地质环境健康适宜性评价指标体系与评价方法研究

人的健康与地质环境息息相关,地质环境对人群健康的影响一直以来备受环境、地质、医学等多学科领域研究者的关注。在环境健康影响评估方面,已有的研究注重从化学物质或工程建设等单一视角对健康风险进行评估,而从地球系统角度综合评估地质环境健康影响的研究尚不多见。本文提出从环境地球化学、区域地质背景、气候状况及人为活动强度等多维度出发,开展基于复合视角的地质环境健康适宜性评价指标体系与评价方法研究。本文建立了地质健康指数(GHI)评价方法,该方法按照GHI得分情况,将区域地质环境的健康适宜性分为优(85分及以上)、良(75~85)、一般(60~75)、较差(50~60)和差五个等级,分别代表区域地质环境处于极适宜、适宜、较适宜、可能适宜与不适宜人群健康的状况。本文以浙江省安吉与龙游两县为例,对GHI法的应用进行了案例分析。GHI法评价结果显示,两地在“气候状况”、“地质背景”与“人类活动强度”等三个分指数上得分相当,而在“环境地球化学”分指数上存在较大分异。这是因为安吉富硒土地农产品在富硒的同时重金属超标严重,而龙游富硒土地则无此类现象。两地GHI总指数得分显示,安吉地质环境的人群健康适宜性处于“良”级(78.16分),而龙游则处于“优”级(85.50分)。调查发现,两地居民健康状况差异不大,居民平均预期寿命均优于全国平均水平,说明虽然安吉地质环境存在高Cd、Ni的地球化学特征,但富硒环境起到了一定弥补作用,使得安吉整体上仍处于“适宜”人群健康的水平。GHI评价方法能够从总体上考虑与人群健康相关的地质环境要素,客观反映区域地质环境的健康适宜性状况,评价结果可以为合理利用有益健康的地质资源,以及规避不利健康的地质风险提供指导。

水环境中药物与个人护理品(PPCPs)的环境水平及降解行为研究进展

药物和个人护理品(PPCPs)是一种存在于各种介质中的新污染物,具有生物富集、致癌致畸性,近年来在水环境中被广泛检出,其种类和浓度也有逐渐增多和加重的趋势,加之与人类生活密切相关,可以通过家庭垃圾、医院废水、垃圾填埋场、污水处理厂等方式直接污染地表水,并进一步污染孔隙水、地下水等,致使生态环境和人体健康存在风险。因此,广泛了解PPCPs在各种环境介质中的浓度水平对于防范生态健康风险具有重要意义。近年来,对PPCPs浓度的调查研究取得了较大进展,自1976年美国堪萨斯城首次报道药物以来,各国陆续报道了不同介质中PPCPs的存在,弥补了各研究区污染物及浓度的空白,有利于开展综合治理工作。PPCPs在水环境中常见的降解方式有水解、光解及生物降解,同时在降解过程还会受到pH、温度、共存离子等影响,而且在各种降解过程中生成的产物也有所不同。污水处理厂因为去除工艺的限制,使得地表水中许多PPCPs虽然经过了废水的生物降解环境,但是光降解仍然可能比暴露在阳光下的生物降解更强。其中,抗生素在水环境中主要发生光降解;布洛芬、碘普罗胺、咖啡因等更易发生生物降解;而自然界中PPCPs发生水解的概率较低,酯类和酰胺类是其中最常见的易水解的官能团,除此之外,四环素类等因为吸附到沉积物中,也会发生水解反应。目前,对于PPCPs浓度水平的研究很多集中在单一水体,而海水、雨水等介质缺乏监测和分析,同时对于降解行为的研究大都没有关注到降解过程和降解产物,使得一些降解产物的高毒性被低估。因此,全面了解各种水环境介质中PPCPs浓度可以较为准确、系统地获知各地区PPCPs的污染情况,对于PPCPs治理与削减工作具有重要的现实意义;而探究PPCPs在水环境中的降解行为,有利于了解其在环境中的残留和代谢情况,厘清中间产物和最终产物的性质,以便针对性地对PPCPs的环境生态效应进行评估分析,降低风险。

水稻根系对多环芳烃的吸着与吸收

采集了天津市宝坻和新立2地的水稻根系样品及同期当地的空气、灌溉水和田间土壤样品.将水稻根分为节根和侧根2部分,并采用连续提取方法将根系中的多环芳烃分为3种形态:根表弱吸着态、根表强吸着态和根内吸收态.结果表明:2样点根系中多环芳烃含量存在显著差异;节根和侧根中的多环芳烃含量存在显著差异;被根吸收的部分约占多环芳烃总量的60%左右.比表面和脂含量是影响水稻根系化合物浓度的主要参数.

