工业园区周边土壤中多环芳烃的研究进展

宋康，孙健，段永红

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

工业园区周边土壤中多环芳烃的研究进展

宋康，孙健，段永红

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

主要针对国内工业园区周边土壤中多环芳烃（PAHs）的含量、来源、危害及影响因素等方面的研究进行比较分析与综述，归纳总结了焦化、钢铁、石化等工业园区周边土壤中多环芳烃污染的研究成果，以反映有关工业活动导致的周边土壤多环芳烃污染及其潜在危害。结果表明，工业园区排放的PAHs是其周边土壤PAHs的主要来源，其周边土壤多数已遭受多环芳烃的严重污染，已严重危及企业周边居民的生命健康，应急需普及环境教育、提高人们的环保意识，加大对工业园区周边区域环境污染与防治方面科学研究项目的支持力度，有利于政府部门采用有关研究成果，并严格执法，科学根治工业园区周边土壤多环芳烃的污染，以协调经济发展、社会进步与生态环境的关系。

多环芳烃；工业园区；土壤；影响因素

多环芳烃（polycyclic aro matic hydrocarbons，PAHs）是环境中普遍存在的一类具有三致毒性的微量持久性有机污染物[1]。1976年，美国环保局（USEPA）将16种PAHs列入优先控制的有毒有机污染物名单[2]，其中的7种单体多环芳烃被我国国家环保局公布为优先控制污染物[3]。近年来，随着我国工业化步伐的加快，工业“三废”的种类与数量剧增，使我国局部区域环境污染呈日益加剧的趋势，严重危及工业园区周边区域人群的健康和食品安全。我国是资源大国，由于资源分布的不均衡性导致各个区域污染情况各异，如我国沿海区域的石油工业污染、华北地区煤焦工业污染及东北地区钢铁行业的污染等问题就是其中的典型实例。有关PAHs环境污染的问题，近年来已越来越引起人们的重视。

笔者旨在归纳总结前人对工业园区周边土壤中PAHs污染的研究成果，全面、系统地增强人们对工业园区周边土壤PAHs污染的认识，提高人们对其污染危害的认识水平和环保意识，以促进政府部门制定更为科学的环境保护和管理政策，保障人民生存环境的质量和经济社会的可持续发展。

1 工业园区中土壤多环芳烃的来源

1.1 土壤中多环芳烃来源概述

多环芳烃的来源主要分为自然源和人为源2类，其中，自然源包括森林大火、火山喷发、沉积物的成岩过程、生物转化过程、焦油矿坑内气体的生物合成等[4]；人为源包括煤、石油、天然气等各种矿物燃料、木材、纸张及其他含氢化合物的不完全燃烧或在还原条件下热解生成[5]。WILCKE[6]研究表明，化石燃料的不完全燃烧和高温分解等人为来源是其最重要的来源。环境中来自于化石燃料燃烧产生的PAHs每年约有1.5×105kg，但土壤和植物体内PAHs的背景值仅为10～20μg/kg[7]。大气中的PAHs会通过扩散直接进入土壤或间接通过降水、大气沉降等作用进入土壤，致使土壤承担了90%以上PAHs的环境负荷，成为环境中PAHs重要的储藏与中转站[1]。HATTEMER-FREY等[8-9]的研究表明，土壤是环境中PAHs重要的汇，PAHs在土壤中的含量约占环境中PAHs总量的50%～90%。姚林林等[10]研究表明，工业活动排放的PAHs绝大部分会通过气态或吸附于飘尘的形式由大气干湿沉降进入周边环境土壤中，造成土壤中PAHs的累积。

