城镇化程度对区域不同介质中PAHs和OCPs累积影响及健康风险评价研究

摘要

浑河流域沈阳和抚顺经历了百年的城镇化进程，而沈抚新城正在进行快速城镇化建设，城镇规模的不断扩张、人口不断的密集以及土地利用类型的改变等也相应的带来了一系列的环境污染问题。多环芳烃(PAHs)和有机氯农药(OCPs)分别是城市和农村区域中最典型的持久性有机污染物，普遍存在于水体、大气、沉积物和土壤环境中。而PAHs和OCPs因具有较大的辛醇-水分配系数，易吸附到土壤和沉积物有机质中，并在其中长期存留。此外，土壤中的PAHs和OCPs可以通过土壤误食、呼吸摄入、皮肤接触以及最主要的食物链累积途径对人体健康产生潜在的威胁。
　　本研究从城镇化与区域环境污染的关系出发，通过分析浑河流域水体、沉积物以及土壤中的PAHs和OCPs的污染水平，使用异构体比值法和主成分分析-多元线性回归法探讨其可能来源。并将城镇化因子(人口密度、交通密度和城镇扩张距离)矢量化，研究其对PAHs和OCPs在土壤中累积的影响。最后评估研究区域不同的人群通过土壤和食物两条暴露途径产生的癌症风险，为浑河流域控制城镇化过程中产生的区域环境污染提供基础数据和科学建议。主要的研究内容如下:
　　(1)分析了浑河流域大伙房至沈阳区域段的河流水体、沉积物和土壤中PAHs的浓度水平和污染来源。PAHs在沉积物和水体中的平均浓度分别为2467.22±2683.89ng/g和162.28±139.24ng/L，河流中污染物主要来源于燃烧源以及石油源。PAHs的总含量在沈阳、沈抚新城、抚顺和大伙房水库背景点四个区域中，随着城镇化年龄增大呈增加趋势。且PAHs在研究区域中城镇、耕地和林地土壤中的浓度大小依次为城镇＞耕地＞林地。通过异构体比值法和PCA-MLR分析，沈阳PAHs主要来源为燃烧源和交通源，贡献率分别为48.37％和51.63％。沈抚主要来源于燃烧源、石油源和其他源，贡献率分别为66.28％、27.30％和6.42％。抚顺主要来源于燃烧源和石油源，贡献率分别为84.16％和14.98％。背景点则主要来源于燃烧源，贡献率为100％。
　　(2)分析了浑河流域沈阳、沈抚新城、抚顺以及背景点中河流水体、沉积物和土壤中OCPs的浓度水平和污染来源。水体和沉积物中的OCPs均以HCHs和DDTs污染为主，主要来源于历史残留。∑21OCPs在沈阳、沈抚、抚顺以及大伙房背景点四个区域的平均浓度分别为38.34、35.19、26.49和3.77ng/g。受沈阳OCPs企业生产排放的影响，研究中∑21OCPs在三种土地利用的浓度大小依次为耕地≈城镇用地＞林地。通过异构体比值法和PCA-MLR分析，沈阳土壤中的农药主要来源于东北制药厂点源排放、沈阳化工厂点源排放以及林丹使用，每个污染源的贡献率分别为:31.74％、43.62和24.64％。沈抚地区农药主要来源于DDTs类农药、工业HCHs以及DDT和HCB类农药的混合使用，每个污染源的贡献率为34.12％、31.70％和34.18％。抚顺地区表层土壤OCPs主要来源于p，p'-DDT类农药、工业六六六和化工污染，每个污染源的贡献率分别为21.65％、49.04％和29.31％。
　　(3)基于城镇用地、耕地以及林地中PAHs和OCPs的空间分布特征，使用因子分析、多元统计方法以及地统计方法探讨城镇化因子(人口密度、交通密度和城镇扩张距离)与PAHs和OCPs在土壤中累积的关系，揭示关键影响因子。结果表明，土壤有机质OM、城镇扩张距离和人口密度对PAHs在土壤中的累积影响显著，而有机质OM、土地利用类型以及人口密度对OCPs在土壤中的累积有显著影响。风险评价结果表明，OCPs引起的致癌风险低于PAHs产生的致癌风险，随着城镇化进行，PAHs排放量增大，会增大人们对PAHs暴露的风险。位于沈阳和抚顺化工厂附近的重污染区域，人体经土壤摄入PAHs产生的致癌风险处于10-6～10-5范围内具有较大的风险。
　　(4)深入探讨污染物PAHs在土-植物体内的迁移转化规律，结果发现，当logKow＜4.5时，玉米对PAHs摄取能力随着Kow的升高而升高，而当log Kow＞4.5时，玉米对PAHs的摄取能力逐渐降低。冗余分析结果表明，在重金属-PAHs复合污染的土壤中，重金属对玉米摄取PAHs的影响大于土壤pH和OM对其影响。计算人体通过食用玉米暴露产生的非致癌风险和致癌风险均处于可接受范围内，但是由于膳食结构不同，农村地区成人和儿童分别大于城镇地区的成人和儿童风险值。因此，应对农村地区膳食的安全问题加以关注。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1城镇化与PAHs环境行为关系的研究进展

