基于GIS的惠州市土壤多環(huán)芳烴空間分布特征研究

王珂，楊國義，王玉瑯，張?zhí)毂?，萬洪富*

1. 廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所，廣東 廣州 510650；2. 珠江流域水土保持監(jiān)測中心站，廣東 廣州 510611 3. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642

基于GIS的惠州市土壤多環(huán)芳烴空間分布特征研究

王珂1，3，楊國義1，王玉瑯2，張?zhí)毂?，萬洪富1*

1. 廣東省生態(tài)環(huán)境技術(shù)研究所，廣東 廣州 510650；2. 珠江流域水土保持監(jiān)測中心站，廣東 廣州 510611 3. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，廣東 廣州 510642

為了解惠州市土壤中多環(huán)芳烴的空間分布特征，采集了該市不同區(qū)縣42個不同土地利用類型的表層土壤樣品，并結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)分析惠州市土壤多環(huán)芳烴的空間分布特征，探清惠州市土壤多環(huán)芳烴的殘留現(xiàn)狀、來源和擴(kuò)散趨勢等，為惠州市土壤多環(huán)芳烴的污染治理奠定理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明，土壤中多環(huán)芳烴總量介于35.40~534.5 μg·kg-1，平均值為123.09 μg·kg-1。空間分布分析結(jié)果顯示，Chr和Bkf具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；Nap、Ace、Acy、Flu、Phe、Ant、Fla、Baa、Daa和Bbf具有中等空間相關(guān)性；Pyr、Bap、I1p和Bgp空間相關(guān)性很弱。趨勢分析顯示，16種多環(huán)芳烴在東西和南北方向上呈現(xiàn)出明顯的增減規(guī)律性。Nap和Bkf由東向西、由南向北逐漸升高，而Flu、Pyr、Baa、Bbf、Ipy、Daa則恰好相反；Acy、Ace、Ant均由東向西、由南向北急劇升高，與Phe、Fla的變化趨勢恰好相反；Chr和Bap在東西、南北方向沒有明顯趨勢變化；Bgp在東西方向上，由東向西逐漸下降，而在南北方向上，呈明顯的倒U形。利用GIS軟件地統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行了普通克里格（Ordinary Kriging）插值，結(jié)果顯示16種多環(huán)芳烴組分分布特征各不相同，Ace、Acy和Ant等3種多環(huán)芳烴組分含量呈現(xiàn)出自西北向東南方向遞增的趨勢；Phe、Fla、Pyr、Bkf、Chr、I1p、Daa和Bgp等則恰好相反；Nap、Bbf和Bap 等沒有明顯的分布趨勢。Nap最高含量區(qū)面積很小，Bap高含量區(qū)面積較大，Baa在整個惠州市含量均較低，但在惠城區(qū)出現(xiàn)明顯的島狀高含量分布區(qū)。以上結(jié)果反映了不同區(qū)域多環(huán)芳烴來源的不同，而多環(huán)芳烴的來源與當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展情況及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，主要包括工業(yè)“三廢”、交通廢氣、石油燃燒和、生活垃圾焚燒等。

