我国城市土壤中PAHs时空分布特征

班艺宁 王重阳

摘 要：PAHs是环境中危害性较强的一类污染物，容易在土壤中发生累积。随着我国城市化水平的不断提高，工业化的高速发展，城市土壤中PAHs污染问题也越来越受到关注。在空间分布上，本文查找文献收集了采样时间为2007—2020年时段内的调查数据，分析了我国城市土壤中PAHs含量的变化特征及分布情况。结果表明，我国城市土壤中PAHs含量范围为32.24～17 200 ng/g，平均值为1 240.92 ng/g，中位值为577.51 ng/g，以中位值代表污染平均水平，发现我国城市土壤整体上接近于中度污染，但存在高污染点位与高污染城市，长春、乌鲁木齐、沈阳等工业城市土壤中PAHs含量过高。其地区分布特点为东北>华北>华东>中南>西北>西南，西南地区PAHs含量明显低于前人调查得到的情况。在时间尺度上，本文调查了三个城市和一个农村从2000年至今的相关文献数据，发现城市土壤PAHs远高于农村，PAHs含量随时间变化有先增高后降低的趋势，整体上明显下降，这表明我国环境治理工作取得了一定的成果。

关键词：PAHs;分布;污染水平;城市土壤

中图分类号：X53      文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）11-0116-05

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.11.026

Distribution of Polycyclic Aromatic Hydrocarbon Pollution in Urban Soils in China

BAN Yining    WANG Chongyang

（Miami College of Henan University， Kaifeng 475004， China）

Abstract： PAHs are harmful pollutants in the environment， which are easy to accumulate in soil. With the continuous improvement of urbanization and the rapid development of industrialization， PAHs pollution in urban soil has attracted more and more attention. In terms of spatial distribution， this paper collected the survey data from 2007 to 2020， and analyzed the variation characteristics and distribution of PAHs in urban soil in China. The results showed that the content range of PAHs in urban soil in China was 32.24～17 200 ng / g， with an average of 1 240.92 ng / g and a median of 577.51 ng / g. The median represents the average pollution level. It is found that China is generally close to moderate pollution， but there are high pollution sites and high pollution cities. The content of PAHs in the soil of industrial cities such as Changchun， Urumqi， Shenyang is too high. The regional distribution characteristics are Northeast > North China > East China > Central South >Northwest > Southwest， and the PAHs content in Southwest is significantly lower than the previous survey. On the time scale， this paper investigates the relevant literature data of three cities and one rural area since 2000. It is found that the PAHs content in urban soil is much higher than that in rural soil， and the PAHs content increases first and then decreases with time， which shows that China ' s environmental governance has achieved certain results.

Keywords：PAHs; distribution; pollution level; urban soil

0 引言

多環芳烃（PHAs）是指两个或两个以上苯环以稠环方式相连的化合物，属于一类POPS（持久性有机污染物），具有长距迁移性、“三致”效应、不易被生物降解。自然环境土壤中PAHs主要来源于石油泄露、森林火灾、火山爆发等，绝大部分PAHs来源于人为污染，主要为工业生产、机动车尾气、食品加工、垃圾焚烧等[1]。由于PAHs污染源主要在城市，而人类活动也集中于城市，因此，城市PAHs污染情况越来越受到关注，研究对象主要为城市地表灰尘、大气、水、土壤。“城市土壤”的概念由Bockheim首次提出，主要是指受人为活动干扰而形成的厚度约50 cm的城市或郊区的土壤[2]。城市土壤中PAHs污染主要来源于焦化工业、石化工业、采矿区、采油区、污水灌溉区、干线公路两侧、工业园区等，滨海地区、油田城市和工业化城市易于受到PAHs污染。

关于我国PAHs分布的研究基本上从2000年开始，2008年后调查逐渐增多，主要围绕高污染点位和高污染区域。全国城市土壤中PAHs的整体分布情况还少有研究，随着我国进入经济高速发展阶段，越来越重视对环境的治理，城市土壤中PAHs分布情况可能会有所改变。因此，本文通过分析2007—2020年我国城市土壤中PAHs分布情况及随时间变化情况，并与前人研究进行对比，从而为土壤中PAHs治理提供理论基础。

本文从中国知网、Web of Science等网站查找文献，统计了全国不同年份下不同城市土壤中PAHs污染情况的相关数据，并对空间尺度和时间尺度下PAHs分布特征进行了总结和分析。

1 分析方法

1.1 评价方法

土壤中内源性PAHs为1～10 ng/g。我国尚未有明确的相关等级评价制度，多数研究参考荷兰Maliszewska-Kordybach提出的评价方法：0～200 ng/g时为无污染;200～600 ng/g时为轻微污染;600～1 000 ng/g时为中等污染;高于1 000 ng/g时为严重污染[3]。本研究以USEPA提出的16种优控PAHs作为调查目标。

