半岛表层布特德斯二析及南极源解环芳土壤烃分中多征菲尔风险评价

2结果与讨论

2.1土壤中16种PAHs的南极含量

菲尔德斯半岛20个表层土壤样品中16种PAHs含量分布见表2，∑₁₆PAHs含量如图2所示。半岛表层布特其中InP在大部分站点样品中未被检测到，土壤烃分BaA、中多征源Chr、环芳BaP、解析及风DbA和BghiP在部分站点中未检出，险评其余10种PAHs在所有站点中均有检出。南极PAHs浓度范围为2.37～27.31ng·g^-1，半岛表层布特平均含量为9.82ng·g^-1。土壤烃分与马新东等报道的中多征源菲尔德斯半岛土壤介质中PAHs含量(68.9～374ng·g^-1)相比，浓度有所降低。环芳低于北极新奥尔松区域土壤中PAHs平均含量(191ng·g^-1)，解析及风更是险评低于王小萍等报道的珠穆朗玛峰的PAHs浓度(168～595ng·g^-1)。其中，南极风暴湾的含量最低为2.37ng·g^-1，长城站的含量最高为27.31ng·g^-1。

总PAHs含量较高的站点是长城站、企鹅岛、俄罗斯站和机场东，相比于其他站点，俄罗斯站、长城站和机场东这三个站点PAHs含量高的一个可能原因是研究站和机场附近人类活动比较频繁，受到人类日常活动以及飞机燃料泄漏、尾气排放产生一定污染的影响。机场东、西两个站点相距较近，但其浓度有一定差异，分析其原因可能为:机场东位于机场跑道的起点，机场西位于跑道终点，飞机飞行过程中的燃料泄漏及尾气排等污染对机场东的PAHs浓度影响较大;机场西靠近海岸，受人类活动影响较小，而机场东附近有建筑物，人类活动较为频繁，因此由人类活动所带来的PAHs污染问题在机场东更为突出。企鹅岛PAHs含量较高的原因可能是由于土壤中含有企鹅的排泄物，有机质含量相对较高，PAHs化合物易于富集在有机质含量高的土壤中所致。

2.2PAHs的组成特征及源解析

由于环境中PAHs来源不同，PAHs在苯环数量及排列方式上有所不同，但是在PAHs迁移和沉降等环境过程中组分保持相对稳定。因此，PAHs的不同组分特征可以作为环境中PAHs来源的一个依据。依据16种PAHs的苯环个数差异，划分为低环(2、3环)、中环(4环)和高环(5、6环)PAHs3类。低环PAHs主要来源于石油源，中环和高环PAHs主要来源于化石燃料及生物质的不完全燃烧。菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs组成比例如图3所示。从图3可以看出，研究的所有站点中，低环PAHs占比为40.44%～95.72%，中环PAHs占比为2.31%～42.46%，高环PAHs占比为0.61%～30.69%。所以，低环PAHs是此研究区域的主要PAHs。机场东、企鹅岛站点的样品中所检测出的中环PAHs、高环PAHs占比与低环相当，推断此采样点表层土壤中PAHs来源为石油源和燃烧源的混合来源，这可能是机场东、企鹅岛站点PAHs浓度较高的一个原因，而俄罗斯站和长城站以低环PAHs为主，其浓度较高的原因需进一步研究。其他站点的样品中PAHs组成以低环为主，石油源可能为主要来源。有研究表明，低环PAHs具有更强的挥发性，更容易随着大气传输，所以，在一定程度上受到大气传输的影响。

环境中PAHs来源可以根据不同PAHs的浓度比值进行初步判断，本文根据测得的样品浓度计算了四种特定的PAHs比值，即Ant/(Ant+Phe)、Fla/(Fla+Pyr)、Fla/Pyr和LMW/HMW(低环PAHs/中、高环PAHs)。有研究表明，当Ant/(Ant+Phe)小于0.1，说明存在石油源，Ant/(Ant+Phe)大于0.1说明燃烧源影响较大。Fla/(Fla+Pyr)小于0.4为石油源，Fla/(Fla+Pyr)大于0.5表示煤、木材等生物质燃烧，0.4～0.5之间代表石油燃烧。Fla/Pyr小于1、LMW/HMW大于1时，表明PAHs来源于石油，Fla/Pyr大于1、LMW/HMW小于1，表明来源于煤炭、生物质和石油燃烧。这些比值结果将有助于分析菲尔德斯半岛土壤中PAHs的来源，菲尔德斯半岛样品浓度的四种比值结果见表3，比值对比图如图4所示。结果显示，Ant/(Ant+Phe)小于0.1的站点占80%，Fla/Pyr小于1的站点占90%，所有站点的样品LMW/HMW均大于1，初步推断其PAHs主要来自石油源。长城站、机场东、乌拉圭站和风谷站点Fla/Pyr的值接近1，表明受到化石燃料等高温燃烧的影响较大。Fla/(Fla+Pyr)的结果主要集中在0.4～0.5之间，可能来源是石油燃烧。综上所述，通过比值法初步判定研究区域内PAHs主要来源于石油直接污染及燃烧。

