上海市表层土壤中多环芳烃的分布特征与源解析_杜芳芳

入内标旋转蒸发至 2~3mL 后用正己烷进行溶剂 度 与 北 京 、 天 津 地 区 相 比 , 上 海 地 区 差 异 较
4期
杜芳芳等：上海市表层土壤中多环芳烃的分布特征与源解析
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小[11-13].最高值出现在金山区的石化三线采样点, 区>市区>近郊区的变化趋势.远郊区多分布石油
Байду номын сангаас其次是金山区的漕泾发电厂,金山区的朱泾镇采 加工企业、电厂以及钢铁厂,而近郊区和市区车
土壤中 PAHs 的浓度有不断增加的趋势,特别是 的生态风险评价和 PAHs 污染的控制提供依据. 城市附近的土壤[6-8].
1 研究方法 上海作为我国最大的城市和工业基地之一,
土壤污染问题日益严重.研究表明,上海市不同 地区土壤已遭受到 PAHs 不同程度的污染[9-10],
但是关于上海市区、郊区以及农村地区土壤中
芴(Fluo)、菲(Phe)、蒽(Ant)、荧蒽(Fl)、芘(Pyr)、
N
苯 并 [a] 蒽 (BaA) 、 (Chry) 、 苯 并 [b/k] 荧 蒽
31°30′N
(Bb/kF)、苯并[a]芘(BaP)、茚并[1,2,3-cd]芘(InP)、
31°20′N
嘉定区 宝山区
二苯并[a,h]蒽(DahA)、苯并[g,h,i]苝(BghiP)和 1甲基萘(1-MNap)以及 2-甲基萘(2- MNap).
样点和闵行区的七宝古镇,其含量水平分别为 流量大,交通网络发达,这在市区尤为体现,这些
19.73,17.23,14.11μg/g,最低值出现在浦东新区的 均可能对上海表层土壤中 PAHs 的累积和分布提
金桥科技园,为 0.12μg/g,其次是松江区的上海外 供重要的输入.
国语大学和浦东新区的三岔港村和牛桥村,分别
等因素,将不同的采样点进行了分类,其中市区 0.25mm×0.25μm).进样方式:无分流进样.色谱柱
32 个,郊区 24 个,农村 24 个.不锈钢铲采集 升温程序为:柱初温 55℃,保持 2min,以 20℃/min
0~20cm 表层土壤,每个采样点采集 5 个以上同类 程序升温到 280℃,再以 10℃/min 升温到 310℃,
1.1 样品采集
收稿日期：2013-08-18 基金项目：国家自然科学基金重点项目(41130525,41101502).
PAHs 的浓度梯度研究以及市区内不同功能区 * 责任作者, 教授, mliu@geo.ecnu.edu.cn
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中国环境科学
34 卷
样品采集于 2012 年 3 月,采样点遍布上海市 置换,浓缩定容至 1mL.
样品,混合均匀后作为该样点的 1 个代表性样品, 保持 5min;载气:高纯 He,流速 1mL/min;使用
采集后的样品迅速带回实验室低温(-20℃)冷冻 SCAN 模式定性,SIM 模式定量.17 种 PAHs 目标
保存,室温风干,磨碎并过 1mm 的筛子,待用.
化合物分别为:萘(Na)、苊(Acy)、二氢苊(Ace)、
化铝层析柱(硅胶和氧化铝的体积分数比为 2:1), (∑16PAHs) 为 0.12~24.5μg/g, 平 均 含 量 为
萃取液旋转蒸发浓缩至 2~3mL 后用正己烷进行 2.5μg/g(以干质量计).本研究土壤中 PAHs 的平均
溶剂置换,浓缩定容至 1~1.5mL,过硅胶氧化铝 浓度与北京、天津属同一数量级(表 1),在地区分
PAHs 的含量分布特征,并利用同分异构体比值、主成分分析方法对表层土壤中的 PAHs 进行了源解析.结果表明,80 个样点 PAHs 的含量在
0.12~24.5μg/g 之间,呈现出郊区>市区>农村的梯度变化,市区内不同功能区采样点呈现出交通区>文教区>公园绿地>商业区>住宅区的梯度
变化. PAHs 组成以 4 环和 5 环为主,平均含量分别占∑PAHs 的 49.2%和 27.0%,其次为 3 环和 6 环,分别占∑PAHs 的 14.8%和 6.6%,最低为 2
数据分析包括相关性分析、克里格插值、因
Fig.1 Study area and location of sampling sites
子/主成分分析等.主要采用统计软件 Origin7.5、
Arcmap9.3、SPSS Statistics17.0.
1.2 样品前处理及测试 准确称取 5g 土壤样品,加入铜粉、无水硫酸 2 结果与讨论
31°10′N 31°0′N 30°50′N
中心城区
青浦区
闵行区 南汇区
松江区
奉贤区
金山区
1.3 QA/QC质量控制 实验过程中包括方法空白、加标空白、基质
加标、样品平行样进行质量保证和质量控制.以 氘代 PAHs(萘-d8、二氢苊-d10、菲-d10、 -d12、 苝 -d12) 作 内 标 , 样 品 的 加 标 回 收 率 为 74.8%~ 106.2%. 每 组 平 行 样 的 相 对 标 准 偏 差 均 控 制 在
中国环境科学 2014,34(4)：989~995
China Environmental Science
上海市表层土壤中多环芳烃的分布特征与源解析
杜芳芳,杨 毅,刘 敏*,陆 敏,于英鹏,郑 鑫,刘 营 (华东师范大学地理系,地理信息科学教育部重点实
验室,上海 200062)
摘要：应用气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)对上海市 80 个表层土壤样品中 16 种优控多环芳烃的浓度进行了测定,分析了上海市土壤中
环 PAHs,仅占 2.4%,单体 PAHs 化合物以荧蒽、芘、苯并芘为主.源解析表明,表层土壤中 PAHs 的主要来源是燃烧源,主要是石油燃烧.