1.2 污染源分析方法

对污染源较为简单的判别方法有两种：第一种是比值法，利用相同环数的两种单体PAHs的比值判断其来源[4];第二种是不同环数相对丰度法，2～3环PAHs代表石油源，4～6环PAHs代表燃烧源。更详细的划分还可以根据PAHs成分谱判断：2环为主时，说明存在石油泄漏源;3、4环为主时多为煤燃烧源;5、6环为主时多为交通源，污染源为汽油、柴油燃烧[3]。其他方法还有数理统计学分析法、地理统计学分析法等[4]。

2 结果与分析

2.1 PAHs污染空间分布

2.1.1 全国PAHs污染情况。本研究共调查了全国40个城市。参照上述评价准则，发现我国25%的城市属于重度污染，20%的城市属于中度污染，37.5%的城市属于轻度污染，17.5%的城市未被污染。且工业化城市PAHs含量高，经济不发达的小城市和偏远地区PAHs含量低。大部分城市处于轻度到中度污染之间。值得注意的是，虽然大部分城市PAHs平均含量不高，但在城市部分点位存在着超高水平的污染。如北京市2010年最高点位含量达到了48 476 ng/g[5]。

研究表明，高环PAHs主要来自煤等化石燃料的高温燃烧，而低环PAHs主要来自石油泄露和有机物低温转化[3]。而PAHs（HMW）比低环芳烃生物毒性更强，环境风险更大。由于高环芳烃具有更易于吸附在土壤颗粒物上的特性[3]，大多数城市土壤中以高环PAHs（HMW）为主，这些城市主要以燃烧源为污染源，如北京市、开封市等。而以低环PAHs为主的有延吉市、兰州市、石嘴山市、银川市等，可能是由于这些地区石油储量较高，还有工业污染和交通污染造成的影响。

由图1可知，我国部分城市Σ16PAHs含量范围为32.24～17 200 ng/g，平均值为1 240.92 ng/g，中位值为577.51 ng/g，变异系数为2.176，最高值17 200 ng/g出现在长春市。由于长春市污染情况远超其他城市，不能代表我国绝大部分地区土壤中PAHs污染水平，若不统计长春市的数据，我国城市土壤中PAHs平均含量为831.7 ng/g，中位值为565.8 ng/g，变异系数为0.938，属于中等变异关系。这说明我国城市土壤整体上接近中度污染水平。

由表1可知，我国2个省份无污染，9个省份属于轻度污染，4个省份属于中度污染，5个省份属于重度污染。其中甘肃省、辽宁省、吉林省污染水平过高，已经超过2 000 ng/g，围绕甘肃省，北部污染高于南部，且甘肃省紧邻的四川、青海、陕西、宁夏四个省份都处于轻度污染水平。而广东、福建、浙江等东部沿海省份污染水平相近。

本研究得到的我国土壤中PAHs平均值含量远低于马妍2020年研究我国表层土壤中PAHs含量计算出30 530.51 ng/g、曹云者调查1999—2008年污染情况得到的3 654.97 ng/g;与张俊叶调查2000—2016年我国主要地区表层土壤中ΣPAHs得出的平均值994.63 ng/g含量相近。从中位值比较则与上述学者调查的结果相近[6-8]。這说明由于采样点位不同、时间不同等因素，PAHs平均值含量具有很大的不准确性。也可以一定程度上说明由于我国PAHs含量局部地区有所改善，从而使全国PAHs平均值含量显著下降。

此外，城市土壤中PAHs含量远高于我国农业土壤中PAHs中位值281.65 ng/g[9]，农业土壤中3～6环PAHs占比大。

2.1.2 我国不同地区总PAHs含量对比。我国可以分为6个地区，各个地区因自然环境、经济发展情况、气候特点等种种因素的差别造成了PAHs的含量存在着显著差异（见图2）。

西南地区Σ16PAHs含量中位值为98.89 ng/g，研究中除昆明市外三个城市均未受污染。这是由于西南地区工业污染少，人口密度低。按照Maliszewska-Kordybach提出的污染标准，西南地区总体上没有受到污染。

华东地区Σ16PAHs中位值为503.345 ng/g。其经济发展迅速，PAHs排放源多，所以对该地区的研究也明显多于其他各地区。由于上海是我国最大的城市和工业基地之一，而徐州是典型的工业城市，它们土壤中的Σ16PAHs浓度远超其他城市。

华北地区Σ16PAHs中位值为765 ng/g。关于华北地区的研究主要集中于北京、天津两个直辖市，华北污染程度仅次于东北地区，属于中度污染。在华北地区中，山西省是煤矿资源丰富的大省，同时多为工业化城市，因此山西省的PAHs分布研究受到了人们的关注。