用同分异构体比值法判定多环芳烃来源通常会受到很多外界因素的干扰，例如大气沉降、PAHs的挥发性等，导致分析结果不够准确，故采用主成分分析法(PCA)进一步解析PAHs的来源。对菲尔德斯半岛土壤中16种PAHs的检测结果表明，大多数样品中没有检测到InP，该化合物不参与主成分分析，对其他15种PAHs进行PCA分析以确定其来源。根据特征根因子大于1，主成分分析矩阵见表4。从表4可以看出，菲尔德斯半岛土壤中PAHs来源可提取出4个主成分，共解释了方差变量的85.464%，其中成分1—4分别为34.523%、22.553%、16.201%和12.186%。在成分1中，低环PAHs占载荷较大，主要包括Nap、Acy、Fle和Ant。其中，Nap化学性质不稳定，易挥发，可能受到大气远距离传输的影响，也有研究指出Nap来源于石油泄漏，Acy和Ant主要来源于石油和相关产物在生产和运输过程中的泄漏;Fle主要来源于焦炭源。故低环PAHs载荷较高的成分1以石油源为主，这与前文判断相吻合。DbA和BghiP在成分2中载荷较大，两者是汽油燃烧的代表物。成分3主要由BbF和BkF确定，故代表柴油燃烧源。最后成分4载荷较大的是BaA和Chr，BaA被认为是汽车尾气代表物，而Chr则被认为是煤的燃烧。综合分析可见菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs主要来源于石油和石油燃烧，一定程度上受到大气远距离传输的影响，与比值法判断结果基本一致。

2.3PAHs的生态风险评价

为了评估菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs的潜在风险，将所测得的16种PAHs含量与荷兰土壤16种PAHs标准值进行了比对，结果见表2。参照荷兰土壤质量标准，16种PAHs均在标准值安全范围内。虽然Acy、Ace、Fle、Pyr、BbF和DbA没有规定最低安全值，而且这6种PAHs只在部分站点中检出且含量较低，但由于南极生态系统较为脆弱、生物多样性较少，微量污染元素的存在可能会对极端的南极环境产生一定的副作用和毒性，所以不能忽视南极环境潜在的生态风险。菲尔德斯半岛土壤中16种PAHs含量与中国土壤环境质量第一标准限值进行比较(表2)，结果表明16种PAHs均处于第一标准限值内。Maliszewska-Kordybach[35]根据土壤中PAHs的污染程度划分了4个等级，∑PAHs含量小于200ng·g^-1，属于无污染;∑PAHs含量介于200～600ng·g^-1之间，属于轻度污染;∑PAHs含量介于600～1000ng·g^-1，属于重度污染;∑PAHs含量大于1000ng·g^-1，属于重度污染。从图2可知，菲尔德斯半岛∑₁₆PAHs含量小于200ng·g^-1，即无污染状态。综合比较以上3种土壤质量标准结果表明，研究区域处于低生态风险水平，但是日益频繁的科考、旅游、海上运输等人为活动在南极地区产生了一定的污染，且PAHs在土壤中分解缓慢，具有长期滞留性，其潜在的环境毒性绝不能被忽视。

3结论

1.南极菲尔德斯半岛表层土壤中16种PAHs均有检出，∑₁₆PAHs含量范围为2.37～27.31ng·g^-1，平均含量为9.82ng·g^-1。最高值出现在长城站样品，俄罗斯站、长城站、机场东等有人类活动的站点相比其他站点PAHs含量较高。除企鹅岛站点的样品中所检测出的中环PAHs、高环PAHs占比与低环相当外，其他站点的样品均以低环PAHs为主。

2.利用PCA对菲尔德斯半岛表层土壤中PAHs进行源解析，与比值法判断结果基本一致，主要来源于石油源和石油燃烧源的混合源，且一定程度上受到大气远距离传输的影响。

3.综合3种土壤质量标准结果表明，菲尔德斯半岛地区处于低生态风险水平，但由于南极生态环境的特殊性，且不同程度地检测出16种PAHs，潜在的生态风险仍不能被忽视。

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