熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物源生物炭中多環(huán)芳烴的分布特征及其生態(tài)風險評估

譚華東，張曉瑛，武春媛*，趙淑巧

熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物源生物炭中多環(huán)芳烴的分布特征及其生態(tài)風險評估

譚華東1，張曉瑛2，武春媛1*，趙淑巧1

1. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所，海南?？?571101；2. 中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院試驗場，海南儋州 571737

針對熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物資源化過程中生物炭安全利用數(shù)據(jù)不足，以熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物[香蕉莖（banana stem, BS）、菠蘿葉（pineapple leaves, PL）、荔枝桿（litchi stem, LS）、水稻稈（rice stalk, RS）、椰子殼（coconut shell, COS）、蘑菇渣（mushroom residue, MR）和木薯莖（cassava stem, CAS）]為原料于不同溫度（300、500、700℃）下制備生物炭，利用超聲輔助提取-QuEChERS-GC-MS測定其中的16種優(yōu)控多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）分布特征，結(jié)合原料/生物炭理化因子與制備溫度解析PAHs殘留影響因素，基于苯丙a芘毒性當量濃度（toxic equivalent concentration of benzo[a]pyrene, TEQ-BaP）和風險熵值法評價生物炭中PAHs的生態(tài)風險。結(jié)果表明，∑16PAHs處于1217.6～9547.1 μg/g，檢出率與濃度最高均為萘（naphthalene, NAP）與菲（PHE），2～4環(huán)PAHs是生物炭中主要的PAHs類型；生物炭中∑16PAHs呈現(xiàn)BS>PL>LS>RS>COS>MR>CAS，不同生物炭中PAHs種類與含量不同，與來源及制備溫度相關。冗余分析（RDA）結(jié)果顯示，生物炭中PAHs含量與生物炭的電導率（electric conductivity, EC）、碳氧比（carbon oxygen ratio, C/O）呈正相關，而與碳氫比（hydrocarbon ration, C/H）呈負相關（<0.05），且與溫度密切相關。從毒性當量濃度和風險商（risk quotient, RQ）看，生物炭中PAHs的毒性來源于低環(huán)PAHs，且致癌毒性效應較??；生物炭中NAP濃度存在生態(tài)風險，其他單體PAH的RQ<0.1，無生態(tài)風險，但值得注意的是總PAHs的RQ>1，需加以關注。該結(jié)果可為今后熱帶土壤中生物炭安全利用提供科學依據(jù)。

農(nóng)業(yè)廢棄物；生物炭；多環(huán)芳烴；污染特征；風險評估

生物炭是一類經(jīng)生物質(zhì)在限氧條件生成的多孔含碳物質(zhì)[1]。因其具有優(yōu)異的多孔結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)物質(zhì)緩釋和pH緩沖能力，常做土壤改良劑[2-3]。多環(huán)芳烴（polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs）是一類典型的持久性有機物污染物，具有“三致效應”和內(nèi)分泌干擾效應，威脅人體健康[4-5]。生物炭制備過程中不可避免地伴隨著PAHs的產(chǎn)生，使得生物炭源輸入成為了土壤等產(chǎn)地環(huán)境中PAHs重要來源。李陽等[6]已報道玉米秸稈源生物炭暴露小麥種子與幼苗，可分別觀察到發(fā)芽抑制和氧化應激反應，甚至高濃度暴露下幼苗出現(xiàn)生理損傷，呈現(xiàn)顯著的植物毒性效應。因此，制備的生物炭用于改良劑等用途，需對其中PAHs的含量、構(gòu)成及生態(tài)風險進行評估。

近年來，國內(nèi)外學者對生物炭中PAHs的濃度水平、分布、來源及生態(tài)風險等做了研究工作。已有研究表明，生物炭中PAHs含量差異顯著，低于0.1 μg/g及超過10 000 μg/g均有報道[7-8]。這造成了研究者極大困擾，一些研究者認為生物炭中PAHs含量過低不會對土壤等造成生態(tài)風險[9-10]。如SINGH等[11]報道木頭、樹葉、造紙廠污泥、家禽垃圾和牛糞來源的（溫度400、550℃制備的）生物炭PAHs低于健康水平（小于0.5 μg/g）。然而，不少研究也報道了生物炭中的PAHs會造成土壤系統(tǒng)中的微生物群落改變、動植物出現(xiàn)氧化脅迫反應，甚至出現(xiàn)生殖與發(fā)育毒性，因此他們認為生物炭中PAHs污染不可忽略[6, 12-13]。