东北地区Σ16PAHs中位值为2 475 ng/g，污染程度远高于其他地区，调查的4个城市均属于重度污染。这是由于东北曾是我国老工业区，同时气候寒冷、燃煤量大，种种原因使得污染源丰富，由于PAHs在土壤中的累积性，PAHs最终大部分存留于土壤中，所以至今PAHs含量仍然很高。在东北地区中，长春市PAHs含量又尤其高，污染最高的点位集中在长春市中西部地区[10]。

中南地区Σ16PAHs中位值为491.1 ng/g。其中，柳州是重工业城市，市内PAHs含量最高值达到38 865.97 ng/g。河南省内郑州与开封临近，但PAHs含量差异较大，印证了城市发展水平与土壤中PAHs含量相关。

西北地区Σ16PAHs中位值为436.01 ng/g，属于轻度污染。其中阿勒泰地区未受污染;石嘴山市、石河子市、阿勒泰市属于轻度污染，部分PAHs可能是由污染重的地区迁移而来;而兰州市、乌鲁木齐市工业高度发达，因此PAHs含量高。西北地区往年污染严重，但近年含量已明显下降。

总体上，我国各个地区PAHs含量均值目前呈现为东北>华北>华东>中南>西北>西南，整体明显呈现为北方地区高于南方地区，东部地区高于西部地区。除东北地区含量明显变高、西北地区含量明显降低外，此结果与前人研究的分布结果类似。

这样的地域差异一方面是由于北方地区石油储量明显高于南方地区;另一方面是由于北方地区冬季温度普遍低于南方地区，因此北方冬季燃煤量更高。

2.2 各城市PAHs时间变化趋势

图3显示了我国两个大型城市，一个典型工业城市，一个农村土壤中PAHs随时间变化情况，可以看出随时间变化城市土壤PAHs含量显著下降，但其中大连市土壤中PAHs污染情况始终属于严重水平。由于各区域采样点位不同，而采样点对数据影响较大，所以可能造成数据误差，但基本可以发现，我国土壤PAHs含量大体从2008年前处于增长阶段，2008年后含量大幅降低，这与我国发展阶段密切相关，说明我国环境治理工作取得了一定的进展。此研究结果与马妍发现全国内含量均值随时间变化大体稳定不同[6]。而农村PAHs污染情况显著低于城市，由于PAHs易于长距迁移，农村可能受到城市土壤中PAHs变化的影响，其污染源主要为木材秸秆等生物质的燃烧[11]。

在季节分布上，一般冬季>秋季>春季>夏季[12]，这主要是由于冬季燃煤量高，并且PAHs具有挥发性，夏季温度高PAHs易挥发至大气中，而冬季则更多沉降于土壤中[13]。

2.3 城市功能区PAHs含量差异

在城郊分布上一般城市>郊区>农村[14]。但某些地区工厂大多设置在郊区，导致郊区污染更严重。由于2～3环PAHs更易长距传输，一般农村中2～3环PAHs含量更高。而各功能区内一般加油站>工业区>居民区>公园，公园污染最小的原因是污染源少，且公园中大量绿色植被的叶片会阻挡吸收空气中大量PAHs[15]。

2.4 PAHs含量的影响因素

多项因素会影响城市PAHs含量：如采暖季由于蒸发作用土壤中PAHs含量低，非采暖季由于大气沉降PAHs含量又偏高[16];采样点不同，距离污染源的距离不同也会导致PAHs含量和组分发生变化，由于低环PAHs易迁移，所以污染源附近高环PAHs含量高，远离污染源低环PAHs含量高;土壤中是否具有降解性微生物也是一个重要因素;此外还有土壤环境的影响，氧气充分的条件下PAHs的降解更迅速，缺氧条件下较难降解，这也导致土壤中深处PAHs含量较高;城市化水平和PAHs含量也具有相关性[17]。

3 结论

①我国城市土壤中Σ16PAHs含量为32.24～17 200 ng/g，中位值为577.51 ng/g，分布情况为东北>华北>华东>中南>西北>西南，在东北地区其污染最严重，西北地区含量较以前明显降低。

②我国城市土壤中PAHs含量大多远超土壤背景值，除西藏自治区等偏远地区。

③我国城市土壤中PAHs自2000年以来的变化趋势为先升高后降低，且国内PAHs平均值显著降低，这意味着我国环境治理工作取得了一定进展。

④整体而言，交通发达地区，工业发达地区，以及经济高度发达城市由于诸多因素导致土壤中PAHs的水平呈现高度污染;城市内PAHs的污染水平一般呈現出加油站>工业区>居民区>公园，城市>郊区>农村的变化趋势。

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