1.2 工业园区周边土壤中多环芳烃的来源

我国是一个多环芳烃排放大国，同时也是多环芳烃污染大国。ZHANG等[11]研究表明，我国PAHs的年排放总量超过2.5万t，城市平均排放密度为158 kg/km2，局部乡村地区排放密度高达479 kg/km2。XU等[12]研究表明，有机物燃烧、燃煤和炼焦工业是我国环境中PAHs最重要的排放源。MASTRAL等[13]研究证实，焦化行业以煤为主要原料，是人为PAHs的主要来源之一，该行业的各个加工过程中均存在化石燃料的不完全燃烧及焦油、煤气等的排放，这些都可能导致PAHs类物质的排放。工业活动中焦炉煤气、有机化工、石油工业、炼钢炼铁等均有大量的PAHs排放[14]。张枝焕等[15]研究发现，化石燃料燃烧产物输入是北京某工矿企业及周边居民区、农业用地等土壤中PAHs的主要来源。朱媛媛等[16]研究表明，天津市滨海新区工业区、城区、郊区等天津市不同功能区表层土壤中的PAHs主要来源于焦化、煤和天然气的燃烧及机动车的污染排放。田靖等[17]对东北某钢铁厂及其周边居住区、风景区土壤PAHs的污染进行了研究，结果表明，其土壤中PAHs主要来源为焦炉排放、燃煤、柴油燃烧等。蒋煜峰等[18]对兰州市西固区这一中国西部最大的石油化工基地进行了土壤中PAHs的污染研究，结果发现，石油、生物质及煤炭的燃烧均为研究区域土壤中PAHs的主要来源。葛成军等[19]研究发现，南京某钢厂周边农田土壤中PAHs的主要来源是该钢铁工业区产生的气体性排放物。由此可见，工业园区PAHs的排放是其周边土壤PAHs的主要来源。

2 工业园区周边土壤中多环芳烃的污染状况

2.1 工业园区周边土壤中PAHs的含量分析

目前，国内外学者对工业园区周边土壤中多环芳烃的污染问题已进行了许多研究，表1列出了国内一些工业园区及其周边土壤中的PAHs的含量状况。由表1可知，不同区域工业园区用地土壤中PAHs浓度存在很大的差异，东北某钢厂工业园区土壤PAHs含量均值最大，是天津滨海新区工业区土壤PAHs含量均值的32.5倍。不同地区工业园区周边农业用地土壤中PAHs含量差值也很大，如乌鲁木齐农业区土壤中16种PAHs含量均值分别为广州某工业区周边农田土壤、山西省焦化污染区孝义、汾阳、柳林等地周边农田土壤中PAHs含量均值的11.5倍和1.8倍，而兰州市西固区菜地中16种PAHs含量均值更高，是乌鲁木齐地区农业区土壤中16种PAHs含量的2.4倍。同一研究区域工业区土壤中的PAHs含量一般远高于农田土壤中PAHs的含量，如表1中乌鲁木齐和抚顺的土壤；但不同区域相比，兰州市西固区的菜地土壤是天津滨海新区工业区土壤PAHs含量的4.3倍，反映出不同地区PAHs的排放强度和持续时间等因素的巨大差异。

2.2 工业园区周边土壤中PAHs的污染评价

MALISZEWSKA-KORDYBACH[25]在1996年提出了依据土壤中16种PAHs含量总和的污染分级标准，将土壤PAHs的污染分为清洁（Σ16PAHs＜200 ng/g）、轻度污染（200 ng/g≤Σ16PAHs＜600 ng/g）、中度污染（600 ng/g≤Σ16PAHs＜1 000 ng/g）和重污染（Σ16PAHs≥1 000 ng/g）4个级别。据此标准，由均值反映出的各个区域土壤中PAHs的污染程度，仅广州市某工业区周边农田土壤和天津静海土壤PAHs污染为清洁级别；天津蓟县和东北千山风景区土壤PAHs污染为轻度污染；天津市滨海新区工业区土壤和山西孝义、汾阳、柳林等地焦化区周边农田土壤PAHs污染为中度污染，但二者含量均大于980 ng/g，都接近重度污染水平；乌鲁木齐工业区与周边农业区、东北某钢铁工业区与周边居民区、兰州市西固区全部土壤样点与周边菜地土壤样点、东部沿海某城市石化工业区周边土壤中PAHs含量均为重污染级别，且除东部沿海某城市石化工业区周边土壤之外，其他区域土壤PAHs含量均远高于重度污染1 000 ng/g的最低限值。由此可见，多数工业园区产生的PAHs已对其本身及周边区域的土壤造成严重污染。

