趙 穎, 張 麗

(山西省環(huán)境科學研究院, 山西 太原 030027)

太原小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤多環(huán)芳烴的污染特征及其來源

趙 穎, 張 麗

(山西省環(huán)境科學研究院,山西太原030027)

[目的] 對太原小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤多環(huán)芳烴(PAHs)的污染特征及來源進行分析，為該區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量評價及土壤污染防治對策的制定提供科學依據(jù)。 [方法] 采集太原小店污灌區(qū)15個表層土壤樣品，利用GC/MS分析16種US EPA優(yōu)控多環(huán)芳烴(PAHs)的含量，并對其來源和生態(tài)風險進行探討。 [結(jié)果] 所有樣品的16種PAHs均被檢出，其檢出率為100%。研究區(qū)農(nóng)田土壤中總PAHs的濃度為0.315～7.661 μg/g，平均值為3.568 μg/g。在組成上，2，3環(huán)含量約占總量的64.2%，4環(huán)含量約占總量的14.2%，5，6環(huán)含量約占總量的21.6%，低環(huán)和中環(huán)PAHs含量所占的比例較高。根據(jù)特征比值法及調(diào)查結(jié)果判定，農(nóng)田土壤中PAHs污染來源一方面與灌溉水質(zhì)及灌溉歷史有很大的關系，另一方面，主要通過燃煤或化石燃料產(chǎn)生的PAHs在大氣干濕沉降和風力輸送作用下進入到土壤環(huán)境中。 [結(jié)論] 與國內(nèi)外其他地區(qū)的相關研究比較，小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤PAHs含量處于中高等污染水平。依據(jù)Maliszewska-Kordybach建議的分級標準評價，該區(qū)域所有采樣點PAHs總量均超標；但基于我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準(征求意見稿)(GB15618-2008)》提出的16種多PAHs污染物總量的農(nóng)業(yè)用地標準值，該區(qū)域均未超出此標準。

污灌區(qū); 農(nóng)田土壤; 多環(huán)芳烴; 污染特征; 來源

文獻參數(shù)： 趙穎, 張麗.太原小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤多環(huán)芳烴的污染特征及其來源[J].水土保持通報，2017,37(4)：99-105.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.017； Zhao Ying, Zhang Li. Pollution characteristics and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in farmland soil of a sewage irrigation area[J]. Bulletin of Soil and Water Conservation, 2017,37(4)：99-105.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2017.04.017

