【摘要】：多環(huán)芳烴(Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)作為城市環(huán)境介質(zhì)中持久性有機(jī)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(guó)環(huán)保署(USEPA)列入優(yōu)先控制污染物名單。當(dāng)今,高速的城市工業(yè)化和人類活動(dòng)導(dǎo)致城市空氣污染日益加劇,城市環(huán)境介質(zhì)中的PAHs已對(duì)生態(tài)系統(tǒng)功能和人類健康構(gòu)成潛在威脅,成為污染生態(tài)學(xué)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)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(duì)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(xiàn)狀及來(lái)源;另一方面,植物可以通過(guò)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(zhì)量監(jiān)測(cè)提供了一條有效便捷的途徑,并對(duì)環(huán)境污染物的遷移轉(zhuǎn)化行為起關(guān)鍵作用。本研究以南京市為研究區(qū)域,以常見(jiàn)城市綠化植物葉面顆粒物中PAHs為研究對(duì)象,開(kāi)展植物葉面顆粒物中PAHs的時(shí)空分布特征研究,重點(diǎn)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(zhì)層對(duì)PAHs的吸附性能,分析葉面顆粒物中PAHs的潛在來(lái)源,評(píng)估葉面顆粒物中PAHs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)。主要研究結(jié)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(xiàn)出冬季秋季春季夏季的規(guī)律;并在空間上呈現(xiàn)出交通樞紐區(qū)商業(yè)區(qū)文教區(qū)風(fēng)景區(qū)公園綠地區(qū)的變化趨勢(shì)。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(xiàn)出南北高-東西低的趨勢(shì),四季高值區(qū)出現(xiàn)在玄武區(qū)、鼓樓區(qū)和秦淮區(qū),棲霞區(qū)和雨花臺(tái)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(kuò)大;冬季大部分區(qū)域PAHs含量相比于其它三個(gè)季節(jié)相對(duì)較高。2、植物對(duì)不同粒徑顆粒物吸附質(zhì)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(xiàn)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(duì)不同粒徑顆粒物質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),葉片表面PM_(10)對(duì)顆粒物總質(zhì)量的貢獻(xiàn)最高,均在67.54%以上,對(duì)PM_(2.5~10)和PM_(2.5)的吸附質(zhì)量分別為21.63%和10.83%。以植物葉片對(duì)不同粒徑顆粒物數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),PM_(10)對(duì)總顆粒物數(shù)量的貢獻(xiàn)最高,均在93.15%以上,PM_(2.5)在總數(shù)量中占63.94%。結(jié)合掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),不同植物葉片上下表面微形態(tài)差異明顯,葉片上表面對(duì)顆粒物的吸附能力強(qiáng)于葉片下表面。細(xì)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(xiàn)明顯顆粒物。通過(guò)多元回歸分析發(fā)現(xiàn),植物葉片單位面積吸附PM_(2.5)數(shù)量百分比與葉面顆粒物中∑_(16)PAHs含量呈極顯著指數(shù)正相關(guān)(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(zhì)層對(duì)PAHs的吸附結(jié)果表明其吸附機(jī)理是分配作用。根據(jù)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(duì)Naphthalene(Nap)均表現(xiàn)出較強(qiáng)的吸附性能,海桐強(qiáng)于桂花和馬尾松;馬尾松和桂花對(duì)Phenanthrene(Phe)的吸附性能無(wú)差別,但兩者略強(qiáng)于海桐;馬尾松對(duì)Fl的吸附性能強(qiáng)于桂花和海桐;桂花對(duì)Pyr的吸附性能強(qiáng)于馬尾松和海桐。通過(guò)掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn),馬尾松角質(zhì)層具有豐富的微觀形貌,兩側(cè)氣孔器排列緊密。桂花角質(zhì)層表面粗糙呈褶皺狀,海桐角質(zhì)層表面平滑,但兩者都未觀察到氣孔器,植物角質(zhì)層微觀結(jié)構(gòu)的不同是導(dǎo)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(zhì)層中蠟質(zhì)含量最高。三種植物葉片角質(zhì)層在C=O(~1734 cm~(-1))處均有信號(hào),說(shuō)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(guān)。4、根據(jù)診斷比率法和主成分分析法對(duì)南京市葉面顆粒物中PAHs進(jìn)行來(lái)源解析表明,南京市城區(qū)植物葉面顆粒物中PAHs主要來(lái)源于柴油和汽油機(jī)動(dòng)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(zhì)燃燒是其來(lái)源的重要補(bǔ)充;城郊區(qū)PAHs主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車排放、煤和生物質(zhì)的不完全燃燒,石油泄漏和工業(yè)燃燒是其來(lái)源的重要補(bǔ)充;遠(yuǎn)郊區(qū)中PAHs主要來(lái)自于汽車尾氣排放、煤炭和化石燃料燃燒,生物質(zhì)不完全燃燒是其來(lái)源的重要補(bǔ)充。5、通過(guò)與加拿大農(nóng)業(yè)土壤PAHs治理標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比可知,南京市植物葉面顆粒物以Pyr和Phe污染最為嚴(yán)重。根據(jù)荷蘭土壤PAHs的C級(jí)治理標(biāo)準(zhǔn)可知,葉面顆粒物中主要以Flu、Chrysene(Chr)、Benzo(a)pyrene(BaP)污染為主。進(jìn)一步對(duì)葉面顆粒物中PAHs潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)分析發(fā)現(xiàn),南京市城區(qū)、城郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)葉面顆粒物中7種致癌PAHs是總TEQ_(BaP)的主要貢獻(xiàn)者,分別占16種優(yōu)控PAHs的97.09%,98.61%和99.12%,其中貢獻(xiàn)率較高的前三位分別為BaP、Dibenzo(a,h)anthracene(DBA)和IcdP。通過(guò)計(jì)算終生致癌風(fēng)險(xiǎn)值Incremental Lifetime Cancer Risks(ILCRs)顯示由呼吸途徑產(chǎn)生的ILCRs值范圍在10~(-13)~10~(-10)數(shù)量級(jí),未對(duì)人類健康產(chǎn)生致癌風(fēng)險(xiǎn);而通過(guò)攝食和皮膚接觸產(chǎn)生的ILCRs值均高于1×10~(-5),已對(duì)人類健康產(chǎn)生潛在威脅,其中以皮膚接觸方式對(duì)總ILCRs值的貢獻(xiàn)最大。不同區(qū)域3種接觸方式產(chǎn)生的總ILCRs值均表現(xiàn)為成年人兒童青少年,其中女性對(duì)有毒污染物的反應(yīng)較男性更為敏感。不同年齡段人群通過(guò)皮膚接觸的暴露途徑產(chǎn)生的ILCRs值表現(xiàn)為成人青少年兒童,通過(guò)攝食所產(chǎn)生的ILCRs值表現(xiàn)為兒童成人青少年。
【學(xué)位授予單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X592;X173
【圖文】：

