永久基本农田土壤中多环芳烃分布特征及来源分析

2020-08-11王倩

科学技术创新 2020年22期

王倩

（上海市地质勘查技术研究院，上海200000）

调查区域本身就是人员规模较大、环境容量相对有限以及用地资源比较不足的特大型城市。基于长远角度来讲，用地资源整体数量具有的限制性以及可使用数量快速降低的主要发展趋势并不会产生相关的变化，资源环境逐渐促使经济社会呈现约束性发展。为更好的提升城市环境质量、人民生活质量、城市竞争力，对该地区的土地资源进行环境质量监测分析是十分必要的。

多环芳烃（英文全称是Polycyclic aromatic hydrocarbons，简要称其为PAHs）其本身就是土壤内经常性具有的一种长时期的有机性污染物，但是其自身一般具备导致畸形、癌症以及基因突变等相关特单，由此受到国内外相关人员的极度关注。针对华东某地区的永久基本农田，该调研活动研究通过将美国环保单位所确定为环境优先管控污染物中十六类PAHs 当做自己调研的主要对象，开展表层土壤多环芳烃（PAHs）分布特征、来源分析及污染风险评估，从有机环境污染角度评估永久基本农田的生态安全。

1 资料收集

土地环境质量调查评价是以土地质量地球化学调查为基础，进行土壤学、环境科学、生态学、土地规划等多学科综合研究，进而开展土地质量地球化学评价，主要收集以下资料：

（1）自然地理背景资料，包括气象水文、地形地貌、土壤类型、水文地质等资料；

（2）土地利用现状相关资料和发展规划等与土地利用相关的各种资料；

（3）社会经济发展状况、城镇发展以及生态环境和存在的问题等有关资料；

（4）已有环境地球化学调查、生态地球化学评价及其他地球化学调查资料；

（5）其它资料，如区域农业、环境、土地利用规划等相关行业新闻及成果资料等；

（6）国家、行业或部门以及地方的相关标准。

2 研究方法

2.1 样品采集及预处理

根据华东某地区土地利用现状，积极借鉴国内外相关方法技术，充分吸收环保、农委等相关部门的土壤环境质量调查经验，优化样点布设、样品采集、样品加工管理、分析测试等全过程质量管理方案。利用4km×4km 的采样密度进行网格化布点，采样时每个样点的所在地块均大于100m×100m。用竹铲、竹片直接采取样品，取样时表层0-20cm 连续采样，单点样原始重量大于2000g，并保证样品风干后重量不低于1000g。避免局部污染，避开施肥期；弃去动植物残留体、砾石、肥料团块等，充分混合后，装取到干净的样袋中。样袋外均应套聚乙烯塑料袋隔开。在地块内按照9 点组合法采样，即将地块大致等分成9 块，在每小块的中心位置各采集部分样品，然后将9 部分样品按照均匀法组合成一个样品。采样过程中，用竹签或者工兵锹连续采集自地表向下20cm 土样，去除两边后留存中间土条，以增加土壤样品的代表性，并且去除土壤表面杂物。

2.2 质量控制

2.2.1 现场和运输质控

采集现场质量控制样一般是进行实验品质管控以及现场样品采集的主要方式。品质管控样通常涵盖了运输样本、平行样品以及淋洗空白样品，品质管控样品基础性的分析信息数据能够从最初的样品采集一直到实际样品运输、仓储以及数据研究等多种阶段对数据的自身品质进行体现。

在实际样品不断采集环节内，使用不同的采样媒介，应该收集不少于一种平行采集样品。一般样品采集所获得的平行样都是基于同一点位获得同时独立性进行包装以及研究的相关样品。收集土壤样本使用在研究具有挥发性有机物品的相关指标的同时，认为在进行所有运输活动中必须进行采集一个运输的空白样品，也就是从实验场所运输到实际采样现场，同时再返回到具体实验场所和货物运输存在一定的关联性，同时对相关的样品进行研究分析，以此更加清楚的得知产品在实际运输环节是不是遭受一定的污染以及其所运输的产品是不是有所损伤。

现场采样记录、现场监测记录可使用表格描述土壤特征、可疑物质或异常现象等，同时应保留现场相关影像记录，其内容、页码、编号要齐全便于核查，如有改动应注明修改人及时间。