隨著熱帶農(nóng)業(yè)廢棄物資源利用多樣化如制備生物炭調(diào)控土壤質(zhì)量[2-3, 14-15]，生物炭來源PAHs直接污染土壤等產(chǎn)地環(huán)境面臨風險，有關熱區(qū)農(nóng)業(yè)廢棄物源生物炭中PAHs殘留及生態(tài)風險鮮見報道。因此，本研究以我國熱區(qū)常見農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的制備生物炭為研究對象，對其中16種優(yōu)控PAHs質(zhì)量濃度、組成、污染水平和關鍵影響因素進行研究，并對其潛在的生態(tài)風險進行評價，以期為熱帶生物炭安全利用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 原料采用熱帶代表性的農(nóng)業(yè)廢棄物—香蕉莖（banana stem, BS）、菠蘿葉（pineapple leaves, PL）、荔枝桿（litchi stem, LS）、水稻稈（rice stalk, RS）、椰子殼（coconut shell, COS）、蘑菇渣（mushroom residue, MR）和木薯莖（cassava stem, CAS）制備生物炭。通過熱解（300℃、500℃和700℃）產(chǎn)生生物炭，原料基本性質(zhì)如表1所示（C、O、H、N和S分別表示生物炭制備原料中碳、氧、氫、氮、硫元素含量，P、K、Ca、和Mg分別表示生物炭制備原料中磷、鉀、鈣、鎂元素含量，C/O、C/N為生物炭制備原料中碳氧比與碳氮比）。

1.1.2 試劑與儀器 PAHs標準物質(zhì)均購自J&K Scientific公司（美國）；HPLC級甲醇、乙腈和丙酮，購自Thermo Fisher試劑公司（美國）；固相分散劑十八烷基硅烷（octadecylsilane, C18）、N-丙基乙二胺（primary secondary amine, PSA），購自Biocomma生物技術(shù)有限公司（深圳，中國）。準確稱取PAH單體標準品0.1000 g，用丙酮溶解并定容至100 mL，于4℃冰箱中避光保存。采用正己烷溶液將儲備溶液稀釋獲得0.5～500.0 μg/L單標與混標溶液，待用。TRACE GC 1310 ISQ GC-MS（Thermo Scientific，美國），配有ISQ QD300單級桿MS檢測器及TraceGOLD TG-5MS毛細管柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；JL-721DTH型數(shù)控超聲波清洗器（南京，中國）；Centrifuge 5417R臺式冷凍離心機（Eppendorf有限公司，德國）；XH-B渦旋振蕩器（上海汗諾儀器有限公司，中國）；OA-sys氮吹儀（Organomation公司，美國）。

表1 生物炭制備原料理化性質(zhì)

1.2 方法

1.2.1 生物炭理化性質(zhì) （1）生物炭制備。自然條件下風干原料，切碎、研磨過60目篩。準確稱取10 g原料，在120℃氣氛爐中分別升溫至300、500、700℃下真空限氧條件（0.07 MPa）裂解1 h制備生物炭，待到冷卻后，取出后裝袋、編號，待用。

（2）生物炭表征。采用元素分析儀（EA2400-II，PerkinElmer）測定生物炭中C、O、H、N和S含量；P、K、Ca、Mg參考鮑士旦[16]的方法測定；參考GB/T12496.7—1999方法測定pH；參考LY/T 1616—2004測定電導率（electric conductivity, EC）；參考HJ889—2017方法測定陽離子交換量（cation exchange capacity, CEC）；以生物炭與原料重量比值計算產(chǎn)率；BET比表面積（SSA）采用ZHANG等[17]的方法測定。

1.2.2 GC-MS分析 生物炭中16種PAHs的GC-MS分析參數(shù)參考譚華東等[18-19]的方法并有所調(diào)整，即超聲輔助提取-QuEChERS-GC-MS方法測定生物炭中的PAHs。準確稱取樣品0.200 g（精確到0.001 g），置于15 mL塑料離心管內(nèi)，加入10 mL二氯甲烷與正己烷（1∶1，/）混合溶液且超聲輔助提取30.0 min，之后以4000 r/min離心10 min，分離所有提取液。重復提取1次，合并2次提取溶液，減壓方式旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)濃縮至5 mL，加入100 mg PSA、100 mg C18凈化劑搖勻、渦旋混合1 min，其后以4000 r/min離心10 min，轉(zhuǎn)換溶劑用正己烷定容至1 mL，過0.22 μm有機濾膜，待分析。每分析10個樣品含空白、加標和加標平行樣品，每個樣品重復3次。NAP平均回收率為65.1%～68.1%，其他PAHs為76.4%～110.1%，平行樣品標準偏差≤15%，檢出限0.5～1.2 ng/g。

