多环芳烃在低氧沉积物环境中的分布状况

在时间越长，遗传毒性越高，致癌性随苯环数 量 增 加 而增强［４］。由于 ＰＡＨｓ脂 溶 性 强 而 很 容 易 被 动 物 的 肠胃吸收，并能经食物链级联放大而富集，迅 速 地 被 分散到不同的组织（趋定位脂肪）发挥毒性作用。
１ 低 氧 环 境
低氧是一种介于严格好氧与严格厌氧之间的状 态，是指水体或 沉 积 物 表 面 所 对 应 的 氧 气 分 压 小 于 正常 空 气 中 的 ２１％ （体 积 分 数，下 同），一 般 指 氧 气 分压为０～１０％ 的 环 境［５］，对 应 于 常 温 常 压 下 水 体 中的 ＤＯ 约为０～４．５ｍｇ／Ｌ。水体 ＤＯ 低于２ｍｇ／Ｌ
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｈｙｐｏｘｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ｉｓ ｐｒｅｖａｌｅｎｔ ｉｎ ｔｈｅ ｂｏｔｔｏｍ ｗａｔｅｒ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．Ｗｉｔｈ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｅｘａｃｅｒｂａｔｉｎｇ，ｈｙｐｏｘｉａ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ｉｎ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｗｉｌｌ ｂｅ ｍｏｒｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ．Ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｓｔｕｄｉｅｓ ｈａｄ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ｏｆ Ｃｈｉｎａ ｗｅｒｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ ｂｙ ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ （ＰＡＨｓ）．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｏｎｇ ｈｙｄｒｏｐｈｏｂｉｃｉｔｙ ａｎｄ ｌｏｗ ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ，ｍｏｓｔ ｏｆ ＰＡＨｓ ａｒｅ ｄｅｐｏｓｉｔｅｄ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．Ｔｈｉｓ ｐａ－ ｐｅｒ ｈａｓ ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ ｔｈｅ ｆｉｎｄｉｎｇｓ ｏｆ ＰＡＨｓ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ａｎｄ ｆｏｒｅｉｇｎ ｒｉｖｅｒｓ，ｗｅｔｌａｎｄｓ，ｅｓｔｕａｒｉｅｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｗａｔｅｒ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｒｅｇｕｌａｒ ｐａｔｔｅｒｎ ｉｓ ａｌｓｏ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．ＰＡＨｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｓ ｃｌｏｓｅｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｌｅｖｅｌ ｉｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｎ，ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ ｔｈｅ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｅｃｏｎｏｍｉｃ ｄｅｖｅｌ－ ｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｏｖｅｒｓｅａｓ ｔｙｐｉｃａｌ ａｒｅａｓ，ｔｈｅ ＰＡＨｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｂｏｄｙ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｍｉｄｄｌｅ ｌｅｖｅｌｓ，ｂｕｔ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｐｉｄｌｙ ｕｐｓｗｉｎｇ．Ｓｏｍｅ ｓｉｔｅｓ ｈａｖｅ ｅｘｃｅｅｄｅｄ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋ ｉｎｔｅｒ－ ｖａｌ ｌｏｗ ｖａｌｕｅ （４ ０００ｎｇ／ｇ）ａｎｄ ｔｈｒｅａｔ ｔｏ ｐｅｏｐｌｅ’ｓ ｈｅａｌｔｈ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌ ｒｉｓｋｓ ｏｆ ＰＡＨｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｐｏｌｌｕｔａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｓｈｏｕｌｄ ｂｅ ｆｕｒｔｈｅｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ．
第一作者：陈明华，男，１９８９年生，硕士研究生，主要从事环境污染化学研究。＃ 通讯作者。 ＊ 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （Ｎｏ．４１１０１４８７）。
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陈明华等 多环芳烃在低氧沉积物环境中的分布状况
时，通常称该水体低氧或 缺 氧 。 ［６－７］ 低 氧 条 件 广 泛 分 布于各种水体、沼泽、湿地等自然环境中。 有 研究证 明，在湿地、沼泽 的 底 泥 表 层 ２ｃｍ 以 下 就 开 始 呈 现 明显的低 氧 区［８－９］；而 河 流 及 湖 泊 水 柱 体 的 １０％ ～ ８０％（平均 为 ２０％ ～５０％）都 属 于 低 氧 状 态 。 ［１０］ 本 研究所述的低 氧 环 境，是 指 水 体 表 层 沉 积 物 处 的 低 氧环境。 随着人类 活 动 的 增 加，大 量 营 养 盐 输 入 到 河 流 和湖泊，引起水 体 富 营 养 化。 表 层 水 体 滋 生 的 大 量 浮游植物在死 亡 后 沉 降 到 水 底，底 层 有 机 质 的 分 解 消耗大量 ＤＯ，在 物 理 条 件 成 熟 的 情 况 下 形 成 低 氧 区，造成底层水 体 缺 氧 现 象 越 来 越 严 重。 随 着 湖 泊 富 营 养 化 程 度 加 大 ，低 氧 范 围 不 断 扩 大 ，甚 至 表 层 水 体也会 出 现 低 氧 现 象 。 ［１１］ 底 层 水 体 的 缺 氧 导 致 沉 积物中的含氧 量 得 不 到 有 效 补 充，使 其 长 期 处 于 低 氧状态。ＰＡＨｓ具 有 强 烈 的 憎 水 性 和 低 溶 解 性，很 容 易 被 吸 附 在 颗 粒 物 上 ，极 易 聚 集 到 沉 积 物 中 ，因 此 沉积物被认为是它们的主要环境归宿之一 。 ［１２－１３］
环 境 污 染 与 防 治 第 ３５ 卷 第 ２ 期 ２０１３ 年 ２ 月
多环芳烃在低氧沉积物环境中的分布状况＊
陈明华１，２ 李春华１＃ 叶 春１ 许士洪２
（１．中国环境科学研究院湖泊工程技术中心，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京 １０００１２； ２．东华大学环境科学与工程学院，上海 ２０１６２０）
Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ ｉｎ ｈｙｐｏｘｉｃ ｓｅｄｉｍｅｎｔ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ ＣＨＥＮ Ｍｉｎｇｈｕａ１，２，ＬＩ Ｃｈｕｎｈｕａ１， ＹＥ Ｃｈｕｎ１，ＸＵ Ｓｈｉｈｏｎｇ２．（１．Ｃｅｎｔｒｅ ｏｆ Ｌａｋｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｔａｔｅ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｃｒｉｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｒｉｓｋ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｄｏｎｇｈｕａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１６２０）
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： ｐｏｌｙｃｙｃｌｉｃ ａｒｏｍａｔｉｃ ｈｙｄｒｏｃａｒｂｏｎｓ；ｈｙｐｏｘｉｃ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｓｏｕｒｃｅ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
多环芳烃（ＰＡＨｓ）是 由 ２ 个 和 ２ 个 以 上 苯 环 以 线 状 、角 状 或 簇 状 排 列 的 稠 环 化 合 物 ，是 一 类 广 泛 存 在于环境中的重要的有毒有机污 染 物。ＰＡＨｓ具 有 极 强 的 “三 致 ”效 应 ，即 致 癌 性 、致 突 变 性 及 致 畸 性 和 生 物 累 积 效 应 ，难 降 解 且 分 布 广 泛 ，对 人 类 健 康 和 生 态环境 具 有 很 大 的 潜 在 危 害［１－２］。１９７９ 年，美 国 环 境保护署首先公 布 了 １２９ 种 优 先 监 测 污 染 物，其 中 ＰＡＨｓ有１６ 种；１９９０ 年，我 国 提 出 了 水 中 优 先 控 制 的 ６８ 种 污 染 物，ＰＡＨｓ有 ７ 种［３］。ＰＡＨｓ具 有 疏 水 性 、蒸 汽 压 小 及 辛 醇 －水 分 配 系 数 高 的 特 点 ，随 着 苯 环 数量 的 增 加 ，其 脂 溶 性 增 强 ，水 溶 性 减 小 ，在 环 境 中 存
摘 要 低氧环境普遍存在于底层水 体 以 及 表 层 沉 积 物Fra Baidu bibliotek中，随 着 中 国 水 体 有 机 污 染 加 剧，低 氧 现 象 将 越 来 越 明 显。 有 研 究 表 明，中国水体普遍受到多环芳烃污染，由于其强烈的憎水性和低溶解性，大部 分 多 环 芳 烃 沉 积 在 底 泥 中。 总 结 了 学 者 们 对 国 内 外 河 流、湿地、河口等水体沉积物中多环芳烃污染的研究成果，探讨了多环芳烃的分布规律，发现沉积物中多环芳烃含量与流域内经济 发 展状况密切相关，反映了经济发展过程对环境造成的负面影响。相比于国外典型区域的多环芳烃浓度，中国沉积物的多环芳烃污 染 处于中等水平，但处于快速上升阶段，部分点位浓度已超过生态风险区间低值（４ ０００ｎｇ／ｇ），对人 们 的 身 体 健 康 构 成 威 胁，所 以 对 多 环 芳 烃 的 生 态 风 险 评 价 、污 染 物 排 放 控 制 需 进 一 步 加 强 。 关键词 多环芳烃 低氧环境 沉积物 来源 分布状况
２ 我国水体表层沉积物中 ＰＡＨｓ的污染状况
２．１ ＰＡＨｓ来 源 分 析 ＰＡＨｓ除自然 成 因 外，主 要 来 自 化 石 燃 料 使 用
过程中的泄漏以及化石燃料和生物质不完全燃烧产 物的排放等。焦化厂炼焦和火力发电产生的烟气及 废水，炼油及采 油 过 程 中 产 生 的 废 气、废 水 及 废 渣， 木 材 燃 烧 的 烟 气 及 灰 烬 ，汽 车 尾 气 和 家 庭 做 饭 的 油 烟 等，都含有大量的 ＰＡＨｓ。人们在对垃圾进行深填埋 处 理 的 过 程 中 ，产 生 的 有 机 废 水 和 垃 圾 渗 滤 液 都 含 有 ＰＡＨｓ。另外，垃 圾 焚 烧 也 会 产 生 大 量 ＰＡＨｓ。 据 估 计 ，在 世 界 范 围 内 每 年 有 约 ４３ ０００ｔＰＡＨｓ释 放 到 大 气中，同时有２３０ ０００ｔ进入海洋环境［１４］。 利用特征化合物指数可对 ＰＡＨｓ的来源进行判 别，包 括 荧 蒽／芘、菲／蒽、ＬＭＷ （２～３ 环 ＰＡＨｓ）／ ＨＭＷ（４环以上 ＰＡＨｓ）。