【摘要】：多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)作為城市環(huán)境介質中持久性有機污染物(Persistent organic pollutants,POPs),具有致癌、致畸和致突變性,在大氣顆粒物中普遍存在,其中16種組分已被美國環(huán)保署(USEPA)列入優(yōu)先控制污染物名單。當今,高速的城市工業(yè)化和人類活動導致城市空氣污染日益加劇,城市環(huán)境介質中的PAHs已對生態(tài)系統(tǒng)功能和人類健康構成潛在威脅,成為污染生態(tài)學研究領域的熱點問題之一。城市植被是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,龐大的城市植被表面是環(huán)境污染物與植物相互作用的界面。一方面,植物葉面對大氣顆粒物及所攜帶的PAHs具有一定的截獲能力,能夠表征PAHs的污染現狀及來源;另一方面,植物可以通過葉片等途徑能夠降解環(huán)境中的部分PAHs。因此,植物葉面為區(qū)域環(huán)境質量監(jiān)測提供了一條有效便捷的途徑,并對環(huán)境污染物的遷移轉化行為起關鍵作用。本研究以南京市為研究區(qū)域,以常見城市綠化植物葉面顆粒物中PAHs為研究對象,開展植物葉面顆粒物中PAHs的時空分布特征研究,重點剖析植物葉面吸附顆粒物及累積PAHs的差異性,探究植物角質層對PAHs的吸附性能,分析葉面顆粒物中PAHs的潛在來源,評估葉面顆粒物中PAHs的生態(tài)風險和健康風險。主要研究結果如下:1、南京市城區(qū)四季不同功能區(qū)植物葉面顆粒物中16種PAHs(∑_(16)PAHs)含量范圍在756.19μg/kg~19018.14μg/kg,均值為6912.04μg/kg。葉面顆粒物中∑_(16)PAHs含量具有顯著的季節(jié)變化特征,呈現出冬季秋季春季夏季的規(guī)律;并在空間上呈現出交通樞紐區(qū)商業(yè)區(qū)文教區(qū)風景區(qū)公園綠地區(qū)的變化趨勢。四季各功能區(qū)葉面顆粒物中PAHs組分主要以4環(huán)和5環(huán)為主,其次為3環(huán)、6環(huán),2環(huán)所占比例最低;Indeno(1,2,3-cd)pyrene(IcdP)、Fluoranthene(Flu)和Pyrene(Pyr)是主要的單體化合物。南京市∑_(16)PAHs含量空間分布呈現出南北高-東西低的趨勢,四季高值區(qū)出現在玄武區(qū)、鼓樓區(qū)和秦淮區(qū),棲霞區(qū)和雨花臺區(qū)為低值區(qū)。四季葉面顆粒物中∑_(16)PAHs含量的空間變化明顯,春季大部分區(qū)域PAHs含量較低;夏季以PAHs低值區(qū)為主;秋季較夏季而言,PAHs高值區(qū)范圍有所擴大;冬季大部分區(qū)域PAHs含量相比于其它三個季節(jié)相對較高。2、植物對不同粒徑顆粒物吸附質量及顆粒物中累積PAHs含量都存在種間差異,在不同區(qū)域均表現為二球懸鈴木(Platanus orientalis)紅葉石楠(Photinia x fraseri)≈海桐(Pittosporum tobira)桂花(Osmanthus fragrans)。以植物葉片對不同粒徑顆粒物質量進行統(tǒng)計發(fā)現,葉片表面PM_(10)對顆粒物總質量的貢獻最高,均在67.54%以上,對PM_(2.5~10)和PM_(2.5)的吸附質量分別為21.63%和10.83%。以植物葉片對不同粒徑顆粒物數量進行統(tǒng)計發(fā)現,PM_(10)對總顆粒物數量的貢獻最高,均在93.15%以上,PM_(2.5)在總數量中占63.94%。結合掃描電鏡觀察發(fā)現,不同植物葉片上下表面微形態(tài)差異明顯,葉片上表面對顆粒物的吸附能力強于葉片下表面。細顆粒物或更小粒徑顆粒物主要被吸附在絨毛和深淺不一的溝槽處,但在氣孔附近較淺的溝槽處未能發(fā)現明顯顆粒物。通過多元回歸分析發(fā)現,植物葉片單位面積吸附PM_(2.5)數量百分比與葉面顆粒物中∑_(16)PAHs含量呈極顯著指數正相關(p0.001),表明粒徑小于2.5μm的顆粒物是影響植物葉面顆粒物中∑_(16)PAHs含量差異的重要因素。3、植物角質層對PAHs的吸附結果表明其吸附機理是分配作用。根據線性等溫吸附曲線斜率K_d值表明,馬尾松(Pinus massoniana)、海桐(Pittosporum.tobira)和桂花(Osmanthus fragrans)對Naphthalene(Nap)均表現出較強的吸附性能,海桐強于桂花和馬尾松;馬尾松和桂花對Phenanthrene(Phe)的吸附性能無差別,但兩者略強于海桐;馬尾松對Fl的吸附性能強于桂花和海桐;桂花對Pyr的吸附性能強于馬尾松和海桐。通過掃描電鏡觀察發(fā)現,馬尾松角質層具有豐富的微觀形貌,兩側氣孔器排列緊密。桂花角質層表面粗糙呈褶皺狀,海桐角質層表面平滑,但兩者都未觀察到氣孔器,植物角質層微觀結構的不同是導致植物吸附PAHs種間差異的主要原因。利用傅里葉紅外光譜分析顯示,馬尾松中含有脂肪成分,海桐角質層中蠟質含量最高。三種植物葉片角質層在C=O(~1734 cm~(-1))處均有信號,說明有明顯的酯鍵吸收峰,且C-O-C峰(~1057 cm~(-1))最為突出,這與其葉片中糖類含量有關。4、根據診斷比率法和主成分分析法對南京市葉面顆粒物中PAHs進行來源解析表明,南京市城區(qū)植物葉面顆粒物中PAHs主要來源于柴油和汽油機動車排放、煤炭燃燒,石油、化石燃料的混合燃燒,低溫燃燒和石油泄漏及生物質燃燒是其來源的重要補充;城郊區(qū)PAHs主要來自于機動車排放、煤和生物質的不完全燃燒,石油泄漏和工業(yè)燃燒是其來源的重要補充;遠郊區(qū)中PAHs主要來自于汽車尾氣排放、煤炭和化石燃料燃燒,生物質不完全燃燒是其來源的重要補充。5、通過與加拿大農業(yè)土壤PAHs治理標準對比可知,南京市植物葉面顆粒物以Pyr和Phe污染最為嚴重。根據荷蘭土壤PAHs的C級治理標準可知,葉面顆粒物中主要以Flu、Chrysene(Chr)、Benzo(a)pyrene(BaP)污染為主。進一步對葉面顆粒物中PAHs潛在致癌風險分析發(fā)現,南京市城區(qū)、城郊區(qū)和遠郊區(qū)葉面顆粒物中7種致癌PAHs是總TEQ_(BaP)的主要貢獻者,分別占16種優(yōu)控PAHs的97.09%,98.61%和99.12%,其中貢獻率較高的前三位分別為BaP、Dibenzo(a,h)anthracene(DBA)和IcdP。通過計算終生致癌風險值Incremental Lifetime Cancer Risks(ILCRs)顯示由呼吸途徑產生的ILCRs值范圍在10~(-13)~10~(-10)數量級,未對人類健康產生致癌風險;而通過攝食和皮膚接觸產生的ILCRs值均高于1×10~(-5),已對人類健康產生潛在威脅,其中以皮膚接觸方式對總ILCRs值的貢獻最大。不同區(qū)域3種接觸方式產生的總ILCRs值均表現為成年人兒童青少年,其中女性對有毒污染物的反應較男性更為敏感。不同年齡段人群通過皮膚接觸的暴露途徑產生的ILCRs值表現為成人青少年兒童,通過攝食所產生的ILCRs值表現為兒童成人青少年。
【學位授予單位】：南京林業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X592;X173
【圖文】：

