環(huán)糊精提取技術評估土壤PAHs生物有效性的機制與模型.pdf

1、多環(huán)芳烴(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon，PAHs)是一類典型的疏水性有機污染物，廣泛存在于土壤中，且具有致畸、致癌和致突變效應。羥丙基-β-環(huán)糊精(Hydroxypropyl-β-cyclodextrin，HPCD)提取技術是評估污染物生物有效性的技術之一，主要用于開展HPCD對污染物的生態(tài)風險評估。然而由于目前所研究污染物的種類單一，使其忽略了污染物之間的化學多樣性的影響，進而使得HPCD提取技術評估

2、污染物生物有效性的機制認識不夠完善。本研究采用野外土壤綜合考察HPCD對15種PAHs的包合作用、脫附性能及蚯蚓富集的影響，分別從PAHs環(huán)境賦存、生物效應等方面明確PAHs的化學多樣性及HPCD對土壤中PAHs的提取機制，從而闡明HPCD提取評估土壤中PAHs生物有效性的機制并在此基礎上建立HPCD提取與蚯蚓富集的預測模型。
　　通過加速溶劑提取技術測試了31種土壤中15種PAHs的總量。通過雙比值法分析表明高速公路附近土壤的P

3、AHs主要來自化石燃料高溫燃燒，化工廠、焦化廠和農(nóng)田附近PAHs主要來自石油揮發(fā)和煤、木材等燃燒，而港口附近的PAHs主要為復合污染。通過對土壤中PAHs總量與土壤理化性質的相關性分析可知，土壤中PAHs的總量與土壤有機碳含量、比表面積、土壤粘粒分數(shù)和砂粒分數(shù)正相關，其關系式為CpAHs=0.48X1+0.33X2+0.36X5+0.20X7(R2=0.95,n=31)不同種類PAHs的濃度分別與土壤有機碳含量、比表面積、孔容、孔徑、粒

4、級分數(shù)和風化指數(shù)相關(R2=0.54～0.94，n=31)。結果表明，不同種類PAHs的環(huán)境賦存存在差異。
　　通過蚯蚓富集實驗研究了蚯蚓對不同土壤中PAHs的富集能力。結果表明，PAHs未校正及校正BSAF的平均值分別在0.06±0.04(lnP)～0.18±0.10(Nap)和0.12±0.05(lnP)～0.35±0.11(Nap)之間。根據(jù)Statistic Package for Social Science(SPSS)

5、相關性分析表明，不同種類PAHs的未校正BSAF與土壤和PAHs的理化性質相關，其關系式為log BSAF=-0.98X3+0.35X5+0.48X8+0.15X9-1.00X11+0.45X15-0.28X16(R2=0.80,n=390),其相關性因素分別為有機碳含量、分子極化率、粘粒分數(shù)、粉粒分數(shù)、摩爾體積和生物降解速率，其中土壤有機碳含量和PAHs的分子極化率對BSAF(Biota-Soil AccumulationFactor

6、)的貢獻較大。結果表明，蚯蚓對PAHs富集能力的差異是PAHs的自身理化性質及環(huán)境賦存共同作用的結果。
　　通過HPCD脫附動力學實驗及有效態(tài)提取技術研究了HPCD提取評估土壤中PAHs生物有效性的機制，并在此基礎上建立HPCD提取與蚯蚓富集之間的預測模型。通過SPSS相關性分析表明，PAHs的HPCD提取濃度與土壤總量濃度的比值及BSAF二者共同與土壤有機碳含量、生物降解速率、粘粒分數(shù)和粉粒分數(shù)相關，其中有機碳含量貢獻最大。HP

7、CD提取后土壤理化性質的變化與蚯蚓富集過程類似，二者均使土壤中的大顆粒轉化為小顆粒且比表面積增大，且反應HPCD包合能力的包合常數(shù)與反應蚯蚓富集能力的BSAF共同與PAHs分子極化率和摩爾體積相關。結果表明，HPCD提取過程能夠模擬蚯蚓在土壤中的富集過程且二者可能具有相關性。
　　利用SPSS曲線估計建立26種土壤中15種PAHs蚯蚓體內濃度與HPCD提取濃度的逐一預測模型（C worm=（（CHPCD+k）/a）0.5+h）(R

8、2=0.88～0.95，n=26)）。將18種土壤中15種PAHs的單個及總量濃度混合，建立蚯蚓體內濃度與HPCD提取濃度之間的混合模型，Cworm=((CHPCD+91.58)/0.0049)0.5-136.96(R2=0.96,n=270)，并隨機選取4種不同類型的8種土壤對預測模型進行驗證。結果表明，通過模型得到的蚯蚓預測值與實測值之間相關性很好，關系式為y=1.21x-0.13(R2=0.93，n=120)。利用26種土壤中15

9、種PAHs的蚯蚓體內摩爾總量濃度與HPCD提取摩爾總量濃度之間的關系建立模型(Cworm=((CHPCD-0.018)/1.48)05-0.239)(R2=0.92，n=26)）并結合蚯蚓CBR指標可知，當蚯蚓體內濃度為臨界濃度、假設性安全水平、無明顯效應和半致死濃度時所對應的HPCD提取摩爾總量分別為0.11 mmol/kg OC，0.37 mmol/kg OC，69 mmol/kg OC和3735 mmol/kgOC;基于HPCD提