长期污染土壤不同组分中多环芳烃的分布特征及其毒性当量.pdf

第 卷 第 期 年 月出版亚热带资源与环境学报 张文敏 王子淳 陈卫锋 等.长期污染土壤不同组分中多环芳烃的分布特征及其毒性当量.亚热带资源与环境学报 ():.():.:/.长期污染土壤不同组分中多环芳烃的分布特征及其毒性当量收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()福建省自然科学基金(、)作者简介:张文敏()男 江西赣州人 硕士研究生 研究方向为土壤污染修复 通信作者:倪进治()男 安徽无为人 研究员 博士 研究方向为环境化学、土壤污染与修复等 张文敏 王子淳 陈卫锋 魏然 倪进治(福建师范大学.地理研究所.福建省植物生理生态重点实验室.地理科学学院、碳中和未来技术学院 福州)摘要:土壤有机质()是影响多环芳烃()土壤环境行为的重要因素 不同 组分的含量和结构不同 对 的富集能力和环境风险的影响也应有所不同 结合比重和粒径分组方法 将 种长期污染土壤的 分成轻组有机质()、粗矿物结合态有机质()()和细矿物结合态有机质()()()().亚热带资源与环境学报第 卷 ().()().:多环芳烃()是环境中广泛存在的一类疏水性有机污染物因其具有“三致”效应和难降解性 对人体健康和生态环境都会产生较大的危害 快速的工业化和城市化进程中导致 污染愈发严重 环境中的 已无处不在 土壤作为环境中最重要的“汇”之一 直接承载了环境中不同来源的 进入土壤后 会发生吸附、分配等一系列环境行为 在土壤中的环境行为不仅受自身性质的影响 还与土壤性质密切相关 随着 环数的增加 其疏水性逐渐增强 不同环数的 在土壤中的环境行为有所不同 土壤有机质()和矿物对疏水性有机化合物的环境行为都有影响 但当土壤有机碳()含量大于 时 起着决定性的作用 可以通过非共价键(疏水吸附、作用等)和共价键(酯键、醚键等)与 及其中间降解产物结合 影响 的土壤环境行为 的组成复杂 其研究方法也有很多 根据 在不同酸碱溶液中的溶解性 可将 分为富啡酸、胡敏酸和胡敏素 根据 的存在形态 可将 分为游离态轻组有机质()和结合态重组有机质()不同 组分的结构和组成不同 在土壤中的周转速率也不同 有机质主要是由不同分解程度的植物残体和一些微生物结构体组成 在土壤中的周转速率相对较快 而 有机质主要以有机矿质复合体的形式存在 吸附于矿物表面或被锁定在土壤团聚体内部 在土壤中的周转速率通常相对较慢 等将 分成 有机质()和细矿物结合态有机质()()和 ()收集分离后的 种组分并冷冻干燥 用于理化性质和 分析 的提取和测定采用超声提取法提取供试土壤及各 组分中的 样品冷冻干燥后过 目筛 均匀称取 样品于 聚四氟乙烯离心管中并加入等量无水 再加入 丙酮溶液并将聚四氟乙烯离心管置于超声波清洗器()中()超声 随后离心()将上清液转移至圆底烧瓶中 再加入 丙酮 二氯甲烷混合溶液于聚四氟乙烯离心管中 重复上述过程并将相同样品中的上清液转移至同一圆底烧瓶 再加入 二氯甲烷于聚四氟乙烯离心管中 复上述过程 再加入 二氯甲烷于聚四氟乙烯离心管中 重复上述过程 使用旋转蒸发仪将圆底烧瓶中的提取液浓缩并将溶剂置换成乙腈后过 小柱和 滤膜后待测 的测定利用超高效液相色谱系统()配 荧光检测器进行 详见倪进治等的方法 二氢苊荧光效应较弱 未检测 总量是指美国环境保护署()优控的 种 含量的总和 分别为萘()、苊()、芴()、菲()、蒽()、荧蒽()、芘()、苯并 蒽()、()、苯并 荧蒽()、苯并 荧蒽()、二苯并 蒽()、苯并 苝()、茚并 芘()质量控制向 土样中均匀滴加 混标()使土样中 单体化合物浓度均为 设置加标样品 个平行 个空白对照 种 的回收率范围为 毒性当量计算原土及各 