圖 1-1 大氣顆粒物的分類與形成過程Fig.1-1 The classification and forming process of the atmospheric particulate (Hinds, 1999)1.3.2 葉面顆粒物吸附機理及影響因素研究大氣顆粒物通過干濕沉降的方式到達植被表面，葉面顆粒物在遷移轉化的過程中受到人為因素和自然因素的雙重影響易發(fā)生再懸浮，重新進入大氣環(huán)境中（Rossini &Mingorance, 2006），或是通過重力作用沉降到土壤表面及地表。不容忽視的是，土壤及地表顆粒物在外力作用下將轉化為可懸浮的大氣顆粒物，又重新沉降于葉片表面（Nowak eal., 2006; Ram et al., 2012）。因此，植物葉面顆粒物不僅作為城市污染物的載體，而且作為城市環(huán)境中的二次污染源，其沉降-再懸浮-再沉降的過程增強了城市大氣顆粒物的循環(huán)污染效應，與城市大氣環(huán)境質量及人體健康關系密切。在葉面與空氣平衡的定量表述中的意義不可低估（Paterson et al.,1994），同時也是解釋污染物在大氣-植物-土壤系統(tǒng)中遷移歸趨過程不可缺失的一環(huán)。植物通過其龐大的葉片表面能夠有效吸附顆粒物，作為減輕城市大氣顆粒物污染物的手段已被廣泛認可（Zhou et al., 2010; Liu et al., 2012; Pettit et al., 2017）。通過增加城市綠化能有效緩解城市地區(qū)顆粒物的污染，Tallis 等（2011）用城市森林效果模型（The UrbanForest Effects Model）估算出英國倫敦市城市樹木每年可去除 852~2121 噸 PM。美國芝

