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南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价

吴倩 张道来 杨培杰 李梅娜

吴倩,张道来,杨培杰,等. 南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):22-29 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.131
引用本文: 吴倩,张道来,杨培杰,等. 南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):22-29 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.131
WU Qian, ZHANG Daolai, YANG Peijie, LI Meina. CHARACTERISTICS OF PAHS IN SURFACE SEDIMENTS AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT: A CASE FROM THE NANDAGANG WETLANDS[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 22-29. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131
Citation: WU Qian, ZHANG Daolai, YANG Peijie, LI Meina. CHARACTERISTICS OF PAHS IN SURFACE SEDIMENTS AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT: A CASE FROM THE NANDAGANG WETLANDS[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 22-29. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131

南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131
基金项目: 国家重点研发计划课题(2020YFC1807103);2019年度青岛市社会科学规划研究项目(QDSKL1901285);NSFC-山东联合基金人类活动对山东半岛典型海湾生态系统环境的影响及其碳储效应(U1706219)
详细信息
    作者简介:

    吴倩(1979—),男,硕士,高级工程师,主要从事土壤地下水污染调查与修复方面的研究工作. E-mail:qianwu@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: P736.21

CHARACTERISTICS OF PAHS IN SURFACE SEDIMENTS AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT: A CASE FROM THE NANDAGANG WETLANDS

  • 摘要: 随沿海经济发展及人类开发加剧,滨海湿地受到多环芳烃等污染侵害,值得重视。对南大港湿地19个站点表层沉积物中多环芳烃(PAHs)的含量及其分布特征进行研究,并对其来源和潜在风险进行解析与评价。研究表明,该地区表层沉积物中16种PAHs总含量为7.12~156.10 ng/g(均值63.03 ng/g),与全球空间范围湿地污染程度类比,研究区湿地表层沉积物中PAHs整体污染水平并不高。综合特征比值法、相关性分析及主成分分析法推断出本湿地沉积物中PAHs主要来源为油类的燃烧以及油类泄露的联合作用源,与周边人类活动情况相符。采用效应区间低值法(ERL)和中值法(ERM)对PAHs进行生态风险评价,零星站位中菲、二氢苊浓度位于ERL与ERM之间,其余站点不存在潜在生态危害。南大港湿地中PAHs对湿地生态的毒副作用尚属于安全范围。该研究可为环渤海海岸带污染控制和治理提供基础数据支撑,也为保护良好的海湾滨海湿地生态环境提供科学信息。
  • 图  1  南大港湿地表层沉积物站位图

    Figure  1.  Locations of the sites of surface sediments in the Nandagang wetlands

    图  2  南大港湿地表层沉积物中多环芳烃分布特征

    Figure  2.  Level and spatial distribution of PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

    图  3  南大港湿地表层沉积物中多环芳烃特征分子比来源判定

    Figure  3.  Ratios and sources of PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

    表  1  荧光检测器工作条件

    Table  1.   Details of fluorescence detector

    t/minλ/nm
    发射波长激发波长
    0340260
    13.5420260
    29.5482250
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    表  2  世界各湿地表层沉积物中多环芳烃检出量

    Table  2.    Concentration of PAHs in surface sediments from global wetlands

    名称含量/(ng/g dw)数据来源
    南大港湿地7.12~156.10本研究
    白洋淀湿地324.6~1 738文献[7]
    崇明湿地38.7~136.2文献[8]
    胶州湾湿地176.1~563.3文献[10]
    红树林湿地3.16~464.05文献[11]
    辽河湿地293.4~1 937文献[13]
    青肯泡湿地36.4~68 799文献[14]
    秦皇岛湿地161.7~386.3文献[15]
    渤海湾湿地341.61~4 703文献[16]
    Chao Phraya Estuary wetland, Thailand6~8 399文献[17]
    Anzali wetland, Iran212~2 674文献[18]
    Canada River wetland, USA16~12 000文献[19]
    Shadegen wetland, Iran593~53 394文献[20]
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    表  3  南大港湿地表层沉积物中PAHs各化合物间的相关性分析

    Table  3.   The relationships of differient PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

