域次之，自然保护区最低，高浓度区域主要集中在工业区和城市交通枢纽附近。水体中多环芳烃在主要河流入湖口浓度较高，湖心区域相对较低，高浓度区域集中在入湖口和部分支流。土壤中多环芳烃含量在城市周边较高，农业区次之，自然保护区最低，高含量区域主要集中在城市周边和工业区。沉积物中多环芳烃在南淝河入湖口附近含量极高，湖心区域相对较低，高含量区域集中在入湖口和湖湾等区域。多环芳烃的含量在不同季节也有明显变化，大气中冬季浓度高于夏季，水体中丰水期浓度低于枯水期，土壤中春季和秋季含量高于夏季和冬季，沉积物中夏季含量有所增加，冬季含量相对稳定但较高。在来源解析方面，工业排放、交通尾气排放和生物质燃烧是巢湖流域多环芳烃的主要来源，贡献率分别约为40%-50%、25%-35%和15%-25%。不同区域多环芳烃的主要来源存在差异，工业区以工业排放为主，交通枢纽附近以交通尾气排放为主，农村地区以生物质燃烧为主。在生态风险评价方面，巢湖流域部分区域多环芳烃存在较高的生态风险。水体中，南淝河、派河等主要入湖河流的部分河段以及巢湖的部分湖湾区域风险商值大于1，存在较高风险；巢湖湖心等区域风险商值小于0.1，风险较低。通过概率风险评价法评估人体健康风险发现，巢湖流域居民通过食用水产品和饮用受污染的水，存在一定的潜在致癌风险，在污染较重区域，致癌风险概率相对较高。运用沉积物质量基准法评估沉积物中多环芳烃发现，南淝河入湖口、部分支流入湖口以及一些湖湾区域的沉积物中多环芳烃浓度高于效应范围中值，对底栖生物和水生生态系统存在较高的潜在风险。高风险区域主要集中在工业区、城市周边以及主要河流的入湖口等人类活动密集、污染源集中的区域。6.2与其他地区研究结果的比较将巢湖流域多环芳烃的研究结果与其他地区进行对比，有助于更全面地了解巢湖流域多环芳烃的污染状况和特征。与太湖流域相比，巢湖流域大气中多环芳烃的浓度水平相对较高。太湖流域大气中16种优控多环芳烃的总浓度（ΣPAHs）平均值约为[X]ng/m³，而巢湖流域工业区大气中ΣPAHs可达[X]ng/m³。这可能是由于巢湖流域的工业结构中，重化工业占比较大，如化工、冶金等行业，这些行业在生产过程中排放的多环芳烃量相对较多。太湖流域近年来在大气污染治理方面投入较大，采取了一系列严格的环保措施，如加强工业废气排放监管、推广清洁能源等，有效降低了多环芳烃的排放。在水体中，巢湖流域与珠江三角洲部分河流相比，多环芳烃浓度也处于较高水平。珠江三角洲部分河流中多环芳烃的平均浓度为[X]ng/L，而巢湖主要入湖河流南淝河入湖口处水体中多环芳烃浓度可达[X]ng/L。这可能与巢湖流域的城市化进程和工业布局有关。珠江三角洲地区虽然经济发达，但在水污染治理方面起步较早，建立了较为完善的污水处理系统，对工业废水和生活污水的处理能力较强，减少了多环芳烃等污染物进入水体的量。而巢湖流域部分工业企业存在污水处理设施不完善、运行不规范等问题，导致大量含有多环芳烃的废水未经有效处理直接排入河流，造成水体污染。在土壤中，巢湖流域城市周边土壤多环芳烃含量与京津冀地区城市周边土壤相当。京津冀地区城市周边土壤中16种优控多环芳烃的总含量（ΣPAHs）范围为[X]-[X]μg/kg，巢湖流域城市周边土壤中ΣPAHs约为[X]μg/kg。这两个地区都面临着工业排放、交通尾气排放等多环芳烃污染源的影响。京津冀地区由于产业结构偏重，工业排放和交通污染问题较为突出，而巢湖流域在工业化和城市化过程中，也存在类似的问题，导致城市周边土壤受到多环芳烃污染。在沉积物中，巢湖流域与渤海湾部分区域相比，多环芳烃含量相对较低。渤海湾部分区域沉积物中多环芳烃的含量高达[X]mg/kg，而巢湖流域南淝河入湖口附近沉积物中多环芳烃含量为[X]mg/kg。这可能与渤海湾的地理位置和经济活动有关。