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城乡结合带农田土壤多环芳烃空间分布特征及来源解析

卢晓丽 康翔 魏宇宸 王飞 白浩然 潘剑君

卢晓丽, 康 翔, 魏宇宸, 王 飞, 白浩然, 潘剑君. 城乡结合带农田土壤多环芳烃空间分布特征及来源解析[J]. 土壤通报, 2021, 52(2): 286 − 296 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072801
引用本文: 卢晓丽, 康 翔, 魏宇宸, 王 飞, 白浩然, 潘剑君. 城乡结合带农田土壤多环芳烃空间分布特征及来源解析[J]. 土壤通报, 2021, 52(2): 286 − 296 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072801
LU Xiao-li, KANG Xiang, WEI Yu-chen, WANG Fei, BAI Hao-ran, PAN Jian-jun. Spatial Distribution and Sources of PAHs in Farmland Soil of Peri-urban Areas: A Case Study of Zhougang, Nanjing[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(2): 286 − 296 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072801
Citation: LU Xiao-li, KANG Xiang, WEI Yu-chen, WANG Fei, BAI Hao-ran, PAN Jian-jun. Spatial Distribution and Sources of PAHs in Farmland Soil of Peri-urban Areas: A Case Study of Zhougang, Nanjing[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(2): 286 − 296 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072801

城乡结合带农田土壤多环芳烃空间分布特征及来源解析以南京市周岗镇为例

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020072801
基金项目: 国家自然科学基金项目(41771247)资助
详细信息
    作者简介:

    卢晓丽(1995−),女,河南濮阳人,硕士研究生,主要从事土壤信息技术方面研究。E-mail: luxiaoli0393@163.com

    通讯作者:

    E-mail: jpan@njau.edu.cn

  • 中图分类号: X53

Spatial Distribution and Sources of PAHs in Farmland Soil of Peri-urban Areas: A Case Study of Zhougang, Nanjing

  • 摘要: 为了解城乡结合带农田土壤PAHs的污染特征及分布规律,本文以南京市江宁区周岗镇为例,就该地区表层农田土壤中15种优控PAHs组分的含量、空间分布特征及来源进行了研究。结果表明:有14种PAHs普遍被检出(苊未检出),以高环(4 ~ 6环)PAHs为主;PAHs总量范围在24.49 ~ 750.04 μg kg−1之间,平均为230.89 μg kg−1,有48.28%的土样受到了污染;与国内其他地区农田土壤相比,研究区PAHs含量处于中低水平;空间趋势面分析表明,14种PAHs在东西和南北方向上呈现出明显的规律增减性;从空间分布格局来看,研究区土壤中14种PAHs含量差异较大,整体呈现由东北向西南递减的趋势,且个别点位存在PAHs的富集现象,存在局部点源污染;采用主成分及多元线性回归分析污染来源,结果显示,研究区PAHs来源主要为煤、生物质燃烧,其次为汽油、柴油燃烧,贡献率分别为71%和29%,这与当地的工业发展水平关系密切。
  • 图  1  研究区位置(左)及采样点分布图(右)

    Figure  1.  Location of study area (left) and distribution of sampling points (right)

    图  2  农田土壤PAHs趋势面三维透视图

    Figure  2.  Three-dimensional perspective of farmland soil PAHs trend surface

    图  3  农田土壤PAHs克里格插值图

    Figure  3.  Kriging interpolation diagram of farmland soil PAHs

    表  1  农田土壤PAHs含量描述性统计

    Table  1.   Descriptive statistic analysis for farmland soil PAHs contents (μg kg−1)

    名称
    PAHs
    环数
    Ring
    最小值
    Minimum
    最大值
    Maximum
    中值
    Median
    平均值
    Mean
    标准差
    Standard deviation
    变异系数(%)
    Coefficient of variation
    检出率(%)
    Detection
    2环 ND 82.4 14.46 20.71 19.43 94 46.43
    3环 ND 9.68 5.36 5.53 1.72 31 35.71
    3环 2.42 159.3 27.65 39.12 34.38 88 100.00
    3环 ND 8 1.18 1.63 1.72 105 92.86
    荧蒽 4环 7.9 247.21 78.1 80.72 57.29 71 100.00
    4环 4.27 117.62 26.45 39.60 29.39 74 100.00
    苯并[a]蒽 4环 1 24 5.71 6.65 5.00 75 100.00
    4环 3.25 42.8 15.35 16.77 9.75 58 100.00
    苯并[b]荧蒽 5环 2.25 27.9 11.25 11.65 6.51 56 100.00
    苯并[k]荧蒽 5环 0.41 13 3.77 3.94 2.80 71 100.00
    苯并[a]芘 5环 0.49 15.6 4.8 5.16 3.83 74 100.00
    二苯[a,h]并蒽 5环 ND 3.86 1.59 1.83 0.85 47 82.14
    苯并[g,h,i]苝 6环 ND 17.6 7.33 7.78 4.11 53 82.14
    茚并[1,2,3 - cd]芘 6环 ND 16 7.49 7.64 4.20 55 82.14
    ∑PAHs 24.49 750.04 200.28 230.89 162.53 70 100.00
      注:ND:未检出
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    表  2  土壤PAHs污染标准