1.2.3 生態(tài)風險評估 （1）毒性當量法?；赪ANG等[20]提出毒性當量因子法（equivalency factor, TEF），以苯并（a）芘（benzo[a]pyrene, BaP）為基準毒性物質(zhì)，其他PAHs與BaP比值計算單體PAH毒性當量濃度（BEQi，ng/g）及總PAHs毒性當量濃度（toxicity equivalence, TEQ，ng/g），計算公式如下：

（2）風險熵值法。基于CAO等[21]的關于風險熵值（risk quotient, RQ）法進行生物炭中PAHs生態(tài)風險評估。因生物炭施加進入土壤，采用10%生物炭施加量條件下土壤中PAHs濃度評估，RQ以下列公式計算：

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Canoco 5軟件進行冗余分析（RDA）評價原料/生物炭理化因子、溫度與生物炭中PAHs的關系。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物炭理化性質(zhì)

生物炭熱解制備過程中，原料基本理化組成前后發(fā)生了顯著變化。如表2所示，制備生物炭C、O、H、N和S元素平均百分比含量分別為57.8%、37.5%、3.0%、1.12%和0.56%，P、K、Ca和Mg分別為4.5、54.6、30.0和4.9 mg/g，pH值為7.75～10.18，碳氧比（carbon oxygen ratio,C/O）和碳氫比（hydrocarbon ratio, C/H）比分別為1.86和22.8。其中，生物炭中C占比最大，顯示C是生物炭中最豐富元素，主要來源于原料中纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和脂肪族碳熱解[24]。對比表1，熱解后，生物炭中C元素平均百分比含量增加，而H、N、O和S元素含量下降。外觀上，隨著熱解溫度從300℃升高700℃，生物炭顏色從棕色變?yōu)樯詈谏▓D1）。隨著溫度升高，生物炭產(chǎn)率從55%下降到35.1%，且O百分比含量下降，H百分比含量從6%降低1%；pH值、C/H和C/N等物質(zhì)隨著溫度升高而增加，且C/O隨著溫度的升高顯著降低，溫度升高氧化程度加深。

表2 生物炭的理化性質(zhì)

續(xù)表2 生物炭的理化性質(zhì)

Tab. 2 Physicochemical properties of prepared biochar(continued)

注：PY表示生物炭產(chǎn)率；EC表示電導率；CEC為陽離子交換量；SSA表示BET比表面積。

Note: PY represents the yields of biochar; EC is the conductivity of biochar; CEC represents cation exchange capacity of biochar; SSA is BET specific surface area of biochar.

COS300、COS500、COS700分別表示在300、500、700℃條件下制備的椰子殼源生物炭；LS300、LS500、LS700分別表示在300、500、700℃條件下制備的荔枝桿源生物炭。

2.2 生物炭中PAHs殘留特征

制備生物炭中PAHs含量如表3所示。16種PAHs總濃度（∑16PAHs）為1217.6～9547.1 ng/g，平均值為(3466.3±1827.5) ng/g，且隨來源不同而不同。這些生物炭中總PAHs濃度處在已報道生物炭濃度范圍內(nèi)[10]。非木本植物源（RS、PL）生物炭中PAHs含量較其他源生物炭（COS、CAS）高15%以上，可能由于這些原料含纖維素、半纖維素較木本原料高，這使得其產(chǎn)生更多PAHs[10, 24]。所制備生物炭中PAHs占主導地位單體PAH是萘（naphthalene, NAP），對總PAHs貢獻為55.7%～ 78.6%，其次是菲（phenanthrene, PHE）、芴（fluorene, FLU）和蒽（anthracene, ANT），分別占8.2%、8.1%和5.5%。來源上，生物炭中PAHs總量（∑16PAHs）呈現(xiàn)BS>PL>LS>RS>COS>MR> CAS（表3）。

表3 生物炭中PAHs單體的殘留濃度

注：ND表示生物炭中PAHs未檢出。

Note: ND represents the PAHs were not detected in biochar.

