表層沉積物中多環(huán)芳烴來源與風險評價的研究進展

康杰　楊艷麗　呂鑫

摘 要：沉積物中多環(huán)芳烴（PAHs）的累積是水生環(huán)境和水生食物鏈潛在環(huán)境風險的來源，已有研究缺乏對沉積物中PAHs潛在風險的系統(tǒng)梳理和認識。本文基于當前表層沉積物中PAHs暴露水平、來源、解析方法與生態(tài)風險評價的相關研究，通過收集資料和歸納總結已有研究數據發(fā)現，表層沉積物中PAHs的暴露水平有顯著的區(qū)域差異，人為活動導致的石油類產品和石油化工燃料燃燒是沉積物中PAHs的主要來源；定量解析的受體模型方法相對于傳統(tǒng)定性的源解析方法來說，可以提供PAHs不同端元貢獻比重的定量結果，在PAHs源解析的相關研究中具有重要價值；沉積物中PAHs的生態(tài)風險評價方法根據研究目標不同而各異，主要包括沉積物質量基準法（SQGs）、沉積物質量標準法（SQSs）和BaP的毒性當量濃度，SQSs綜合考慮了社會、經濟、自然等方面的因素，是一種更加詳細、具體的定量分類方法。

關鍵詞：沉積物；多環(huán)芳烴；暴露水平；生態(tài)風險評價

中圖分類號： X131 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）29-132-2

0 引言

多環(huán)芳烴是一類化學性質穩(wěn)定、很難自然降解且具有生物積累性的持久性有機污染物，多數單體PAH具有致癌性、致畸性和致突變性，因而當前PAHs在自然環(huán)境中的累積和環(huán)境效應受到持續(xù)的關注。本文基于近十年PAHs在沉積物中的參考文獻，從PAHs的暴露水平、來源、解析方法和生態(tài)風險評價等方面進行探究，使我們對沉積物中PAHs的研究進展有一個清晰的認識。

1 沉積物中PAHs的暴露水平及分布特征

沉積物中的PAHs在河流、湖泊和海灣等水生環(huán)境中均具有較高的暴露水平，而不同水生環(huán)境PAHs的含量差異顯著。我國海灣沉積物中PAHs平均含量為293.3±143.5ng·g-1，各海灣沉積物中PAHs的平均含量變化較小，并且各湖泊之間的平均含量變化較大，而且各河流間平均含量變化顯著。

對湖泊、海灣和河流沉積物中PAHs暴露水平的對比發(fā)現，河流沉積物中PAHs具有高的暴露水平，尤其在人類活動影響較大、工業(yè)污染較嚴重的松花江、海河，這些河流多集中在北方工業(yè)地區(qū)，加之河流的自我更新能力不及南方，因而造就了河流PAHs的暴露水平偏高。

2 沉積物中PAHs的來源

PAHs主要有自然和人為兩種來源?；馂?、火山噴發(fā)和生物作用是自然過程中PAHs的主要來源，但貢獻較?。籔AHs主要受人類活動影響，如焦化和瀝青產品、煤炭和石油的不完全燃燒、垃圾焚燒、生物質燃燒及石油泄漏等。研究表明2環(huán)和3環(huán)低分子量的PAHs主要來源于石油污染，而4～6環(huán)高分子量的PAHs主要來源于化石燃料的燃燒過程[1]。同分異構體比值法是現在判定沉積物PAHs來源的主要方法，當Ant /（Ant + Phe）小于0.1時，主要是油類排放來源，大于0.1時主要是燃燒來源；Flua/（Flua + Pyr）小于0.4時，意味著油類排放來源，大于0.5主要是木柴、煤燃燒來源，位于0.4～0.5則意味著石油及其精煉產品的燃燒來源[2]。

依據目前常用的PAHs 來源比值方法，表明海灣沉積物中石油類產品和石油化工燃料燃燒對PAHs的貢獻最大，主要原因是輪船對石油的消耗較多以及石油泄漏造成的環(huán)境污染，例如對渤海灣中部、天津近岸海域和遼東灣的研究均表明石油及其燃燒在海灣地區(qū)占其主要來源。湖泊沉積物中PAHs主要來源是石油、煤、木材等化石燃料的燃燒以及車船尾氣排放和油類泄露，這與湖泊周圍居民生活及湖中輪船作業(yè)有著緊密的關系，巢湖、太湖和白洋淀沉積物中PAHs的來源均表明化石燃料燃燒占其主導來源。

3 沉積物中PAHs來源的定量解析

在PAHs源解析方面，主成分分析-多元線性回歸模型、正定矩陣因子分解模型和Unmix模型已經得到廣泛應用，是三種典型的因素分析模型，相關研究表明這三種受體模型是非常有效的，這些受體模型可以根據如下方程描述：

其中：xik是第k個樣品第i個種類的濃度；fpk是第k個樣品第p個來源的濃度；gip是第i個種類第p個來源的濃度；eik是誤差。

對比近年來多環(huán)芳烴源解析模型在相關研究中的實際應用可以發(fā)現，PCA-MLR模型、PMF模型和Unmix模型是三種實踐效果很好的受體模型。之前的研究證明了這三種模型有很好的相關性，PMF模型和Unmix模型能夠識別多環(huán)芳烴的四個主要來源貢獻。而PCA-MLR模型趨向于保守，且只能確認3個來源。大量結果顯示，PMF模型相比PCA-MLR模型和Unmix模型能夠提供更好地結果。

