多环芳烃在水稻籽粒中的分布及其与环境介质含量的关系

ROCKANDMINERALANALYSISVo.l29,No.4

331~334

文章编号:02-5357(2010)04-0331-04

多环芳烃在水稻籽粒中的分布及其与环境介质含量的关系

焦杏春,叶传永,武振艳,罗松光,刘󰀁煜

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(1.国家地质实验测试中心,中国地质科学院生态地球化学重点实验室,北京󰀁100037;2.北京大学地表过程分析与模拟教育部重点实验室,北京󰀁100871)

摘要:介绍了江西南昌某郊区采集的成熟期(2008年9月)和收割期(2008年10月)的水稻籽粒中多环芳烃(PAHs)的富集情况,并与同时期的环境介质(土壤、空气气相以及颗粒物)中多环芳烃的含量及分布情况作了相关性分析。结果表明,研究区水稻籽粒中16种多环芳烃(󰀁PAHs)总量平均为(74.8󰀁13.6)ng/g,水稻

3

土壤中󰀁PAHs含量平均为(203.7󰀁14.3)ng/g,空气气相样品中󰀁PAHs含量平均为68.25ng/m,以3环和

3

4环多环芳烃为优势化合物;颗粒物样品中󰀁PAHs含量平均为42.28ng/m,以4环、5环和6环多环芳烃为优势化合物。各介质多环芳烃含量在国内同类地区中均位于中等偏下水平。将多环芳烃在水稻籽粒和各个介质之间的生物富集系数与化合物的辛醇分配系数KOC、KOA作对数变换后比较,发现水稻籽粒中多环芳烃的分布与水稻土和空气颗粒物中的多环芳烃没有太大关系;而与空气气相中的多环芳烃关系较明显,证实了前人得到的气相化合物对植物体内化合物的分配起着主要贡献的研究结论。关键词:多环芳烃;水稻籽粒;生物富集系数;环境介质中图分类号:O625.1;S511;X826文献标识码:A

TheDistributionofPolycyclicAromaticHydrocarbonsinPaddySeedsandtheCorrelationwiththeEnvironmentalMedia

JIAOXing-chun,YEChuan-yong,WUZhen-yan,LUOSong-guang,LIUYu

(1.NationalResearchCenterforGeoanalysis,KeyLaboratoryofEco-Geochemistry,󰀁󰀁ChineseAcademyofGeologicalSciences,Beijing󰀁100037,China;2.LaboratoryforEarthSurfaceProcess,PekingUniversity,Beijing󰀁100871,China)

Abstract:Paddyseedsandenvironmentsamplessuchassoi,lairandatmosphericparticulateswerecollectedandanalyzedduringthericematurityandharvestperiods(SeptembertoOctober,2008)fromNanchangSuburbofJiangxiProvince.Theresultsshowedthattheaverageconcentrationof16polycyclicaromatichydrocarbons

3

(󰀁PAHs)was(74.8󰀁13.6)ng/ginpaddyseeds,(203.7󰀁14.3)ng/ginpaddysoils,68.25ng/minair

3

anddominatedby3and4ringofPAHs,42.28ng/minatmosphericparticulatesanddominatedby4,5and6ringofPAHs,whichindicatedthatPAHsinvariousmediainthisregionwereatamiddle-lowercontentlevelcomparedwithinsimilarmediafromotherregions.Theresultsfromcorrelationanalysisofthebio-concentrationfactors(BCF)ofPAHsinpaddyseedsandineachenvironmentalmediumwiththePAHspartitioncoefficientsKOCandKOAindicatedthattherewasnoobviouscorrelationofPAHsdistributioninpaddyseedswiththatinsoilsandatmosphericparticulates,butaclearpositivecorrelationbetweenPAHsingasphaseandinpaddyseedswasobserved.Theresultsseemtoprovethatorganicpollutantsingasphasearetheprimarycontributiontothepollutantinplantseedsasthepreviousresearchconclusions.Keywords:polycyclicaromatichydrocarbons(PAHs);paddyseed;bio-concentrationfactor;environmentalmedia

收稿日期:2009-09-20;修订日期:2010-03-22

基金项目:国家自然科学基金项目资助(40703029);国家地质实验测试中心基本科研业务费项目

资助(200607CSJ16)

作者简介:焦杏春(1977-),女,河北保定市人,副研究员,主要研究方向为环境地球化学。E-mai:ljiaoxch@sohu.com。

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󰀁331󰀁第4期

󰀁岩󰀁矿󰀁测󰀁试󰀁http:󰀁www.ykcs.ac.cn

艹屈、苯并

2010年

长期以来,人们以各种林木、作物、蔬菜作为研究对象,广泛探讨了多环芳烃(PAHs)、有机氯农

药、多氯联苯等多种持久性有机污染物在植物-土壤系统的吸收、吸附、降解、转移等行为特征以及影响因素

[1-3]