组分中 的环境风险使用 进行评估 具体计算公式如下:()()式()中:为基于 的毒性当量浓度()为 单体化合物浓度()为毒性当量因子 结果与讨论 不同土壤及各 组分中 的含量由表 可知 种供试土壤的 总量范围为 黑土的 含量最高 黄棕壤中 含量最低 这可能是由不同污染源和污染历史造成的 有研究表明焦化厂、燃煤电厂、钢铁厂等企业附近的土壤中 含量一般较高 亚热带资源与环境学报第 卷表 供试土样中 种 含量/()黄棕壤黑土潮土石灰土 总量 注:数值为平均值标准偏差 指未检出土壤分成、和 后的质量回收率范围为 说明在实验分组过程中土壤损失较少 使用体视显微镜观测不同土壤各 组分的物理形态 发现 主要由较大的植物碎片和较多的深色碳质物质组成 主要由较大的矿物颗粒和少量深色碳质物质组成 而 主要由细小的矿物颗粒和微量深色碳质颗粒组成(图)其他研究也表明 主要由动植物残体和碳质物质(如黑碳和木炭等)组成 通常被 认 为 是 土 壤 中 周 转 速 率 最 快 的 组 分 则是土壤中相对稳定的 组分 而 被认为是居于 和 的中间组分 由图 可知 在本研究的 种供试土壤中 的质量百分比最高 占土壤总质量的 其富集的 百分 含 量 为 在 潮 土 和 石 灰 土 中 富集的 量远大于 和 在土壤中的周转速度较慢 与之结合的 降解速率也可能相对较慢表 组分理化性质和 含量 土壤名称组分质量百分比/总有机碳/()全氮/()/()单位有机碳中 含量/()黄棕壤 黑土 潮土 石灰土 土壤 虽然只占土壤质量的 其富集的 却占原土中 总量的 (表)这可能与其较高的有机碳含量有关 根据 相关性分析表明 原 土 及 各 组 分 中 的 含量与有机碳含量呈显著正相关()(图)等对长江三角洲地区土壤中 在 组分中分配的研究结果表明土壤 的质量百分比虽然只有 但其结合的 却占土壤中 总 量 的 这与本研究结果是一致的从 种 总量来看 种土壤中 对 的富集能力(单位质量有机碳中 的含量)最强分别是 的 倍和 的 倍 中的有机质组成和结构特征是其对 富集能力比 和 强的重要原因 有研究表明 黑碳和胡敏素等有机质对 的结合能力一般较强 所以不同的有机质组成也是造成土壤及各 组分对 富集能力差异的重要原因 等研究表明 土壤 中的黑碳含量远高于 并且 和 中的 含量与黑碳有显著的正相关关系 不同土壤及各 组分中 的组成由图 可知 种供试土壤的原土中不同环数 的组成并不完全相同 但 环 的百分含量均最高 范围为 环 的百分含量均最低 范围为 高分子量 环 ()的百分含量显著高于低分子量 环 ()的百分含量 其百分含量范围分别为 和 方差分析表明 种野外污染土中各环数 的百分含量之间均有极显著差异(为石油源 第 期张文敏等:长期污染土壤不同组分中多环芳烃的分布特征及其毒性当量注:分别是黄棕壤的 和 为黑土对应组分 为潮土对应组分 为石灰土对应组分图 各组分体视显微镜彩图 /为燃烧源 /()为燃烧源 本研究 种供试土壤中的 /因此 种供试土壤中的 均为燃烧源 张慧等对山东不同类型企业周边土壤中 的研究也发现 化工、钢铁、焦化企业周边土壤中 主要来自煤炭、焦炉、石油等化石燃料的不完全燃烧 且 环 占比明显高于 环 城市森林土壤中的 主要来自城市工业和交通排放中的 且这些 也以 为主 本研究的 种供试土壤分别为石化、钢铁、焦化企业附近的土壤和城市森林土壤 这些城市企业以煤炭、石油等化石燃料为主要能源 这是使得本研究的 种供试土壤中 环 含量最高且 的含量明显高于 亚热带资源与环境学报第 卷图 不同 组分质量百分比和 分配比 的重要原因 此外 在土壤中的挥发和生物降解等方面的差异也会对其组成产生影响 种土壤不同 组分中 的组成与原土相比虽然都存在一定的差异 但 环 的百分含量 