多環(huán)芳烴(PAHs)是環(huán)境中常見的一類有機污染物，廣泛分布于大氣、水體、土壤和生物體中，土壤PAHs含量是土壤環(huán)境質(zhì)量評價的重要指標之一，其生態(tài)風險評價一直是環(huán)境科學領域關注的重要研究內(nèi)容[1-2]。美國環(huán)保署1979年將16種PAHs 列入優(yōu)先控制的有機污染物，用以評價環(huán)境中有機污染毒性[3]。近年來，國內(nèi)外開展了一些關于土壤中PAHs來源和分布的研究，呂金剛等[4]對上海市崇明島農(nóng)田土壤中PAHs分布進行了研究，并開展了生態(tài)風險評價，結(jié)果表明，土壤PAHs含量均值為192.83 ng/g，主要以2～4環(huán)為主，生態(tài)效應區(qū)間法評價顯示，該研究區(qū)土壤中PAHs生態(tài)風險較小。李靜雅等[5]開展了長江三角洲區(qū)域11個地市范圍內(nèi)表土中多環(huán)芳烴的近期分布與來源研究，研究指出，研究區(qū)域總PAHs濃度均值為310.6 ng/g，PAHs組分以2～4環(huán)的中、低環(huán)組分為主，此外，PAHs的近期主要排放源為混合源，即工業(yè)燃煤和生物質(zhì)的燃燒過程，局部區(qū)域還涉及交通尾氣排放。杜永強等[6]對錦州市石油化工園區(qū)周邊土壤中多環(huán)芳烴的分布情況開展了調(diào)查研究，結(jié)果表明，不同功能區(qū)PAHs含量不同，其中工業(yè)區(qū)和交通運輸區(qū)PAHs總量最高，分別為386.19和328.54 μg/kg，但PAHs成分組成規(guī)律基本一致，以3環(huán)和4環(huán)為主，工業(yè)區(qū)石油類污染較為嚴重，交通運輸區(qū)及農(nóng)業(yè)區(qū)土壤中PAHs 污染主要來源于化石燃料的燃燒及農(nóng)業(yè)用品的施用。Malik等[7]對印度Gomti河水體和沉積物中PAHs的時空分布進行了調(diào)查研究，結(jié)果表明，水體和沉積物中PAHs總量的均值分別為10.33和697.25 ng/g，PAHs組成均以低、中環(huán)為主，燃燒源是PAHs的污染的主要來源。Kafilzadeh[8]對伊朗Soltan Abad河水體和沉積物多環(huán)芳烴的來源及分布進行研究，結(jié)果指出，水體和沉積物中PAHs組成分別以3環(huán)和4環(huán)為主，PAHs總量秋季最高，夏季最低，燃燒源是該研究區(qū)水體和沉積物PAHs的主要來源。上述研究多集中于流域及石油工業(yè)園區(qū)，而對城市周邊的農(nóng)田土壤研究尚顯不足。因此，研究農(nóng)田土壤PAHs 的分布特征、污染現(xiàn)狀和主要來源，對有效控制PAHs的污染，保護人類健康，具有非常重要的理論及現(xiàn)實意義。太原市因為水資源嚴重缺乏，采取污水灌溉已經(jīng)有30 a多的歷史，是我國北方大型污灌區(qū)之一，小店區(qū)位于太原市東南部，原煤占其能源結(jié)構的90%以上，主要采用污水進行農(nóng)業(yè)灌溉。多年的污灌，雖然緩解了水源危機，但小店區(qū)的土壤已受到污水中有害成分不同程度的污染，并直接或間接地影響到作物的質(zhì)量，甚至危及到人體健康[9]。本文旨在以小店污灌區(qū)為研究區(qū)域,調(diào)查該區(qū)域內(nèi)16種優(yōu)控PAHs的構成特征和污染程度，評價其污染水平，運用同分異構體比率對土壤中PAHs的來源進行了探討。

1 材料與方法

1.1 污灌渠概況及樣品采集

1.1.1 污灌渠概況 小店區(qū)境內(nèi)用于灌溉的水渠主要有汾河一壩的東干渠、北張退水渠和太榆退水渠，其中東干渠分布于汾河東側(cè)，流經(jīng)大馬、殷家堡、小馬、嘉節(jié)等，渠內(nèi)污水大部分源自上游汾河污水、沿途匯入的城鎮(zhèn)生活污水、還有經(jīng)過楊家堡污水處理廠處理過的一部分工業(yè)廢水，沿渠設有防滲處理。北張退水渠為小店區(qū)內(nèi)主要的灌溉水渠，流經(jīng)西吳、城西、疙塔營、溫家堡、流澗等，水源來自楊家堡污水處理廠。2002年以前,用于小店區(qū)農(nóng)田灌溉的太原市的生活污水，幾乎未經(jīng)任何處理。2002年以后,小店區(qū)楊家堡污水處理廠開始運營，太原市區(qū)的生活污水經(jīng)過處理后進入北張退水渠，用于農(nóng)田灌溉。主要的灌溉水渠一北張退水渠的水為楊家堡污水處理廠處理后的水,水質(zhì)己經(jīng)達到二級標準。但由于沿途有企業(yè)排出的工業(yè)廢水不經(jīng)過任何處理就直接排入北張退水渠，給水質(zhì)造成了一定影響。太榆退水渠流經(jīng)西賈、梁家莊、侯家寨、劉家堡鄉(xiāng)等，最后在梁家莊與北張退水渠匯合從長頭村西南處匯入汾河。北張退水渠和太榆退水渠均未設防滲處理，不僅接納了農(nóng)業(yè)灌溉退水，而且也接納了沿線的生活污水及部分未經(jīng)處理的工業(yè)廢水(如禽畜養(yǎng)殖場、食品加工廠)，兩渠匯合于瀟河后排入汾河[10-11]。由于受到退水渠周邊污水排放影響，3大灌溉干渠污水中總氮、總磷、氨氮含量普遍較高，同時，污水中As，Cd，Cr，Cu，Pb均有不同程度的檢出，其中北張退水渠污水某些斷面的Cd含量超過了農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準GB5084-92規(guī)定的5 μg/L的限值[12]。此外，該區(qū)域地表水和淺層地下水水質(zhì)也受到了有機氯農(nóng)藥和多環(huán)芳烴的污染[11-15]。

