2結(jié)果與討論

2.1土壤中16種PAHs的含量

菲爾德斯半島20個(gè)表層土壤樣品中16種PAHs含量分布見表2，∑₁₆PAHs含量如圖2所示。其中InP在大部分站點(diǎn)樣品中未被檢測到，BaA、Chr、BaP、DbA和BghiP在部分站點(diǎn)中未檢出，其余10種PAHs在所有站點(diǎn)中均有檢出。PAHs濃度范圍為2.37～27.31ng·g^-1，平均含量為9.82ng·g^-1。與馬新東等報(bào)道的菲爾德斯半島土壤介質(zhì)中PAHs含量(68.9～374ng·g^-1)相比，濃度有所降低。低于北極新奧爾松區(qū)域土壤中PAHs平均含量(191ng·g^-1)，更是低于王小萍等報(bào)道的珠穆朗瑪峰的PAHs濃度(168～595ng·g^-1)。其中，風(fēng)暴灣的含量最低為2.37ng·g^-1，長城站的含量最高為27.31ng·g^-1。

總PAHs含量較高的站點(diǎn)是長城站、企鵝島、俄羅斯站和機(jī)場東，相比于其他站點(diǎn)，俄羅斯站、長城站和機(jī)場東這三個(gè)站點(diǎn)PAHs含量高的一個(gè)可能原因是研究站和機(jī)場附近人類活動(dòng)比較頻繁，受到人類日?；顒?dòng)以及飛機(jī)燃料泄漏、尾氣排放產(chǎn)生一定污染的影響。機(jī)場東、西兩個(gè)站點(diǎn)相距較近，但其濃度有一定差異，分析其原因可能為:機(jī)場東位于機(jī)場跑道的起點(diǎn)，機(jī)場西位于跑道終點(diǎn)，飛機(jī)飛行過程中的燃料泄漏及尾氣排等污染對(duì)機(jī)場東的PAHs濃度影響較大;機(jī)場西靠近海岸，受人類活動(dòng)影響較小，而機(jī)場東附近有建筑物，人類活動(dòng)較為頻繁，因此由人類活動(dòng)所帶來的PAHs污染問題在機(jī)場東更為突出。企鵝島PAHs含量較高的原因可能是由于土壤中含有企鵝的排泄物，有機(jī)質(zhì)含量相對(duì)較高，PAHs化合物易于富集在有機(jī)質(zhì)含量高的土壤中所致。

2.2PAHs的組成特征及源解析

由于環(huán)境中PAHs來源不同，PAHs在苯環(huán)數(shù)量及排列方式上有所不同，但是在PAHs遷移和沉降等環(huán)境過程中組分保持相對(duì)穩(wěn)定。因此，PAHs的不同組分特征可以作為環(huán)境中PAHs來源的一個(gè)依據(jù)。依據(jù)16種PAHs的苯環(huán)個(gè)數(shù)差異，劃分為低環(huán)(2、3環(huán))、中環(huán)(4環(huán))和高環(huán)(5、6環(huán))PAHs3類。低環(huán)PAHs主要來源于石油源，中環(huán)和高環(huán)PAHs主要來源于化石燃料及生物質(zhì)的不完全燃燒。菲爾德斯半島表層土壤中PAHs組成比例如圖3所示。從圖3可以看出，研究的所有站點(diǎn)中，低環(huán)PAHs占比為40.44%～95.72%，中環(huán)PAHs占比為2.31%～42.46%，高環(huán)PAHs占比為0.61%～30.69%。所以，低環(huán)PAHs是此研究區(qū)域的主要PAHs。機(jī)場東、企鵝島站點(diǎn)的樣品中所檢測出的中環(huán)PAHs、高環(huán)PAHs占比與低環(huán)相當(dāng)，推斷此采樣點(diǎn)表層土壤中PAHs來源為石油源和燃燒源的混合來源，這可能是機(jī)場東、企鵝島站點(diǎn)PAHs濃度較高的一個(gè)原因，而俄羅斯站和長城站以低環(huán)PAHs為主，其濃度較高的原因需進(jìn)一步研究。其他站點(diǎn)的樣品中PAHs組成以低環(huán)為主，石油源可能為主要來源。有研究表明，低環(huán)PAHs具有更強(qiáng)的揮發(fā)性，更容易隨著大氣傳輸，所以，在一定程度上受到大氣傳輸?shù)挠绊憽?/p>

環(huán)境中PAHs來源可以根據(jù)不同PAHs的濃度比值進(jìn)行初步判斷，本文根據(jù)測得的樣品濃度計(jì)算了四種特定的PAHs比值，即Ant/(Ant+Phe)、Fla/(Fla+Pyr)、Fla/Pyr和LMW/HMW(低環(huán)PAHs/中、高環(huán)PAHs)。有研究表明，當(dāng)Ant/(Ant+Phe)小于0.1，說明存在石油源，Ant/(Ant+Phe)大于0.1說明燃燒源影響較大。Fla/(Fla+Pyr)小于0.4為石油源，F(xiàn)la/(Fla+Pyr)大于0.5表示煤、木材等生物質(zhì)燃燒，0.4～0.5之間代表石油燃燒。Fla/Pyr小于1、LMW/HMW大于1時(shí)，表明PAHs來源于石油，F(xiàn)la/Pyr大于1、LMW/HMW小于1，表明來源于煤炭、生物質(zhì)和石油燃燒。這些比值結(jié)果將有助于分析菲爾德斯半島土壤中PAHs的來源，菲爾德斯半島樣品濃度的四種比值結(jié)果見表3，比值對(duì)比圖如圖4所示。結(jié)果顯示，Ant/(Ant+Phe)小于0.1的站點(diǎn)占80%，F(xiàn)la/Pyr小于1的站點(diǎn)占90%，所有站點(diǎn)的樣品LMW/HMW均大于1，初步推斷其PAHs主要來自石油源。長城站、機(jī)場東、烏拉圭站和風(fēng)谷站點(diǎn)Fla/Pyr的值接近1，表明受到化石燃料等高溫燃燒的影響較大。Fla/(Fla+Pyr)的結(jié)果主要集中在0.4～0.5之間，可能來源是石油燃燒。綜上所述，通過比值法初步判定研究區(qū)域內(nèi)PAHs主要來源于石油直接污染及燃燒。

