贵阳市道路地表灰尘中多环芳烃的分布特征及生态风险评估

王 娅，贺华中，林 野，杨 成，严 敏，王雅洁

（1.贵州民族学院 化学与环境科学学院，贵阳 550025；2.贵州省疾病预防控制中心，贵阳 550004）

贵阳市道路地表灰尘中多环芳烃的分布特征及生态风险评估

王 娅＊，贺华中1，林 野2，杨 成1，严 敏1，王雅洁1

（1.贵州民族学院 化学与环境科学学院，贵阳 550025；2.贵州省疾病预防控制中心，贵阳 550004）

采用高效液相色谱法对贵阳市道路地表灰尘中16种多环芳烃（PAHs）进行了定量分析，研究了贵阳市道路地表灰尘中PAHs在不同功能区分布特征，并分析了其可能来源。最后以单因子指数、内梅罗综合指数评价法和苯并（a）芘的等效致癌毒性（BEQ）评价标准对PAHs的生态风险进行了评价。结果表明，贵阳市道路地表灰尘样品中PAHs的质量分数在88.1～13 192.7μg／kg之间，各个功能区地表灰尘PAHs质量分数有明显差异，最高值出现在交通要道，最低值出现在公园。生态风险评价表明，贵阳市地表灰尘中以交通要道和工业区两个功能区已受到严重的PAHs威胁，具有较为严重的生态风险.

地表灰尘；多环芳烃；分布特征；风险评估

多环芳烃（Polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs）是一类重要的持久性有机污染物（persistent organic pollutants，POPs），大多具有长期残留性和生物蓄积性，也具有很强的致癌、致畸、致突变效应［1］，其中有16种多环芳烃被美国环境保局列为优先控制污染物名单［2］，受到国内外研究者的极大关注.城市是人类生存活动的重要场所，而城市地表灰尘是多环芳烃重要存在之处，城市地表灰尘对生态系统的破坏是隐蔽的、潜在的、长期的［3］.同时，地表灰尘中的多环芳烃在一定条件下能够挥发或通过再悬浮迁移至大气中，与大气降尘、飘尘相互转化，通过呼吸道进入人体，从而威胁人体健康［4］，或随地表径流被冲刷至受纳水体，成为多环芳烃的二次污染源［5］.贵阳市作为省会城市，随着城市人口增多，交通运输、工业生产快速增长，城市环境中污染物也势必增多，有关贵阳市道路地表灰尘中多环芳烃的污染状况的研究尚未见报道.本文研究了贵阳市道路地表灰尘中PAHs的分布特征，并对其来源和潜在生态风险进行了初步的分析和评价，以期为贵阳市环境保护和管理提供科学理论依据，也为其他城市进行相关研究提供借鉴和参考.

1 材料与方法

1.1 样品采集

将贵阳市不同功能区（工业区、交通要道、公园、生活区、学校、）共选择有代表性采样点15个，采集地表灰尘样品时用毛刷和玻璃瓶，距路缘石1 m内收集样品，每个采样点处采集的样品混合均匀，组成一个采样点地表灰尘的样品.采样前一周及采样期间均为晴天，共采集样品15个，其中工业区（贵州轮胎厂、贵钢、贵州水泥厂编号为1、2、3号）、交通要道（三桥、花香村、火车站编号为4、5、6号）、公园（黔灵公园、森林公园、南郊公园编号为7、8、9号）、生活区（大十字住宅区、凤凰翠堤小区、扁井住宅区编号为10、11、12号）、学校（贵州师范大学、贵大艺术学院、贵阳市第九中学编号为13、14、15号）.样品及时带回实验室，去除植物碎屑等杂物，用真空冷冻干燥机冷冻干燥，过200目筛，冷冻待用.

1.2 样品的前处理

取干燥后的地表灰尘样品，研磨并过70目筛，分析时称取样品20g，在40mL丙酮－二氯甲烷（1∶1，V／V）混合液中超声萃取20min，离心分离，萃取离心重复2次，合并萃取液过无水硫酸钠干燥柱除水，转换溶剂为正己烷，浓缩至2mL左右待净化.使用硅胶固相萃取柱净化，控制流量为2s／滴.先用5mL正己烷活化SPE柱，加入萃取液并用2mL正己烷洗涤容器，弃掉以上过柱液，再用5mL正己烷－二氯甲烷（3∶2，V／V）混合液淋洗SPE柱，收集淋洗液，转换溶剂为乙腈，氮吹定容至1.0mL，待测定.

1.2.1 仪器和试剂试剂：1 000mg／L 16 种PAHs标准混合储备液（萘（Nap）、二氢苊（Ac－Ny）、苊（AcNe）、芴（Fl）、菲（PhA）、蒽（An）、荧蒽（FlA）、芘（Py）、苯并（a）蒽（BaA）、屈（Chy）、苯并（b）蒽（BbF）、苯并（k）荧蒽（BkF）、苯并（a）芘（BaP）、二苯并（a，h）蒽（DBahA）、苯并（g，h，i）芘（BghiP）、茚并（1，2，3－cd）蒽芘（IP））.丙酮、二氯甲烷、正己烷和乙腈均为色谱纯；水为超纯水.

