上海地区土壤中持久性有机污染物污染特征、分布及来源初步研究

【摘要】： 由于人口增长和工业迅猛发展,固体废物堆放倾倒、有害废水向土壤中渗透和污水灌溉、大气干/湿沉降等使土壤持久性有机污染物(POPs)污染日益严重。一些POPs具有突出的“三致”作用(致癌、致突变、致畸形)和内分泌干扰特性,日益受到人们的关注。土壤中的POPs可通过挥发、扩散、迁移,污染大气、地表水体和地下水,并可通过生物富集和生物放大作用在生物体内富集,最终危及人体健康。因此,土壤中POPs污染是一个亟需研究和解决的问题。本研究利用气相色谱-质谱(GC/MS)和气相色谱(GC/ECD)方法,对91个上海城区和农村表层土壤样品中的典型POPs包括PAHs,OCPs,PBDEs和PCBs的污染水平、空间分布特征、异构体组成特征、可能的污染来源和潜在的生态风险进行了系统的研究,旨在了解上海地区土壤中典型POPs的污染状况和潜在风险,为我国履行POPs公约提供科学依据。主要研究结果如下: (1)上海市城区土壤中22种多环芳烃(PAHs)的污染浓度在442~19700μg·kg-1之间,平均含量3780μg·kg-1;农村及郊区土壤中22种PAHs的浓度在141~2370μg·kg-1之间,平均浓度为757μg·kg-1。上海市城区土壤中PAHs的总量显著高于农村及郊区土壤。城区不同功能区土壤中的含量由高到低的次序为:路边样绿化带公园商业区居民区。农村及郊区土壤PAHs污染较高的区域主要在上海西部和南部区域,低污染浓度分布在崇明岛。无论是上海城区土壤还是农村及郊区土壤,污染主要以高分子量的致癌性PAHs为主,其中以Flu,Pyr,BbF和Chr为主要污染物。主成分分析和异构体比值法分析结果表明,上海市土壤中PAHs主要来源于燃烧源,尤其是化石燃料的燃烧。采用毒性当量评价方法对研究区域土壤中PAHs潜在致癌性分析显示,研究区域内城区土壤PAHs具有一定的潜在致癌性,特别是路边土壤样品中毒性当量浓度(TEQ)较高,应当引起重视。而农村土壤中PAHs潜在致癌性较低。 (2)上海市土壤样品中六氯苯(HCB)、六六六(HCHs)和滴滴涕(DDTs)的检出率较高,为上海市土壤中主要有机氯农药(OCPs)污染物。上海市城区土壤中OCPs残留范围在3.28~94.7μg·kg-1之间,农村及郊区土壤样品中OCPs农药残留范围在3.16μg?kg-1~265μg?kg-1之间。无论是城区还是农村及郊区土壤,其OCPs残留都以p,p′-DDE为主,占OCPs残留总量的60%以上。从整个分布来看,农村及郊区OCPs污染高的区域主要分布在南部和西部区域;城区不同功能区土壤中,公园和绿化带可能存在历史使用污染,导致其残留高于其它功能区。根据OCPs残留组成推断,试区土壤残留的OCPs主要来源于历史应用,DDT主要是工业DDT和三氯杀螨醇的混合源;HCH则大部分来源于工业HCH,但部分采样点可能来源于林丹污染;氯丹及硫丹部分采样点可能存在近期污染。与我国土壤环境质量标准(GB15618-1995)和荷兰及加拿大土壤环境质量标准以及其它地区OCPs污染残留量比较,上海市土壤HCH残留水平较低。尽管DDT残留量低于其它研究区域,但部分采样点残留量高于国家一级标准。同时生态风险分析显示,DDT残留存在一定的生态风险,因此对研究区域内土壤中DDTs污染应当引起重视。 (3)上海市城区土壤中检出的28种多溴二苯醚(PBDEs) (不包括BDE209)的浓度在22.3 ~889 ng·kg-1之间,平均含量258 ng·kg-1;BDE209浓度在0.291 ~ 2910 ng·kg-1之间,平均为477 ng·kg-1。农村及郊区土壤中检出的31种PBDEs (不包括BDE209)的浓度为41.7 ~ 962 ng·kg-1,平均为175 ng·kg-1;BDE209的浓度为33.2~796 ng·kg-1,平均浓度为254 ng·kg-1。农村及郊区土壤中低溴代PBDEs检出率和污染水平要高于城区土壤中低溴代PBDEs,而总量来看,无论是PBDEs总量还是BDE209,农村及郊区土壤中污染水平要低于城区土壤样品。城区污染浓度较高的点主要是P2、G11、G7、L11和C8。低污染浓度样品主要分布在居民区和马路边样。在农村及郊区土壤中较高浓度PBDEs主要是分布在金山区、闵行区、奉贤区和宝山区,崇明岛的污染水平较低。上海市土壤污染物主要以高溴代PBDEs为主,而少部分样品则以四到六溴代为主。相关性分析显示,土壤中PBDEs与TOC具有显著相关性,表明TOC是影响上海市土壤中PBDEs持留的重要因素之一。PBDEs组成特征和统计分析表明,上海市土壤中PBDEs主要来源于十溴和五溴工业品。同时,部分采样点可能存在八溴工业品来源的污染。本研究结果与同类研究结果比较分析显示,研究区域内PBDEs污染高于背景土壤,但显著低于其它有直接污染源的区域,对于当前PBDEs污染应当引起重视,需要进一步监测与研究。 (4)上海市城区土壤中共检出74种PCBs同类物,城区土壤中PCBs的污染浓度在232~11300 ng·kg-1之间,平均含量3060 ng·kg-1。城区土壤污染浓度较高采样点主要是C4、C5、G6、G8、G9、L5、R1和R4,污染程度较高的区域主要是商业区和绿化带,低浓度样品主要分布在居民区和马路边样。农村及郊区土壤中共检出62种PCBs同类物,PCBs的污染浓度为71.7~2530 ng·kg-1,平均含量为534 ng·kg-1。农村及郊区污染浓度较高采样点主要是BS2、SJ6、JS4和FX4,从采样区域来看,整体污染水平较低,其污染可能主要来源于城区污染导致的区域大气沉降或是全球大气传输所致。城区土壤大部分采样点污染主要以四氯代、五氯代和六氯代同族体为主,而少部分则以三氯代和四氯代同族体为主;农村及郊区土壤污染主要三氯代和四氯代同族体为主,表明城区和农村PCBs来源不同。土壤中PCBs组成特征及统计分析显示,城区PCBs主要源于Aroclor1242和1254工业品,而农村主要来源于Aroclor1242工业品。相关性分析显示,土壤中PCBs与TOC具有明显相关性,表明TOC是影响上海市土壤中PCBs持留的重要因素之一。本研究结果与同类研究结果比较分析显示,研究区域内PCBs污染高于国内外背景土壤中PCBs水平,但显著低于其它有直接污染源的区域。