根據(jù)芳香環(huán)數(shù)對生物炭中PAHs分類。不同環(huán)數(shù)貢獻為2環(huán)PAHs（68.0%）>3環(huán)PAHs（29.3%）>4環(huán)PAHs（2.4%）>5環(huán)PAHs（0.3%）。低環(huán)（2～3環(huán)）PAHs（L-PAHs）總含量（∑L-PAHs）為1198.7～8781.6 ng/g，平均濃度為(3372.8± 1692.6) ng/g，占∑16PAHs含量97.3%。高環(huán)（5～6環(huán)）PAHs（H-PAHs）總含量（∑H-PAHs）為ND～159.9 ng/g，平均值為(11.2±35.9) ng/g，占∑16PAHs含量的0.3%。其中強致癌性PAH（BaP）含量為ND～159.9 ng/g，平均含量為7.6 ng/g，檢出率4.8%，占∑PAHs含量的0.2%。制備生物炭L-PAHs以2環(huán)NAP為主，占∑16PAHs含量的68.0%；H-PAHs以5環(huán)BaP和DBA為主，占∑16PAHs含量的0.3%，其他H-PAHs未檢出。

制備的生物炭中總體PAHs含量呈現(xiàn)500℃> 300℃>700℃（<0.01），這與已報道結(jié)果相一致[10]，值得關注的是，僅COS300高于COS500和COS700（<0.05）；7種不同來源材料在3個溫度下制備的生物炭中，PAHs幾乎以2～3環(huán)PAHs和4環(huán)FIR、PYR和CHR為主，但PL、BS、COS在300℃與500℃條件下產(chǎn)生5環(huán)的PYR，且LS500產(chǎn)生了強致癌物BaP。值得注意的是，在500℃與700℃條件下BS均有5環(huán)DBA產(chǎn)生，而所有的生物炭中均未見產(chǎn)生6環(huán)PAH單體。不同來源生物炭的PAHs構(gòu)成差異顯著（<0.05，圖2）。

圖2 生物炭中PAHs的構(gòu)成

2.3 冗余分析

生物炭中PAHs生成、殘留與原料/本身理化性質(zhì)、制備溫度密切相關[8, 25]，本研究通過冗余分析評價它們之間的相互關系。圖3所示，原料/生物炭理化性質(zhì)、制備溫度對生物炭中PAHs濃度變化在第一和第二軸總解釋量為93.09%。中（4環(huán)）、低環(huán)PAH單體含量與制備溫度呈負相關，而高環(huán)BaP、二苯并（a,h）蒽（dibenz[a,h]anthracene, DBA）與溫度呈顯著正相關；PAHs與生物炭的C/O、EC成正相關，而與C/H呈負相關；生物炭中的低環(huán)PAHs與原料的C/H、C/O呈負相關；低環(huán)PAH單體之間顯著正相關，且與總PAHs呈正相關；生物炭中的低環(huán)PAHs與總PAHs高度正相關，顯示這2～3環(huán)PAHs為主要的PAHs種類。

2.4 生態(tài)風險評估

為了量化生物炭中PAHs毒性，采用TEF風險評價法[26]評價其生態(tài)風險。表4的結(jié)果顯示，制備的生物炭中16種PAHs的TEQ-BaP范圍為2.24～165.2 ng/g，平均值為22.3 ng/g；7種致癌PAH單體[并(a)蒽（BaA）、Chr、BbF、BkF、BaP、IPY和DBA]的TEQ-BaP為0～159.9 ng/g，平均值為1.65 ng/g，其中Chr、BaP、DBA占總TEQ-BaP比例20%，而其余4種非致癌PAHs（NAP、PHE、FLU和ANT）的TEQ-BaP占比高達74.9%，表明生物炭中PAHs毒性風險主要源于4種非致癌PAH和Chr、BaP、DBA單體。毒性風險呈現(xiàn)BS>LS>PL>MR>RS>COS>CAS，且除了BS（58.80 ng/g）與LS（34.0 ng/g）外，生物炭均呈現(xiàn)較低TEQs值。

實心三角形箭頭表示生物炭制備前后的理化性質(zhì)，空心三角形箭頭表示不同的PAH單體。圖中含有Y-前綴表示生物炭制備之前生物質(zhì)的理化性質(zhì)，無前綴表示制備的生物炭的理化性質(zhì)。縮寫對應含義同表1。