[b]荧蒽、苯并[k]荧蒽、苯并[a]芘、茚并

[123-cd]芘、二苯并[a,h]蒽和苯并[ghi]苝。PAHs含量表示为单位干重含量,16种PAHs总量用󰀁PAHs表示。

空白加标与空白和样品同时提取、分离和检测,计算16种PAHs的回收率在65%~118%。实验结果未经回收率校正。

。由于与人体健康关系密切,作物的可

食用部分中污染物的含量水平及其与环境介质的

关系一直是人们关注的重点。考虑到大米作为我国大部地区居民的主食,本文研究了江西南昌某地水稻成熟期籽粒中PAHs的含量及分布特征,并分析了与空气、颗粒物等环境介质的相关关系,初步探讨了PAHs对人体健康的影响以及环境介质的贡献。本文的研究可以为人体通过摄食途径对有机污染物的暴露研究提供资料,对于人类健康和风险评价具有重要意义。

2󰀁结果与讨论

2.1󰀁水稻籽粒中的多环芳烃

如图1所示,水稻成熟期(2008年9月)籽粒中󰀁PAHs的平均含量为(238󰀁6󰀁46󰀁7)ng/g,高于水稻收割期(2008年10月)籽粒中󰀁PAHs的平均值(74󰀁8󰀁13󰀁6)ng/g。水稻籽粒中的󰀁PAHs在收割期的浓度最低,可能与水稻籽粒在收割期生物质量达到最大,从而对PAHs产生了一定的稀释

[5][6]

作用有关。与崔艳红等测定的天津地区水稻籽粒中PAHs的平均含量相比,本研究区水稻籽粒中󰀁PAHs含量偏低。参照美国EPA规定的每日摄入标准(1󰀁6~16󰀁g/d),本研究区水稻中PAHs尚未对人体健康构成威胁。

[7]

1󰀁实验部分

1.1󰀁采样方法

研究区选择在位于江西南昌郊外的新建县,该区以水稻种植为主,水稻生长季为每年的4月底至10月初。本组于2008年9月、10月采集了水稻籽粒样品和大气颗粒物样品。采用大气采样仪(KC-300,青岛崂山电子仪器厂),用软性聚氨酯泡沫(PUF)作为吸附介质收集空气气相样品,玻璃纤维滤膜收集颗粒物样品,采样流量200L/min,采样周期24h。样品分析前冷冻保存。

1.2󰀁样品处理方法

水稻籽粒去壳后研磨,全量过0.833mm(20目)筛。全部样品加入回收率指示物(5种化合物的混合标准样品,包括萘-d8、苊-d10、菲-d10、艹屈-d12和苝-d12,购自ULTRAScientific公司),采用丙酮-二氯甲烷(体积比1󰀁1)混合溶液进行索氏提取,经凝胶渗透色谱、过柱等净化过程,最后浓缩、定容,上机测定。空白PUF和滤膜与样品一起用二氯甲烷进行索氏提取,经硅胶柱净化后浓缩待测。详细处理方法参见文献[4]。

1.3󰀁样品测定方法和质量控制

PAHs含量用Agilent60/5973气相色谱-质谱联用仪(美国Agilent公司)分析,利用PAHs混合标准(USChemService,PAH16Mixture610)中16种PAHs的气相色谱保留时间和质谱数据库(NIST)对样品中的PAHs定性,选取各PAH的分子、离子,用内标法定量。测定的16种PAHs包括:萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽、荧蒽、芘、苯并[a]蒽、󰀁332󰀁

图1󰀁水稻籽粒中󰀁PAHs的变化情况Fig.1󰀁󰀂PAHsinthepaddyseeds

2.2󰀁环境介质中的多环芳烃

表层土壤是环境中PAHs的主要汇聚场所之一。按照土壤使用类型区分,农田土󰀁PAHs含量远低于工业用地和中心城区表层土壤中PAHs的含量。而在农用土壤中,又存在介质中󰀁PAHs

[9]

含量水稻土>旱地土>林地土的一般特征。本研究区水稻土中󰀁PAHs含量平均为(203󰀁7󰀁14󰀁3)ng/g,在国内城市近郊区表层土壤中位于中

[10][11]

等水平,高于、等地,而低于广州、天津等地。2008年9~10月,水稻土中PAHs含量无太大差异(图2)。

[12]

[13]

[8]

第4期焦杏春等:多环芳烃在水稻籽粒中的分布及其与环境介质含量的关系第29卷

植物表面的PAHs等化合物进入到果实部分,这是土壤中的污染物向作物果实部分转移的主要途径,而从根系吸收直接输送到果实部分的污染物是微量的

[16-17]

。由于水稻籽粒外面包裹着谷壳,阻挡

了浮尘的直接接触,因此土壤对水稻籽粒中的PAHs含量贡献并不大。这也是图3所示的PAHs在水稻籽粒-土中的富集系数与化合物的KOC不存在正相关关系的主要原因。该结果在一定程度上与土壤中的化合物较难被植物利用、土壤中化合物的生物有效性极低有关。