    Table  2.   Pollution standard of soil PAHs

    级别 Level未污染 Non - pollution轻度污染 Light pollution中度污染 Medium pollution重度污染 Heavy pollution
    ∑PAHs/(μg kg−1)< 200200 ~ 600600 ~ 1000> 1000
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    表  3  国内不同地区农田土壤ΣPAHs含量状况对比

    Table  3.   Comparison of farmland soil ΣPAHs content in different domestic areas

    研究区
    Research area
    PAHs种类
    Type of PAHs
    ΣPAHs/(μg kg−1)平均值
    Mean
    文献来源
    Literature
    上海市崇明岛农田土壤 16 24.92 ~ 1014.61 192.83 [13]
    南京市六合区 16 45.6 ~ 210.9 126.70 [14]
    慈溪市农田 15 70.4 ~ 325.1 189.80 [15]
    黄淮平原农田土壤 16 33 ~ 1246 152.40 [16]
    福州市农业土壤 16 100.2 ~ 1215.1 801.10 [17]
    东莞市农田土壤 16 29 ~ 2184 316.96 [18]
    苏州市农田土壤 15 45.4 ~ 37.3 312.50 [14]
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    表  4  农田土壤PAHs含量分布特征检验

    Table  4.   Distribution feature of farmland soil PAHs content

    名称
    PAHs
    偏度
    Skewness
    峰度
    Kurtosis
    S-W1
    Shapiro-Wilk
    S-W2
    Shapiro-Wilk
    分布类型
    Distribution type
    3.059 10.158 0 0.076 lgN
    1.614 3.78 0.078 0.659 lgN
    1.897 4.591 0 0.755 lgN
    2.378 6.956 0 0.055 lgN
    荧蒽 0.874 0.977 0.058 0.058 N
    0.874 0.131 0.05 0.05 N
    苯并[a]蒽 1.668 4.187 0.02 0.248 lgN
    0.949 1.065 0.058 0.058 N
    苯并[b]荧蒽 0.515 0.011 0.431 0.431 N
    苯并[k]荧蒽 1.34 2.802 0.016 0.714 lgN
    苯并[a]芘 1.19 1.489 0.008 0.522 lgN
    二苯[a, h]并蒽 1.065 0.823 0.032 0.515 lgN
    苯并[g, h, i]苝 0.729 0.354 0.276 0.276 N
    茚并[1, 2, 3-cd]芘 0.547 − 0.575 0.116 0.116 N
    ∑PAHs 1.306 2.362 0.011 0.459 lgN
      注:N:正态分布;lgN:经对数转换后符合正态分布;S-W1和S-W2分别为原始和经对数转换后的Shapiro-Wilk正态统计量.
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    表  5  农田土壤PAHs变异函数理论模型及相关参数

    Table  5.   Theoretical model and related parameters of farmland soil PAHs variation function

    名称
    PAHs
    理论模型
    Theoretical model
    块金值
    C0
    基台值
    (C0 + C)
    块金效应
    C0/(C0 + C)
    变程/km
    Range
    决定系数
    R2
    残差
    Residual SS
    高斯 0.10 274.00 0.00 3.52 0.595 25920
    三角 2.43 2.43 1.00 3.62 0.012 0.615
    球状 155.00 1047.00 0.15 2.09 0.963 3714
    指数 0.38 2.84 0.13 3.32 0.993 4.582E-0.3
    荧蒽 高斯 1.00 2961.00 0.00 1.50 0.937 64728
    高斯 22.00 844.10 0.03 1.54 0.975 1936
    苯并[a]蒽 线性 25.32 25.32 1.00 3.51 0.050 75.7
    指数 1.50 88.90 0.02 1.28 0.111 472
    苯并[b]荧蒽 指数 1.50 42.29 0.04 0.88 0.031 81.6
    苯并[k]荧蒽 线性 7.94 7.94 1.00 4.51 0.170 8.74
    苯并[a]芘 线性 15.12 15.12 1.00 4.51 0.541 17.2
    二苯[a, h]并蒽 球状 0.01 0.72 0.01 1.52 0.670 0.0128
    苯并[g, h, i]苝 球状 0.13 17.04 0.01 1.46 0.497 12.3
    茚并[1, 2, 3-cd]芘 球状 0.01 17.95 0.00 1.63 0.795 6.68
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    表  6  农田土壤PAHs各主成分因子旋转载荷矩阵

    Table  6.   Rotation load matrix of each principal component factor of farmland soil PAHs

    PAHs主成分1
    PC1
    主成分2
    PC2
    0.913 0.252
    0.746 0.21
    0.946 0.16
    0.931 0.315
    荧蒽 0.921 0.258
    0.873 0.382
    苯并[a]蒽 0.558 0.794
    0.86 0.495
    苯并[b]荧蒽 0.549 0.812
    苯并[k]荧蒽 0.32 0.942
    苯并[a]芘 0.064 0.989
    二苯[a, h]并蒽 0.196 0.978
    苯并[g, h, i]苝 0.4 0.903
    茚并[1, 2, 3-cd]芘 0.388 0.915
    方差贡献率/% 75.01 18.02
    累计方差贡献率/% 75.06 93.02
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-28
  • 修回日期:  2020-12-18
  • 网络出版日期:  2021-03-05
  • 刊出日期:  2021-04-08

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