1.1.2 樣品采集 本研究于2015年9月在小店污灌區(qū)采用網(wǎng)格布點法按污水渠流向布設采樣點，同時考慮污水水質(zhì)、土壤類型、污灌歷史等因素，共布設15個采樣點。采集0—10 cm表層土壤作為供試土樣，進行PAHs含量的測定，供試土壤基本理化性質(zhì)詳見表1。土壤樣品分析前經(jīng)冷凍干燥、研磨過1 mm 篩保存待分析。

1.2 土壤理化性質(zhì)的測定方法

土壤pH值的測定采用玻璃電極法，有機質(zhì)(SOM)含量測定采用重鉻酸鉀容量法；全氮(TN)測定采用半微量開氏法；全鉀(TK)測定采用氫氧化鈉熔融—火焰光度法；全磷(TP)測定采用氫氧化鈉熔融—鉬藍比色法；堿解氮(AvN)、速效鉀(AvK)、有效磷(AvP)的測定分別采用改進的凱式定氮儀蒸餾法、醋酸銨浸提—火焰光度法和碳酸氫鈉浸提—鉬藍比色法；土壤陽離子交換量的測定采用乙酸銨交換法[14]。

圖1 小店污灌區(qū)采樣點分布

pH值電導率/(μS·cm-1)有機質(zhì)含量/(g·kg-1)全磷含量/(mg·kg-1)有效磷含量/(mg·kg-1)全鉀含量/(g·kg-1)速效鉀含量/(g·kg-1)全氮含量/(mg·kg-1)陽離子交換量/(cmol·kg-1)堿解氮含量/(mg·kg-1)8.0350.628.71068.235.113.30.2625.48.086.2

1.3 土壤多環(huán)芳烴含量的測定方法

1.3.1 試驗儀器及試劑 試驗所用儀器設備為島津氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用儀(GCMS-QP2010SE)、快速溶劑萃取儀(ASE350)、氮吹儀、分液漏斗等。

PAHs混合標樣：包含16種同系物，萘(Naphthalene，NAP)、苊烯(Acenaphthylene，ACY)、苊(Acenaphthene，ANA)、芴(Fluorene，F(xiàn)LU)、菲(Phenanthrene，PHE)、蒽(Anthracene，ANT)、熒蒽(Fluoranthene，F(xiàn)LT)、芘(Pyrene，PYR)、苯并(a)蒽(Benzo(a)anthracene，BaA)、屈(Chrysene，CHR)、苯并(b)熒蒽﹝Benzo(b)fluoranthene，BbF﹞、苯并(k)熒蒽﹝Benzo(k)fluoranthene，BkF﹞、苯并(a)芘﹝Benzo(a)pyrene，BaP﹞、茚并(1,2,3-cd)芘〔Indeno(1,2,3-cd)pyrene，IPY〕、二苯并(a,h)蒽〔Dibenzo(a,h)anthracene，DBA〕、苯并(ghi)苝〔Benzo(g,hi)perylene,BPE〕，濃度為2 000 μg/m L，購自美國AccuStandard公司，直接作為標準儲備液。

PAHs內(nèi)標物為氘代萘(Nap2d8)、氘代二氫苊(Ace2d10)、氘代菲(Phe2d10)、氘代屈(Chr2d12)、氘代苝(Per2d12)，標記物為1，4-二氯苯-d4(1，4-Dichlorobenzene D4，1，4-Dcb)，均購自美國O2si公司。

試驗所用藥品試劑有正己烷(色譜純)、丙酮(色譜純)、二氯甲烷(色譜純)、甲醇均購于美國Fisher Scientific公司，使用前經(jīng)過重復蒸餾；化學藥品為：硫酸，無水硫酸鈉等均為分析純；硅藻土為ASE專用。

1.3.2 樣品前處理 土壤樣品經(jīng)風干后，研磨過1 mm篩，保存待測?？焖偃軇┹腿?ASE)：稱取固體廢物樣品5 g與硅藻土混勻放入ASE萃取池。萃取溶劑為二氯甲烷—丙酮(1∶1，體積比)，萃取溫度100 ℃，萃取壓力10 MPa，萃取時間5 min×3次。