    二氢苊荧蒽苯并(a)蒽苯并(b)荧蒽苯并(k)荧蒽苯并(a)芘二苯并(a,h)蒽苯并(g,h,i)苝茚并(1,2,3-cd)芘
    二氢苊0.062
    0.481
    (*)
    0.629
    (**)
    −0.001−0.0260.478
    (*)
    −0.0920.1080.4210.845
    (**)
    荧蒽0.2540.3740.587
    (**)
    0.2540.159
    0.0370.3950.512
    (*)
    0.2560.4490.456
    苯并(a)蒽0.2960.2610.3420.032−0.0540.736
    (**)
    −0.035
    0.0060.0850.123−0.0180.1450.210.509
    (*)
    0.229
    苯并(b)荧蒽−0.220.3740.2130.1040.3610.292.579
    (**)
    0.1230.480
    (*)
    苯并(k)荧蒽0.0030.4190.553
    (*)
    0.4370.478
    (*)
    0.648
    (**)
    0.491
    (*)
    0.603
    (**)
    0.600
    (**)
    0.482
    (*)
    苯并(a)芘−0.24−0.244−0.0220.474
    (*)
    0.494
    (*)
    −0.1520.1−0.1910.3220.2350.304
    二苯并(a,h)蒽−0.0210.1030.4210.644
    (**)
    0.604
    (**)
    0.4260.2650.1690.1010.2120.551
    (*)
    0.399
    苯并(g,h,i)苝−0.212−0.182−0.365−0.236−0.151−0.3340.003−0.2080.574
    (*)
    0.0750.1630.2770.127
    茚并(1,2,3-cd)芘−0.2180.1940.478
    (*)
    0.857
    (**)
    0.909
    (**)
    0.3180.430.0050.0960.3870.551
    (*)
    0.492
    (*)
    0.782
    (**)
    −0.145
    总和0.2080.589
    (**)
    0.83
    7(**)
    0.628
    (**)
    0.654
    (**)
    0.712
    (**)
    0.690
    (**)
    0.4160.3770.505
    (*)
    0.817
    (**)
    0.2220.624
    (**)
    −0.1730.721
    (**)
    注:** 表示在0.01水平上显著相关,*表示在0.05水平上显著相关
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    表  4  南大港湿地表层沉积物中PAHs含量与生态风险限值

    Table  4.   Concentration ranges and toxicity guidelines for PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

    多环芳烃种类含量/(ng/g)平均含量/(ng/g)生态风险标志水平
    ERLERM
    ND-21.975.861602 100
    二氢苊ND-50.457.1716500
    ND-6.122.4844640
    ND-64.5511.8819540
    ND-2.820.702401 500
    荧蒽ND-30.288.2985.31 100
    ND-33.666.566005 100
    苯并(a)蒽0.21~17.762.646652 600
    ND-13.954.932611 600
    苯并(b)荧蒽ND-8.473.413842 800
    苯并(k)荧蒽ND-3.481.37--
    苯并(a)芘ND-9.962.15--
    二苯并(a,h)蒽ND-10.633.424301 600
    苯并(g,h,i)苝ND-3.830.6863.4260
    茚并(1,2,3-cd)芘ND-7.691.49--
    总量7.12~156.1063.034 02244 792
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-09-17
  • 网络出版日期:  2021-10-23
  • 刊出日期:  2021-11-18

南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价

doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131
    基金项目:  国家重点研发计划课题(2020YFC1807103);2019年度青岛市社会科学规划研究项目(QDSKL1901285);NSFC-山东联合基金人类活动对山东半岛典型海湾生态系统环境的影响及其碳储效应(U1706219)
    作者简介:

    吴倩(1979—),男,硕士,高级工程师,主要从事土壤地下水污染调查与修复方面的研究工作. E-mail:qianwu@cnpc.com.cn

  • 中图分类号: P736.21

摘要: 随沿海经济发展及人类开发加剧,滨海湿地受到多环芳烃等污染侵害,值得重视。对南大港湿地19个站点表层沉积物中多环芳烃(PAHs)的含量及其分布特征进行研究,并对其来源和潜在风险进行解析与评价。研究表明,该地区表层沉积物中16种PAHs总含量为7.12~156.10 ng/g(均值63.03 ng/g),与全球空间范围湿地污染程度类比,研究区湿地表层沉积物中PAHs整体污染水平并不高。综合特征比值法、相关性分析及主成分分析法推断出本湿地沉积物中PAHs主要来源为油类的燃烧以及油类泄露的联合作用源,与周边人类活动情况相符。采用效应区间低值法(ERL)和中值法(ERM)对PAHs进行生态风险评价,零星站位中菲、二氢苊浓度位于ERL与ERM之间,其余站点不存在潜在生态危害。南大港湿地中PAHs对湿地生态的毒副作用尚属于安全范围。该研究可为环渤海海岸带污染控制和治理提供基础数据支撑,也为保护良好的海湾滨海湿地生态环境提供科学信息。