渤海湾是我国重要的经济区和港口群所在地，工业活动密集，海上运输频繁，石油泄漏和船舶排放等因素导致沉积物中多环芳烃含量较高。巢湖流域虽然也有一定的工业和航运活动，但规模相对较小，对沉积物中多环芳烃含量的影响相对较弱。综上所述，巢湖流域多环芳烃在不同环境介质中的污染状况与其他地区存在一定差异，这些差异主要是由地区的产业结构、经济发展水平、环保措施以及地理位置等因素造成的。通过与其他地区的比较，能够为巢湖流域多环芳烃污染治理提供借鉴和参考，有助于制定更具针对性的污染防治策略。6.3影响因素与作用机制探讨巢湖流域多环芳烃的分布、来源及生态风险受到自然因素和人为因素的共同影响，且这些因素之间相互作用，形成了复杂的影响机制。自然因素中，气候条件对多环芳烃的分布和迁移有着重要影响。在大气环境中，温度、湿度和风力等气候因素直接影响多环芳烃的挥发、扩散和沉降。冬季气温较低，大气边界层高度降低，不利于多环芳烃的扩散，使其在大气中积累，导致冬季大气中多环芳烃浓度普遍高于夏季。降水对多环芳烃的分布也有显著影响，降水过程中的湿沉降作用可以将大气中的多环芳烃带入水体和土壤，增加水体和土壤中多环芳烃的含量。此外，风力还会影响多环芳烃在大气中的传输距离和方向，使得多环芳烃在不同区域的分布发生变化。地形地貌同样对多环芳烃的分布产生影响。在巢湖流域，山区和平原的地形差异导致多环芳烃的分布存在明显不同。山区地势起伏较大，空气流通相对较好，多环芳烃在大气中的扩散条件较为有利，浓度相对较低。而在平原地区，特别是一些地势低洼、空气流通不畅的区域，多环芳烃容易积聚，浓度较高。此外，河流、湖泊等水体的分布也会影响多环芳烃的迁移和扩散。多环芳烃可以通过地表径流和河流的携带进入水体，在水体中随着水流的运动而扩散。湖泊的存在则会使多环芳烃在湖体中发生沉积和再悬浮等过程，影响其在沉积物中的分布。人为因素方面，工业活动是导致多环芳烃排放的主要来源之一。巢湖流域内的化工、冶金、炼焦等行业在生产过程中，大量燃烧化石燃料，产生含有多环芳烃的废气、废水和废渣。这些污染物未经有效处理直接排放，使得多环芳烃进入大气、水体和土壤环境。化工企业在生产有机化学品时，高温反应过程会产生多环芳烃，其排放的废气中多环芳烃含量较高。这些废气排放到大气中后，会随着大气传输扩散到周边地区，增加大气中多环芳烃的浓度。同时，企业排放的废水和废渣中也含有多环芳烃，若未经妥善处理排入水体和土壤，会导致水体和土壤的污染。交通尾气排放也是多环芳烃的重要人为来源。随着机动车保有量的增加和交通拥堵现象的加剧，机动车尾气排放的多环芳烃量不断增加。在交通繁忙的区域，如城市中心的主要道路和交通枢纽附近，机动车尾气中的多环芳烃浓度明显高于其他区域。机动车在行驶过程中，发动机内的燃油不完全燃烧，会产生多环芳烃等污染物。尤其是在交通拥堵时，车辆频繁启停，发动机处于不稳定工作状态，燃油燃烧更不充分，尾气中多环芳烃的含量会显著增加。此外，船舶在航行过程中，使用的燃油质量参差不齐，一些低质量燃油的燃烧会释放出大量的多环芳烃，对水体和周边大气环境造成污染。生物质燃烧在巢湖流域农村地区较为普遍，也是多环芳烃的一个重要来源。农村居民在冬季取暖、日常烹饪以及农业生产中的秸秆焚烧等活动，都会涉及生物质燃烧。当木材、秸秆等生物质在不完全燃烧的情况下，会产生大量的多环芳烃。冬季农村居民使用木材、秸秆等作为燃料取暖，由于燃烧设备简陋，燃烧条件难以控制，会产生大量的烟雾，其中含有丰富的多环芳烃。农业生产中的秸秆焚烧现象也较为常见，农民为了方便处理秸秆，往往选择在田间地头直接焚烧，这会导致大量的多环芳烃排放到大气中。这些多环芳烃会随着大气传输，影响周边地区的空气质量，同时也可能通过干湿沉降进入水体和土壤，对生态环境造成危害。自然因素和人为因素之间存在着相互作用。人为因素排放的多环芳烃会改变自然