图2󰀁水稻土中󰀁PAHs的变化情况Fig.2󰀁󰀂PAHsinthepaddysoils

2008年9月和10月,用主动采样器采集了空气气相和颗粒物样品,每次采集2个平行样品(2008年10月有1个样品因故作废)。各样品的多环芳烃化合物详细浓度信息列于表1。从表1统计可得,空气气相样品中󰀁PAHs含量平均为68󰀁25ng/m,以3环和4环PAHs为优势化合物;颗粒物样品中󰀁PAHs含量平均为42󰀁28ng/m,以4环、5环和6环PAHs为优势化合物。与国内其他地区相同季节大气气相和颗粒物样品中PAHs的含量相比,明显低于徐州

[14]

3

3

、京津等地

[15]

,可能

与徐州、京津这些地区人口密度大、农业和工业活动频繁有关。一般来说,空气中有机污染物的水平往往会有很大波动,这与空气温度、天气状况等气象条件密切相关。本研究只在每次采样期间采集了1~2个样品,因此研究结果并不具有代表性。

表1󰀁空气气相和颗粒物样品中PAH化合物含量

Table1󰀁ConcentrationsofPAHintheairandparticlesamples

fromNanchangsuburb

环境介质

采样日期

编号1212121

采样体积V/m379󰀁2984󰀁13131󰀁220󰀁9179󰀁2984󰀁13131󰀁2

󰀁PAHs50󰀁7659󰀁42

󰀁󰀁m-3)B/(ng2环

󰀁3环󰀁4环󰀁5,6环

PAHs0󰀁160󰀁310󰀁230󰀁7125󰀁4230󰀁8240󰀁22

图3󰀁水稻土壤中的PAHs在水稻籽粒中的富集系数

(BCF)与KOC的关系

Fig.3󰀁

Correlationbetweenthebioconcentrationfactors(BCF)andKOCofPAHsintheseedswithPAHsinthesoils

将2008年9月和10月采集的空气气相和颗

粒物中的PAHs在水稻籽粒中的富集系数,籽粒-气(BCF籽粒-气)和籽粒-颗粒物(BCF籽粒-颗粒物),分别与化合物的辛醇-空气分配系数(KOA)作对数变换后比较,如图4所示。可以看出,籽粒中PAHs的分布与颗粒物中的PAHs没有太大关系,而与气相中的PAHs关系较明显。事实上,气相化合物在植物体内的富集可以看作是化合物从空气进入植物并达到平衡的过程。空气-植物富集系数(BCF)与KOA的相关关系在很多研究者的实验中都得到类似结论

[20-21]

[18-19]

PAHPAHsPAHs4󰀁1039󰀁886󰀁623󰀁7840󰀁7614󰀁57

空气2008年9月气相

样品2008年10月颗粒物2008年9月样品

2008年10月

75󰀁8412󰀁7651󰀁2711󰀁5787󰀁0013󰀁0758󰀁9314󰀁2939󰀁4737󰀁6149󰀁76

0󰀁870󰀁090󰀁09

7󰀁730󰀁971󰀁15

5󰀁455󰀁738󰀁30

2.3󰀁水稻籽粒中多环芳烃含量与环境介质的关系

将2008年9月和10月采集的水稻土壤中PAHs在水稻籽粒中的富集系数(BCF),籽粒-土(BCF籽粒-土),与化合物的分配系数(KOC)作对

数变换后进行比较,如图3所示。表层土壤经过风力扰动等过程产生浮尘再沉降到植物表面,从而使

。人们普遍

认为,气相中的化合物对植物体内化合物的影响比颗粒相更大。对于水稻籽粒样品来说,外面被谷壳包裹而被遮挡了与空气颗粒物的接触,气相的影响由此更加显著也是可以预计的。

󰀁333󰀁第4期

󰀁岩󰀁矿󰀁测󰀁试󰀁http:󰀁www.ykcs.ac.cn

2010年

图4󰀁空气气相和颗粒物中的PAHs在水稻籽粒中的富集

系数(BCF)与KOA的关系Fig.4󰀁

Correlationbetweenthebioconcentrationfactors(BCF)andKOAofPAHsintheseedswithPAHsinthegasphaseandparticlesphase

3󰀁结语

本文介绍了江西南昌某郊区采集的成熟期

(2008年9月)和收割期(2008年10月)的水稻籽粒中PAHs的富集情况,并与同时期的环境介质(土壤、空气气相以及颗粒物)中PAHs的含量及分布情况作了相关性分析。研究认为,本研究区各环境介质中PAHs的富集水平在国内同类地区中位于中等偏下。水稻籽粒中PAHs的分布与水稻土和空气颗粒物中的PAHs没有太大关系,而与气相中的PAHs关系较明显,证实了前人得到的气相化合物对植物体内化合物的分配起着主要贡献的研究结论。

4󰀁参考文献

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