表层沉积物中多环芳烃来源与风险评价的研究进展

康杰　杨艳丽　吕鑫

摘 要：沉积物中多环芳烃（PAHs）的累积是水生环境和水生食物链潜在环境风险的来源，已有研究缺乏对沉积物中PAHs潜在风险的系统梳理和认识。本文基于当前表层沉积物中PAHs暴露水平、来源、解析方法与生态风险评价的相关研究，通过收集资料和归纳总结已有研究数据发现，表层沉积物中PAHs的暴露水平有显著的区域差异，人为活动导致的石油类产品和石油化工燃料燃烧是沉积物中PAHs的主要来源；定量解析的受体模型方法相对于传统定性的源解析方法来说，可以提供PAHs不同端元贡献比重的定量结果，在PAHs源解析的相关研究中具有重要价值；沉积物中PAHs的生态风险评价方法根据研究目标不同而各异，主要包括沉积物质量基准法（SQGs）、沉积物质量标准法（SQSs）和BaP的毒性当量浓度，SQSs综合考虑了社会、经济、自然等方面的因素，是一种更加详细、具体的定量分类方法。

关键词：沉积物；多环芳烃；暴露水平；生态风险评价

中图分类号： X131 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）29-132-2

0 引言

多环芳烃是一类化学性质稳定、很难自然降解且具有生物积累性的持久性有机污染物，多数单体PAH具有致癌性、致畸性和致突变性，因而当前PAHs在自然环境中的累积和环境效应受到持续的关注。本文基于近十年PAHs在沉积物中的参考文献，从PAHs的暴露水平、来源、解析方法和生态风险评价等方面进行探究，使我们对沉积物中PAHs的研究进展有一个清晰的认识。

1 沉积物中PAHs的暴露水平及分布特征

沉积物中的PAHs在河流、湖泊和海湾等水生环境中均具有较高的暴露水平，而不同水生环境PAHs的含量差异显著。我国海湾沉积物中PAHs平均含量为293.3±143.5ng·g-1，各海湾沉积物中PAHs的平均含量变化较小，并且各湖泊之间的平均含量变化较大，而且各河流间平均含量变化显著。

对湖泊、海湾和河流沉积物中PAHs暴露水平的对比发现，河流沉积物中PAHs具有高的暴露水平，尤其在人类活动影响较大、工业污染较严重的松花江、海河，这些河流多集中在北方工业地区，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 沉积物中PAHs的来源

PAHs主要有自然和人为两种来源。火灾、火山喷发和生物作用是自然过程中PAHs的主要来源，但贡献较小；PAHs主要受人类活动影响，如焦化和沥青产品、煤炭和石油的不完全燃烧、垃圾焚烧、生物质燃烧及石油泄漏等。研究表明2环和3环低分子量的PAHs主要来源于石油污染，而4～6环高分子量的PAHs主要来源于化石燃料的燃烧过程[1]。同分异构体比值法是现在判定沉积物PAHs来源的主要方法，当Ant /（Ant + Phe）小于0.1时，主要是油类排放来源，大于0.1时主要是燃烧来源；Flua/（Flua + Pyr）小于0.4时，意味着油类排放来源，大于0.5主要是木柴、煤燃烧来源，位于0.4～0.5则意味着石油及其精炼产品的燃烧来源[2]。

依据目前常用的PAHs 来源比值方法，表明海湾沉积物中石油类产品和石油化工燃料燃烧对PAHs的贡献最大，主要原因是轮船对石油的消耗较多以及石油泄漏造成的环境污染，例如对渤海湾中部、天津近岸海域和辽东湾的研究均表明石油及其燃烧在海湾地区占其主要来源。湖泊沉积物中PAHs主要来源是石油、煤、木材等化石燃料的燃烧以及车船尾气排放和油类泄露，这与湖泊周围居民生活及湖中轮船作业有着紧密的关系，巢湖、太湖和白洋淀沉积物中PAHs的来源均表明化石燃料燃烧占其主导来源。

3 沉积物中PAHs来源的定量解析

在PAHs源解析方面，主成分分析-多元线性回归模型、正定矩阵因子分解模型和Unmix模型已经得到广泛应用，是三种典型的因素分析模型，相关研究表明这三种受体模型是非常有效的，这些受体模型可以根据如下方程描述：