现场采样遵循标准操作流程，所有采样设备在使用前后进行清洗；

现场钻探工作开始前对所有现场使用的仪器进行校正；

每个钻孔开始钻探前，对钻探和采样工具进行除污程序；

使用一次性丁腈手套与贝勒管采集地下水样品，避免交叉污染；

使用实验室提供的清洁采样容器；

在现场对土壤和地下水容器进行标注，标注内容包括日期、监测井编号、项目名称、采集时间以及所需分析的参数；

填写样品流转单，样品流转单内容包含项目名称、样品名称、采样时间和分析项目等内容；

采集1 个现场平行样（1 个地下水平行样）、1 个设备淋洗样、1 个运输空白样做实验室分析；

样品被送达实验室前，所有样品被置于放有冰块的保温箱内（约4℃）避光保存和运输，确保样品的时效性；

样品流转单随样品一并送至实验室；

现场采样过程中，现场工程师详细记录场地信息、采样过程、采样点和重大事件、现场观察到的信息和现场测量结果，填写相关的记录表格；

现场作业与实验室分析工作皆由专业人员完成。

2.2.2 实验室质控

由有资质的人员和实验室进行现场工作和实验室分析；

样品的分析过程中，实验室执行内部的质量保证和质量控制程序；

每一批样品的实验室空白样品浓度和加标回收控制浓度均在可接受范围内。

实验室质量控制方法采用方法空白、实验室控制样、实验室平行样和基质加标样等对检测结果进行质量监控。所有平行样品具有的标准偏差的平均值需要限制在0.15 之内，同时其空白样品中也不会检测到相关的污染物。

3 结果与讨论

3.1 永久基本农田土壤中多环芳烃（PAHs）的含量特征

利用2014 年华东某地区土地利用现状图斑，全市多数点位落在永久基本农田区域。永久基本农田的多环芳烃（PAHs）含量及浓度水平见图1。

全市永久基本农田土壤中多环芳烃的平均浓度为346.65μg/kg，16 种美国EPA 优先控制的单体均有不同程度的检出。

图1 华东某地区永久基本农田表层土壤多环芳烃（PAHs）含量（μg/kg）

依照相关环数存在的差异性，能够把十六类PAHs 划分成2 到3 环PAHs、4 环PAHs 以及5 到6 环PAHs。长时期的农业用地中的多环芳烃具体构成详细如图2 所示。这种农业用地土壤实际检测样品内，2 到3 环的PAHs 大约是TPAHs 的2.88%～87.68%，整体平均值大约是38.79%，而4 环则大约是TPAHs的1.67%～66.33%，整体平均数值大约是40.18%，5 到6 环大约是TPAHs 的2.47%～74.64%，平均为21.33%。因此，永久基本农田表层土壤中PAHs 以中低环（2 环～4 环）为主。

图2 华东某地区永久基本农田表层土壤多环芳烃（PAHs）环数分布

3.2 永久基本农田土壤中PAHs 源解析

通过相关调查研究得知，农业土壤用地中比较具有代表性的具有内源性的多环芳烃大约是1 到10 ng/g，一般主要来源于植物自主性的分解以及自然火灾所产生。调查区域内用地土壤内部具有的PAHs 含量显著的大于自然数值，由此得知用地已经遭受到相关程度的外源污染。本研究选用Ant/（Ant+Phe）、Flt/（Flt+Pyr）的同分异构体比值对不同的PAHs 进行源解析。通常认为，对分子数量是178 的多环芳烃来讲，Ant/（Ant+Phe）具有的相关数值能够进行石油源以及燃烧源的基础检测，若该比值小于0.1 则表明其实石油源，若该比值大约0.1 则表明其基本是来自于不完全性燃烧所获得的；对于分子实际数量是202 的多环芳烃来讲，若Flt/（Flt+Pyr）的比值小于0.4，则表明其大约是石油源，若该比值位于0.4 到0.5 之间，则表明其基本是来自于石油燃烧；若该比值大于0.5，则表明其基本来自于生物质以及煤炭等燃烧。

图3 华东某地区永久基本农田土壤中PAHs来源分析（比值法）

如图3 所示，永久性的基础性农业用地土壤内部Ant/（Ant+Phe）具有的比值区域大概位于0 到0.44 之间，在一些样品内部并没有检测到含有蒽，大概是因为其在实际进入到土地之后蒽要比菲更为快速的进行光解[3]，该具体数值表示了石油源的实际存在，其大概和农业土地中废水浇灌存在一定的联系。

而一比值提示了石油源的存在，可能与农用地废水灌溉有关。Flt/（Flt+Pyr）的具体比值是0.17～0.93，均值为0.51，提示了土壤中多环芳烃一般是来源于木材以及煤燃烧活动所得。吕金刚等人[1]针对上海市区内崇明岛区域农业用地土壤内的PAHs含量一般是来源于木材、石油源以及煤自身燃烧所得的最终结论和本篇论文所获得的研究结论相同。