1.3.3 Florisil固相萃取柱凈化 凈化前先將萃取液氮吹濃縮至2 ml。SPE凈化分以下幾步：活化，取5 ml丙酮/正己烷混合液(體積比為1∶9)加入柱管，用真空泵以低于5 ml/min的流量抽至液面與固相物質(zhì)持平，再加入5 ml正己烷同上處理，活化時柱床不能抽干；上柱，將2 ml萃取液加到柱內(nèi)，用少量正己烷清洗容器，將清洗液一并加入柱內(nèi)，用真空泵以低于5 ml/min的流量過柱，抽空，用頂空瓶收集流出液；淋洗，向柱中加入5 ml丙酮/正己烷混合液(體積比為1∶9)，以5 ml/min的流量淋洗，抽空，收集淋洗液于同一頂空瓶中。用高純氮氣將收集液吹干，加10 μg/ml內(nèi)標100 μl，正己烷定容至1 ml，待測。

1.3.4 氣相色譜和質(zhì)譜條件 進樣口溫度270 ℃，吹掃流量3 ml/min，柱流量1 ml/min，載氣為恒壓65.2 kPa，不分流進樣，不分流時間1.8 min，進樣量1 μL。程序升溫條件為：初始溫度80 ℃(2 min)，以30 ℃/min升至200 ℃，再以15 ℃/min升至240 ℃，再以10 ℃/min升至290 ℃，保持13 min，總時間為26.67 min。接口溫度為300℃，離子源溫度為200 ℃。

1.3.5 質(zhì)量控制和質(zhì)量保證 整個分析過程采用方法空白、基質(zhì)加標、樣品平行樣等監(jiān)控,并用回收率指示物監(jiān)測樣品的制備和基質(zhì)的影響。方法空白中無待測物檢出,加標回收率為81.1%～101.5%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析(one-way ANOVA)，以p<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。圖和表的繪制采用Origin 8.0和Excel 2010繪制。

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤PAHs的殘留水平及組成特征

由表2可見，15個農(nóng)田土壤樣品中16種PAHs均被檢出，16種PAHs總量(∑PAHs)在0.315～7.661 μg/g之間，平均值為3.568 μg/g，其中單個組分中均值濃度最高的是FLU為0.508 μg/g，F(xiàn)LT次之(0.496 μg/g),其它組分的濃度介于0.043～0.408 μg/g之間。姚林林[16]等對小店污灌區(qū)9個樣點表土PAHs的調(diào)查結(jié)果顯示，16種PAHs總量的平均值為6.97 μg/g，約為本研究PAHs均值的2倍，這是由于研究側(cè)重點不同，采樣點的選擇也有所差異，但該調(diào)查結(jié)果仍與本研究結(jié)果處于同一數(shù)量級。

表2 污灌區(qū)農(nóng)田土壤中PAHs殘留量 μg/g

不同采樣點土壤中PAHs的構成不同，不同環(huán)數(shù)的PAHs含量差異也比較大，圖2顯示的是各采樣點不同環(huán)數(shù)PAHs的總量和，結(jié)果表明，整個污灌區(qū)中部(S1,S2,S3,S4)和西南部(S5,S6,S7,S8,S9,S10)大多數(shù)采樣點PAHs總量明顯高于其它地區(qū)(p<0.05)。S1,S2,S3,S4灌溉水來自北張退水渠，S5,S6,S7,S8,S9,S10灌溉水來自太榆退水渠，而渠內(nèi)污水用水主要來自太原市區(qū)的生活污水、還有部分未經(jīng)處理的工業(yè)廢水，且均未設防滲處理，近年來，由于國民經(jīng)濟的大力發(fā)展，沿途一些企業(yè)每年向鄰近退水渠排放一定數(shù)量的工業(yè)廢水，使污水的成分變得更加復雜。S14，S15采樣點PAHs含量顯著低于其他采樣點PAHs含量(p<0.05)，這是由于S14地處城中村改造的區(qū)域，在調(diào)查采樣時，僅有少量的農(nóng)田存在，為當?shù)剞r(nóng)戶自給自足的耕作需求，主要采用清水灌溉；而S15地處市郊的山區(qū)，遠離污灌渠，因此S14,S15PAHs含量較低，說明采用清水灌溉或遠離污灌渠會顯著降低對土壤PAHs的污染，由此可見，土壤PAHs的含量及分布特征與灌溉水質(zhì)及灌溉歷史有很大的關系。