多环芳烃在水稻植株中的分布

采集了天津东丽区幼穗期、蜡熟期和枯熟期的水稻植株样品,研究了多环芳烃在其不同器官中的分布.研究结果表明,水稻根中PAH15含量在幼穗期之后不断增加,至枯熟期达到土壤浓度的3倍.茎叶中PAH15含量则从幼穗期到枯熟期呈现逐渐下降的一般趋势,且穗梗含量高于稻茎,第一叶含量高于下叶.水稻籽实成熟期间生物量迅速增加,其增速高于PAH15累积,这样的稀释作用造成表观浓度的下降.水稻地上部分各器官PAH15含量与脂含量之间具有显著的正相关关系.

应用单体碳同位素分析技术探析农田土壤中多环芳烃的植物降解过程

长期以来,研究者在探讨土壤中多环芳烃(PAHs)的降解及修复过程中,缺乏简便有效的手段对化合物的降解动态进行定量研究。前人尝试用投加实验、对比采用降解措施前后污染物的浓度变化、模型计算等方法研究PAHs的降解过程,其结果常互相矛盾,或不能真实反映复杂的实际环境。本文应用单体碳同位素分析技术对农田土壤中PAHs的植物降解过程进行定量表征,采集了某地农田表土作为供试土壤,选择玉米作为供试作物,开展了作物对土壤中PAHs降解及消除过程的研究。气相色谱-质谱分析结果表明,培养所用的玉米原始土及分4批收集的空白土、根际土、非根际土样品中16种PAHs的浓度总和(∑PAHs)平均分别为380.8 ng/g、(281.5±34.7)ng/g、(272.2±11.6)ng/g和(299.8±37.9)ng/g;玉米生长期间,各土壤样品的∑PAHs均比原始土壤有所下降,但除3环以下化合物(萘、苊烯、苊、芴、菲、蒽)外,其他化合物并未随玉米的生长表现出显著趋势。与玉米根、叶倾向于富集低环PAHs化合物相对应,可以判断植物对土壤中的低环化合物去除作用最为显著。各采样时期玉米根际土、非根际土和空白土壤样品中PAHs单体化合物的碳同位素分馏值(δ13C)在-34.31‰^-23.95‰之间,且除芘外的其他化合物的δ13C值随时间呈现逐步变轻的趋势,波动值位于-9.0‰^-0.6‰之间;本文对于PAHs单体化合物,尤其是4、5环化合物,在玉米降解过程中的碳同位素分馏与浓度变化之间未发现明显关系。考虑3环以下的PAHs化合物更倾向于被降解和清除,且其碳、氢同位素分馏情况更容易被观察到,因此稳定同位素分析技术更有助于探明该类单体PAHs污染物在环境中的迁移、转化规律。

水稻根系中多环芳烃的动态变化

水稻根系的多环芳烃浓度随着水稻的生长不断变化,呈现出初期逐渐升高,到成熟期趋于稳定的一般趋势.幼穗期、乳熟期、蜡熟期、完熟期和枯熟期水稻根系的多环芳烃总含量(PAH15)平均分别为464、969、592、1075ng·g-1和1059ng·g-1,并主要由3环化合物组成.根系的脂含量、比表面和生物量等指标对根系多环芳烃的变化起到了一定影响.其中,脂含量和比表面的影响比生物量的影响更为显著.随着水稻的成熟,水稻土多环芳烃含量逐渐降低,而5、6环化合物的比例逐渐增加.水稻根系和水稻土中的多环芳烃含量之间存在明显的负相关关系.

环境中溴系阻燃剂六溴环十二烷的水平及分析进展

六溴环十二烷(HBCDs)是一种添加型溴系阻燃剂,被广泛应用于建筑隔热材料、纺织用品及少量电子产品中。2006年欧盟、国际公约等组织相继停止生产和使用多溴联苯醚后,HBCDs也曾在某些用途中作为替代品使用。在各环境介质中,空气和水体是HBCDs的主要释放空间。点源附近的环境介质中通常能够检测出较高浓度的HBCDs,远高于没有明显点源的地区。工业合成的HBCDs以γ-HBCD异构体为主,大多数生物体内的HBCDs以α-HBCD所占比例最大,可能与化合物结构、环境条件及生物代谢过程等均有关。气相色谱-质谱分析技术对HBCDs有较高的检测灵敏度,但由于HBCDs存在热重排、热降解等现象,使得化合物的异构体分析受限。液相色谱-质谱分析技术弥补了上述缺陷,不但可以区分HBCDs化合物的对映与非对映异构体结构,还可以借助串联质谱(MS/MS)联用技术降低化合物的检出限。文章综述了环境中HBCDs的水平及分析进展,认为在HBCDs的立体结构以及各异构体之间的转化过程和转化条件等方面有很大的探索空间,指出在环境背景区开展HBCDs的环境行为、演变趋势、控制措施及替代技术研究,是今后应该深入研究的领域。