土壤；多環(huán)芳烴；空間分布；GIS；惠州市

多環(huán)芳烴（PAHs）是廣泛分布于環(huán)境中的一類典型持久性有機(jī)污染物，因其具有強(qiáng)烈的致癌、致畸、致突變作用及光致毒效應(yīng)（孫紅文等，1998），而受到國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)界的普遍關(guān)注（鄭太輝等，2014）。土壤作為一種極其重要的環(huán)境介質(zhì)，是包括多環(huán)芳烴在內(nèi)的持久性有機(jī)污染物的遷移、轉(zhuǎn)化、累積中轉(zhuǎn)站，因此，土壤多環(huán)芳烴污染引起了世界各國的廣泛關(guān)注（Trapido，1999；Mielke et al.，2001）。以往針對土壤多環(huán)芳烴的研究主要集中在多環(huán)芳烴含量及污染評價方面（Honda et al.，2007；Fu et al.，2003；Maliszewska-Kordybach，1996）。國外借助GIS技術(shù)進(jìn)行土壤多環(huán)芳烴空間分布的研究已有很多成果（Carlon et al，2001；Colin et al.，1996），國內(nèi)鄭一等（2003）、段永紅等（2005）等曾運(yùn)用GIS技術(shù)對天津地區(qū)表層土壤多環(huán)芳烴進(jìn)行了空間分析，結(jié)果表明，天津地區(qū)土壤多環(huán)芳烴普遍受燃煤釋放、燃油和其他工業(yè)活動排放等的影響；彭馳（2009）對北京市土壤中多環(huán)芳烴進(jìn)行了空間分析與生態(tài)評價，通過比值法確定北京土壤中多環(huán)芳烴主要來源于煤燃燒和化石燃料燃燒，等等。

珠江三角洲地區(qū)乃至廣東省范圍內(nèi)，有關(guān)土壤污染物的研究以重金屬為主，其次為鄰苯二甲酸酯和有機(jī)氯農(nóng)藥等，而有關(guān)土壤中多環(huán)芳烴的研究報(bào)道卻不是很多，已有的研究也主要圍繞湛江、東莞、深圳等城市展開。例如，馬瑾等（2012）2624基于多元地統(tǒng)計(jì)和GIS對湛江市土壤多環(huán)芳烴的污染狀況和空間分布進(jìn)行分析，結(jié)果表明，湛江市土壤存在不同程度的多環(huán)芳烴污染，主要集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，受人類活動影響大，水田更容易吸附和累積多環(huán)芳烴。黃超勝（2012）對貴嶼及周邊地區(qū)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，貴嶼及周邊農(nóng)業(yè)土壤多環(huán)芳烴污染是多種污染源綜合作用的結(jié)果，其中燃燒源（包括電子垃圾燃燒）是其主要來源。張?zhí)毂虻龋?005）、馬瑾等（2011）曾對東莞市土壤多環(huán)芳烴進(jìn)行了研究，前者結(jié)果表明，東莞市土壤中多環(huán)芳烴主要來自化石燃料高溫燃燒產(chǎn)物的大氣沉降，來源于石油的多環(huán)芳烴輸入只占小部分；而后者來源則主要是燃燒源、石油源和煤燃燒源，說明隨著時間與產(chǎn)業(yè)的變化，多環(huán)芳烴的污染也會發(fā)生很大的變化。張?zhí)毂虻龋?008）對深圳表層土壤中多環(huán)芳烴的研究結(jié)果顯示，深圳土壤中大部分多環(huán)芳烴的檢出率在80%以上，致癌性多環(huán)芳烴占總量的51.9%，主要來源于燃燒來源，部分為石油來源。陳來國等（2004）對廣州周邊菜地中多環(huán)芳烴污染現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，結(jié)果表明廣州周邊菜地多環(huán)芳烴屬中度污染。然而，目前對于惠州市土壤多環(huán)芳烴的污染研究卻未見任何報(bào)道。

土壤多環(huán)芳烴空間分布特征研究通常采用土壤要素空間插值中最常用的克里格插值法（高俊峰等，2002）。該方法是借助已有樣點(diǎn)的分布、密度、大小及其與待估樣點(diǎn)相互間的空間分布位置等幾何特征和空間結(jié)構(gòu)，賦于已有樣點(diǎn)一定的系數(shù)，再進(jìn)行加權(quán)平均以確定未采樣區(qū)域的值，由此形成空間分布圖?？臻g趨勢能夠很好地反映空間物體在空間區(qū)域上變化的主體特征，忽略局部的變異特征，揭示空間物體的總體規(guī)律。趨勢面分析是根據(jù)空間抽樣數(shù)據(jù)，擬合成一個數(shù)學(xué)曲面，從而反映空間分布的變化情況。趨勢分析圖中的每一條豎線均代表一個數(shù)據(jù)點(diǎn)的值和位置，這些點(diǎn)被投影到一個東西向和一個南北向的正交平面上，通過投影點(diǎn)可以得到一條最佳擬合線，借助這條擬合線可以得知空間物體在特定方向上的變化趨勢。如果該線是直的，表示空間物體不存在變化趨勢。