根據(jù)RQ值大小可將生態(tài)風險分為3類，即RQ>1為高風險，1≥RQ>0.1為中等風險，RQ≤0.1為低風險。PAH單體和∑16PAHs生態(tài)風險等級如表5所示，NAP單體在所制備的生物炭中RQ值處于1.25～5.23，均大于1。FLU、PHE和ANT在PL、BS、LS均處于0.1～1。除了FLU、PHE、ANT外，其他PAH單體在生物炭呈現(xiàn)<0.1?？侾AHs的RQ值處于1.25～2.27，呈現(xiàn)BS> PL> LS> RS> COS> MR> CAS。

表4 生物炭中PAHs毒性當量濃度（TEQ）

表5 生物炭中單體及總PAHs的風險熵值

3 討論

3.1 原料對生物炭性質(zhì)的影響

本研究中生物炭產(chǎn)率、O和H百分比含量隨著溫度升高而降低，而C百分比含量顯著提高，顯示升溫使得生物質(zhì)原料發(fā)生顯著碳化且伴隨著其他物質(zhì)的損失。隨著溫度升高，生物炭中N占比先增加后略有下降，這歸因于熱解過程中生物質(zhì)原料中含肽鍵物質(zhì)轉(zhuǎn)化為N雜環(huán)碳化合物，而生物炭中酰胺類化合物隨著熱解溫度升高而降低[27-28]。與熱解過程中損失C、H、O和N元素變化規(guī)律不同，金屬元素Na、K、Ca、Mg含量隨著溫度升高而升高（<0.05），這可能源于溫度使得有機結(jié)合態(tài)元素轉(zhuǎn)化為無機鹽等物質(zhì)[29-30]；制備生物炭溫度升高pH有所增加，與高溫條件下生物炭中金屬氧化物、氫氧化物或無機團簇（如碳酸鹽、碳酸氫鹽和硫酸鹽）有關，這些物質(zhì)含量有助于生物炭中堿度增加[29, 31]。

3.2 生物炭中PAHs的分布特征及影響因素

國際生物炭倡議組織（IBI）將生物炭的總PAHs閾值設定在6～20 μg/g[32]，歐洲生物炭認證機構(gòu)（EBC）將優(yōu)質(zhì)與基礎級別生物炭中16種PAHs限制在4 μg/g和12 μg/g[33]。本研究中所制備生物炭中PAHs殘留水平雖然處于IBI范圍內(nèi)，但部分生物炭（LS、PL）中PAHs濃度高于EBC優(yōu)質(zhì)級別限制，顯示出部分生物炭中PAHs總量超標。本研究觀察到NAP（占比68.7%）和PHE（占比8.2%）均是所制備生物炭中最危險的單體PAH，這歸因于較低的制備溫度條件（小于500℃）通過直接碳化和芳構(gòu)化將原料轉(zhuǎn)化低分子量PAHs[8, 34]。FABBRI等[12]測定了NAP最高濃度為1.75～3.36 μg/g，其次是PHE（0.25～3.88 μg/g），這結(jié)果與本研究制備的生物炭中主要的單體PAH一致。所制備生物炭中，低溫條件下（300℃與500℃）超過97.9%生成低環(huán)（2～3）PAHs，僅大于500℃生成BaP、DBA（5環(huán)）等高分子PAHs，這與大于500℃時自由基途徑生成的活化的低分子多環(huán)芳烴通過加成過程形成高分子PAHs密切相關[35]。

本研究觀察到∑16PAHs與生物炭中C/H呈顯著負相關（<0.01），表明生物炭的碳化程度越高∑16PAHs的含量越低，這與生物炭碳化程度增加（芳香碳含量增加、脂肪碳含量降低）導致生物炭出現(xiàn)更多的微孔結(jié)構(gòu)有關[17, 36]?！?6PAHs、低環(huán)PAHs與原料的C/O、C/H、C含量呈顯著負相關，說明高C含量不利于制備過程中低環(huán)PAHs的生成[7, 37]，這與本研究中觀察到木本植物源生物炭PAHs含量低結(jié)果一致。研究表明生物炭中灰分含量與生物炭PAHs顯著正相關，本研究觀察到生物炭中PAHs與EC呈顯著正相關，這可能歸因于灰分對EC有重要貢獻。生物炭中的中、低環(huán)PAHs單體之間呈顯著正相關，而其與高環(huán)BaP顯著負相關，說明制備的生物炭中的中、低環(huán)單體PAHs來源相同，而高環(huán)PAHs產(chǎn)生機理和過程顯著不同于中、低環(huán)PAHs，這與文獻中生物炭中的高環(huán)與中、低環(huán)PAHs產(chǎn)生路徑不同報道的結(jié)果一致[34-35]。

