貴陽(yáng)市道路地表灰塵中多環(huán)芳烴的分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王 婭，賀華中，林 野，楊 成，嚴(yán) 敏，王雅潔

（1.貴州民族學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州省疾病預(yù)防控制中心，貴陽(yáng) 550004）

貴陽(yáng)市道路地表灰塵中多環(huán)芳烴的分布特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

王 婭＊，賀華中1，林 野2，楊 成1，嚴(yán) 敏1，王雅潔1

（1.貴州民族學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，貴陽(yáng) 550025；2.貴州省疾病預(yù)防控制中心，貴陽(yáng) 550004）

采用高效液相色譜法對(duì)貴陽(yáng)市道路地表灰塵中16種多環(huán)芳烴（PAHs）進(jìn)行了定量分析，研究了貴陽(yáng)市道路地表灰塵中PAHs在不同功能區(qū)分布特征，并分析了其可能來(lái)源。最后以單因子指數(shù)、內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法和苯并（a）芘的等效致癌毒性（BEQ）評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)PAHs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，貴陽(yáng)市道路地表灰塵樣品中PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在88.1～13 192.7μg／kg之間，各個(gè)功能區(qū)地表灰塵PAHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)有明顯差異，最高值出現(xiàn)在交通要道，最低值出現(xiàn)在公園。生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)表明，貴陽(yáng)市地表灰塵中以交通要道和工業(yè)區(qū)兩個(gè)功能區(qū)已受到嚴(yán)重的PAHs威脅，具有較為嚴(yán)重的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

地表灰塵；多環(huán)芳烴；分布特征；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

多環(huán)芳烴（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一類重要的持久性有機(jī)污染物（persistent organic pollutants，POPs），大多具有長(zhǎng)期殘留性和生物蓄積性，也具有很強(qiáng)的致癌、致畸、致突變效應(yīng)［1］，其中有16種多環(huán)芳烴被美國(guó)環(huán)境保局列為優(yōu)先控制污染物名單［2］，受到國(guó)內(nèi)外研究者的極大關(guān)注.城市是人類生存活動(dòng)的重要場(chǎng)所，而城市地表灰塵是多環(huán)芳烴重要存在之處，城市地表灰塵對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞是隱蔽的、潛在的、長(zhǎng)期的［3］.同時(shí)，地表灰塵中的多環(huán)芳烴在一定條件下能夠揮發(fā)或通過(guò)再懸浮遷移至大氣中，與大氣降塵、飄塵相互轉(zhuǎn)化，通過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，從而威脅人體健康［4］，或隨地表徑流被沖刷至受納水體，成為多環(huán)芳烴的二次污染源［5］.貴陽(yáng)市作為省會(huì)城市，隨著城市人口增多，交通運(yùn)輸、工業(yè)生產(chǎn)快速增長(zhǎng)，城市環(huán)境中污染物也勢(shì)必增多，有關(guān)貴陽(yáng)市道路地表灰塵中多環(huán)芳烴的污染狀況的研究尚未見(jiàn)報(bào)道.本文研究了貴陽(yáng)市道路地表灰塵中PAHs的分布特征，并對(duì)其來(lái)源和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了初步的分析和評(píng)價(jià)，以期為貴陽(yáng)市環(huán)境保護(hù)和管理提供科學(xué)理論依據(jù)，也為其他城市進(jìn)行相關(guān)研究提供借鑒和參考.

1 材料與方法

1.1 樣品采集

將貴陽(yáng)市不同功能區(qū)（工業(yè)區(qū)、交通要道、公園、生活區(qū)、學(xué)校、）共選擇有代表性采樣點(diǎn)15個(gè)，采集地表灰塵樣品時(shí)用毛刷和玻璃瓶，距路緣石1 m內(nèi)收集樣品，每個(gè)采樣點(diǎn)處采集的樣品混合均勻，組成一個(gè)采樣點(diǎn)地表灰塵的樣品.采樣前一周及采樣期間均為晴天，共采集樣品15個(gè)，其中工業(yè)區(qū)（貴州輪胎廠、貴鋼、貴州水泥廠編號(hào)為1、2、3號(hào)）、交通要道（三橋、花香村、火車站編號(hào)為4、5、6號(hào)）、公園（黔靈公園、森林公園、南郊公園編號(hào)為7、8、9號(hào)）、生活區(qū)（大十字住宅區(qū)、鳳凰翠堤小區(qū)、扁井住宅區(qū)編號(hào)為10、11、12號(hào)）、學(xué)校（貴州師范大學(xué)、貴大藝術(shù)學(xué)院、貴陽(yáng)市第九中學(xué)編號(hào)為13、14、15號(hào)）.樣品及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室，去除植物碎屑等雜物，用真空冷凍干燥機(jī)冷凍干燥，過(guò)200目篩，冷凍待用.