通過單因子指數和內梅羅綜合指數評價法，對葉面顆粒物中 PAHs 的生態(tài)風險進行評價。運用 BaP 等效毒性當量濃度和終生致癌風險模型，判斷葉面顆粒物中 PAHs 對城市居民健康產生的危害程度。1.5 技術路線

能區(qū)選取條件相近、葉面積指數相近、生長狀況良好、樹形相近的海桐（Pitto）成熟健康葉片作為樣本，以減少個體差異而導致顆粒物吸附量的差異。每個 3 個采樣點，每個點選取 4 個平行樣（Simon et al., 2014），采集葉片的高度約為東南西北四個方向上、中、下不同高度位置均勻采集葉片。采樣時間分別為 月、2016 年 1 月、4 月和 7 月，采樣前 2 周內無降雨和大風事件。將采集的樣封袋中帶回實驗室，置于 4℃冰箱中保存?zhèn)溆么治觥?

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

1 努熱曼古麗·圖爾蓀;塔吉古麗·艾麥提;馬承愚;;阿克蘇市植物葉面塵的重金屬特征[J];干旱區(qū)資源與環(huán)境;2015年11期

2 王會霞;王彥輝;楊佳;謝濱澤;石輝;;不同綠化樹種滯留PM_(2.5)等顆粒污染物能力的多尺度比較[J];林業(yè)科學;2015年07期

3 范舒欣;晏海;齊石茗月;白偉嵐;皮定均;李雄;董麗;;北京市26種落葉闊葉綠化樹種的滯塵能力[J];植物生態(tài)學報;2015年07期

4 張維康;王兵;牛香;;北京不同污染地區(qū)園林植物對空氣顆粒物的滯納能力[J];環(huán)境科學;2015年07期

5 俞梁敏;姜達勝;陳誠;孫欣陽;顧海東;;昆山市大氣PM_(2.5)中PAHs污染特征研究[J];環(huán)境影響評價;2015年01期

6 史兵方;吳啟琳;歐陽輝祥;劉細祥;張金磊;左衛(wèi)元;;百色市工業(yè)區(qū)表層土壤中多環(huán)芳烴污染特征及來源分析[J];中國環(huán)境科學;2014年10期

7 李\

本文編號：2780303