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作者解读:中国东部主要湖泊近岸土壤与植物中多环芳烃的分布及其关系 | MDPI Toxics 精选

已有 2665 次阅读 2022-11-25 14:36 |个人分类:学术软文|系统分类:论文交流

研究背景

多环芳烃 (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, PAHs) 是一类含有两个或两个以上苯环的芳烃。人类活动中有机物的不完全燃烧会导致PAHs的产生,如煤炭燃烧、柴薪等生物质的燃烧以及柴油、汽油车辆的尾气排放等;一些自然活动,如火山爆发、森林火灾等,也会向环境中释放PAHs。PAHs具有潜在的和已知的致癌性与致突变性,并且在水、大气、土壤、沉积物等介质中普遍存在,如果接触受污染粉尘或通过食物链等途径进入人体,可能对人体健康造成伤害。许多研究关注了土壤中的PAHs,一些研究测定了植物中的PAHs含量,但很少有研究关注到土壤-植物系统。本研究调查了土壤和植物中16种优控PAHs的含量和分布,初步确定了PAHs的排放源,揭示了PAHs在土壤-植物系统中的分布及相关关系,并探索了植物修复PAHs污染土壤的可能性。


研究过程与结果

本研究采集了中国东部九大湖泊附近的土壤样品 (n=9),并在每个土壤样方中采集了3~5种常见植物作为植物样品 (n=44)。采用GC-MS对样品中的PAHs进行测定。

土壤和植物中PAHs的含量和组成存在差异。土壤中PAHs含量为99.2~552 ng/g,其中千岛湖附近的土壤中PAHs含量最高,这可能与千岛湖临近交通干道有关。植物中PAHs含量为123~743 ng/g,约为土壤的1.5倍。菲是土壤和植物中含量最高的PAHs,这可能是由菲在我国的高排放量导致的。组成上,土壤中的PAHs以低环和中环PAHs为主,而植物中则是低环PAHs占主要优势。

采用比例法对土壤和植物中的PAHs来源进行识别 (图1)。土壤中的PAHs主要来自于燃烧源,但不同诊断比率指示的植物中PAHs来源存在差异。采用主成分分析法 (PCA) 进一步识别植物中的PAHs来源。共提取了4个主成分,解释了总方差的84.1%。PCA分析显示,煤燃烧、液体化石燃料燃烧以及工业生产过程是植物中PAHs的主要来源。

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图1. 土壤样品 (a) 和植物样品 (b) 中的4对多环芳烃诊断比率。


采用Spearman秩相关系数法对土壤和植物中PAHs含量的相关性进行分析。结果显示,无论是在土壤和植物中的PAHs总含量之间,还是在低环、中环或高环PAHs含量之间,都未表现出显著的相关性。土壤和植物中PAHs含量相关性较弱的原因可能是受到了植物种类的影响,不同植物对PAHs的吸收和转换过程不同。

通过计算植物浓度因子 (PCF=Concentration in Plants/Concentration in Soil) 以表征植物中PAHs的积累 (表1)。菊科的鬼针草、天人菊以及禾本科的玉米分别表现出对䓛、苊烯和苯并[g,h,i]苝的较强积累,显示了它们被用于植物修复的潜力。需要注意的是,巢湖附近的玉米并未表现出对苯并[g,h,i]苝的较强积累,这可能是受到土壤性质、生长地存在的其它植物或其它污染物的影响。因此,将以上三种植物实际应用于植物修复前需要进行更详细的研究。植物对PAHs的耐受能力后续也需被关注。

表1. 鬼针草、天人菊和玉米中的植物浓度因子 (PCF)。

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研究总结

本研究测定了土壤和对应常见植物中的16种优控PAHs,并研究了土壤和植物中PAHs的分布和相关关系。土壤中PAHs以中、低环为主,植物中低环PAHs占明显优势,且植物中PAHs含量高于土壤。土壤和植物中PAHs含量之间没有表现出显著的相关性,这可能与不同种植物对PAHs的选择性吸收有关。PCF值显示了鬼针草、天人菊和玉米较强的积累能力,提示了其用于植物修复多环芳烃污染土壤的潜力。虽然仍需对PAHs的植物毒性进行后续研究,但本研究为植物修复提供了新的可能选择。


原文链接:https://www.mdpi.com/2305-6304/10/10/577

Zhao, Z.; He, W.; Wu, R.; Xu, F. Distribution and Relationships of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons (PAHs) in Soils and Plants near Major Lakes in Eastern China. Toxics 2022, 10, 577.


第一作者介绍

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赵芝玮,北京大学城市与环境学院环境科学硕士。于2017年考入北京大学,完成了环境科学本科四年的学习,并继续攻读本专业硕士,目前为硕士二年级,师从徐福留教授,现已发表SCI论文1篇。


通讯作者介绍

徐福留,北京大学城市与环境学院博雅特聘教授、博士生导师,国家杰出青年基金获得者,丹麦哥本哈根大学博士。主要从事污染生态学与环境地理学的教学与科研工作,发表学术论文200余篇,其中SCI收录100余篇。现兼任Ecological Indicator 和《湖泊科学》副主编,以及Ecological Modelling、Ecosystem Health and Sustainability、Toxics 编委。


Toxics 期刊介绍

主编:Demetrio Raldúa, IDAEA-CSIC, Spain

期刊发表与有毒有害化学物质和材料相关的学术文章,主题范围涵盖毒理学、生态毒理学、环境科学、环境工程、环境化学和流行病学等学科。期刊已被Web of Science、PubMed和Scopus等多个数据库收录。

2021 Impact Factor:4.472

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Time to Publication:36 Days

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