关键词：上海；表层土壤；多环芳烃；分布特征；源解析
中图分类号：X53
文献标识码：A
文章编号：1000-6923(2014)04-0989-07
Distribution and source apportionment of polycyclic aromatic hydrocarbons in surface soils in Shanghai. DU Fang-fang, YANG Yi, LIU Min*, LU Min, YU Ying-peng, ZHENG Xin, LIU Ying (1.Key Laboratory of Geo-Information Science of the Ministry of Education, Department of Geography, East China Normal University, Shanghai 200062, China). China Environmental Science, 2014,34(4)：989~995 Abstract：The concentrations of sixteen priority polycyclic aromatic hydrocarbons in 80 topsoil samples in Shanghai were determined by GC-MS. The distribution pattern was discussed, and source apportionment of PAHs in surface soil was conducted by the isomer ratio and principal component analysis. Results showed that the concentrations of PAHs ranged between 0.12μg/g and 24.5μg/g, presenting gradient changes of suburb>urban> rural and traffic area>cultural and educational area>park greenbelt>business district>residential in different functional areas in the city. Dominant compounds were 4rings and 5rings PAHs, which accounted for 49.2% and 27.0%, followed by 3and 6rings, which accounted for 14.8% and 6.6% of the total PAH concentrations, respectively. The lowest was the 2rings PAHs, which only accounted for 2.4% of the total PAH concentrations. In addition, fluoranthene, pyrene and benzopyrene were dominant PAH compounds. Source apportionment indicated that the PAHs originated mainly from burning, mainly oil burning. Key words：Shanghai；surface soil；polycyclic aromatic hydrocarbons；distribution pattern；source apportionment
厂尤其是石化三线附近多石油化工厂和火电厂 等重污染企业,因此这些地区表层土壤具有较高 的暴露风险,石油源和燃烧源均可构成 PAHs 的 排放来源.浦东新区的金桥科技园为高新技术产 业园区,受石油、煤等燃烧排放 PAHs 的影响较小, 松江区上海外国语大学和浦东新区的三岔港村 也位于离污染源较远的区域.
除崇明县以外的各个区(图 1),采集了表层土壤样
PAHs 仪器分析条件:所用仪器为气相色谱-
品 80 个,以外环线为界,将采样点划分为市区和 质谱联用仪(GC/MS, Agilent 7890A/5975C).色谱
郊区,结合采样点所在地理位置及土地利用方式 柱 为 DB-5 聚 硅 氧 烷 聚 合 物 色 谱 柱 (30m×
30°40′N 0
15 30 km
15%以内.空白未检出目标污染物.16 种 PAHs 的 方法检测限为 0.04~0.12ng/g.
120°50′E 121°0′E 121°10′E 121°20′E 121°30′E 121°40′E 121°50′E 122°0′E
1.4 数据处理
图 1 研究区域及采样点分布
(2:1, 体 积 比 ) 层 析 柱 , 分 别 用 15mL 正 己 烷 和 布上,与北京、天津等地区相比,上海地区表现出
70mL 二氯甲烷与正己烷的混合溶剂(3:7,体积比) 较明显的采样点差异,最高值与最低值相差了 2
淋洗出烷烃和芳烃组分,含芳烃组分的洗脱液加 个数量级,但是市区、郊区和农村 PAHs 的平均浓
钠填充于滤纸槽中,用 120mL 丙酮和二氯甲烷混 2.1 上海市表层土壤中 PAHs 的含量与分布
合试剂(体积比为 1:1),水浴温度为 65℃,在索氏 特征
抽提器中以平均 4 次/h 的速率连续回流抽提 24h,
采用 Arcmap9.3 克里格插值法得到表层土
萃取液经浓缩并溶剂置换为正己烷后,过硅胶氧 壤 PAHs 含量分布(图 2).16 种 PAHs 的总含量
为 0.15,0.29,0.35μg/g.这一特征与企业类型及采 表 1 国内不同地区表层土壤中 PAHs 含量比较(μg/g)
样点所处的区域有很大关系,除七宝古镇外,其它 浓度高的样点均位于石化区及其附近,金山化工
Table 1 Comparison of PAHs in topsoil from different regions (μg/g)
多环芳烃(PAHs)具有致癌、致畸、致突变 土壤中 PAHs 的分布差异还较少报道.本研究在
等特性,对生物体产生遗传毒性,对人体也具有 已有研究的基础上,着重探究上海地区以及不 潜在危害性[1-3].近代以来,化石燃料和木材等的 同功能区表层土壤中多环芳烃的组成特征与分
不完全燃烧已经成为环境介质中多环芳烃的主 布状况,并讨论了多环芳烃的污染源类型,以期 要来源[4-5]. 作为多环芳烃迁移和转化的源和汇, 更深一步了解城市土壤的污染状况,为研究区