当 菲／蒽 ＜１０、荧 蒽／芘 ＞ １、ＬＭＷ／ＨＭＷ 较低时，指 示 ＰＡＨｓ主 要 来 源 于 化 石 燃 料 不 完 全 燃 烧；而 菲／蒽 ＞１５、荧 蒽／芘 ＜１、 ＬＭＷ／ＨＭＷ 较高时，指 示 ＰＡＨｓ主 要 来 源 于 石 油 污染 。 ［１５－１６］，［１７］８３ 我国水体沉积物中以 潜 在 致 癌 性 的 高 环 ＰＡＨｓ占 主 导 ，表 ［１８］，［１９］１３０，［２０］７０４ 明 ＰＡＨｓ 主 要 来源为化 石 燃 料 不 完 全 燃 烧。１９９９ 年，我 国 １６ 种 ＰＡＨｓ总排放量约为９ ７９９ｔ，主 要 排 放 源 为 燃 煤 和 炼焦，两者分别占 总 排 放 量 的 ６６．６％（质 量 分 数，下 同）和３０．６％，合 计 占 ９７．２％［２１］。２００３ 年，我 国 １６ 种 ＰＡＨｓ总 排 放 量 增 至 ２５ ３００ｔ［２０］７０２，年 平 均 增 长
率约为２６．８％，增 速 非 常 显 著，表 明 我 国 ＰＡＨｓ污 染控制正面临非常严峻的形势。 ２．２ 我国主要水体 ＰＡＨｓ污染现状调查
随着我国工业 进 步 和 经 济 发 展，化 石 燃 料 消 耗 持续增加，全国 范 围 内 的 大 气、土 壤、江 河 湖 等 地 表 水及沉积物都受 到 了 不 同 程 度 的 ＰＡＨｓ污 染，其 污 染状况是我国 环 保 工 作 者 关 注 的 热 点，开 展 了 大 量 针对国内河流、湖泊、海湾表层沉积物中 ＰＡＨｓ的分 布特征、污染来 源 及 环 境 行 为 的 调 查 研 究。 这 些 研 究着重于某一地 区 水 体 沉 积 物 中 ＰＡＨｓ的 分 布，获 得 了 大 量 的 一 手 资 料 ，部 分 研 究 成 果 见 表 １。 水体表层沉积物中的 ＰＡＨｓ浓度时空差异变化 明显。许云竹 发 ［４８］ 现 松 花 江 丰 水 期 ＰＡＨｓ浓 度 总 体高于枯水期，可能是由于夏季雨 量 大、ＰＡＨｓ随 雨 水冲刷作用显著 且 ＰＡＨｓ生 成 量 大 造 成 的，而 欧 冬 妮等 则 ［４９］ 报道了由 于 夏 季 河 水 和 浪 潮 的 冲 刷 作 用， 长江 口 滨 岸 表 层 沉 积 物 中 ＰＡＨｓ 平 均 值 为 枯 季 （１ １５４ｎｇ／ｇ）高 于 洪 季 （６０５ｎｇ／ｇ）。 河 流 沉 积 物 ＰＡＨｓ浓度沿 程 变 化 较 大，ＰＡＨｓ的 分 布 具 有 点 位 特殊性，靠近工业 区 的 ＰＡＨｓ浓 度 明 显 高 于 非 工 业 区，靠 近 城 市 的 ＰＡＨｓ浓 度 高 于 远 离 城 市 的 地 方。 例如，松花江 ＰＡＨｓ的 质 量 浓 度 为 ５１．５～５５ １７２．４ ｎｇ／ｇ，但平均值 仅 为 １４５．９ｎｇ／ｇ［２２］，流 域 内 城 市 附 近的浓度 较 高，尤 其 是 吉 林 市 的 质 量 浓 度 最 高，为 ５５ １７２．４ｎｇ／ｇ。 对 海 河 １３ 个 采 样 点 沉 积 物 的 分 析［２４］也 得 出 同 样 的 结 果 ，位 于 天 津 市 区 内 的 ５ 个 采 样 点的 ＰＡＨｓ平均值远高于郊区其他采样点的平均值。 从 国 内 的 对 比 可 以 看 出 ，水 体 、湿 地 表 层 沉 积 物 中 ＰＡＨｓ浓度与流域 内 经 济 发 展 状 况 密 切 相 关，位 于 大 城 市 与 工 业 地 带 边 缘 的 河 口 、湖 泊 、海 湾 与 近 岸 海域的 ＰＡＨｓ浓度是经济欠发达地区的几倍到几十 倍，这充分反映 了 经 济 发 展 过 程 对 环 境 造 成 的 负 面 影响。ＢＡＵＭＡＲＤ 等［１７］８８ 将 沉 积 物 ＰＡＨｓ 污 染 水 平 划 分 为 ４ 个 等 级 ，分 别 是 ：低 污 染 （０～１００ｎｇ／ｇ）、 中度污 染 （１００～１ ０００ｎｇ／ｇ）、高 度 污 染 （１ ０００～ ５ ０００ｎｇ／ｇ）、重 度 污 染 （＞５ ０００ｎｇ／ｇ）。 位 于 东 北 重工业基地的 辽 河、环 渤 海 经 济 区 的 海 河 和 珠 江 三 角洲经济区的珠江水系表层沉积物中 ＰＡＨｓ在国内 处于高度或重 度 污 染 水 平，潜 在 的 风 险 评 价 表 明 此 区域中的 ＰＡＨｓ污染 可 能 会 对 生 物 产 生 负 面 影 响， 威胁人类的身 体 健 康。 其 他 河 流，如 通 惠 河、淮 河、 黄浦江等表层沉积物 ＰＡＨｓ浓度处于中度或高度污 染水平，这些流域内的 ＰＡＨｓ排放控制、规划治理已 刻不容缓。