表1 工业园区及周边土壤多环芳烃污染状况

3 土壤中的多环芳烃对动植物及人体的危害

3.1 土壤中的多环芳烃对植物的危害

在各种环境介质中，土壤中的PAHs可能具有更高的风险[26]。多环芳烃可以对植物的生长造成一定的影响。陈世军等[27]研究表明，PAHs对植物生长产生影响的过程包括穿过植物根皮层而进入木质部、通过根毛细胞累积于茎部及通过运输作用累积于叶部；玉米、大麦和紫花苜蓿等作物，在萘、菲单体质量浓度达到200 mg/L时，萘、菲对其种子萌发产生了抑制作用。邢维芹等[28]研究表明，PAHs单体萘含量达到50 mg/kg以上时，对冬小麦的地下部和茎叶长度均产生随萘含量增大而增大的显著抑制作用。王海翠等[29]研究表明，荧蒽（FLA）和苯并（a）芘（BaP）可以对油菜的叶长、叶宽和地上生物量产生一定的影响，对生物量的影响表现为低浓度起促进作用，而高浓度有抑制作用。熊冠男等[30]研究了山西晋中焦化基地PAHs排放对周边大田卷心菜的影响，结果表明，该区域卷心菜菜心中PAHs最主要的来源为炼焦源，且土壤对其PAHs的贡献率仅次于大气。徐梦等[31]研究表明，PAHs中蒽及荧蒽可对藻类的生长产生抑制作用；蒽可破坏海洋微藻的抗氧化系统及光合系统。

3.2 土壤中的多环芳烃对动物与微生物的危害

多环芳烃会抑制土壤中动物及微生物的生长。环毛蚓能存活于一定浓度的菲、芘污染土壤中，但在重污染环境条件下，菲、芘污染明显抑制了蚯蚓的生长[32]。PAHs可通过对微生物细胞的破坏来抑制其生长是因为水溶性差和稳定的环状结构，PAHs还可能与多功能氧化酶相互作用从而使微生物体内的酶活性受到抑制[33]。BLAKELY[34]研究发现，细菌生物量与一定浓度的PAHs呈正比，而真菌生物量与PAHs单体芘（PYR）、荧蒽（FLA）浓度成反比。张倩等[35]研究发现，山西工矿区的黄土，当PAHs含量为10 mg/kg时，对土壤中微生物群落的生理代谢活性产生了抑制作用。李丽等[36]研究表明，高浓度的菲和芘可对枯草芽孢杆菌菌株产生抑制作用。

3.3 土壤中的多环芳烃对人体健康的危害

PAHs由于其三致毒性作用而严重影响人类的健康。PAHs属间接致癌物且为最早发现、数量最多的一类化学致癌物质[14]。美国US EPA列出的BaA，BaP，BbF，BkF，CHR，DahA和IcdP这7种优控PAHs单体被认为是人体致癌物或可能的致癌物[37]。土壤是环境中PAHs类物质积累的源和汇，土壤中的PAHs可通过2种方式危害人体健康，一种是通过直接接触进入人体；另一种是通过挥发、迁移以及食物链等方式产生间接危害作用[20]。MENZIE等[38]研究表明，环境中化学物质引起的人类及动物癌症病变率高达70%～90%，而PAHs是环境中最大的一类致癌化学物质。于小丽等[39]研究表明，如今肺癌发病率上升的一个重要原因正是有机污染物中PAHs的致癌作用，其中可导致肺癌死亡率上升5%的仅为每100 m3大气中苯并芘（BaP）浓度增加0.1 μg。BaP的含量在我国主要城市都有较高水平，如北京工业区BaP含量为11.45 μg/1 000 m3，而太原工业区的含量是其3倍，达到36.7 μg/1 000 m3[14]。这都大大增加了致癌风险，PAHs污染问题也日益受到广泛关注。

4 影响土壤中多环芳烃浓度的主要因素

4.1 自然环境条件

温度、降水等自然环境条件是影响土壤中多环芳烃浓度的主要因素；PAHs浓度与温度有关，温度上升，PAHs从土壤挥发至大气，反之则从大气中经扩散或颗粒物沉降进入土壤[40]。在10～30℃的范围内，当土壤温度增加时，可加快低分子量PAHs的表观衰减和程度[41]。杨丽萍等[42]研究发现，兰州市大气颗粒物中多环芳烃污染程度较为严重的原因，是其干旱与半干旱气候及特殊的地理环境。