在、和 中仍然是最高的占、和 中 总量的 环 的百分含量 也 均 最 低 范 围 为 将 按 图 有机质组分 含量与有机碳含量的相关性 其他方法分组的研究中也有类似结果 从同一土壤、和 中 的组成来看 虽然存在一定差异 但不同环数的 在各有机质组分中的百分含量大小顺序基本一致 由此可以说明 的环数和性质不会影响其在土壤、和 中的分配 不同土壤及其 组分中 组成的微小差异可能与 的组成有关 有研究表明腐殖酸含量与 含量的相关性高于 黑碳含量与 含量的相关性高于 此外 土壤微生物对 单体降解的不同也是造成 组成差异的重要原因 易被降解 而 则相对稳定 不同土壤及各 组分中 毒性当量评估由表 可知 种供试土壤中 种 的 值 在原土中的范围为 、图 不同土壤及各 组分中不同环数 的组成 和 对 的贡献值分别为 和 (图)这主要与 的含量有关 根据 相关性分析表明 不同 组分中 的含量与 呈极显著相关(与周转速率较高的有机质结合的 通常更容易在土壤中迁移和转化 环境风险也相对较高 同时 土壤 对 的贡献值较大 且对 的富集能力也最强 因此 在 污染土壤环境风险评估和修复中应重视 中结合的 可以考虑分离出质量百分含量最低的 并对其结合的 进行定向修复表 不同土壤及各 组分中 的 值 种类筛选值/()黄棕壤原土 黑土原土 潮土原土 石灰土原土 注:指中国土壤环境质建设用地土壤污染风险管控标准中第一类用地规定的 种 ()指所测 种 的 之和 指 种 的 之和.结论)土壤中 质量百分比最高 其富集的 量也较多 土壤 的质量百分比最低 但其对 的富集能力却远高于 和)不同土壤及其各 组分中 的组成大致相同 环 的含量在原土及各 组分中均最高 组分对不同环数 的吸附不存在选择性)土壤 中 的 远高于 和 且 在土壤中周转速度较快 应特别重视其结合的 环境风险 在 污染土壤的修复中 可以考虑分离出 并对其进行定向修复 亚热带资源与环境学报第 卷参考文献():.():.():.:.():.:.:.():.:.:.倪进治 骆永明 魏然 等.长江三角洲地区土壤环境质量与修复研究.多环芳烃在土壤不同有机质组分中分配特征的研究.土壤学报 ():.():.倪进治 骆永明 魏然.土壤有机和无机组分对多环芳烃环境行为影响的研究进展.土壤 ():.():.():.:.:.:.():.():.:.姚伦芳.生物修复对多环芳烃在土壤不同有机组分中分配特征的影响.环保科技 ():.().():.钟名誉 陈卓 贾晓洋 等.焦化污染土壤有机质不同组分中多环芳烃分布及其生物有效性分析.环境科学学报 ():.():.鲁如坤.土壤农业化学分析方法.北京:中国农业科技出版社.:.倪进治 王军 李小燕 等.超高效液相色谱荧光检测器测定土壤中多环芳烃.分析试验室 ():.():.王子淳 倪进治 陈卫锋 等.福州市街道灰尘粒径组分中多环芳烃的分配及健康风险评估.亚热带资源与环境学报 ():.第 期张文敏等:长期污染土壤不同组分中多环芳烃的分布特征及其毒性当量 ():.郭瑾 葛蔚 柴超 等.化学工业区周边土壤中多环芳烃含量、来源及健康风险评估.环境化学 ():.():.():.:.张慧 郭文建 朱晨 等.不同类型企业周边土壤中多环芳烃来源解析与风险评价.环境监测管理与技术 ():.():.().:.()().():.刘文静 李广坡 倪进治 等.土壤有机质组分中多环芳烃分配特征和生态风险.中国环境科学 ():.():.闫双堆 刘利军 曹燕篆 等.株多环芳烃高效降解菌株的分离鉴定及降解特性.应用生态学报 ():.():.中华人民共和国生态环境部.土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行):.中国环境出版集团.:.(责任编辑:钟羡芳)