城区叶面尘特性及其多环芳烃含量

用多步连续洗脱方法采集了干线道路路侧和远离道路校园内冬青卫矛叶面积尘 ,研究了叶面尘的采集方法 .测定了 2类叶面尘的粒径分布、有机碳含量和多环芳烃含量 .结果表明 ,所测样品上的叶面尘可以在超声条件下 4min一步洗脱 .路边样品叶面尘积累量几乎是校园样品的 2倍 .2样品粒径分布基本形态非常相似 ,包括 2 0 0 μm以上和以下 2个组分 .后者占绝对优势 .但校园内样品叶面尘粒径明显小于路边样品 ,两者粒径中位数分别为 17 2 μm和 2 3 1μm .路边样中相对较粗部分显然来自机动车行驶扰动 .由于颗粒较细 ,采自校园叶面尘中多环芳烃含量略高于路边样品 .

多环芳烃在水稻茎中的分配与影响因素

按照水稻茎着生的不同环境对稻茎样品进行了分离,得到土中茎、水中茎和气中茎3部分样品,对各稻茎的多环芳烃含量与脂含量、表面积等参数以及与各环境介质的关系作了分析。结果表明,各介质中生长的稻茎中多环芳烃含量和分布差别不大,15种多环芳烃浓度总和平均都在20～25ng·g-1之间;脂含量和表面积对稻茎内多环芳烃含量的影响都不显著;各稻茎中的多环芳烃不仅受其生长环境的影响,也与其他环境介质中的化合物发生联系和交换。空气气相和水中的化合物对各部分稻茎内的化合物都有较大影响,而空气颗粒相和土壤中的化合物对各稻茎中化合物的影响都不大。

样品前处理过程中多环芳烃的稳定碳同位素分馏

利用多环芳烃标准样品连续和穿插进样相结合的方式,检验了气相色谱-燃烧-同位素比质谱仪(GC-C-IRMS)测定多环芳烃单体碳同位素比值(δ13C)的稳定性和准确性,观察了测定过程中色谱柱的分离效果。结果表明,出峰面积和分离程度是影响化合物δ13C平行性的主要原因。通过多次实验,分析了样品前处理过程中多环芳烃各个化合物稳定碳同位素的分馏情况,包括凝胶渗透色谱(GPC)和硅胶柱等净化过程,以及旋转蒸发和氮气吹扫等浓缩过程。实验表明,各前处理过程中样品内多环芳烃的稳定碳同位素分馏均不明显,其中硅胶柱净化过程相比GPC过程对样品中多环芳烃的δ13C影响较大,但总体上仍未超过未处理标样δ13C值的2倍标准偏差范围。旋转蒸发和氮吹过程对样品中多环芳烃的δ13C影响程度相当,都位于未处理标样δ13C值1倍标准偏差以内的水平。

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

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68.25 ng/m3,以3环和4环多环芳烃为优势化合物;颗粒物样品中∑PAHs含量平均为42.28 ng/m3,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。

地下水水质评价与水资源管理：水文地球化学与同位素方法的应用研究进展

地下水系统是包含地质环境、地下水动力、地下水化学等子集的综合系统,早在2000年前的古罗马时代,人们就已应用水文地球化学方法开展地下水的水化学特征、地下水补给、径流与排泄等研究。近现代同位素技术的发展,为开展地下水补给和可更新性、追踪地下水污染等方面的研究,提供了极大帮助。研究者通过分析地下水样品的水文地球化学指标,如K^+、Ca^(2+)、Na^+、Mg^(2+)等离子,结合δ18 O、δD、δ37 Cl、δ81 Br等稳定同位素指标,在地下水径流特征分析、水岩相互作用过程、地下水咸化、地下水资源管理以及地下水水质问题等研究方面取得了大量成果。本文概述了国内外近年来应用水文地球化学与同位素结合的手段进行地下水系统研究取得的成果及进展,着重回顾了在地下水咸化、地下水硝酸盐及微量有机污染以及地下水资源管理研究中的应用成果。文末讨论了应用水文地球化学与同位素结合的手段研究地下水系统的基本方法,探讨了开展地下水质质量评价与地下水资源管理的科学方法,展望了水文地球化学与同位素方法在地下水有机污染调查研究中的应用前景,认为该方法可以为地下水中新型及持久性有机污染物的来源及污染特征研究提供重要支撑。

