石油化工区周边农作物对多环芳烃（PAHs）的累积及风险削减方法初探

论文摘要

石油化工业的生产活动,在促进经济发展的同时,也在污染着周围的环境,其排放的污染物质如多环芳烃,会残留在农产品中,导致农产品出现食用安全风险。目前,农产品中多环芳烃的降解已成为农业污染土地亟待解决的问题。本研究旨在对某石化工企业周围农田土壤进行污染调查,筛选出多环芳烃污染浓度较高的农田；并以此作为试验基地,探讨多环芳烃在农田土壤与农产品中的分布与赋存特征；筛选对多环芳烃敏感性较强的蔬菜品种,结合应用多环芳烃高效降解菌剂和杀虫剂—高锰酸钾复合制剂进行大田试验降解多环芳烃的效果验证试验。主要研究成果如下：1.为选择野外田间试验基地,分析了某石化企业周边农田土壤与农产品中的多环芳烃含量。结果表明,调查地区农田土壤多环芳烃含量45.4～964.3μg/kg,部分超标,基本上处于轻微污染状态。调查区农产品中的多环芳烃含量较高,含量范围220.6-1001.3μg/kg。同分异构体比值分析表明,证实调查区部分土壤污染来源于石油或石油燃烧,且T村附近农田土壤来源于石油污染,因此根据这一因素考虑选定该地区为试验基地。2.通过大田试验,种植了当地常见的7种农作物,包括西芹、油菜、茴香、胡萝卜等4种蔬菜和玉米、高粱、黄豆3种粮食作物,分析了试验基地土壤中多环芳烃的含量并进行了生态风险评估,探讨了农作物中多环芳烃的含量与赋存规律,利用毒性当量浓度和污染场地暴露评价模型分别评价了农作物的暴露风险。结果表明,该影响区土壤中16种多环芳烃均有检出,其总含量范围为69.8-1340.9μg/kg,以低环芳烃为主。蔬菜与粮食作物可食部分总PAHs含量较高,分别在580.0～1999.6μg/kg与274.6-1565.8μg/kg之间。蔬菜中油菜可食部分富集多环芳烃较高,粮食类黄豆累积较高,玉米较低。儿童和成人通过摄食该基地农作物日均暴露多环芳烃量分别为1.6μg·kg·d-1.与1.8μg.kg.d-1,绝对暴露量分别为24.7μg·d-1与100μg·d-1,超过北京地区人群通过粮食与蔬菜绝对暴露量,达到了1.1倍与4.6倍,因此食用当地农作物存在健康危险。3.根据前期大田试验研究,筛选出一种对多环芳烃富集较高的蔬菜品种—油菜,作为受试对象,在污染农田上种植,在土壤中添加固体菌剂以及随作物生长时期在叶面喷施不同浓度的高锰酸钾试液,或混种一种修复植物,探讨建立控制农作物中多环芳烃的技术方法。直接在土壤或在种植了修复植物的土壤中添加固体菌剂,研究菌剂对农业污染土壤中多环芳烃的降解效果以及菌剂对植物吸收多环芳烃的增强效果。结果表明：油菜60d的生长期内,施加0.05%、0.1%、0.2%KMnO4、4‰固体菌剂、固体菌剂4%o+喷施KMn04 0.1%、与黑麦草混种、固体菌剂4‰+与黑麦草混种、喷施KMn04 0.1%+与黑麦草混种等8种。不同处理中,4‰固体菌剂处理组可以有效促进茎叶中总多环芳烃主要是低环芳烃的降解,对高环芳烃降解也有一定的促进作用,成熟可食时期油菜中低环芳烃比生长20d时降低了75.9%,比同时期对照组的降低了40%以上。施加高锰酸钾可以有效促进茎叶中高环芳烃的减少,成熟可食时期油菜中的高环芳烃含量与对照相比没有显著差异,但降解率达到了60%以上。所有处理对油菜的生长无抑制作用。农业污染土壤修复试验表明：施菌处理的黑麦草对土壤中多环芳烃的修复效率最高,与只施菌比较,对总多环芳烃修复效率提高了47.8%,而相比只种植黑麦草处理组,修复效率则提高了168.9%,表明固体菌剂可以有效促进黑麦草对土壤中多环芳烃的降解。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词和植物拉丁名表
• 第一章 前言
• 1 农田土壤PAHs污染特征与源解析
• 1.1 农田土壤PAHs污染概况
• 1.2 国外农田土壤PAHs标准
• 1.3 土壤PAHs污染源辨析方法
• 2 农作物对PAHs的累积特征与健康威胁
• 2.1 吸收途径与影响因素
• 2.2 农作物中PAHs的健康威胁
• 2.3 农作物中PAHs的风险评估
• 3 农作物中PAHs的污染控制方法
• 3.1 改变氮素形态
• 3.2 改变光照强度
• 3.3 添加高效菌剂
• 3.4 氧化剂剂清洗
• 3.5 植物-微生物联合作用
• 4 本研究选题依据、研究内容与意义
• 4.1 选题依据与研究意义
• 4.2 研究目标和研究内容
• 4.3 技术路线
• 第二章 石油化工周边农田与农作物PAHS污染调查、来源分析及风险评估
• 1 前言
• 2 材料和方法
• 2.1 供试材料与采集方法
• 2.2 化学测定方法
• 2.3 风险评价指标与方法
• 2.4 数据分析统计方法
• 3 结果和分析
• 3.1 调查区土壤中PAHs的结果与分布
• 3.2 调查区土壤中PAHs的来源解析
• 3.3 PAHs的生态风险评价
• 3.4 农作物中PAHs的含量与分布
• 4 讨论
• 5 结论
• 第三章 石化工业影响区农作物对多环芳烃（PAHS）的积累及人群暴露风险
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 供试土壤
• 2.2 试验设计及实施
• 2.3 PAHs化学分析方法
• 2.4 暴露量计算模型
• 2.5 数据分析统计方法
• 3 结果与分析
• 3.1 土壤中PAHs的含量与生态风险
• 3.2 农作物中PAHs含量、累积量与累积特征
• 3.3 农作物中PAHs含量的差异性分析
• 3.4 人体PAHs日平均暴露量与健康风险分析
• 4 讨论
• 5 结论
• 第四章 投加高效菌剂和喷施高锰酸钾降低农作物中PAHS累积研究
• 1 前言
• 2 材料与方法
• 2.1 供试材料
• 2.2 试验设计
• 2.3 化学分析方法
• 2.4 数据分析统计方法
• 3 结果与分析
• 3.1 投加高效菌剂和喷施高锰酸钾对油菜吸收和降解PAHs的影响
• 3.2 油菜的生长情况和对PAHs的累积量
• 3.3 影响油菜累积PAHs的因素分析
• 3.4 投加高效菌剂和喷施高锰酸钾处理后油菜食用的安全评估
• 3.5 投加高效菌剂和喷施高锰酸钾对油菜品质影响
• 3.6 固体菌剂对植物吸收累积PAHs和生长的影响
• 3.7 固体菌剂对植物修复效率的影响
• 4 讨论
• 4.1 喷施高锰酸钾制剂对于PAHs的降解效果和机理
• 4.2 微生物—植物联合对于PAHs降解效果和机理
• 4.3 油菜—黑麦草混种对于PAHs降解效果和机理
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