環(huán)境中的PAHs來源大致可分為燃燒源和石油源，高環(huán)(4環(huán)及以上)PAHs主要來源于煤等化石燃料的高溫燃燒，低環(huán)(2環(huán)和3環(huán))PAHs 主要來源于有機物的低溫轉(zhuǎn)化和石油產(chǎn)品的泄露[17]。根據(jù)PAHs分子的環(huán)數(shù)，將16種PAHs單體分為2～3環(huán)、4環(huán)、5～6環(huán)3個系列進行分析。本研究中，2，3環(huán)含量約占總量的64.2%，4環(huán)含量約占總量的14.2%，5，6環(huán)含量約占總量的21.6%(圖2)。由此可見，低環(huán)和中環(huán)PAHs含量所占的比例較高，其總和可達到85.8%，而這兩類PAHs主要來源于石油類產(chǎn)品和化石燃料的高溫燃燒。上述結(jié)果說明小店污灌區(qū)PAHs主要來源為汽油燃燒生成物和化石燃料的不完全燃燒，可能與居住在該污灌區(qū)附近的工業(yè)企業(yè)的排放和居民活動有關。

注：兩數(shù)據(jù)中無相同字母表示在p=0.05水平上差異顯著。

圖2小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤的多環(huán)芳烴分布及組成

2.2 PAHs來源分析

除自然成因外，PAHs主要是由石油、煤炭、木材、氣體燃料、紙張等不完全燃燒以及在還原狀態(tài)下熱分解而產(chǎn)生的。目前已有不少研究報道了PAHs污染源解析同分異構體比率在確定多環(huán)芳烴的污染源研究中，是一種有用的診斷工具[18]。因為在不同介質(zhì)間的遷移過程中，同分異構體同時被等程度地稀釋，Ant/(Ant+Phe)和Flu/(Flu+Pyr)都是常用的方法。如果樣品中Ant/(Ant+Phe)<0.1，PAHs主要來源于石油類PAHs的污染；如果樣品中Ant/(Ant+Phe)>0.1則是受燃燒源PAHs的污染。Flu/(Flu+Pyr)<0.4說明是典型的石油源PAHs污染；Flu/(Flu+Pyr)>0.5表明PAHs主要來源于草本植物、木柴和煤的不完全燃燒；介于0.4與0.5之間則意味著由燃油排放的尾氣造成[19]。

圖3顯示，15個采樣點土壤中PAHs的Flu/(Flu+Pyr)比值為0.47～0.94，有2個采樣點該比值介于0.4～0.5，表明存在典型的石油源污染；其余13個采樣點該比值大于0.5，與代表了木材、煤炭等的不完全燃燒比值接近。Ant/(Ant+Phe)比值為0.09～0.48，其中有一個采樣點該比值小于0.1，其余采樣點該比值大于0.1，以燃燒源為主。綜合來看，有80%的采樣點Flu/(Flu+Pyr)比值大于0.5且Ant/(Ant+Phe)的比值大于0.1，因此絕大部分樣品表現(xiàn)為燃燒源的特征，例如，木材、煤和化石燃料(如汽車燃油和原油)的燃燒。這是由于污灌區(qū)采樣點附近重工業(yè)企業(yè)較多,通過燃煤或化石燃料產(chǎn)生的PAHs以煙塵顆粒為載體通過大氣干濕沉降和風力輸送進入到土壤環(huán)境中,小店區(qū)接受三大退水渠污水灌溉，使得吸附在水體中固體顆粒上的PAHs隨污水流動而在土壤中大量富集。此外,居民區(qū)排放的廢氣廢渣、汽車尾氣和煤、焦炭的燃燒所產(chǎn)生的顆粒通過干濕沉降進入土壤表面,也給土壤貢獻了部分PAHs。因此，太原市小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤中PAHs污染來源一方面與灌溉水質(zhì)及灌溉歷史有很大的關系；另一方面，通過燃煤或化石燃料產(chǎn)生的PAHs通過大氣干濕沉降和風力輸送進入到土壤環(huán)境中,在地表徑流作用下造成土壤污染。