English Abstract

吴倩,张道来,杨培杰,等. 南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):22-29 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.131
引用本文: 吴倩,张道来,杨培杰,等. 南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染特征及潜在生态风险评价[J]. 海洋地质前沿,2021,37(11):22-29 doi:  10.16028/j.1009-2722.2020.131
WU Qian, ZHANG Daolai, YANG Peijie, LI Meina. CHARACTERISTICS OF PAHS IN SURFACE SEDIMENTS AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT: A CASE FROM THE NANDAGANG WETLANDS[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 22-29. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131
Citation: WU Qian, ZHANG Daolai, YANG Peijie, LI Meina. CHARACTERISTICS OF PAHS IN SURFACE SEDIMENTS AND ECOLOGICAL RISK ASSESSMENT: A CASE FROM THE NANDAGANG WETLANDS[J]. Marine Geology Frontiers, 2021, 37(11): 22-29. doi: 10.16028/j.1009-2722.2020.131
    • 随着人类活动日益加剧,产生的各种污染也随之迁移、扩散,影响环境健康。多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)是由燃煤、工业活动等产生而广泛分布于环境中的持久性有机污染物,其致畸、致癌、致突变等对人类、生物及环境健康有严重威胁[1]。已被美国环境保护署认定为毒性较强的16 种PAHs有机污染物引起广泛研究,在水体、大气颗粒、土壤、生物、沉积物等多种环境介质中普遍检出[2-7]。存在于大气、土壤和河流等环境中的PAHs,可通过大气沉降、地表径流、污水排放等途径汇入海洋,处于海陆交界地区的滨海湿地,接纳了来自海洋和陆地的双重污染物,地貌作用下其水动力相对较弱,泥沙及有机质沉积过程中能裹挟PAHs积累于沉积物,成为持久性有机污染物的主要汇集场所。由于PAHs分子质量偏大,疏水性强,导致其更易吸附于含有机质的沉积物中,加之其低降解性等特性,使其在颗粒细且有机质高的湿地沉积物中不断积累。

      目前,已对长江口崇明湿地、黄河口湿地、胶州湾湿地、红树林湿地等多种湿地[8-11]的PAHs污染展开研究,并发现存在不同程度的污染。近年来,南大港湿地受到城市化、围填海、港口建设、海上交通、油气开采和海水养殖等影响,导致污染和退化等环境压力逐年增加,但是对其关注较少,对该滨海湿地中PAHs等有关污染物的分析更是不足,需进一步开展研究。

      南大港湿地地处河北省沧州市东北部渤海湾西岸,其独特的生态环境为鸟类和野生动物提供了栖息场所,在净化环境、减轻灾害和维持生物多样性方面发挥着重要作用,2010年被批准建立为湿地与鸟类类型省级自然保护区。近年来,湿地周边地区的人类活动逐年增强,工农业迅速发展,煤和石油等能源的消耗陡升,故排放多环芳烃的量也随之增加,这对栖息生物存在潜在威胁,影响湿地系统健康。本研究对南大港湿地关键区内的沉积物中PAHs的含量、分布特征、来源以及潜在风险进行评价,为保护和建设好南大港湿地提供基础环境数据,为环渤海海岸带污染控制和治理工作提供有效科学信息。

    • 南大港湿地位于河北省沧州市东北部,占地面积13 380 hm2,东临渤海,邻近京津,属于典型的滨海湿地类型,是全国176个重点保护湿地之一。南大港湿地处于暖温带半湿润大陆性季风气候区,常年在东亚季风环流和海洋气候作用下,四季差别明显,春季干燥少雨,夏季湿热多雨,秋季睛朗凉爽,昼夜温差大,冬季严寒少雪,偏干,伴有西北风。年平均气温12.7 ℃,年平均降水量557. 9 mm。湿地内低洼不平,海拔在2.9~5.4 m,由潟湖洼地、浅槽型洼地、岗地和高平地等组成,芦苇为湿地主要植被。作为候鸟南北迁徙带与东西迁徙带的交汇点,有丹顶鹤、白鹤、白头鹤、白鹳、中华秋沙鸨、大鸨等 168多种鸟类来此栖息[12]。20世纪50年代以来受到人类开发改造,附近有大港油田开采石油。

