滴水湖及其鲫鱼体内PAHs分布特征与影响因素分析

中国环境科学2015,35(11)：3414~3421ChinaEnvironmentalScience滴水湖及其鲫鱼体内PAHs分布特征与影响因素分析贾晋璞,王薛平,毕春娟*,郭雪,陈振楼(华东师范大学地理科学学院,地理信息科学教育部重点实验室,上海200241)摘要：通过测定滴水湖水体、颗粒物和沉积物体系PAHs含量,探讨其分布与组成特征、影响因素及污染来源.结果表明,滴水湖水体中溶解态、颗粒态和沉积物中PAHs平均浓度分别为16.78ng/L、33.02ng/g和40.98ng/g.统计分析表明,水体酸碱度以及电导率与溶解态低环PAHs之间存在显著相关性,总有机碳(TOC)与沉积物中高环PAHs浓度之间存在显著相关性.溶解态的PAHs来源主要表现为草、木和煤的高温燃烧,部分样点表现为石油源;颗粒态PAHs则主要表现为高温燃烧以及石油泄漏源;而沉积物PAHs的来源则较复杂,除了草、木及煤的高温燃烧源和石油泄漏源,还有部分样点表现为石油的高温燃烧源.鲫鱼肌肉、卵部以及鳃部PAHs含量的测定结果表明,鲫鱼不同部位对PAHs的富集能力具有较大差异.鳃部总PAHs含量最高,其次为鲫肉部分,鲫卵所含PAHs浓度最少.与国内外其他研究相比较,滴水湖鲫鱼体内PAHs含量处于较低水平,但鲫鱼部分样品的BaP等当量浓度略高于EPA规定的可食性生物器官中PAHs含量的上限值.关键词：多环芳烃；水体；颗粒物；沉积物；滴水湖；鲫鱼；分布特征中图分类号：X524,X820.4文献标识码：A文章编号：1000-6923(2015)11-3414-08ThedistributioncharacteristicsofPAHsandtheinfluencingfactorsinDishuilakeandcruciancarp.JIAJin-pu,WANGXue-ping,BIChun-juan*,GUOXue,CHENZhen-lou(KeyLaboratoryofGeo-informationScienceoftheMinistryofEducation,CollegeofGeographicScience,EastChinaNormalUniversity,Shanghai200241,China).ChinaEnvironmentalScience,2015,35(11)：3414~3421Abstract：Investigatedthepollutionlevels,distributions,compositions,sourcesandinfluencingfactorsindissolvedphases,suspendedparticularmattersandsedimentsofDishuiLake,theresultsshowedthataverageconcentrationsoftotalPAHsinthosemediumwere16.78ng/L,33.02ng/gand40.98ng/grespectively.StatisticalanalysessuggestedthatWaterpHandconductivitywascorrelatedtotheconcentrationsoflowmolecularweightPAHsindissolvedphases,whiletotalorganiccarbon(TOC)wascorrelatedtotheconcentrationsofhighmolecularweightPAHsinsediments.PAHsindissolvedphasesweremainlyfromhightemperaturecombustionofstraw,woodandcoal.Therearealsosomesamplesshowedtheoilsource.CombustionandoilspillwerethesourcesofPAHsinsuspendedparticularmatters.WhilebothcombustionandpetrogenicinputswerethesourcesofPAHsinsediments.BymeasuringtheconcentrationsofPAHsinthecruciancarpmuscles,eggsandgills,wefoundtheconcentrationsofPAHsinthegillsofcruciancarpwerethehighest,followedbythemeatandroes.ComparedtoconcentrationsofPAHsinthefishesofotherareasintheworld,theconcentrationsrangeswasinthelowerlevel,butsomesampleswithahigherBaPequivalentconcentrationsthantheEPAregulations.Keywords：polycyclicaromatichydrocarbons(PAHs)；water；particle；sediment；DishuiLake；cruciancarp；distributioncharacteristics多环芳烃(PAHs)是一类环境中普遍存在的有机污染物,因具有很强的“三致效应”(致癌、致畸、致突变性)和难降解性,而成为国内外研究机构的研究热点.每年有大量的PAHs主要通过降水、降尘、地表径流、污水排放等途径进入水环境,并通过与溶解态有机质的结合、吸附于悬浮颗粒物上以及富集于沉积物中等形式存在于水环境中[1-2].另外,鱼类在水生态系统是消费者,其体内所含污染物在一定程度上可以反映出所处收稿日期：2015-04-13基金项目：国家自然科学基金项目(41271472);上海市自然科学基金项目(12ZR1409000);上海市科委社会发展重点项目(12231201900);华东师范大学大型仪器设备开放基金项目*责任作者,副教授,[e-mail]11期贾晋璞等：滴水湖及其鲫鱼体内PAHs分布特征与影响因素分析3415环境的污染状况[3].