1.2.2 PAHS的测定 PAHs的测定用Shimadzu LC－20A液相色谱仪，配备SPD－20A紫外检测器，色谱柱为 Waters PAH C18（4.6mm×250mm，5μm）；进样量：20μL；柱温：25℃；流量：1.0 mL／min；紫外检测器波长254nm；流动相乙腈和水，进行梯度洗脱，流速为1.0mL／min，测定了16种PAHs的质量分数，文中PAHs总量是指16种PAHs的质量分数的总和.

2 结果与讨论

2.1 贵阳市道路地表灰尘中PAHs赋存总量

图1 贵阳市道路地表灰尘中PAHs总量Fig.1 The total PAHs concentrations in road dust of Guiyang city

从图1中可以看出，贵阳市各功能区地表灰尘样品中均检测出含PAHS，其PAHS的质量分数在88.1～13192.7μg／kg之间，总量均值为1 928.66μg／kg.与国内如上海市地表灰尘冬季样品中PAHs质量分数（9 176～32 573μg／kg）［6］，福州市区街道灰尘中PAHs质量分数（1 029.5～5 182.0μg／kg）［7］相比，贵阳市道路地表灰尘样品中 PAHs质量分数明显低于上海和福州两城，处于中等水平.

2.2 不同功能区道路地表灰尘中PAHs的分布特征

由图2可以看出，各功能区道路地表灰尘中PAHs分布具有显著差异，最高值为交通要道（6 217.9μg／kg），工业区（1 552.3μg／kg）和学校（1 029.3μg／kg），可以看出工业生产过程燃煤使用和车辆燃油燃烧排放对PAHs的贡献较高.此外，公园（341.2μg／kg）和生活区（322.6μg／kg）道路地表灰尘中PAHs最低，这主要是这类功能区产生PAHs污染的来源较少的缘故.

图2 PAHs总量的功能区差异Fig.2 Total PAHs in various functional areas

2.3 多环芳烃来源分析

环境中多环芳烃的来源比较复杂，不同成因的多环芳烃具有结构和组分上的差异.不同环数的PAHs，其相对丰度可以反映来自热解或石油类污染［8］.一般认为，2～3环的低分子量PAHs组分通常来原于石油类污染或天然成岩过程，4环及以上高分子量PAHs组分多来源于化石燃料高温燃烧［9］.

目前判断PAHs污染来源的方法主要有两种：一种是不同环数PAHs相对丰度法，另一种方法是特征比值法，两种方法都是用来判断PAHs来源最常见的方法.本文根据第一种方法利用Soclo等［10］得出的结论：当低环与高环PAHs含量比值（LPAHs／HPAHs）小于1，表明多环芳烃主要源于燃烧源；当低环与高环PHAs含量比值大于1，则表明多环芳烃主要源于石油类污染.贵阳市地表灰尘.LPAHs／HPAHs的比值见表1.

表1 贵阳市地表灰尘LPAHs／HPAHs的比值Tab.1 Ratios of LPAHs／HPAHs in road dust from Guiyan

本研究中各功能区中低环与高环PAHs含量比值均小于1（表1），说明各功能区的多环芳烃主要来源于燃烧源.此外，从表1中还可以看出，交通要道和工业区的高环PAHs含量显著高于其它三个功能区，这与这两个功能区大量的交通工具燃油燃烧和煤炭燃烧排放出大量的高环芳烃所致.

2.4 贵阳市道路地表灰尘生态风险评价

2.4.1 单因子指数法评价贵阳市道路地表灰尘受PAHs污染程度 单因子指数法常被用来对污染物质的污染水平进行评价，能够有效地表达单项指标的影响程度.目前，我国尚无地表灰层中PAHs的允许残留量标准，本文尝试引用荷兰土壤PAHs的评价和治理标准中的C项标准［11］（治理精度要求不高时的标准）进行评价，按单因子指数法公式［12］：

根据给出的10个组分PAHs评价参比值计算出相应的单因子指系数，计算各评价指标，结果见表2.并结合已经被广泛采用的与污染程度的对应关系进行贵阳市道路地表灰尘受PAHs污染程度评价.

表2 贵阳市不同功能区地表灰尘中PAHs各组分的污染系数／（ug／kg）Tab.2 The coefficients of PAHs in road dust from Guiyan／（ug／kg）

从贵阳市区整个地表灰尘受污染情况看，主要受到萘、菲、苯并（a）蒽和苯并（a）芘污染为主，交通要道染也受到屈的高度污染，各功能区在采样范围内未受苯并（g，h，i）芘、茚并（1，2，3－cd）蒽芘污染.