1.2 樣品的前處理

取干燥后的地表灰塵樣品，研磨并過(guò)70目篩，分析時(shí)稱取樣品20g，在40mL丙酮－二氯甲烷（1∶1，V／V）混合液中超聲萃取20min，離心分離，萃取離心重復(fù)2次，合并萃取液過(guò)無(wú)水硫酸鈉干燥柱除水，轉(zhuǎn)換溶劑為正己烷，濃縮至2mL左右待凈化.使用硅膠固相萃取柱凈化，控制流量為2s／滴.先用5mL正己烷活化SPE柱，加入萃取液并用2mL正己烷洗滌容器，棄掉以上過(guò)柱液，再用5mL正己烷－二氯甲烷（3∶2，V／V）混合液淋洗SPE柱，收集淋洗液，轉(zhuǎn)換溶劑為乙腈，氮吹定容至1.0mL，待測(cè)定.

1.2.1 儀器和試劑試劑：1 000mg／L 16 種PAHs標(biāo)準(zhǔn)混合儲(chǔ)備液（萘（Nap）、二氫苊（Ac－Ny）、苊（AcNe）、芴（Fl）、菲（PhA）、蒽（An）、熒蒽（FlA）、芘（Py）、苯并（a）蒽（BaA）、屈（Chy）、苯并（b）蒽（BbF）、苯并（k）熒蒽（BkF）、苯并（a）芘（BaP）、二苯并（a，h）蒽（DBahA）、苯并（g，h，i）芘（BghiP）、茚并（1，2，3－cd）蒽芘（IP））.丙酮、二氯甲烷、正己烷和乙腈均為色譜純；水為超純水.

1.2.2 PAHS的測(cè)定 PAHs的測(cè)定用Shimadzu LC－20A液相色譜儀，配備SPD－20A紫外檢測(cè)器，色譜柱為 Waters PAH C18（4.6mm×250mm，5μm）；進(jìn)樣量：20μL；柱溫：25℃；流量：1.0 mL／min；紫外檢測(cè)器波長(zhǎng)254nm；流動(dòng)相乙腈和水，進(jìn)行梯度洗脫，流速為1.0mL／min，測(cè)定了16種PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，文中PAHs總量是指16種PAHs的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的總和.

2 結(jié)果與討論

2.1 貴陽(yáng)市道路地表灰塵中PAHs賦存總量

圖1 貴陽(yáng)市道路地表灰塵中PAHs總量Fig.1 The total PAHs concentrations in road dust of Guiyang city

從圖1中可以看出，貴陽(yáng)市各功能區(qū)地表灰塵樣品中均檢測(cè)出含PAHS，其PAHS的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在88.1～13192.7μg／kg之間，總量均值為1 928.66μg／kg.與國(guó)內(nèi)如上海市地表灰塵冬季樣品中PAHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)（9 176～32 573μg／kg）［6］，福州市區(qū)街道灰塵中PAHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)（1 029.5～5 182.0μg／kg）［7］相比，貴陽(yáng)市道路地表灰塵樣品中 PAHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)明顯低于上海和福州兩城，處于中等水平.

2.2 不同功能區(qū)道路地表灰塵中PAHs的分布特征

由圖2可以看出，各功能區(qū)道路地表灰塵中PAHs分布具有顯著差異，最高值為交通要道（6 217.9μg／kg），工業(yè)區(qū)（1 552.3μg／kg）和學(xué)校（1 029.3μg／kg），可以看出工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程燃煤使用和車輛燃油燃燒排放對(duì)PAHs的貢獻(xiàn)較高.此外，公園（341.2μg／kg）和生活區(qū)（322.6μg／kg）道路地表灰塵中PAHs最低，這主要是這類功能區(qū)產(chǎn)生PAHs污染的來(lái)源較少的緣故.

圖2 PAHs總量的功能區(qū)差異Fig.2 Total PAHs in various functional areas

2.3 多環(huán)芳烴來(lái)源分析

環(huán)境中多環(huán)芳烴的來(lái)源比較復(fù)雜，不同成因的多環(huán)芳烴具有結(jié)構(gòu)和組分上的差異.不同環(huán)數(shù)的PAHs，其相對(duì)豐度可以反映來(lái)自熱解或石油類污染［8］.一般認(rèn)為，2～3環(huán)的低分子量PAHs組分通常來(lái)原于石油類污染或天然成巖過(guò)程，4環(huán)及以上高分子量PAHs組分多來(lái)源于化石燃料高溫燃燒［9］.

