表層沉積物中多環芳烴來源與風險評價的研究進展

康杰　楊艷麗　呂鑫

摘 要：沉積物中多環芳烴（PAHs）的累積是水生環境和水生食物鏈潛在環境風險的來源，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現，表層沉積物中PAHs的暴露水平有顯著的區域差異，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；多環芳烴；暴露水平；生態風險評價

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

多環芳烴是一類化學性質穩定、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在自然環境中的累積和環境效應受到持續的關注。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境中均具有較高的暴露水平，而不同水生環境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、工業污染較嚴重的松花江、海河，這些河流多集中在北方工業地區，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。火災、火山噴發和生物作用是自然過程中PAHs的主要來源，但貢獻較小；PAHs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環和3環低分子量的PAHs主要來源于石油污染，而4～6環高分子量的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。

對比近年來多環芳烴源解析模型在相關研究中的實際應用可以發現，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的生態風險評價

低環數PAHs（2～3環）能夠對環境產生顯著的毒性，而高環數PAHs（4～6環）的毒性體現在致畸、致癌、致突變方面。美國EPA優控的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。現行的PAHs生態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的生態風險評估，常使用SQGs，即效應區間低中值法。SQGs以生態效應低值（ERL）與生態效應中值（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影響。我們基于以往的研究發現，BbF、BkF、IcdP、BghiP是高環致癌的多環芳烴，沒有最低安全閾值，這幾種PAHs單體只要在環境中檢出，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的生態威脅較小，僅僅存在中低度生態安全效應。

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展具有重要的環境意義，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境的持續深入監測，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儲庫之間聯系和相互影響的系統研究。

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芳烴分布、來源與風險評價[J].環境科學，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].環境科學，2015，36（01）：179-185.