近年来,国内外学者对湖泊,尤其是天然湖泊表层沉积物中多环芳烃的分布特征及来源进行了广泛的研究[4-6],而对湖泊水体、颗粒物、沉积物体系以及鱼体内多环芳烃的整体研究则较少.滴水湖是目前中国在潮滩上开挖的最大人工湖泊,其水体环境受河流输入、原始潮滩沉积物以及周边农田和湿地的共同影响,水体环境复杂脆弱.另外,滴水湖是上海市新城区临港新城的象征,作为国家级水利风景区,其水体环境的研究与可持续发展具有重要的现实意义.基于此,本研究分析了滴水湖水体、颗粒物、沉积物体系以及鱼体内PAHs的浓度水平、组成结构与来源,探讨了影响水环境中PAHs分布的主要因子,以期对滴水湖水环境保护与开发提供科学依据.1材料与方法1.1样品采集内涟河1kmNF港A港B港C港D港E港3412111298765图1滴水湖样点分布示意Fig.1samplingsitesinDishuiLake于2013年11月在上海市滴水湖采集水样,表层(0~2cm)沉积物以及鱼样.根据滴水湖的水系特点、湖底地形及人文活动等情况共设计12个采样点(图1),采集水样及表层沉积物.表层水样采用有机玻璃采水器(永安,上海)采集,装于干净棕色玻璃瓶中运回实验室立即抽滤,沉积物用437200箱式采泥器(HYDRO-BIOS,Germany)采集后运回实验室于-18℃低温保存.由于滴水湖内主要鱼种为鲫鱼,为了更好地反映实际情况,本研究采集了鲫鱼作为鱼样.将所采鲜鱼样品置于放有冰块的白色泡沫箱内尽快运回实验室冷冻保存以待预处理.1.2样品预处理水样经0.7µmGF/F玻璃纤维滤膜(Waterman,UK)过滤,所有滤膜事先经过马弗炉450℃烘烧4h,过滤后滤膜经冷冻干燥机(Christ,Germany)冻干.用OasisHLB固相萃取小柱(Waters,USA)萃取过滤后的水样,依次使用正己烷、二氯甲烷、甲醇、超纯水各5mL活化小柱,富集萃取水样,用10mL二氯甲烷与正己烷的混合液(体积比为3:7)进行洗脱.使用DryVap全自动定量浓缩仪(LabTech,USA)浓缩经正己烷转换后的洗脱液至0.9mL,加入0.1mL内标十氯联苯后待GC/MS上机检测.鱼样是在室温下消冻解剖,去皮剔刺后用超纯水洗净血污后进行分类.由于鲫鱼个头较小,将其分为肌肉、鱼鳃和鱼卵三部分.称取经冻干机冻干后的鱼样2g、硫酸镁2g、硅藻土2g,并将其混合研磨.称取10g硅胶放入萃取池,再放入混合样,最后放适量石英砂,使用ASE300加速溶剂萃取仪萃取.称取滤膜样和已冻干、筛分、混匀的沉积物样品5.0g,使用ASE300加速溶剂萃取仪(Dionex,USA)进行萃取.萃取剂选择丙酮和二氯甲烷(体积比1:1).萃取条件:加热温度为100℃,萃取压力为1500psi,静态萃取循环次数为3次,溶剂快速冲洗样品体积比为60%,氮气吹扫收集提取液时间为60s.萃取后的洗脱液使用DryVap全自动定量浓缩仪(LabTech,USA)浓缩至2~3mL,过硅胶/氧化铝/无水硫酸钠层析柱(内径为1cm),硅胶12cm,氧化铝6cm,无水硫酸钠1cm.分别用15mL正己烷和70mL二氯甲烷与正己烷的混合溶剂(体积比为3:7)淋洗出烷烃和PAHs组分.PAHs淋洗液经正己烷转换溶剂后用DryVap全自动定量浓缩仪(LabTech,USA)浓缩至0.9mL,加入0.1mL内标十氯联苯后待GC/MS上机检测.3416中国环境科学35卷水体的温度(T)、酸碱度(pH值)、溶解氧(DO)和总悬浮物(TSS)等指标利用便携式仪器现场测定,水体中溶解性有机碳(DOC)含量使用TOC仪器(liquidTOCⅡ,Germany)测定.沉积物中总有机碳(TOC)含量用重铬酸钾氧化-外加热法测定[7].实验所用的有机溶剂(甲醇、丙酮、二氯甲烷、正己烷)均为农残级,购自Merck公司(德国).PAHs标样(16种优控PAHs)、十氯联苯、氘代PAHs(Naphthalene-d8、Aceaphthene-d10、Phenanthrene-d10、Chrysene-d12、Perylene-d12)均购自Dr.Ehrenstorfer公司(德国).无水硫酸钠、中性氧化铝、硅藻土、硅胶、铜粉,购自国药集团.硅胶于450℃烘烤6h,然后以130℃条件下活化16h;硅藻土于600℃马弗炉中加热4h;无水硫酸钠、中性氧化铝在马弗炉中经450℃加热4h;玻璃棉在马弗炉中经350℃灼烧8h.1.3样品测试样品测定使用配有CTC自动进样器的气质联用仪GC-MS(Agilent7890A/5975C,USA).色谱条件:色谱柱选择HP-5MS(30m×0.25mm×0.25µm)石英毛细管柱.载气为高纯氦气(99.999%),流速为1mL/min.进样口温度为300℃,不分流进样,进样量为1µL.色谱柱升温程序为柱始温80℃,保持1min;以10℃/min升温至235℃,保持0min;以4℃/min升温至300℃,保持4min.质谱条件:EI源,电子能量70Ev,离子源温度280℃,四级杆温度150℃.16种美国环保局优先控制的PAH单体分别为萘(Nap)、苊(Acy)、二氢苊(Ace)、芴(Flu)、菲(Phe)、蒽(Ant)、荧蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并[a]蒽(BaA)、(Chr)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[a]芘(BaP)、茚并[1,2,3-cd]芘(IcdP)、二苯并[a,h]蒽(DahA)以及苯并[g,h,i]苝(BghiP).1.4质量保证和质量控制以氘代PAHs:Naphthalene-d8、Aceaphthene-d10、Phenanthrene-d10、Chrysene-d12、Pery