4 沉積物中PAHs的生態(tài)風險評價

低環(huán)數PAHs（2～3環(huán)）能夠對環(huán)境產生顯著的毒性，而高環(huán)數PAHs（4～6環(huán)）的毒性體現在致畸、致癌、致突變方面。美國EPA優(yōu)控的16種PAHs為萘（Nap）、苊烯（Acy）、苊（Ace）、芴（Flu）、菲（Phe）、蒽（Ant）、熒蒽（Flua）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、（Chr）、苯并[b]熒蒽（BbF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1，2，3-cd]芘（IcdP）、二苯并[a，h]蒽（DahA）、苯并[ghi]芘（BghiP），其中BaA、Chr、BbF、BkF、BaP、IcdP 和DahA因有很強的致癌性受到廣泛的關注?，F行的PAHs生態(tài)風險評價方法主要采用沉積物質量基準法、沉積物質量標準法和BaP的毒性當量濃度。

4.1 沉積物質量基準法（SQGs）

河口、海灣和湖泊沉積物中PAHs的生態(tài)風險評估，常使用SQGs，即效應區(qū)間低中值法。SQGs以生態(tài)效應低值（ERL）與生態(tài)效應中值（ERM）作為標志進行PAHs的評價。如果檢測值小于ERL，則PAHs對生物毒害的概率小于10%，很少會產生負面的生態(tài)影響；如果檢測值介于ERL與ERM之間，PAHs偶爾會產生負面的影響； 如果大于ERM，則PAHs對生物毒害概率高于50%，經常產生負面的生態(tài)影響。我們基于以往的研究發(fā)現，BbF、BkF、IcdP、BghiP是高環(huán)致癌的多環(huán)芳烴，沒有最低安全閾值，這幾種PAHs單體只要在環(huán)境中檢出，就會對生物體以及人類健康產生威脅。程啟明等在杏林灣表層沉積物PAHs的分析與風險評估中使用SQGs，表明整個杏林灣流域PAHs的生態(tài)威脅較小，僅僅存在中低度生態(tài)安全效應。

4.2 沉積物質量標準法（SQSs）

SQSs綜合考慮了社會、經濟、自然等方面的因素，是一種更加詳細、具體的分類方法，SQSs標準分為了5個閾值，分別是生物毒性影響的罕見效應濃度值、臨界效應濃度值、偶然效應濃度值、可能效應濃度值和頻繁效應濃度值，這種分類標準可以為學者和相關機構對環(huán)境管理提供參考。母清林等根據SQSs說明長江口PAHs的污染已經具有一定程度的“顯見生態(tài)負效應”，需要采取相應的措施進行污染控制。

4.3 BaP的毒性當量濃度

[BaPE]i=[BaA]i×0.06+[BbF]i×0.07+[BkF]i×0.07+[BaP]i+[DahA]i×0.60+[IcdP]i×0.08

其中：[BaPE]i是第i個樣品BaP當量濃度值（ng·g-1）；[BaA]i、[BbF]i、[BkF]i、[BaP]i、[DahA]i、[IcdP]i分別是第i個樣品中BaA、BbF、BkF、BaP、DahA、IcdP 的PAHs 組分的濃度值（ng·g-1）。

武婷等太湖底泥多環(huán)芳烴評估的結果表明，太湖底泥中PAHs的BaPE為（50.37±19.70）ng·g-1，說明具有一定的潛在毒性；趙學強等對環(huán)太湖河流沉積物中PAHs的源解析表明，沉積物中BaP的毒性當量濃度平均含量為98.8 ng·g-1，與其他研究相比處于較低水平。

5 結語

沉積物中PAHs來源與潛在風險的相關研究對人類社會的發(fā)展具有重要的環(huán)境意義，然而針對沉積物中PAHs的研究依然面臨諸多難題：

①已有研究往往缺乏針對典型水生環(huán)境的持續(xù)深入監(jiān)測，在時間和空間分辨率上尚不能滿足分析PAHs時空變化的規(guī)律。

②針對沉積物中PAHs暴露水平和來源解析的研究往往脫離水生食物鏈而開展，缺乏針對水生食物鏈與沉積物中PAHs儲庫之間聯(lián)系和相互影響的系統(tǒng)研究。

③利用模型方法解析PAHs來源的方法逐漸成為重要的研究手段，然而不同水生環(huán)境、模型的反演能力、適應性以及不確定性評價尚且缺失，需要在未來的研究工作中得到重視。

參 考 文 獻

[1] 母清林，方杰，邵君波，等.長江口及浙江近岸海域表層沉積物中多環(huán)芳烴分布、來源與風險評價[J].環(huán)境科學，2015，36（03）：839-846.

[2] 程啟明，黃青，廖禎妮，等.廈門杏林灣水系表層沉積物中PAHs分析與風險評估[J].環(huán)境科學，2015，36（01）：179-185.