    • 2016年7月,在南大港湿地19个站点利用洁净的钢铲采集研究区湿地表层沉积物样品,采样深度设定为表层0~−5 cm。表层沉积物的详细采样站位见图1。样品采集后快速装入已准备好的洁净铝箔袋中,密封保存在低温便携样品箱中,尽快送至实验室经冷冻干燥后低温贮存待用。

      图  1  南大港湿地表层沉积物站位图

      Figure 1.  Locations of the sites of surface sediments in the Nandagang wetlands

    • 实验测试采用的仪器包括:LC-20AT型高效液相色谱仪(日本岛津公司)配荧光检测器和二极管阵列(PDA)检测器,KQ-250DE型数控超声波清洗仪(昆山超声仪器有限公司),HG-12A型氮吹仪(上海泉岛科贸有限公司)。主要试剂包括:丙酮、正己烷、二氯甲烷、乙腈等均为色谱纯;高纯N2(99.999%);16种PAHs混合标准溶液(美国sigma公司),浓度均为2 000 µg/mL;无水Na2SO4,450 ℃马弗炉烘4 h,冷却后存放在干燥器中备用。

    • 将沉积物样品在−20 ℃冰箱中预冻,分析前于−50 ℃下真空冷冻干燥、研磨,过100目的筛网,称取5.0 g样品,用20 mL正己烷-丙酮混合液(体积比1∶1)超声提取20 min,离心取上清液。重复3次,合并上清液,加铜片除硫放置一夜。提取液经氮吹浓缩至1 mL,经Florisil小柱净化,Florisil柱先用10 mL正己烷清洗,上样后先以10 mL正己烷、然后以35 mL二氯甲烷/正己烷(体积比7∶3)洗脱。洗脱液氮吹浓缩至0.5 mL以下,乙腈重复置换溶剂3次,乙腈定容至0.5 mL转移至样品瓶,上机分析。

    • 色谱柱:PAH专用柱(5 μm×250 mm,美国Waters公司),采用梯度洗脱淋洗方式,0~5 min,流动相为VV乙腈= 50∶50,5~20 min,VV乙腈= 0∶100,以100%乙腈保持8 min,28~35 min,流动相为VV乙腈= 50∶50,流速1.5 mL/min,紫外检测波长228 nm。荧光检测器的激发波长和发射波长见表1,进样量:20 µL。

      表 1  荧光检测器工作条件

      Table 1.  Details of fluorescence detector

      t/minλ/nm
      发射波长激发波长
      0340260
      13.5420260
      29.5482250
    • 南大港湿地19个表层沉积物中仅有苊未检出,其余15种PAHs均有检出,目标污染物总量在7.12~156.10 ng/g范围内,平均总含量达到63.03 ng/g,其中4个站位样品多环芳烃总量>100 ng/g。在所检出的15种PAHs中,萘和屈在所有站点中都检出,检出率为100%;其次是菲和苯并k荧蒽,检出率均为94.74%;二氢苊的检出率最低,为21.05%。NDG-7站点PAHs总量最高,为156.01 ng/g,除苊和二氢苊外,其余14种多环芳烃均被检出;NDG-6站位次之,总含量为141.84 ng/g,共有13种PAHs检出。目标污染物总量最低的站位是NDG-18,仅有8种PAHs在样品中测出,同时也是检出种类最少的站点,其余站点含量稍高。有关PAHs污染物沉积物环境质量目前我国尚未制定明确标准,仅对农用污泥中PAHs最高容许含量做了限制,不得超过3 000 ng/g,南大港湿地内未有超出本含量的站点。