圖 1-1 大氣顆粒物的分類與形成過(guò)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(jī)理及影響因素研究大氣顆粒物通過(guò)干濕沉降的方式到達(dá)植被表面，葉面顆粒物在遷移轉(zhuǎn)化的過(guò)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(jìn)入大氣環(huán)境中（Rossini &Mingorance, 2006），或是通過(guò)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(zhuǎn)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(guò)程增強(qiáng)了城市大氣顆粒物的循環(huán)污染效應(yīng)，與城市大氣環(huán)境質(zhì)量及人體健康關(guān)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(shí)也是解釋污染物在大氣-植物-土壤系統(tǒng)中遷移歸趨過(guò)程不可缺失的一環(huán)。植物通過(guò)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(rèn)可（Zhou et al., 2010; Liu et al., 2012; Pettit et al., 2017）。通過(guò)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(guó)倫敦市城市樹(shù)木每年可去除 852~2121 噸 PM。美國(guó)芝

通過(guò)單因子指數(shù)和內(nèi)梅羅綜合指數(shù)評(píng)價(jià)法，對(duì)葉面顆粒物中 PAHs 的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。運(yùn)用 BaP 等效毒性當(dāng)量濃度和終生致癌風(fēng)險(xiǎn)模型，判斷葉面顆粒物中 PAHs 對(duì)城市居民健康產(chǎn)生的危害程度。1.5 技術(shù)路線

能區(qū)選取條件相近、葉面積指數(shù)相近、生長(zhǎng)狀況良好、樹(shù)形相近的海桐（Pitto）成熟健康葉片作為樣本，以減少個(gè)體差異而導(dǎo)致顆粒物吸附量的差異。每個(gè) 3 個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)選取 4 個(gè)平行樣（Simon et al., 2014），采集葉片的高度約為東南西北四個(gè)方向上、中、下不同高度位置均勻采集葉片。采樣時(shí)間分別為 月、2016 年 1 月、4 月和 7 月，采樣前 2 周內(nèi)無(wú)降雨和大風(fēng)事件。將采集的樣封袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，置于 4℃冰箱中保存?zhèn)溆么治觥?

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2780303