塊金值（C0）與基臺值（C0+C）之比可以反映系統(tǒng)變量的空間相關(guān)性程度。C0/(C0+C)<25%，說明系統(tǒng)變量具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性；25%75%，說明系統(tǒng)變量空間相關(guān)性很弱（王政權(quán)，1999）?？臻g相關(guān)性強(qiáng)，說明該污染物可能存在區(qū)域性污染，即污染的面積比較大?？臻g相關(guān)性弱，則說明該污染物可能僅存在局部性污染，或者存在較明顯的點(diǎn)狀污染源。

選取位于珠江三角洲的惠州市作為研究區(qū)域，借助GIS技術(shù)和克里格插值法等分析該市土壤多環(huán)芳烴含量及空間分布特征，并對影響土壤多環(huán)芳烴空間分布的因素進(jìn)行探討，旨在確定惠州市表層土壤中多環(huán)芳烴的含量及殘留現(xiàn)狀，以期為惠州市土壤多環(huán)芳烴的治理提供理論基礎(chǔ)。

1 研究區(qū)概況

惠州市地處北緯22°24′~23°57′、東經(jīng)113°51′~ 115°28′之間，位于廣東省東南部，珠江三角洲東北端，南臨南海大亞灣，毗鄰廣州、東莞、深圳、香港，設(shè)有大亞灣經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)和仲愷高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)兩個國家級開發(fā)區(qū)，屬珠三角經(jīng)濟(jì)區(qū)。該市屬亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候區(qū)，冬半年（非汛期，10—次年3月）主要受大陸季風(fēng)的影響，盛行東北風(fēng)，而夏半年（汛期，4—9月）主要受西南和東南季風(fēng)的影響，盛行東南風(fēng)，臺風(fēng)較多。氣候溫和，年平均氣溫在21 ℃左右。南北多丘陵，中部多平原和臺地。東江、西枝江橫貫境內(nèi)。

2015年，惠州市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）3140.03億元，增長9.0%。人均GDP為66231元，按平均匯率折算為10634美元?；葜菔且蛔焖籴绕鸬默F(xiàn)代工業(yè)新城。在中海殼牌100萬噸乙烯、中海油1200萬噸煉油、TCL液晶模組、德賽、華陽集團(tuán)、科銳LED等龍頭項(xiàng)目帶動下，石化與電子兩大支柱產(chǎn)業(yè)成為跨越發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級的強(qiáng)大引擎，形成了“2+4”的工業(yè)支柱產(chǎn)業(yè)格局，即數(shù)碼、石化兩大支柱和服裝、制鞋、水泥和汽車及零部件的4個比較具有區(qū)域優(yōu)勢的產(chǎn)業(yè)，已成為首批國家級電子信息產(chǎn)業(yè)基地、國家級火炬計(jì)劃“數(shù)碼視聽產(chǎn)業(yè)基地”和國家重要石油化工基地。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，該市不少區(qū)域出現(xiàn)了嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。

2 材料與方法

2.1 布點(diǎn)原則

根據(jù)惠州市工農(nóng)業(yè)布局、“三廢”排放狀況、灌溉水類型、土壤類型確定采樣點(diǎn)，考慮技術(shù)力量與財(cái)力條件，采樣點(diǎn)重點(diǎn)布設(shè)在典型之地塊。

2.2 采樣方法

采取0~20 cm表層土壤，采用“X”法隨機(jī)采取5個以上采樣點(diǎn)，充分混合成1個代表樣，采用四分法留取1 kg土壤樣品，共采集表層土壤樣品42個。土壤樣品置于布袋中，并置于冰箱中低溫保存。每個樣品在采集過程中，都利用全球定位系統(tǒng)（GPS）進(jìn)行定位，采樣點(diǎn)分布見圖1。