      在南大港表层沉积物样品中NDG-2、NDG-7站点处分别有15种、14种多环芳烃检出,其次是NDG-6、NDG-8、NDG-9、NDG-13、NDG-16站点,共检出13种PAHs。在所有站点中,除苊未检出外,其余15种PAHs均有不同程度的检出:二氢苊、苯并(g,h,i)苝、茚并(1,2,3-cd)芘的检出率低于50%,其中萘和苯并(a)蒽的检出率均为100%,菲、苯并(k)荧蒽的检出率在90%以上,芴、荧蒽、苯并(b)荧蒽、二苯并(a,h)蒽的检出率在80%以上,蒽、苯并(a)芘的检出率在70%以上,芘的检出率在60%以上,苯并(g,h,i)苝、茚并(1,2,3-cd)芘的检出率高于40%,二氢苊检出率高于20%。在所有站点PAHs总含量中,贡献率最高的是菲(18.85%),其次是荧蒽(13.15%)。蒽和苯并(g,h,i)苝的贡献率均不到2%(分别是1.11%和1.07%),其他的多环芳烃对总量的贡献率也有明显差异,并且为数不少的站点并未检出目标污染物。从检出数据分析可知,PAHs含量在不同站点表现出明显差异,检出种类也存在不一致现象,可见南大港湿地区域均受到PAHs污染,但污染程度差异明显,需要进一步关注。

      16种PAHs根据环数的不同可分为2环(萘)、3环(苊、二氢苊、芴、菲、蒽、荧蒽)、4环(芘、苯并(a)蒽、苯并(b)荧蒽、苯并(k)荧蒽)和5~6环(苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽、茚并(1,2,3-cd)芘、苯并(g,h,i)苝)。不同环数PAHs的浓度如图2所示,其中2环PAHs的平均浓度为5.86 ng/g、3环22.23 ng/g、4环22.41 ng/g、5环10.35 ng/g、6环2.17 ng/g。从可以看出,南大港湿地沉积物中 2+3 环PAHs所占的比例为10.39%~66.70%,并且2+3环 PAHs 所占比例高的多集中于河口北部,同时2环和3环多环芳烃污染物主要是石油源泄露,说明2+3环比例较高的站点多来源于周边海洋和陆地石油开发泄漏。各环数单体对沉积物中PAHs总浓度的贡献从大到小的顺序依次为:4环(35.56%)> 3环(35.28%)> 5环(16.43%)> 2 环(9.29%)> 6环(3.44%),样品中以2~4环比例最高,而5~6环贡献率较低。

      图  2  南大港湿地表层沉积物中多环芳烃分布特征

      Figure 2.  Level and spatial distribution of PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

      为全面客观评估南大港湿地表层沉积物样品中PAHs的污染整体状况,将国内外系列已报道滨海湿地内采集表层沉积物中PAHs含量与本研究进行比较。从表2统计的已报道全球滨海湿地PAHs污染资料来看,多环芳烃的污染浓度和种类在各地区湿地中存在显著差异,污染物浓度高低现象突出。本研究所测得的南大港湿地表层沉积物中多环芳烃总含量范围为7.12~156.10 ng/g,平均含量为63.03 ng/g,与崇明岛湿地污染程度基本相当,略低于秦皇岛、胶州湾湿地及红树林湿地,大约是辽河湿地含量和白洋淀湿地含量的1/10,约是渤海湾湿地污染浓度的1/30,在国内近海湿地环境中处于偏低污染水平。PAHs的浓度远低于伊朗的Anzali湿地、泰国的Chao Phraya河口湿地,比美国的Canada River湿地、Elizabeth River湿地,伊朗的Shadegen湿地和中国青肯泡湿地的浓度低2个数量级。同时与临近的近海环境中多环芳烃污染进行分析考量,较渤海湾海域沉积物中[21](21.9~586.4 ng/g,平均含量175.1 ng/g)污染水平略有偏低,与黄河河口沉积物中浓度[22](10.8~252 ng/g,平均含量90.7 ng/g)大致相当,可见南大港滨海湿地的PAHs含量在全球湿地范围内处于较低污染水平。