3.3 生物炭PAHs生態(tài)風險評估

本研究中生物炭中PAH單體主要以2～4環(huán)為主，占PAHs-TEQ的80%，含有強致癌PAH單體少，因此呈現(xiàn)出較低生物毒性。雖然BaP作為毒性最強的單體之一，其TEQ-BaP范圍為0～ 53.3 ng/g，平均值為2.54 ng/g（∑TEQ-BaP/N，N=21），僅僅出現(xiàn)1次（LS），致癌毒性效應可忽略。BbF、BkF、IPY等單體PAH含量可以忽略不計，然而考慮到這些PAHs是相對穩(wěn)定的、易致癌和易致畸，其中一些（BaP、DBA）在生物炭中的含量仍需加以關注。根據(jù)RQ值大小評估生物炭的生態(tài)風險大小，其中生物炭中NAP殘留濃度極大，其RQ值均超過了高風險標準，呈現(xiàn)高的生態(tài)風險。FLU、PHE和ANT在PL、BS、LS處于0.1～1，呈現(xiàn)中等水平生態(tài)風險。除了FLU、PHE、ANT外，其他PAH單體的RQ呈現(xiàn)小于0.1，這些PAH單體生態(tài)風險較小。雖然生物炭中單體PAHs總體無明顯的生態(tài)風險，但總PAHs呈現(xiàn)高生態(tài)風險，使用生物炭過程中應給予重視。

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Distribution and Ecotoxicological Risk of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Biochar Prepared from Tropical Agricultural Wastes

TAN Huadong1, ZHANG Xiaoying2, WU Chunyuan1*, ZHAO Shuqiao1

1. Environment and Plant Protection Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou, Hainan 571101, China; 2. Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences Proving Ground, Danzhou, Hainan 571737, China

In order to replenish the data on safe biochar utilization as originated from tropical agricultural wastes, biochar was prepared at 300, 500 and 700℃ from typical tropical agricultural wastes, including pineapple leaves (PL), litchi sticks (LS), coconut shells (COS), banana stems (BS), rice straws (RS), cassava stems (CAS) and mushroom residues (MR). The distribution characteristics of 16 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in biochar were determined by QuEChERS, coupled with gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Furthermore, the key influencing factors of the PAHs were analyzed by redundancy analysis, based on biochar’s physicochemical properties and preparation temperatures. Then, the ecotoxicological risks of the PAHs were evaluated based on risk quotient method (RQ). The results depicted that the concentration of PAHs was 1217.6 to 9547.1 μg/g, with naphthalene (NAP) and phenanthrene (PHE) having the highest detection frequency and level. The arranged concentration level of PAHs was BS>PL>LS>RS>COS>MR>CAS. The main species of the biochar PAHs were significantly different, which was relative to their source and temperature. Redundancy analysis determined that the conductivity (EC), carbon oxygen ratio (C/O), and carbon-hydrogen ratio and temperature had a significant influence on the concentration of PAHs (<0.01). PAH content was positively correlated with electric conductivity (EC) and carbon oxygen ratio (C/O), and was negatively correlated with hydrocarbon ration (C/H) (<0.05). Likewise, it was significantly affected by temperature (<0.01). Risk assessment results depicted that low-ring PAHs contributed to the toxicity of PAHs; thus, the carcinogenic and toxic effects of individual PAHs could be ignored. Except for NAP, the RQ values of the other monomer PAHs were less than 0.1, indicating that no high and medium ecological risks had occurred. However, the total RQ of the PAHs was higher than 1, denoting that greater attention should be paid to the multi-residues of PAHs in biochar. The results of this study could provide a scientific basis for the safe use of biochar in tropical soils.

agricultural waste; biochar; polycyclic aromatic hydrocarbons; pollution characteristics; risk assessment

S432.1

A

10.3969/j.issn.1000-2561.2022.07.023

2021-08-19；

2022-02-20

中國熱帶作物學會青年托舉人才項目（No. CSTC-QN201901）；中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務費專項資金（No. 1630042019020）；中國熱帶農(nóng)業(yè)科學院環(huán)境與植物保護研究所項目結(jié)余經(jīng)費自主選題專項（No. hzsjy2021001）。

譚華東（1991—），男，碩士，助理研究員，研究方向：有機污染物環(huán)境行為及效應。*通信作者（Corresponding author）：武春媛（WU Chunyuan），E-mail：chunyuanwu1981@163.com。