1．1．1 PAHs的性质与来源

1．1．2城镇化与河流PAHs污染影响研究进展

1．1．3城镇化与土壤中PAHs污染影响研究进展

1．2城镇化与OCPs环境行为关系的研究进展

1．2．1 OCPs的性质与来源

1．2．2 城镇化与河流中OCPs污染影响研究进展

1．2．3 城镇化与土壤中OCPs污染研究进展

1．3 POPs的人体暴露及健康风险研究进展

1．3．1土壤暴露风险研究

1．3．2食物链暴露风险研究

1．4本研究选题依据、主要研究内容及技术路线

1．4．1选题依据

1．4．2主要研究内容

1．4．3技术路线

2．1．1实验材料

2．1．2实验标样

2．1．3实验仪器

2．2土壤和植物样品采集

2．2．1研究区域

2．2．2大区域土壤样品采集

2．2．3小区域样品采集

2．3样品前处理

2．3．1水体样品预处理

2．3．2土壤及沉积物样品预处理

2．3．3植物样品预处理

2．4样品测定

2．5质量控制与保证

2．6源解析方法研究

2．6．1 同分异构体比值法

2．6．2主成分分析法

2．7 PAHs和OCPs的人体暴露及健康风险评价方法

3浑河流域多介质环境中PAHs的分布特征及来源解析

3．1引言

3．2浑河流域水中PAHs污染特征与来源分析

3．2．1水体中PAHs的含量及分布特征

3．2．2与其它河流和水体中PAHs的比较

3．2．3水体中PAHs的源解析

3．3浑河流域沉积物中PAHs污染特征与来源分析

3．3．1 表层沉积物中PAils的分布特征

3．3．2与其它沉积物中PAHs的比较

3．3．3表层沉积物中PAHs的来源分析

3．4浑河流域土壤中PAHs污染特征与来源分析

3．4．1土壤中PAHs的分布特征

3．4．2不同土地利用类型PAHs的分布特征

3．4．3土壤中PAHs的来源分析

3．5小结

4浑河流域多介质环境中OCPs的分布特征及来源解析

4．1引言

4．2浑河流域水中OCPs污染特征与来源分析

4．2．1水体中OCPs的分布特征

4．2．2与其它河流和水体中OCPs的比较

4．2．3水中OCPs的来源分析

4．3浑河流域沉积物中OCPs污染特征与来源分析

4．3．1表层沉积物中OCPs的分布特征

4．3．2与其它沉积物中OCPs的比较

4．3．3 表层沉积物中OCPs的来源分析

4．4浑河流域土壤中OCPs污染特征与来源分析

4．4．1土壤中OCPs的分布特征

4．4．2不同土地利用类型OCPs的分布特征

4．4．3 表层土壤中OCPs的来源分析

4．5小结

5城镇化因子对土壤中PAHs和OCPs的影响分析及风险评价

5．1引言

5．2不同城镇化程度区域土壤中PAHs和OCPs含量差异

5．3城镇化对PAHs和OCPs累积的影响

5．3．1城镇化因子数据量化及收集

5．3．2城镇化对土壤中PAHs累积影响

5．3．3城镇化对土壤中OCPs累积影响

5．4土壤中PAHs和OCPs对人体健康风险评价

5．4．1土壤中PAHs和OCPs的暴露剂量

5．4．2土壤中PAHs和OCPs的健康风险

5．4．3重污染地区土壤中PAHs和OCPs健康风险

5．5蒙特卡罗模拟PAHs和OCPs的健康风险

5．6小结

6土壤-植物体系中PAHs的迁移及风险评价

6．1引言

6．2植物根系土壤PAHs的污染特征

6．2．1土壤中PAHs的含量

6．2．2土壤PAHs的组成特征

6．3玉米中PAHs的分布累计规律

6．3．1玉米中PAHs的含量分布

6．3．2与其他植物中PAHs的比较

6．3．3玉米不同组织中PAHs的组成特征

6．4 PAHs在土壤-玉米之间的迁移转化规律

6．4．1 玉米生物富集因子

6．4．2辛醇-水分配系数

6．4．3 PAHs在土-玉米迁移的影响因素

6．5 PAHs的健康风险评价

6．6小结

7．1总结

7．2主要创新点

7．3存在问题与展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

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