      表 2  世界各湿地表层沉积物中多环芳烃检出量

      Table 2.   Concentration of PAHs in surface sediments from global wetlands

      名称含量/(ng/g dw)数据来源
      南大港湿地7.12~156.10本研究
      白洋淀湿地324.6~1 738文献[7]
      崇明湿地38.7~136.2文献[8]
      胶州湾湿地176.1~563.3文献[10]
      红树林湿地3.16~464.05文献[11]
      辽河湿地293.4~1 937文献[13]
      青肯泡湿地36.4~68 799文献[14]
      秦皇岛湿地161.7~386.3文献[15]
      渤海湾湿地341.61~4 703文献[16]
      Chao Phraya Estuary wetland, Thailand6~8 399文献[17]
      Anzali wetland, Iran212~2 674文献[18]
      Canada River wetland, USA16~12 000文献[19]
      Shadegen wetland, Iran593~53 394文献[20]
    • 环境中随处测到的多环芳烃主要由自然界的自然运动以及人类的各种生产活动。自然源主要有:草原、森林等自然火灾、火山活动以及植物和微生物的作用过程。人为源包括煤、石油和天然气等天然化石燃料以及木材、工业废弃物及其他含氢有机物的不完全燃烧、石油生产、运输及使用的泄漏、各类燃油交通工具尾气等。来源和传输过程是影响在环境中多环芳烃特征的主要因素,在单一环境中由于输运过程的单一性,来源成为多环芳烃分布的决定因素。来源差异的PAHs其成分组成有明显区别,根据各组分组合差别的总体特征可以判断其来源,为进一步的环境保护或污染治理提供支撑。一般来讲低分子量(2~3环)多环芳烃多来源于石油污染和天然过程;高分子量(≥4环)的污染主要来源于各种物质的高温燃烧。据此,研究者们开发了分子比值法、SPSS分析法等简便实用的方法用于来源分析[23-26],已被广泛采纳应用,本研究也采用分子比值法、SPSS分析法2种经典方法对南大港湿地研究区中PAHs的来源展开解析。

    • 图3列明了本研究区所选用的多环芳烃来源特征因子判定指标,主要有Flt/(Flt+Pyr)与Ant/(Phe+Ant)、IP/(IP+BghiP)、BaA/(BaA+Chr)等特征指标,通过上述指标的测定值和组合特征综合分析南大港湿地表层沉积物中多环芳烃的可能污染来源。多环芳烃单体化合物特征分子浓度比值指示南大港湿地表层沉积物中多环芳烃主要来自石油燃烧及泄漏。Ant/(Phe+Ant)与Flt/(Flt+Pyr)分子比值法表明,NDG-2、NDG-3、NDG-4、NDG-5、NDG-6、NDG-7、NDG-19均为石油源,NDG-15、NDG-16、NDG-17为燃烧源,NDG-8、NDG-9、NDG-10、NDG-11、NDG-12、NDG-13、NDG-14为石油源与燃烧源混合来源,仅NDG-17为煤化石、木本燃烧源。BaA/(BaA+Chr)与IP/(IP+BghiP)分子比值法表明,NTG-15、NDG-16和NDG-17为石油源,NDG-10、NDG-13、NDG-14和NDG-18为石油与燃烧源混合来源,NDG-6和NDG-8为石油源与煤炭、草木燃烧源混合来源。NDG-1、NDG-2、NDG-7、NDG-9和NDG-11为煤炭、木本燃烧源。综合以上两指标判定的结果,可以初步推知南大港湿地的表层沉积物中多环芳烃污染多为石油源及石油等化石燃料燃烧混合来源。

      图  3  南大港湿地表层沉积物中多环芳烃特征分子比来源判定

      Figure 3.  Ratios and sources of PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

      进一步通过主成分分析法对南大港湿地表层沉积物多环芳烃的可能来源进行综合研究分析,进行了主要指标的特征值及表层沉积物中15种PAHs的主成分指标因子的统计赋值(沉积物中苊未检出,故未输出)。多环芳烃第1主成分的方差贡献率高达39.554%,第2~5各个主成分的方差贡献率分别为17.511%、13.584%、8.376%、6.330%,前5个主成分(因子载荷为85.355%)能够客观代表南大港湿地表层沉积物中多环芳烃来源的主要信息。在第1主成分中,苯并(k)荧蒽和茚并(1,2,3-cd)芘表现出较高的因子载荷,均>0.8;其次是二氢苊、菲和二苯并(a,h)蒽,因子载荷均>0.7;芴、蒽、和芘的因子均>0.6。因此第1主成分代表多环芳烃的4、5、6环组分,来源为油类不完全燃烧、煤炭燃烧及油类泄漏混合污染;第2主成分主要代表低环的萘、二氢苊、蒽、荧蒽和苯并(a)蒽,因子载荷全都>0.4,显示其主导来源是油类泄漏;屈和苯并(b)荧蒽属于第3主成分项下,该主成分显示的因子载荷数值最高,分别为0.8和0.4主要代表4环和5环的高环多环芳烃;第4主成分主要代表为多环芳烃的多环组分,主要是石油类不完全燃烧、煤化石和木炭燃烧及油类泄漏混合污染产生的;第5主成分代表多环芳烃的4环组分。由此推知,油类不完全燃烧、煤炭燃烧及油类泄漏是南大港湿地表层沉积物中多环芳烃混合污染来源。