作物根系-土壤系统中滴滴涕类化合物动态及影响因素

针对植物-土壤系统中滴滴涕及其代谢产物的动态情况及影响因素,开展了野外与室内相结合的研究工作。研究结果表明,相对于其他环境介质,农田土壤对以油菜和玉米为代表的作物中滴滴涕类化合物(DDTs)的富集起主要作用;油菜和玉米农作物根系和根际土中滴滴涕的浓度分别呈现增加和降低的动态。提高根表面积可以增加作物根系对DDTs的富集,并且在相同暴露条件下,根表面积的作用要大于土壤有机碳含量的作用。

北京大学及周边地区非取暖期植物叶片中的多环芳烃

采集了北京大学校园内及周边交通干线附近 6种植物叶片样品 ,分别测定了叶蜡和叶组织中的多环芳烃含量 ,同步测定了叶蜡、叶脂、气孔密度等参数 ,藉以探讨机动车尾气排放对植物叶蜡和叶组织中多环芳烃含量的影响 .结果证实 :交通干线附近样品叶蜡和叶组织中多环芳烃含量显著高于校园对照 .叶蜡中多环芳烃含量较叶组织高 1～ 2个量级 .叶蜡和叶组织中1 6种多环芳烃化合物分布谱相似 ,但高环化合物更多在叶蜡中聚集 ,而低环多环芳烃在叶组织中占优 .叶蜡多环芳烃含量与单位叶面积中的叶蜡含量成反比 。

中国东部农村地区土壤及水环境中全氟化合物的组成特征和来源初探

关于全氟化合物(PFCs)在中国农村环境中的分布还未见相关的报道。本文利用固相萃取分离富集结合高效液相色谱-电喷雾负电离源串联质谱法分析中国东部8个农村地区土壤、地表水、地下水样品中17种PFCs的污染水平和组成特征,并利用比值法初步判定了水环境中PFCs的污染来源。结果显示,土壤中全氟羧酸类以PFOA为主(0.34~14.5 ng/g),全氟烷基磺酸类以PFOS为主(0.02~0.08 ng/g);地表水中PFCs以PFOA、PFHx A、PFOS和PFBA为主(4.8~29.6、0.73~31.8、nd^7.1和nd^6.1 ng/L);地下水中PFCs主要为PFOA、PFHx A、PFBA(nd^176、nd^50.1和0.08~16.1 ng/L)。土壤及水环境中PFCs总体上呈现从南到北递减的趋势;地表水中PFCs污染源大致分为生活污水和大气沉降两大类,其中大气沉降的贡献较大。

贵屿电子废弃物拆解地及周边地区表层土壤中多溴联苯醚的分布趋势

自2005年以来对电子垃圾拆解地广东贵屿地区多溴联苯醚(PBDEs)污染状况的研究主要集中在垃圾场源区,已不能代表PBDEs对其周边大范围地区的污染现状。为了评价贵屿镇及周边大范围不同土地利用类型的PBDEs污染情况,本文采用网格采样、索氏抽提、复合硅胶/氧化铝层析柱分离纯化、气相色谱-质谱联用技术分析了贵屿拆解场地及其周边72 km2地区表层土壤中8种PBDEs的含量及分布特征。结果显示,与2005年文献数据对比,贵屿镇水库周边土壤的PBDEs污染并无缓解趋势且仍在持续,水稻田土壤中污染有所降低;所有化合物中以十溴联苯醚(BDE 209)占主导,主要分布在贵屿镇及附近的电子垃圾拆解区,含量范围为0.4～720.9 ng/g(干重),是除BDE 209之外的7种化合物总量(变幅为nd～83 ng/g)的10倍以上。PBDEs各化合物的地理分布情况受拆解地区和化合物蒸气压、水溶性等物化性质的影响而显示出显著的差异性:分子量较大的化合物分布在贵屿镇及紧邻村落电子废弃物拆解的主要源区;分子量居中的化合物的分布与特定地点有关;分子量较小的化合物以贵屿镇为中心向四周均匀扩散;且PBDEs从污染源向清洁地区扩散的途中发生了化合物分馏现象。