2.3 分析方法

圖1 惠州市土壤采樣點(diǎn)分布圖Fig. 1 Location of sampling sites in Huizhou City

多環(huán)芳烴的測定參考馬瑾等的文獻(xiàn)（2012）。分析前，將土壤樣品從冰箱中取出，于低溫下風(fēng)干，用瑪瑙研缽研磨后過60目篩。準(zhǔn)確稱取土樣20 g于索式抽濾筒中，在250 mL平底燒瓶中加入200 mL二氯甲烷、2 g經(jīng)活化的銅片以及回收率指示物（萘-d8、苊-d10、?-d12和苝-d12），在46 ℃恒溫水浴鍋上進(jìn)行索式抽提48 h，冷卻循環(huán)水溫調(diào)節(jié)為22 ℃，回流速度控制在5~6 time·h-1。將提取液置于旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀上濃縮至1 mL，加入10 mL正己烷轉(zhuǎn)換劑，再濃縮至1~2 mL。濃縮樣過層析柱進(jìn)行分離純化，凈化柱為進(jìn)口層析柱（內(nèi)徑1 cm），采用正己烷濕法裝柱，由下至上依次為硅膠12 cm，氧化鋁6 cm，無水硫酸鈉2 cm。先用15 mL正己烷淋洗出烷烴類化合物，再用70 mL二氯甲烷-正己烷（3∶7，V/V）淋洗出多環(huán)芳烴。淋洗液經(jīng)正己烷轉(zhuǎn)換溶劑后，用高純氮?dú)獯抵?.2 mL，加入內(nèi)標(biāo)物進(jìn)行定量分析。采用HP6890Ⅱ GC/HP5973 MSD進(jìn)行分析測定，采用惠普化學(xué)工作站（HP Chemstation）進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。主要分析了被美國環(huán)保總署（USEPA）列為優(yōu)先控制的16種多環(huán)芳烴（PAHs）的含量（Berset et al.，1998），分別為萘（Nap， 2環(huán)）、苊（Acy，3環(huán)）、二氫苊（Ace，3環(huán)）、芴（Flu，3環(huán)）、菲（Phe，3環(huán)）、蒽（Ant，3環(huán)）、熒蒽（Fla，4環(huán)）、芘（Pyr，4環(huán)）、苯并（a）蒽（Baa，4環(huán)）、?（Chr，4環(huán)）、苯并（b）熒蒽（Bbf，5環(huán)）、苯并（k）熒蒽（Bkf，5環(huán)）、苯并（a）芘（Bap，5環(huán)）、茚并（1, 2.3-cd）芘（Ipy，6環(huán)）、二苯并（a, h）蒽（Daa，5環(huán)）、苯并（ghi）苝（Bgp，6環(huán)）。多環(huán)芳烴按其物化性質(zhì)可以分為兩類（彭馳，2009）：一類為帶有2~3個苯環(huán)的低分子量芳烴，這些化合物易揮發(fā)，對水生生物有一定的毒性；第二類為帶有4~6個苯環(huán)的高分子量芳烴，不易揮發(fā)，具有致癌、致突變作用。

按照USEPA要求，在每個樣品中都加入了回收率指示物（4種回收率指示物萘-d8、苊-d10、?-d12和苝-d12的平均回收率分別為50.86%、69.89%、88.95%和83.68%），對整個分析流程的回收率進(jìn)行監(jiān)控。同時每15個樣品做1個空白對照，加標(biāo)空白，基質(zhì)加標(biāo)，以保證分析過程中的準(zhǔn)確性。

2.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)描述性統(tǒng)計(jì)分析在SPSS 13.0軟件中完成。應(yīng)用ArcGIS 9.0軟件地統(tǒng)計(jì)模塊擬合多環(huán)芳烴各組分的理論模型（擬合主要采用有塊金效應(yīng)的球狀模型），并根據(jù)理論模型提供的參數(shù)，對未采樣點(diǎn)的區(qū)域化變量的取值進(jìn)行線性無偏最優(yōu)估計(jì)，生成惠州市土壤16種優(yōu)控多環(huán)芳烴的克里格插值空間分布圖。