    • 再通过SPSS方法计算15种多环芳烃(除苊)各单体种类之间的内在相关性联系(表3),计算得出的相关系数结果在萘、二氢苊与菲、蒽之间,芴与蒽之间及4~6环多环芳烃组分之间都很低,极低的相关系数值指示出他们来源的显著差异。2~3环的芴与二氢苊,蒽与菲在0.01水平上显著相关;4~6环的荧蒽与苯并(a)蒽之间,芘与苯并(b)荧蒽之间,苯并(k)蒽与荧蒽,苯并(a)荧蒽和屈之间,二苯并(a,h)蒽与茚并(1,2,3-cd)芘之间在0.01水平上的相关系数结果很高,表明他们相关性很强,来自同一污染源的概率很大。这也可以看出2~3环多环芳烃的来源基本一致,4~6环多环芳烃的来源也基本类似,但二者的来源存在明显差异。这与实际中的现象基本吻合:2~3环等低环多环芳烃多来自石油等直接泄漏,而4~6高环多环芳烃主要源于石油及煤化石等的不充分燃烧。

      表 3  南大港湿地表层沉积物中PAHs各化合物间的相关性分析

      Table 3.  The relationships of differient PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

      二氢苊荧蒽苯并(a)蒽苯并(b)荧蒽苯并(k)荧蒽苯并(a)芘二苯并(a,h)蒽苯并(g,h,i)苝茚并(1,2,3-cd)芘
      二氢苊0.062
      0.481
      (*)
      0.629
      (**)
      −0.001−0.0260.478
      (*)
      −0.0920.1080.4210.845
      (**)
      荧蒽0.2540.3740.587
      (**)
      0.2540.159
      0.0370.3950.512
      (*)
      0.2560.4490.456
      苯并(a)蒽0.2960.2610.3420.032−0.0540.736
      (**)
      −0.035
      0.0060.0850.123−0.0180.1450.210.509
      (*)
      0.229
      苯并(b)荧蒽−0.220.3740.2130.1040.3610.292.579
      (**)
      0.1230.480
      (*)
      苯并(k)荧蒽0.0030.4190.553
      (*)
      0.4370.478
      (*)
      0.648
      (**)
      0.491
      (*)
      0.603
      (**)
      0.600
      (**)
      0.482
      (*)
      苯并(a)芘−0.24−0.244−0.0220.474
      (*)
      0.494
      (*)
      −0.1520.1−0.1910.3220.2350.304
      二苯并(a,h)蒽−0.0210.1030.4210.644
      (**)
      0.604
      (**)
      0.4260.2650.1690.1010.2120.551
      (*)
      0.399
      苯并(g,h,i)苝−0.212−0.182−0.365−0.236−0.151−0.3340.003−0.2080.574
      (*)
      0.0750.1630.2770.127
      茚并(1,2,3-cd)芘−0.2180.1940.478
      (*)
      0.857
      (**)
      0.909
      (**)
      0.3180.430.0050.0960.3870.551
      (*)
      0.492
      (*)
      0.782
      (**)
      −0.145
      总和0.2080.589
      (**)
      0.83
      7(**)
      0.628
      (**)
      0.654
      (**)
      0.712
      (**)
      0.690
      (**)
      0.4160.3770.505
      (*)
      0.817
      (**)
      0.2220.624
      (**)
      −0.1730.721
      (**)
      注:** 表示在0.01水平上显著相关,*表示在0.05水平上显著相关