4.2 土壤性质因素

在土壤成土过程中，由于基质母岩的性质不同及环境条件的差异使得土壤的理化性质存在很大的差异，而这些差异必然会对土壤中PAHs的分布产生影响；其中，有机质含量是土壤中PAHs含量的一个重要影响因素。赵健等[43]研究表明，土壤中的有机质与其PAHs的高亲和性是二者吸附行为发生的重要原因；HEYWOOD等[44]研究表明，土壤中PAHs的吸附量与土壤有机质含量呈正相关关系。不同粒径的土壤对PAHs的富集能力也有差异，包桂奇[45]研究发现，水稻土各粒径组分中有机质对多环芳烃的富集能力与粒径大小呈正相关，具体表现为粗砂粒＞细砂粒＞粗粉粒＞细粉粒＞黏粒。

4.3 多环芳烃自身理化性质

不同的单体PAHs有不同的理化性质，由此也会影响其在土壤中的分布。化合物的沸点可用来判断化合物的存在状态（气态、液态、固态）及蒸发热、临界温度等理化性质，辛醇/水分配系数与有机物的环境行为紧密相关[46]，如在低温条件下，3环的芴和蒽消散程度很明显，而4环的屈降解程度有限[41]。

4.4 多环芳烃排放源

大量研究表明，离污染源越近的地方，其土壤中的PAHs含量往往越高，如田靖等[17]研究发现，东北某钢铁厂周边土壤16种PAHs总含量高达1.54×105ng/g，而相同研究区域距离较远的千山风景区的PAHs总含量仅为385 ng/g。党晋华等[47]研究发现，太原小店区污灌区土壤中PAHs含量达到背景值的23.87倍。交通干道两侧也是PAHs重要的富集区域，如WANG等[48]对城市主干道的研究表明，其两侧表土中多环芳烃含量可达2.89×104ng/g。

5 结论与展望

本研究表明，迄今为止，国内对PAHs的研究多集中在一些大城市，而对处于中小城市和郊区农村的独立的焦化、钢铁等工业企业及其周边环境中PAHs污染的研究相对较少；国内多数工业园区已对其本身及周边区域的土壤造成PAHs的严重污染；工业园区PAHs的排放是其周边土壤PAHs的主要来源；工业园区土壤中的PAHs会对植物、动物、微生物和土壤造成潜在的危害，进而危及区域农产品的安全和当地居民的人体健康。

为此，急需普及环境教育、提高人们的环保意识，以督促政府部门尽快制定并严格执行减少多环芳烃等污染物排放的政策，同时也加大对工业园区周边区域环境污染与防治方面科学研究项目的支持力度，建立污染企业周边区域环境介质中PAHs等污染物污染状况动态变化的数据库，从而采用有关研究成果，科学地根治相关工业园区周边土壤及其他环境介质中PAHs的污染，以协调经济发展、社会进步与生态环境的关系。

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Research Review on Polycyclic Aromatic Hydrocarbons（PAHs）in Soil around Industrial Parks

SONGKang，SUNJian，DUANYonghong
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

This paper mainly adopts comparative analysis and induction methods directing against a lot ofresearches on the content, source,harm and influencing factors of polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in the soil around the industrial parks in China.The research results ofPAHs pollution in the soil around the industrial parks,such as coking,iron and steel,and so on,are summarized,being aimed at reflecting the pollution and potential hazards ofpolycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in surrounding soils.The results show that the PAHs emission from industrial parks is the main source of PAHs in the surrounding soil.A large amount of the surrounding soil has been seriously polluted by polycyclic aromatic hydrocarbons which has seriously endangered the health of the residents around the enterprise.It is urgent to popularize environmental education and raise people's awareness of environmental protection.Increasing supporting intensity to researches ofthe environmental pollution and prevention ofsurrounding areas in industrial parks scientifically,will be benefitted the government departments to adopt relevant research results and enforce the law strictly.Thus,the relationship among economic development,social progression and ecological environment will be coordinated.

polycyclic aromatic hydrocarbons;industrial parks;soil;influence factor

X825

：A

：1002-2481（2017）07-1200-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.07.40

2017-04-20

国家自然科学基金项目（41271507）

宋康（1990-），男，山西安泽人，在读硕士，研究方向：土壤与环境。段永红为通信作者。