用同分異構(gòu)體比值法判定多環(huán)芳烴來源通常會(huì)受到很多外界因素的干擾，例如大氣沉降、PAHs的揮發(fā)性等，導(dǎo)致分析結(jié)果不夠準(zhǔn)確，故采用主成分分析法(PCA)進(jìn)一步解析PAHs的來源。對(duì)菲爾德斯半島土壤中16種PAHs的檢測結(jié)果表明，大多數(shù)樣品中沒有檢測到InP，該化合物不參與主成分分析，對(duì)其他15種PAHs進(jìn)行PCA分析以確定其來源。根據(jù)特征根因子大于1，主成分分析矩陣見表4。從表4可以看出，菲爾德斯半島土壤中PAHs來源可提取出4個(gè)主成分，共解釋了方差變量的85.464%，其中成分1—4分別為34.523%、22.553%、16.201%和12.186%。在成分1中，低環(huán)PAHs占載荷較大，主要包括Nap、Acy、Fle和Ant。其中，Nap化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定，易揮發(fā)，可能受到大氣遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠绊?，也有研究指出Nap來源于石油泄漏，Acy和Ant主要來源于石油和相關(guān)產(chǎn)物在生產(chǎn)和運(yùn)輸過程中的泄漏;Fle主要來源于焦炭源。故低環(huán)PAHs載荷較高的成分1以石油源為主，這與前文判斷相吻合。DbA和BghiP在成分2中載荷較大，兩者是汽油燃燒的代表物。成分3主要由BbF和BkF確定，故代表柴油燃燒源。最后成分4載荷較大的是BaA和Chr，BaA被認(rèn)為是汽車尾氣代表物，而Chr則被認(rèn)為是煤的燃燒。綜合分析可見菲爾德斯半島表層土壤中PAHs主要來源于石油和石油燃燒，一定程度上受到大氣遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠绊懀c比值法判斷結(jié)果基本一致。

2.3PAHs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

為了評(píng)估菲爾德斯半島表層土壤中PAHs的潛在風(fēng)險(xiǎn)，將所測得的16種PAHs含量與荷蘭土壤16種PAHs標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行了比對(duì)，結(jié)果見表2。參照荷蘭土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，16種PAHs均在標(biāo)準(zhǔn)值安全范圍內(nèi)。雖然Acy、Ace、Fle、Pyr、BbF和DbA沒有規(guī)定最低安全值，而且這6種PAHs只在部分站點(diǎn)中檢出且含量較低，但由于南極生態(tài)系統(tǒng)較為脆弱、生物多樣性較少，微量污染元素的存在可能會(huì)對(duì)極端的南極環(huán)境產(chǎn)生一定的副作用和毒性，所以不能忽視南極環(huán)境潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。菲爾德斯半島土壤中16種PAHs含量與中國土壤環(huán)境質(zhì)量第一標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行比較(表2)，結(jié)果表明16種PAHs均處于第一標(biāo)準(zhǔn)限值內(nèi)。Maliszewska-Kordybach[35]根據(jù)土壤中PAHs的污染程度劃分了4個(gè)等級(jí)，∑PAHs含量小于200ng·g^-1，屬于無污染;∑PAHs含量介于200～600ng·g^-1之間，屬于輕度污染;∑PAHs含量介于600～1000ng·g^-1，屬于重度污染;∑PAHs含量大于1000ng·g^-1，屬于重度污染。從圖2可知，菲爾德斯半島∑₁₆PAHs含量小于200ng·g^-1，即無污染狀態(tài)。綜合比較以上3種土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果表明，研究區(qū)域處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，但是日益頻繁的科考、旅游、海上運(yùn)輸?shù)热藶榛顒?dòng)在南極地區(qū)產(chǎn)生了一定的污染，且PAHs在土壤中分解緩慢，具有長期滯留性，其潛在的環(huán)境毒性絕不能被忽視。

3結(jié)論

1.南極菲爾德斯半島表層土壤中16種PAHs均有檢出，∑₁₆PAHs含量范圍為2.37～27.31ng·g^-1，平均含量為9.82ng·g^-1。最高值出現(xiàn)在長城站樣品，俄羅斯站、長城站、機(jī)場東等有人類活動(dòng)的站點(diǎn)相比其他站點(diǎn)PAHs含量較高。除企鵝島站點(diǎn)的樣品中所檢測出的中環(huán)PAHs、高環(huán)PAHs占比與低環(huán)相當(dāng)外，其他站點(diǎn)的樣品均以低環(huán)PAHs為主。

2.利用PCA對(duì)菲爾德斯半島表層土壤中PAHs進(jìn)行源解析，與比值法判斷結(jié)果基本一致，主要來源于石油源和石油燃燒源的混合源，且一定程度上受到大氣遠(yuǎn)距離傳輸?shù)挠绊憽?/p>

3.綜合3種土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果表明，菲爾德斯半島地區(qū)處于低生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)水平，但由于南極生態(tài)環(huán)境的特殊性，且不同程度地檢測出16種PAHs，潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)仍不能被忽視。

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