      综合多种源解析的数据和资料,可以推断石油源及石油燃烧源是南大港湿地表层沉积物中多环芳烃的2类主要输入来源。原因主要与其地理位置有关,南大港湿地位于沧州黄骅市,是环渤海、环京津的核心地带,优越的地理位置导致其经济快速发展产生污染,大量陆源污染物随大气运移至此,然后经过直接沉降作用或间接再运移到表层沉积物中存留,从而污染南大港湿地。另外,由于南大港湿地大力发展旅游业,且黄骅港运输业较为发达,周边大量车辆及港口来往船舶的燃油尾气排放输出进一步导致PAHs污染的加剧。同时,大港油田采油区邻近南大港湿地,大港油田石油开采过程也会造成周边土壤污染[27],也是南大港湿地表层沉积物中多环芳烃污染的一个来源。可见南大港中的沉积物污染与周边的经济建设和环境开发直接关联。因此,当地在发展经济时,应充分考虑环境因素,优越的环境能助力于经济的发展,在开发滨海区域搞活区域经济的发展同时应注意保护滨海湿地环境。

    • 为合理评估环境中存在的多环芳烃对环境的潜在危害,自20世纪90年代开始提出生态风险评价的理论,经历了20多年的发展,已初步形成有效的评估方法,其中简便易行的效应区间低值法(Effects Range Low,ERL)和效应区间中值法(Effects Range Median,ERM),已经成为经典环境多环芳烃生态风险评价模式,被广泛应用于全球环境中且已证实简单高效。本研究选择效应区间低、中值法(ERL/ERM)进行运算比较,对南大港湿地表层沉积物中的多环芳烃做整体生态风险评价,以准确估量已有PAHs污染的潜在危害性。

      通过对表4计算出的数据综合比较分析,显示出菲具有最高的生态风险,平均值已经达到11.88 ng/g,有4个站点高于ERL,但小于ERM;荧蒽的平均生态风险标志水平略低于菲,生态风险标志值为8.29 ng/g,但远低于ERL;其次为二氢苊,其生态风险标志水平平均值为7.17 ng/g,有3个站点的生态风险标志水平值已经高于ERL,但没有超过ERM的站位。这说明除荧蒽、二氢苊与菲对生态环境具有潜在的生态风险,其余13种多环芳烃对生态环境基本不存在危害。多环芳烃类个别污染物高含量区域已存在一定的潜在风险,主要是人类活动导致的PAHs通过径流、大气传输或者直接污染至湿地区域,造成这些区域PAHs含量偏高。同时南大港湿地表层沉积物中15种多环芳烃均不同程度地被检出,整体上也可能存在一定的潜在危害,应该引起当地管理部门重视,因此,在大力发展环海蓝色经济的同时要更加关注滨海湿地保护,制定有效环保措施,控制各种人类活动污染物排放,保护滨海湿地,建设好海岸带环境。

      表 4  南大港湿地表层沉积物中PAHs含量与生态风险限值

      Table 4.  Concentration ranges and toxicity guidelines for PAHs in surface sediments of the Nandagang wetlands

      多环芳烃种类含量/(ng/g)平均含量/(ng/g)生态风险标志水平
      ERLERM
      ND-21.975.861602 100
      二氢苊ND-50.457.1716500
      ND-6.122.4844640
      ND-64.5511.8819540
      ND-2.820.702401 500
      荧蒽ND-30.288.2985.31 100
      ND-33.666.566005 100
      苯并(a)蒽0.21~17.762.646652 600
      ND-13.954.932611 600
      苯并(b)荧蒽ND-8.473.413842 800
      苯并(k)荧蒽ND-3.481.37--
      苯并(a)芘ND-9.962.15--
      二苯并(a,h)蒽ND-10.633.424301 600
      苯并(g,h,i)苝ND-3.830.6863.4260
      茚并(1,2,3-cd)芘ND-7.691.49--
      总量7.12~156.1063.034 02244 792
    • 通过对南大港湿地表层沉积物采集、检测、研究发现,该区域已存在多环芳烃污染,多环芳烃的总量为7.12~156.10 ng/g,平均含量为63.03 ng/g。与全球其他湿地表层沉积物相比,南大港湿地PAHs浓度整体处于低污染水平,但零星站点处PAHs含量偏高,需引起注意。运用源解析法对区域PAHs来源进行了厘定,石油类的燃烧以及油类的泄露是两大主要来源,与当地油气开发等人类活动基本一致。生态风险评价分析发现整体对环境危害很低,4个站位个别化合物存在低度潜在生态危害风险,仍在安全可控范围内。因此,当地在大力开发滨海建设的同时要关注滨海湿地环境监控,保护滨海环境。

参考文献 (27)

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