2.3 PAHs生態(tài)風險評價

由表3可知，與國內(nèi)研究相比，研究區(qū)所有點位農(nóng)田土壤中PAHs平均含量(3 568 ng/g)高于珠江三角洲農(nóng)田(244 ng/g)[20]、長江三角洲農(nóng)村和郊區(qū)(397 ng/g)[21]、南昌市周邊農(nóng)田(384.7 ng/g)[22]、北京郊區(qū)(464 ng/g)[23]、東莞市農(nóng)業(yè)區(qū)(413 ng/g)[24]，稍高于沈陽污灌區(qū)(2 133 ng/g)[25]，低于南京農(nóng)業(yè)區(qū)(4 292.4 ng/g)[26]、沈撫石油類污灌區(qū)(4 950 ng/g)[27]，處于中等偏高的污染水平。與國外研究相比，均高于南韓農(nóng)業(yè)區(qū)(236 ng/g)[28]，英國鄉(xiāng)村(187 ng/g)[29]和波蘭農(nóng)田(264 ng/g)[30]，處于較高污染水平。因此，相對于上述11個研究地區(qū)農(nóng)田土壤PAHs含量的比較，小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤中PAHs污染程度仍處于中等到較高程度的污染水平。

圖3 農(nóng)田土壤中PAHs的Flu/(Flu+Pyr)和Ant/(Ant+Phe)特征比值

研究區(qū)域PAHs種類濃度范圍平均值參考文獻珠江三角洲農(nóng)田—330～4790244[20]長江三角洲農(nóng)村和郊區(qū)—8.6～3381397[21]南昌市周邊農(nóng)田15145～695385[22]北京郊區(qū)1616～3884464[23]東莞市農(nóng)業(yè)區(qū)1629～4079413[24]沈陽污灌區(qū)—950～27902133[25]南京農(nóng)業(yè)區(qū)16312～275814292[26]沈撫石油類污灌區(qū)—787～246004950[27]南韓農(nóng)業(yè)區(qū)1623.3～2384236[28]英國鄉(xiāng)村12 —187[29]波蘭農(nóng)田1328～2450264[30]太原小店污灌區(qū)16315～76613568本研究

目前,國際上尚無土壤PAHs的統(tǒng)一治理標準,荷蘭制定的PAHs只涉及到16種中的10種:Nap,Phe,Ant,Flt,Chr,BaA,BkF,BgP,BaP,Ipy。Maliszewska-Kordybach[30]提出了PAHs總量標準,該標準廣泛用于辨別歐洲土壤是否被污染,也可以據(jù)此估算人群的暴露水平。根據(jù)PAHs將土壤分為4個級別:清潔(<200 ng/g)，輕度污染(200～600 ng/g)，中度污染(600～1 000 ng/g)和重污染(>1 000 ng/g)。樊孝俊等[22]應用該標準評估了南昌市周邊農(nóng)田土壤中多環(huán)芳烴的污染水平,研究指出,南昌市周邊農(nóng)田土壤區(qū)域66.7%屬于清潔土壤,33.3%屬于輕微污染,無中度污染和重污染區(qū)域。周玲莉等[31]在此基礎上評估了黃淮平原農(nóng)田土壤中多環(huán)芳烴污染的風險,結(jié)果顯示,該研究區(qū)域16.7%的樣點(PAHs含量超過200 μg/kg)達到污染水平。焦文濤等[32]采用該標準評估了天津濱海新區(qū)化工區(qū)土壤的污染水平,結(jié)果指出,該區(qū)域土壤處于中高等污染水平,且部分點位污染嚴重,將可能對人體健康造成威脅,應引起重視。本研究中,依據(jù)Maliszewska-Kordybach的風險評價標準,即使是PAHs含量較低S14(849.9 ng/g)和S15(314.9 ng/g)點,仍超過200 ng/g的臨界值,因此該農(nóng)田土壤已受到多環(huán)芳烴污染的風險。

我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準(征求意見稿)(GB15618-2008)》中提出,土壤有機污染物的環(huán)境質(zhì)量第二級標準值中16種多環(huán)芳烴類污染物總量的農(nóng)業(yè)用地標準為10.1 mg/g,依據(jù)此標準,研究區(qū)15個采樣點位PAHs總量均未超出該值。