目前判斷PAHs污染來(lái)源的方法主要有兩種：一種是不同環(huán)數(shù)PAHs相對(duì)豐度法，另一種方法是特征比值法，兩種方法都是用來(lái)判斷PAHs來(lái)源最常見(jiàn)的方法.本文根據(jù)第一種方法利用Soclo等［10］得出的結(jié)論：當(dāng)?shù)铜h(huán)與高環(huán)PAHs含量比值（LPAHs／HPAHs）小于1，表明多環(huán)芳烴主要源于燃燒源；當(dāng)?shù)铜h(huán)與高環(huán)PHAs含量比值大于1，則表明多環(huán)芳烴主要源于石油類污染.貴陽(yáng)市地表灰塵.LPAHs／HPAHs的比值見(jiàn)表1.

表1 貴陽(yáng)市地表灰塵LPAHs／HPAHs的比值Tab.1 Ratios of LPAHs／HPAHs in road dust from Guiyan

本研究中各功能區(qū)中低環(huán)與高環(huán)PAHs含量比值均小于1（表1），說(shuō)明各功能區(qū)的多環(huán)芳烴主要來(lái)源于燃燒源.此外，從表1中還可以看出，交通要道和工業(yè)區(qū)的高環(huán)PAHs含量顯著高于其它三個(gè)功能區(qū)，這與這兩個(gè)功能區(qū)大量的交通工具燃油燃燒和煤炭燃燒排放出大量的高環(huán)芳烴所致.

2.4 貴陽(yáng)市道路地表灰塵生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

2.4.1 單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)貴陽(yáng)市道路地表灰塵受PAHs污染程度 單因子指數(shù)法常被用來(lái)對(duì)污染物質(zhì)的污染水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，能夠有效地表達(dá)單項(xiàng)指標(biāo)的影響程度.目前，我國(guó)尚無(wú)地表灰層中PAHs的允許殘留量標(biāo)準(zhǔn)，本文嘗試引用荷蘭土壤PAHs的評(píng)價(jià)和治理標(biāo)準(zhǔn)中的C項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)［11］（治理精度要求不高時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行評(píng)價(jià)，按單因子指數(shù)法公式［12］：

根據(jù)給出的10個(gè)組分PAHs評(píng)價(jià)參比值計(jì)算出相應(yīng)的單因子指系數(shù)，計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)，結(jié)果見(jiàn)表2.并結(jié)合已經(jīng)被廣泛采用的與污染程度的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行貴陽(yáng)市道路地表灰塵受PAHs污染程度評(píng)價(jià).

表2 貴陽(yáng)市不同功能區(qū)地表灰塵中PAHs各組分的污染系數(shù)／（ug／kg）Tab.2 The coefficients of PAHs in road dust from Guiyan／（ug／kg）

從貴陽(yáng)市區(qū)整個(gè)地表灰塵受污染情況看，主要受到萘、菲、苯并（a）蒽和苯并（a）芘污染為主，交通要道染也受到屈的高度污染，各功能區(qū)在采樣范圍內(nèi)未受苯并（g，h，i）芘、茚并（1，2，3－cd）蒽芘污染.

2.4.2 內(nèi)梅羅指數(shù)法評(píng)價(jià)貴陽(yáng)市道路地表灰塵受PAHs污染程度 單因子指數(shù)能夠有效反映單個(gè)污染物的污染程度，但是多種污染物的綜合污染有時(shí)需要與綜合指數(shù)共同來(lái)評(píng)價(jià)受污染程度.內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法被廣泛運(yùn)用于持久性有機(jī)污染物，特別是應(yīng)用于PAHs的污染評(píng)價(jià)［13］：

貴陽(yáng)市地表灰塵內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.

表3 貴陽(yáng)市地表灰塵BAHs綜合污染指數(shù)Tab.3 The Pvalues of PAHs in road dust from Guiyan

根據(jù)內(nèi)梅羅綜合指數(shù)P值范圍：安全（P≤0.7），警戒限（0.7＜P≤1），輕污染（1＜P≤2），中污染（2＜P≤3），重污染（P＞3），從表3中可以看出，除公園處于安全范圍外，其余功能區(qū)均受到不同程度污染，尤以工業(yè)區(qū)和交通要道處于重污染程度，這與這兩個(gè)功能區(qū)的工業(yè)生產(chǎn)燃煤排放和汽車尾氣排放有很大關(guān)系；學(xué)校功能區(qū)由于處于市中心交通區(qū)和學(xué)校燃煤排放也處于中度污染程度；公園雖處于安全水平，但也緊逼警戒限，也應(yīng)引起重視.

與單因子指數(shù)法進(jìn)行共同評(píng)價(jià)可以看出，貴陽(yáng)市區(qū)地表灰塵受PAHs污染也處于較高污染水平，已經(jīng)具有很高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，尤應(yīng)引起重視.