电子废弃物拆解地水体多溴联苯醚分布特征

为了解和比较广东贵屿电子废弃物拆解地和珠三角城市地区水体中多溴联苯醚的种类、含量及分布特征,于2011年9月在广东贵屿周边地区和广州采集了20个地下水、7个地表水和4个珠江水,用反相C18萃取小柱提取净化后,利用气相色谱-质谱法测定了样品中的8种多溴联苯醚(PBDEs)。研究结果表明:贵屿地区地下水中PBDEs浓度总体上较高,总质量浓度范围为2.54~71.74 ng·L-1,平均为22.97 ng·L-1,各类PBDEs的检出率为25%~95%。三溴联苯醚(BDE28)、四溴联苯醚(BDE47)、五溴联苯醚(BDE99和BDE100之和)、六溴联苯醚(BDE153和BDE154之和)、七溴联苯醚(BDE183)和十溴联苯醚(BDE209)的质量浓度分布分别为nd^0.64、nd^18.43、nd^25.26、nd^13.92、nd^9.06和nd^15.60 ng·L-1。从物种上来看,分别源于四溴、五溴和十溴联苯醚产品的BDE47、BDE99和BDE209是贵屿地区地下水样中的优势同系物。通过比率P=(BDE47+BDE99)/BDE209研究发现:低溴代联苯醚比高溴代联苯醚更易被地表径流迁移转换进入到地下水中。贵屿地区地表水中PBDEs的质量浓度范围为3.41~63.83 ng·L-1,平均总质量浓度为19.38 ng·L-1,稍低于当地地下水中PBDEs的平均总质量浓度,PBDEs的组成以高溴代的BDE209为特征,与世界其他水体研究结果相比,可以发现贵屿地区的地表水中PBDEs的平均总质量浓度明显偏高,说明该地区的地表水受到较严重的PBDEs污染,必须引起足够的重视。珠江水中PBDEs的总质量浓度范围为3.48~20.84 ng·L-1,平均为10.39 ng·L-1,表明近年来珠江水体中PBDEs污染有逐渐恶化的趋势。

新江湾城开发区表层土壤中有机氯农药和多氯联苯的分布特征

利用电子捕获检测器气相色谱法（GC-ECD）测定新江湾城表层土壤中有机氯农药（OCPs）和多氯联苯（PCBs）,六六六类（HCHs）和滴滴涕类（DDTs）化合物均被检出,HCHs含量为0.81~2.84 ng/g,平均1.90 ng/g;DDTs含量为9.37~130.8 ng/g,平均43.9 ng/g。HCHs都未超过国家土壤环境质量标准的一级水平,但是有两个站点的DDTs超过国家土壤环境质量标准的一级水平。7种多氯联苯（7PCBs）含量为1.83~8.46 ng/g,平均3.99 ng/g,以四氯代PCB 52和六氯代PCB 138残留最高。PCBs污染主要集中在火力发电厂处,并向周边蔓延,反映了PCBs污染的来源与电力设备有关,其污染来源很有可能来自历史上变压器油泄漏物的残留及来自工业区的新的PCBs输入。

手性高效液相色谱-同位素稀释串联质谱法测定土壤及蚯蚓中的六溴环十二烷对映体

采用高效液相色谱-同位素稀释串联质谱法（LC-ID-MS/MS）建立了土壤和蚯蚓中手性α-,β-,γ-六溴环十二烷（HBCD）的分离分析方法。样品添加d18-HBCDs作为同位素内标后提取,土壤样品采用正己烷-二氯甲烷（1∶1,V/V）作萃取剂,加速溶剂萃取（ASE）,硅胶固相萃取小柱净化;蚯蚓样品采用乙酸乙酯涡旋超声提取,浓硫酸磺化后过硅胶小柱净化。α-,β-,γ-HBCD各对映体的线性范围为0.25~50 ng/m L;土壤中检出限为0.00544~0.00766 ng/g,定量限为0.0173~0.0244 ng/g,在0.05和2.5 ng/g添加浓度的回收率为80.0%~95.9%,相对标准偏差RSD为5.7%~11.9%;在蚯蚓中,检出限为0.0103~0.0148 ng/g,定量限为0.0328~0.0471 ng/g,在0.1和5.0 ng/g添加浓度的回收率为78.0%~94.4%,相对标准偏差RSD为6.1%~12.2%。可满足实际样品的测定要求。

徐州土壤多环芳烃的环境地球化学迁移特征

选择江苏徐州黄棕壤进行不同深度层位多环芳烃含量的定量分析，研究并探讨了多环芳烃在土壤深度剖面中的地球化学迁移特征。研究结果显示，多环芳烃在徐州土壤剖面中主要集中在地表0～20cm内。其中低环多环芳烃化合物的迁移能力较强，4—6环等高环化合物相对较难迁移，主要残留于地表生态系统环境中。