3 結(jié)果與討論

3.1 土壤多環(huán)芳烴的統(tǒng)計(jì)性描述

惠州市土壤中多環(huán)芳烴基本統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

由表1可知，惠州市土壤中16種優(yōu)控多環(huán)芳烴均有不同程度的檢出，其含量也存在很大的差異，其中含量最高的組分Bbf均值達(dá)到22.87 μg·kg-1，而含量最低的Ace均值僅為0.73 μg·kg-1。多環(huán)芳烴總量介于35.40~534.5 μg·kg-1之間，平均值為123.09 μg·kg-1，大大超過了Edwards（1983）提出的土壤中內(nèi)源性PAHs的含量（1~10 μg·kg-1），即使是最低∑PAHs含量也接近了土壤內(nèi)源性多環(huán)芳烴含量的最高值，因此惠州市土壤多環(huán)芳烴主要為外源性輸入。

表1 惠州市土壤多環(huán)芳烴基本統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of soil PAHs in Huizhou City μg·kg-1

根據(jù)荷蘭Maliszewska-Kordybach（1996）對土壤中多環(huán)芳烴污染的分類標(biāo)準(zhǔn)（<200 μg·kg-1為未污染，200~600 μg·kg-1為輕度污染，600~1000 為μg·kg-1中度污染，>1000 μg·kg-1為嚴(yán)重污染），惠州市表層土壤中多環(huán)芳烴污染屬于輕度污染?！锻寥牢廴痉乐涡袆佑?jì)劃》（簡稱“土十條”）中對農(nóng)用地進(jìn)行了劃分，規(guī)定未污染和輕微污染土壤劃分為優(yōu)先保護(hù)類，輕度和中度污染的劃分為安全利用類，重度污染的劃為嚴(yán)格管控類。所以，針對惠州市表層土壤多環(huán)芳烴污染，應(yīng)將其列為優(yōu)先保護(hù)并安全利用。

變異系數(shù)可以反映變量的離散程度，也可以粗略地反映變異強(qiáng)度，本研究中Ace、Ant、Baa、Bbf、Bkf、Ipy、Bgp等7種多環(huán)芳烴組分存在中等變異（10%100%）。

3.2 土壤多環(huán)芳烴空間趨勢分析

借助ArcGIS軟件對惠州市土壤16種優(yōu)控多環(huán)芳烴進(jìn)行趨勢分析，分析結(jié)果見圖2。

圖2顯示16種優(yōu)控多環(huán)芳烴的趨勢分布如下：Nap和Bkf由東向西、由南向北逐漸升高，而Flu、Pyr、Baa、Bbf、Ipy、Daa則恰好相反；Acy、Ace、Ant的趨勢均為由東向西、由南向北急劇升高，與Phe、Fla的趨勢恰好相反。Chr和Bap在東西、南北方向近似于一條直線，趨勢變化不明顯。Bgp的變化趨勢比較特殊，在東西方向上，由東向西逐漸下降，而在南北方向上呈明顯的倒U形。

3.3 土壤多環(huán)芳烴空間分布特征

圖2 惠州市土壤多環(huán)芳烴趨勢面分析透視面圖Fig. 2 Trend analysis of soil PAHs in Huizhou City

利用半變異函數(shù)，分別采用不同的模型進(jìn)行擬合，得到模型的相關(guān)參數(shù)值，在對不同參數(shù)模型的比較可以參考預(yù)測誤差中的幾個指標(biāo)，符合如下4個標(biāo)準(zhǔn)的模型是最優(yōu)的：標(biāo)準(zhǔn)平均值最接近于0；均方根預(yù)測誤差最小；平均標(biāo)準(zhǔn)誤差最接近均方根預(yù)測誤差；標(biāo)準(zhǔn)均方根預(yù)測誤差最接近于1。擬合理論模型及相關(guān)參數(shù)見表2。