其中：xik是第k个样品第i个种类的浓度；fpk是第k个样品第p个来源的浓度；gip是第i个种类第p个来源的浓度；eik是误差。

对比近年来多环芳烃源解析模型在相关研究中的实际应用可以发现，PCA-MLR模型、PMF模型和Unmix模型是三种实践效果很好的受体模型。之前的研究证明了这三种模型有很好的相关性，PMF模型和Unmix模型能够识别多环芳烃的四个主要来源贡献。而PCA-MLR模型趋向于保守，且只能确认3个来源。大量结果显示，PMF模型相比PCA-MLR模型和Unmix模型能够提供更好地结果。

4 沉积物中PAHs的生态风险评价

低环数PAHs（2～3环）能够对环境产生显著的毒性，而高环数PAHs（4～6环）的毒性体现在致畸、致癌、致突变方面。美国EPA优控的16种PAHs为萘（Nap）、苊烯（Acy）、苊（Ace）、芴（Flu）、菲（Phe）、蒽（Ant）、荧蒽（Flua）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、（Chr）、苯并[b]荧蒽（BbF）、苯并[k]荧蒽（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因有很强的致癌性受到广泛的关注。现行的PAHs生态风险评价方法主要采用沉积物质量基准法、沉积物质量标准法和BaP的毒性当量浓度。

4.1 沉积物质量基准法（SQGs）

河口、海湾和湖泊沉积物中PAHs的生态风险评估，常使用SQGs，即效应区间低中值法。SQGs以生态效应低值（ERL）与生态效应中值（ERM）作为标志进行PAHs的评价。如果检测值小于ERL，则PAHs对生物毒害的概率小于10%，很少会产生负面的生态影响；如果检测值介于ERL与ERM之间，PAHs偶尔会产生负面的影响； 如果大于ERM，则PAHs对生物毒害概率高于50%，经常产生负面的生态影响。我们基于以往的研究发现，BbF、BkF、IcdP、BghiP是高环致癌的多环芳烃，没有最低安全阈值，这几种PAHs单体只要在环境中检出，就会对生物体以及人类健康产生威胁。程启明等在杏林湾表层沉积物PAHs的分析与风险评估中使用SQGs，表明整个杏林湾流域PAHs的生态威胁较小，仅仅存在中低度生态安全效应。

4.2 沉积物质量标准法（SQSs）

SQSs综合考虑了社会、经济、自然等方面的因素，是一种更加详细、具体的分类方法，SQSs标准分为了5个阈值，分别是生物毒性影响的罕见效应浓度值、临界效应浓度值、偶然效应浓度值、可能效应浓度值和频繁效应浓度值，这种分类标准可以为学者和相关机构对环境管理提供参考。母清林等根据SQSs说明长江口PAHs的污染已经具有一定程度的“显见生态负效应”，需要采取相应的措施进行污染控制。

4.3 BaP的毒性当量浓度

[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个样品BaP当量浓度值（ng·g-1）；[BaA]i、[BbF]i、[BkF]i、[BaP]i、[DahA]i、[IcdP]i分别是第i个样品中BaA、BbF、BkF、BaP、DahA、IcdP 的PAHs 组分的浓度值（ng·g-1）。

武婷等太湖底泥多环芳烃评估的结果表明，太湖底泥中PAHs的BaPE为（50.37±19.70）ng·g-1，说明具有一定的潜在毒性；赵学强等对环太湖河流沉积物中PAHs的源解析表明，沉积物中BaP的毒性当量浓度平均含量为98.8 ng·g-1，与其他研究相比处于较低水平。

5 结语

沉积物中PAHs来源与潜在风险的相关研究对人类社会的发展具有重要的环境意义，然而针对沉积物中PAHs的研究依然面临诸多难题：

①已有研究往往缺乏针对典型水生环境的持续深入监测，在时间和空间分辨率上尚不能满足分析PAHs时空变化的规律。

②针对沉积物中PAHs暴露水平和来源解析的研究往往脱离水生食物链而开展，缺乏针对水生食物链与沉积物中PAHs储库之间联系和相互影响的系统研究。

③利用模型方法解析PAHs来源的方法逐渐成为重要的研究手段，然而不同水生环境、模型的反演能力、适应性以及不确定性评价尚且缺失，需要在未来的研究工作中得到重视。

参 考 文 献

[1] 母清林，方杰，邵君波，等.长江口及浙江近岸海域表层沉积物中多环芳烃分布、来源与风险评价[J].环境科学，2015，36（03）：839-846.

[2] 程启明，黄青，廖祯妮，等.厦门杏林湾水系表层沉积物中PAHs分析与风险评估[J].环境科学，2015，36（01）：179-185.