2.4.3 貴陽(yáng)市道路地表灰塵的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 目前國(guó)內(nèi)外的環(huán)境生態(tài)健康評(píng)價(jià)主要是在污染物毒性分類的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)價(jià).本文根據(jù)多環(huán)芳烴對(duì)人的毒性主要表現(xiàn)為致癌性，不同環(huán)數(shù)其差異較大；一般而言，低分子量PAHs的致癌性較低，而某些高分子量PAHs具有相對(duì)較強(qiáng)的致癌性［14］.為了比較PAHs單體的致癌性，通常將其與Bap的毒性相比較，得到PAHs單體的毒性當(dāng)量因子（Toxic equivalent factor，TEF）；使用毒性當(dāng)量因子將其他PAHs單體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化為相當(dāng)于Bap的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（Bapeq）.并用：苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）i＝組分的濃度×組分i的 TEF［15］，將各PAHs混合物組分的BEQi累加，即可獲得混合物的整體毒性當(dāng)量.

貴陽(yáng)市區(qū)地表灰塵中PAHs整體苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）不同季節(jié)分布規(guī)律如圖3所示.

圖3 貴陽(yáng)市不同功能區(qū)地表灰塵中PAHs的BaPeq水平／（μg／kg）Fig.3 BaPeqlevel in road dust from Guiyan

由圖3可以看出，在采樣范圍內(nèi)，貴陽(yáng)市區(qū)各功能區(qū)的BaPeq水平在36.4～1 551.2μg／kg范圍內(nèi).以交通要道（BaPeq＝1 551.2μg／kg）和工業(yè)區(qū)（BaPeq＝144.3μg／kg）已超100μg／kg標(biāo)準(zhǔn)［13］.出現(xiàn)這種情況的原因可能是交通要道車輛較多，排放尾氣較其它功能區(qū)多和工業(yè)區(qū)工業(yè)生產(chǎn)燃煤燃燒排放及空氣流通狀況較差等所致.其它功能區(qū)BaPeq水平雖在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但仍存在潛在的健康風(fēng)險(xiǎn).

3 結(jié)論

貴陽(yáng)市道路地表灰塵中PAHs質(zhì)量分?jǐn)?shù)在88.1～13 192.7μg／kg，PAHs總量均值1 928.66μg／kg與國(guó)內(nèi)一些城市相比，處于中等污染水平.各PAHs組分以高分子量組分貢獻(xiàn)最大，尤以4環(huán)PAHs最為明顯.

各個(gè)功能區(qū)PAHs的分布具有明顯差異，最大值出現(xiàn)在交通要道，最小值出現(xiàn)在公園.所有功能區(qū)樣品中，均以4～6環(huán)PAHs為主，很可能PAHs主要來(lái)自于石化燃料與燃煤的不完全燃燒.

單因子指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，貴陽(yáng)市城區(qū)交通要道和工業(yè)區(qū)地表灰塵已經(jīng)受到PAHs的嚴(yán)重污染，其它功能區(qū)也分別受到一定的PAHs影響，雖影響程度尚不顯著，仍應(yīng)引起重視.此外，貴陽(yáng)市城區(qū)交通要道和工業(yè)區(qū)地表灰塵中整體苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）已嚴(yán)重超標(biāo)，已經(jīng)具有很高的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).其它功能區(qū)BaPeq水平雖在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但存在潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn).

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Distribution and ecological risk assessment of PAHs in road dust of Guiyang urban area

WANG Ya1，HE Huazhong1，LING Ye2，YANG Chen1，YAN Min1，WANG Yajie1
（School of Chemistry and Environmental Science，Guizhou University for Nationalities，Guiyang 550025）

In the present study，16polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in road dust of Guiyang urban area were quantitatively determined by HPLC.Distribution characterization and possible sources of PAHs in road dust from Guiyang urban area were analyzed.The ecological risks of PAHs in road dust of Guiyang urban were assessed according to the single index，N.L.Nemerow composite index and benzo［a］pyrene equivalency quality（BEQ）methods.The results showed The content of total PAHs were between 88.1and 13192.7μg／kg.The difference of PAHs concen－trations in road dust from functional areas were also obvious.PAHs concentrations in road dust were higher at traffic area than those in other areas.Evaluation of the ecological risks of PAHs in the study area indicated that there were heavily polluted by PAHs at traffic area and industrial estate.

road dust；polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）；distribution；ecologicalrisk

F205

A

1000－1190（2012）04－0483－05

2012－01－04.

貴州省科學(xué)技術(shù)基金項(xiàng)目（黔科合J字第［2009］2037號(hào)）.

＊E－mail：825248356＠qq.com.