從表2可知，C0/(C0+C)<25%的有Chr和Bkf，即這兩種多環(huán)芳烴組分具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，污染面積較大，可能存在區(qū)域性污染；Nap、Ace、Acy、Flu、Phe、Ant、Fla、Baa、Daa和Bbf等10種多環(huán)芳烴組分C0/(C0+C)介于25%~75%之間，具有中等空間相關(guān)性，表明空間異質(zhì)性是隨機(jī)因素和空間結(jié)構(gòu)共同作用的結(jié)果，即土壤性質(zhì)（如土壤母質(zhì)、成土作用、地形等）和人類活動（如工業(yè)發(fā)展、耕作制度、施肥等）共同作用的結(jié)果。Pyr、Bap、I1p和Bgp等4種多環(huán)芳烴組分C0/(C0+C)>75%，空間相關(guān)性很弱，可能存在局部性污染，或者存在較明顯的點(diǎn)狀污染。

表2 惠州市土壤多環(huán)芳烴變異函數(shù)理論模型及其相關(guān)參數(shù)Table 2 Theoretic model and parameters of semevariance of soil PAHs in Huizhou City

根據(jù)所得半方差理論模型和參數(shù)進(jìn)行克里格插值，得出惠州市土壤多環(huán)芳烴的空間分布圖（圖3）。

根據(jù)克里格插值圖可將惠州市土壤16種優(yōu)控多環(huán)芳烴空間分布特征歸為4類：

（1）Ace、Acy和Ant等3種多環(huán)芳烴組分含量呈現(xiàn)自西北向東南方向遞增的趨勢。

（2）Phe、Fla、Pyr、Bkf、Chr、I1p、Daa和Bgp等8種多環(huán)芳烴組分含量總體上呈現(xiàn)自西北向東南遞減的趨勢，其中，Chr和I1p分別在博羅縣和龍門縣出現(xiàn)明顯的島狀高含量分布區(qū)，Daa在龍門縣和博羅縣分別出現(xiàn)1個島狀高含量區(qū)。

（3）Nap、Bbf和Bap等3種多環(huán)芳烴組分沒有明顯的分布趨勢，呈現(xiàn)出零星的島狀分布的高含量區(qū)，Nap最高含量區(qū)很小，出現(xiàn)在惠陽與惠東縣交界區(qū)域；而Bap高含量區(qū)面積較大，主要分布在博羅縣境內(nèi)。

（4）Baa在整個惠州市含量均較低，但在惠城區(qū)呈現(xiàn)出明顯的島狀高含量分布區(qū)，而且以惠城區(qū)為中心，隨著距離增大，Baa濃度逐漸降低；在惠東縣也出現(xiàn)1條狹長的高含量分布帶。

一般而言，低環(huán)的多環(huán)芳烴主要起源于自然界和沒有經(jīng)過燃燒的石油類產(chǎn)品，而高環(huán)的多環(huán)芳烴主要來自于各類燃燒源（彭馳，2009）。Ace、Acy、Ant、Phe、Fla、Pyr、Bkf、Chr、I1p、Daa、Bgp等11種PAHs在惠州市所呈現(xiàn)出的截然不同的空間分布特征，反映了惠州市不同區(qū)域多環(huán)芳烴來源的不同?；葜菔袞|南部惠東縣、惠陽縣和惠城區(qū)土壤多環(huán)芳烴以低環(huán)（2環(huán)、3環(huán)）為主，目前，由于地理優(yōu)勢，惠州市將石化產(chǎn)業(yè)列為了重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)，石化基地位于大亞灣石化區(qū)，該石化區(qū)有兩大龍頭項(xiàng)目，即中國海油惠州煉油項(xiàng)目和殼牌南海石化項(xiàng)目，McCready et al.（2000）研究認(rèn)為，低環(huán)PAHs主要來自石油源，因此，大亞灣石化產(chǎn)業(yè)與惠州市東南部土壤低環(huán)多環(huán)芳烴污染存在密切關(guān)系。