2.4.2 内梅罗指数法评价贵阳市道路地表灰尘受PAHs污染程度 单因子指数能够有效反映单个污染物的污染程度，但是多种污染物的综合污染有时需要与综合指数共同来评价受污染程度.内梅罗综合指数法被广泛运用于持久性有机污染物，特别是应用于PAHs的污染评价［13］：

贵阳市地表灰尘内梅罗综合污染指数计算结果见表3.

表3 贵阳市地表灰尘BAHs综合污染指数Tab.3 The Pvalues of PAHs in road dust from Guiyan

根据内梅罗综合指数P值范围：安全（P≤0.7），警戒限（0.7＜P≤1），轻污染（1＜P≤2），中污染（2＜P≤3），重污染（P＞3），从表3中可以看出，除公园处于安全范围外，其余功能区均受到不同程度污染，尤以工业区和交通要道处于重污染程度，这与这两个功能区的工业生产燃煤排放和汽车尾气排放有很大关系；学校功能区由于处于市中心交通区和学校燃煤排放也处于中度污染程度；公园虽处于安全水平，但也紧逼警戒限，也应引起重视.

与单因子指数法进行共同评价可以看出，贵阳市区地表灰尘受PAHs污染也处于较高污染水平，已经具有很高的生态风险，尤应引起重视.

2.4.3 贵阳市道路地表灰尘的健康风险评价 目前国内外的环境生态健康评价主要是在污染物毒性分类的基础上进行评价.本文根据多环芳烃对人的毒性主要表现为致癌性，不同环数其差异较大；一般而言，低分子量PAHs的致癌性较低，而某些高分子量PAHs具有相对较强的致癌性［14］.为了比较PAHs单体的致癌性，通常将其与Bap的毒性相比较，得到PAHs单体的毒性当量因子（Toxic equivalent factor，TEF）；使用毒性当量因子将其他PAHs单体的质量分数转化为相当于Bap的质量分数（Bapeq）.并用：苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）i＝组分的浓度×组分i的 TEF［15］，将各PAHs混合物组分的BEQi累加，即可获得混合物的整体毒性当量.

贵阳市区地表灰尘中PAHs整体苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）不同季节分布规律如图3所示.

图3 贵阳市不同功能区地表灰尘中PAHs的BaPeq水平／（μg／kg）Fig.3 BaPeqlevel in road dust from Guiyan

由图3可以看出，在采样范围内，贵阳市区各功能区的BaPeq水平在36.4～1 551.2μg／kg范围内.以交通要道（BaPeq＝1 551.2μg／kg）和工业区（BaPeq＝144.3μg／kg）已超100μg／kg标准［13］.出现这种情况的原因可能是交通要道车辆较多，排放尾气较其它功能区多和工业区工业生产燃煤燃烧排放及空气流通状况较差等所致.其它功能区BaPeq水平虽在标准范围内，但仍存在潜在的健康风险.

3 结论

贵阳市道路地表灰尘中PAHs质量分数在88.1～13 192.7μg／kg，PAHs总量均值1 928.66μg／kg与国内一些城市相比，处于中等污染水平.各PAHs组分以高分子量组分贡献最大，尤以4环PAHs最为明显.

各个功能区PAHs的分布具有明显差异，最大值出现在交通要道，最小值出现在公园.所有功能区样品中，均以4～6环PAHs为主，很可能PAHs主要来自于石化燃料与燃煤的不完全燃烧.

单因子指数和内梅罗综合指数评价结果表明，贵阳市城区交通要道和工业区地表灰尘已经受到PAHs的严重污染，其它功能区也分别受到一定的PAHs影响，虽影响程度尚不显著，仍应引起重视.此外，贵阳市城区交通要道和工业区地表灰尘中整体苯并（a）芘等效致癌毒性（BEQ）已严重超标，已经具有很高的生态风险.其它功能区BaPeq水平虽在标准范围内，但存在潜在的生态风险.

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Distribution and ecological risk assessment of PAHs in road dust of Guiyang urban area

WANG Ya1，HE Huazhong1，LING Ye2，YANG Chen1，YAN Min1，WANG Yajie1
（School of Chemistry and Environmental Science，Guizhou University for Nationalities，Guiyang 550025）

In the present study，16polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）in road dust of Guiyang urban area were quantitatively determined by HPLC.Distribution characterization and possible sources of PAHs in road dust from Guiyang urban area were analyzed.The ecological risks of PAHs in road dust of Guiyang urban were assessed according to the single index，N.L.Nemerow composite index and benzo［a］pyrene equivalency quality（BEQ）methods.The results showed The content of total PAHs were between 88.1and 13192.7μg／kg.The difference of PAHs concen－trations in road dust from functional areas were also obvious.PAHs concentrations in road dust were higher at traffic area than those in other areas.Evaluation of the ecological risks of PAHs in the study area indicated that there were heavily polluted by PAHs at traffic area and industrial estate.

road dust；polycyclic aromatic hydrocarbons（PAHs）；distribution；ecologicalrisk

F205

A

1000－1190（2012）04－0483－05

2012－01－04.

贵州省科学技术基金项目（黔科合J字第［2009］2037号）.

＊E－mail：825248356＠qq.com.