松嫩平原北部农田土壤多环芳烃空间分布、源解析和生态风险评价

摘要

多环芳烃(PAHs)是一种半挥发持久性有机污染物，由于该污染物的持久性、累积性、长距离迁移性，以及致畸致癌致突变高毒性，造成生态安全隐患，影响人们日常生活，受到国际社会广泛关注。表层土壤是陆地生态系统PAHs最重要的汇，进入土壤的PAHs将发生一系列物理、化学反应。一部分受自然环境影响，从而降解、转化成其他小分子量物质;还有一部分长久留存于土壤中，对土壤和生长于土壤中的动植物产生消极作用。松嫩平原是国家重要商品粮基地，土壤中持久性有机污染物浓度直接关系粮食安全，所以本文以松嫩平原为研究区，研究表层农田土壤中的PAHs。首先，研究加速溶剂萃取-高效液相色谱法测定土壤中16种PAHs的方法。其次，探究松嫩平原北部表层农田土壤中PAHs空间分布特征，试图分析有机碳(TOC)和酸碱度(pH)对土壤中PAHs含量分布的影响。再次，采用特征比值法和主成分分析法对表层农田土壤中的PAHs进行溯源分析。最后，运用多种方法对表层农田土壤中的PAHs进行了生态风险评价。以期保护松嫩平原北部农田环境，控制PAHs环境污染提供依据。
　　分析松嫩平原北部表层农田土壤样品中PAHs的结果表明，16种PAHs大部分检出率为100％，其余检出率也在90％以上，说明PAHs广泛存在于研究区表层农田土壤中。16种PAHs浓度范围在131.93～1699.14ug/kg之间，平均值为675.99ug/kg，中位数为668.84ug/kg，标准偏差为336.25ug/kg。研究区PAHs的空间分布呈现出东北部高，西南部低的趋势。研究发现，2～3环PAHs占总PAHs的24.81％～87.37％，平均为50.39％，4环占总PAHs的8.19％～43.45％，平均值为23.15％，5～6环占总PAHs的1.66％～59.32％，平均为26.45％。因此，从总体上看，松嫩平原农田表层土壤2～3环低芳烃占总体的50.39％，4～6环中、高环芳烃占总体的49.61％。
　　运用多种特征比值法定性判断PAHs的来源时发现，各结果相对一致，研究区的PAHs来源广泛，既有煤、生物质燃烧，也有石油源燃烧及石油源污染。三者贡献率大致呈现为:煤、生物质燃烧＞石油源燃烧＞石油源污染。燃烧源是主要污染源，石油源次之。定量判源时，采用主成分分析法，提取5个主因子，5个主因子的累积贡献率达到72.163％，超过70％，因此，5主因子能够解释研究区PAHs的来源。其中，主成分1、2、3主要反映土壤中PAHs来源于3～5环，判断为燃烧来源，贡献率54.612％，包含木材等生物质的不完全燃烧，炼焦工业的排放，工业燃煤及煤、生物质的燃烧等;主成分4表示交通污染源，占总贡献率9.456％;主成分5表示石油源，占总贡献比8.095％。与特征比值判源近似。
　　评价松嫩平原北部表层农田土壤生态风险时，采用中国颁布的《土壤环境质量标准》(GB15618-2008)，对松嫩北部59个采样点PAHs进行污染等级评价。结果表明，通过判断PAHs含量，松嫩平原北部大部分属于尚洁土壤，应做好防预工作;个别单体PAH含量超过污染物二级标准限值含量，属于轻度污染，包括:Nap（5个点），Chry（2个点），DahA（5个点），具有潜在危害，应给予充分关注。研究区土壤进行生物毒性评价时发现，所有采样点中，12种给出效应低值和效应中值的PAHs，只有2个采样点的DahA含量大于生态风险效应中值(ERM)。其余4种PAHs（BbF、BkF、InP和BghiP只要存在，就会对生物产生负面效应）检出率均高于90％。除此之外，余下采样点的PAHs含量均低于效应中值。这说明，所有采样点大部分多环芳烃偶尔会产生负面生态效应，而BbF、BkF、InP、BghiP和DahA这几种PAHs则需要引起人们注意，会经常产生负面生态效应。研究潜在致癌风险时发现，16种PAHs的TEQBap范围4.606～355.075ug/kg，均值为95.001ug/kg，7种致癌PAHs的TEQBap占总TEQBap的86.800～99.813％。表明16种PAHs TEQBap主要贡献者为7种致癌PAHs。松嫩平原北部表层农田土壤总TEQBap与其他地区相比含量较低，潜在致癌风险较小。

目录

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景与研究意义

1．2 多环芳烃的结构与性质

1．3 国内外研究进展

1．3．1 环境样品中PAHs测定方法研究现状

1．3．2 土壤PAHs污染程度及空间分布研究现状

1．3．3 土壤PAHs的源解析研究现状

1．3．4 土壤PAHs的生态风险评价方法研究现状

1．4 研究区概况

2．1 仪器与药品

2．2 仪器分析与方法

2．2．1 样品采集与前处理

2．2．2 色谱分析方法与重复性

2．3 条件探究

2．3．1 不同萃取溶剂的回收率

2．3．2 不同淋洗液的回收率

2．3．3 土壤加标回收率

2．3．4 精密度控制

2．4 QA／QC质量控制

2．5 其他参数的测定

2．5．1 土壤有机碳的测定

2．5．2 土壤pH的测定

2．6 小结

第3章 松嫩平原表层土PAHs的空间分布特征

3．1 表层土中PAHs含量特征

3．2 表层土中PAHs组分特征

3．3 土壤个理化性质对PAHs浓度的影响

3．3．1 土壤pH值对土壤中PAHs的影响

3．3．2 土壤总有机碳(TOC)对土壤中PAHs含量的影响

3．4 小结

第4章 松嫩平原北部表层土壤中多环芳烃的源解析

4．1 主成分分析

4．2 特征比值法

4．3 小结

第5章 松嫩平原表层土PAHs生态风险评价

5．1 松嫩平原北部表层土壤PAHs的污染等级评价

5．2 生物毒性评价

5．3 潜在致癌风险评价

5．4 小结

结论与展望

结果

展望

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的学术论文

声明

致谢