西北部的博羅縣和龍門縣土壤多環(huán)芳烴則以高環(huán)為主，高環(huán)多環(huán)芳烴中的Phe、Fla和Pyr是煤燃燒的主要產(chǎn)物（Harrison et al.，1996），博羅、龍門兩縣存在較多的熱電廠、冶金廠等，這些企業(yè)的生產(chǎn)均以煤為燃料，故其是該地區(qū)高環(huán)多環(huán)芳烴的主要來源。另外，Bkf是柴油動力燃燒的指示物，這可能是龍門縣和博羅縣土壤中Bkf含量普遍偏高的原因之一。

惠城區(qū)是惠州市的市中心區(qū)域，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，汽車保有量多，人類經(jīng)濟(jì)社會活動對環(huán)境影響深刻。根據(jù)McCready et al.（2000）的研究，燃燒源產(chǎn)生的多環(huán)芳烴以高環(huán)為主，Baa為4環(huán)多環(huán)芳烴，因此，惠城區(qū)土壤Baa含量偏高與人類經(jīng)濟(jì)社會活動存在密切關(guān)系。另外，Simcik et al.（1999）的研究認(rèn)為Baa是天然氣燃燒的標(biāo)志物。惠州市于2002年率先在大亞灣建設(shè)了全國首批天然氣電廠，天然氣發(fā)電與過去的燃煤發(fā)電相比，所排放的廢棄物較少，更環(huán)保，效益也更高，但本次研究發(fā)現(xiàn)在大亞灣地區(qū)土壤中Baa的含量較高，結(jié)合Simcik的研究結(jié)果，推測天然氣燃燒對大亞灣地區(qū)土壤Baa含量偏高有一定貢獻(xiàn)。

圖3 惠州市土壤多環(huán)芳烴克里格插值圖Fig. 3 Kriging interpolation map of soil PAHs in Huizhou City

Bap是一種典型的熱解成因多環(huán)芳烴，其來源主要包括工業(yè)生產(chǎn)、垃圾焚燒及失火、機(jī)動車尾氣排放等，各排放源的貢獻(xiàn)比例分別為62.3%、26.8%、10.9%（岳敏等，2003；Thomas et al.，2004），可見工業(yè)生產(chǎn)對Bap排放的貢獻(xiàn)最大，這可能也是博羅縣土壤Bap普遍含量偏高的一個重要原因。

另外，對多環(huán)芳烴的克里格插值分析很好地印證了空間趨勢分析的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）惠州市土壤中16種優(yōu)控多環(huán)芳烴均有不同程度的檢出，其含量也存在很大的差異，Ace、Ant、Baa、Bbf、Bkf、Ipy、Bgp等7種多環(huán)芳烴組分存在中等變異（10%100%），說明惠州市多環(huán)芳烴污染受人類活動影響很大。

（2）惠州市東南部惠東縣、惠陽縣和惠城區(qū)土壤多環(huán)芳烴以低環(huán)（2環(huán)、3環(huán)）為主，其污染源主要來自大亞灣石化產(chǎn)業(yè)、天然氣燃燒、汽車尾氣等；西北部的博羅縣和龍門縣土壤多環(huán)芳烴則主要以高環(huán)為主，其污染源主要來自工業(yè)生產(chǎn)、機(jī)動車尾氣排放、熱電廠、冶金廠等。

（3）16種多環(huán)芳烴的空間分布規(guī)律表現(xiàn)為：Nap和Bkf由東向西、由南向北逐漸升高，而Flu、Pyr、Baa、Bbf、I1p、Daa則恰好相反；Acy、Ace、Ant由東向西、由南向北急劇升高，與Phe、Fla的變化趨勢恰好相反；Chr和Bap在東西、南北方向沒有明顯趨勢變化；Bgp變化趨勢比較特殊，在東西方向上，由東向西逐漸下降，而在南北方向上，呈明顯的倒U形。

（4）惠州市土壤中16種多環(huán)芳烴的組分分布特征各不相同，在東西和南北方向上呈現(xiàn)出明顯的增減規(guī)律性。

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A study on soil PAHs spatial distribution characters of Huizhou City based on GIS [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(4): 700-707.