3 結(jié) 論

太原小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤環(huán)境中優(yōu)控的16種典型PAHs的各個單體檢出率為100%,殘留量介于0.315～7.661 μg/g之間,平均含量為3.568 μg/g,整個污灌區(qū)中部(S1,S2,S3,S4)和西南部(S5, S6, S7, S8, S9, S10)大多數(shù)采樣點PAHs總量明顯高于其他地區(qū)(p<0.05)。研究區(qū)2,3環(huán)PAHs含量約占總量的64.2%,4環(huán)含量約占總量的14.2%,5,6環(huán)含量約占總量的21.6%,低環(huán)和中環(huán)PAHs含量所占的比例較高,為85.8%。

PAHs污染物的特征比值分析結(jié)果表明，該區(qū)域PAHs主要來源于木材、煤和化石燃料(如汽車燃油和原油)的燃燒;PAHs分布的方差分析結(jié)果顯示:采用清水灌溉或遠離污灌渠會顯著降低對土壤PAHs的污染(p<0.05)。由此可見,小店污灌區(qū)農(nóng)田土壤中PAHs污染來源一方面與灌溉水質(zhì)及灌溉歷史有很大的關系,另一方面,主要通過燃煤或化石燃料產(chǎn)生的PAHs在大氣干濕沉降和風力輸送作用下進入到土壤環(huán)境中。

根據(jù)Maliszewska-Kordybach建議的分級標準評價,該區(qū)域農(nóng)田土壤已受到多環(huán)芳烴污染的風險;但基于我國《土壤環(huán)境質(zhì)量標準(征求意見稿)(GB15618-2008)》提出的16種多PAHs污染物總量的農(nóng)業(yè)用地標準(10.1 mg/g),該區(qū)域PAHs總量未超出此標準,因此國外風險評估方法在我國的適用性有待商榷。

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Pollution Characteristics and Sources of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Farmland Soil of a Sewage Irrigation Area

ZHAO Ying, ZHANG Li

(Shanxi Provincial Academy of Environmental Sciences, Taiyuan, Shanxi 030027， China)

[Objective] This study analyzed the pollution characteristics and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons(PAHs) in farmland soil from Xiaodian sewage irrigation area in Taiyuan City. The results should facilitate the development of farmland environment evaluation and soil pollution prevention strategy in the study area. [Methods] 15 surface soil samples were collected, and their concentrations and composition of 16 PAHs listed for prior control by US EPA were detected with a gas chromatography equipped with mass spectrometry (GC/MS). The sources and ecological risks of the soils were assessed. [Results] The results showed that 16 PAHs were generally detected, with the detection ratio of 100%. The total PAHs concentrations varied from 0.315 to 7.661 μg/g, with an average value of 3.568 μg/g. In terms of composition, the contents of PAHs of 2, 3 rings accounted for 64.2% of the total PAHs, the contents of PAHs of 4 rings accounted for 14.2%, and the percentage of 5, 6 ring-PAHs was 21.6%. Thus, the contents of PAHs with low and middle rings were much higher. Based on ratio method and in-site investigation, it was induced that the PAHs sources were not only related with water quality and history of sewage irrigation, but also with the sources from the combustions of wood, coal and fossil fuels. [Conclusion] Compared with the relative research of farmland soils at home and abroad, PAHs pollution in this area was in medium or higher level. According to the standards recommended by Maliszewska-Kordybach, the total concentrations of PAHs exceeded the limited value in all the sampling points. However, these values were below the “National Environmental quality standards for soils(GB15618-2008)” proposed by China.

sewageirrigationarea;farmlandsoil;PAHs;pollutioncharacteristics;sources

A

： 1000-288X(2017)04-0099-07

： X131.3

2016-10-07

：2016-10-25

國家自然科學基金項目“白洋淀濕地水—土—植被體系碳排放及其調(diào)控機理研”(41601202)， “生態(tài)補水影響下白洋淀濕地水生態(tài)系統(tǒng)對水文—氣象—環(huán)境要素的響應關系研究”(41401020); 山西省青年科技研究資助項目(2015021173)

趙穎(1982—),女(漢族),山西省太原市人,博士,高級工程師,主要從事污染土壤修復研究。E-mail:shadowying210@163.com。