WANG Ke, YANG Guoyi, WANG Yulang, ZHANG Tianbin, WAN Hongfu. 2017.

A study on Soil PAHs Spatial Distribution Characters of Huizhou City Based on GIS

WANG Ke1,3, YANG Guoyi1, WANG Yulang2, ZHANG Tianbin1, WAN Hongfu1*
1. Guangdong Institute of Eco-environment Sciences & Technology, Guangzhou 510650, China;
2. Central Station of Soil and Water Conservation Monitoring of Pearl River Basin, Guangzhou 510611, China;
3. College of Natural Resources and Environment, South China Agricultural University, Guangzhou 510642, China

In order to understand the spatial distribution characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soils of Huizhou, 42 soil samples of different land use types in different counties were collected. The spatial distribution characteristic of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in soils was analyzed by using geographic information system (GIS) to analyze the residual status, source and diffusion trend of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and provide theoretical support for pollution control of PAHs in Huizhou City. The results showed that the content of PAHs in soils ranged from 35.40 to 534.5 μg·kg-1with the average value of 123.09 μg·kg-1. The results of spatial distribution analysis showed strong spatial correlation between Chr and Bkf; moderate spatial correlation was occurred among Nap, Ace, Acy, Flu, Phe, Ant, Fla, Baa, Daa and Bbf. In contrast, the spatial correlation among Pyr, Bap, I1p and Bgp was very weak. The trend analysis showed obvious regularity for concentrations of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). For instance, concentrations of Nap and Bkf in Huizhou soils gradually increased from east to west and from south to north, while Flu, Pyr, Baa, Bbf, Ipy and Daa were opposite; Acy, Ace, Ant increased acutely from east to west and from south to north, but Phe and Fla were opposite to them. No change was observed for Chr and Bap in both of the two directions. Concentrations of Bgp in Huizhou soils decreased gradually from east to west, and showed a clear inverted U-shape in the north-south direction. Ordinary Kriging interpolation was carried out using GIS software. The results showed that the distribution characteristics of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) were different. The concentrations of Ace, Acy and Ant increased from northwest to southeast, but the reverse trend was observed for Phe, Fla, Pyr, Bkf, Chr, I1p, Daa and Bgp. No obvious trend occurred for Nap, Bbf and Bap. Highest content area of Nap was very small, but high content area of Bap was relatively larger. The concentrations of Baa in all soil samples of Huizhou were low, but a ‘hot-pot’ area was observed in Huicheng District. The above results reflected different sources of PAHs in different regions. The sources of PAHs are usually related to the economic and social development, and industrial structure in local area, mainly including the emission of “three wastes”, traffic exhaust, oil burning, waste incineration and so on.

soil; polycyclic aromatic hydrocarbon; spacial distribution; GIS; Huizhou City

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.04.023

X53; X144

A

1674-5906（2017）04-0700-08

王珂, 楊國義, 王玉瑯, 張?zhí)毂? 萬洪富. 2017. 基于GIS的惠州市土壤多環(huán)芳烴空間分布特征研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(4): 700-707.

國土資源部農(nóng)業(yè)地質(zhì)與生態(tài)地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目（基[2005]011-16）；國家重點(diǎn)研究計(jì)劃973子項(xiàng)目（2002CB410810）；廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010B031800015）

王珂（1986年生），女，碩士研究生，研究方向?yàn)橥寥牢廴究刂萍靶迯?fù)。E-mail: wangke@soil.gd.cn

*通信作者：萬洪富（1944年生），男，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橥寥牢廴究刂萍靶迯?fù)。E-mail: hfwan@soil.gd.cn

2016-09-20