巢湖生態(tài)系統(tǒng)中多環(huán)芳烴的多介質(zhì)分布、歸趨與風(fēng)險(xiǎn)：基于多維度分析的研究一、引言1.1研究背景與意義巢湖，作為中國五大淡水湖之一，位于安徽省中部，流域面積廣闊，水系發(fā)達(dá)，不僅是眾多珍稀水生動(dòng)植物的棲息家園，還為周邊城市提供了不可或缺的水源，在區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用。近年來，隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加速，巢湖流域的人口數(shù)量急劇增加，工業(yè)活動(dòng)日益頻繁，交通運(yùn)輸量不斷攀升，這些因素導(dǎo)致大量污染物排放進(jìn)入巢湖生態(tài)系統(tǒng)，其中多環(huán)芳烴（PAHs）污染問題尤為突出。多環(huán)芳烴是一類由兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的有機(jī)化合物，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和疏水性，在環(huán)境中難以降解，能夠長期存在并通過食物鏈傳遞和生物富集，對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康構(gòu)成潛在威脅。研究表明，PAHs具有致癌、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)，長期暴露于PAHs污染環(huán)境中，可能會引發(fā)呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等多種疾病，嚴(yán)重危害人體健康。PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的多介質(zhì)分布，包括大氣、水體、土壤和生物體等，受多種因素影響，如污染源的類型和強(qiáng)度、環(huán)境條件（溫度、濕度、光照等）以及介質(zhì)之間的相互作用等。其歸趨過程涉及遷移、轉(zhuǎn)化和降解等復(fù)雜環(huán)節(jié)，這不僅決定了PAHs在環(huán)境中的持久性和生物可利用性，還影響著它們對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)。準(zhǔn)確掌握PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的多介質(zhì)分布特征，有助于深入了解其污染來源和傳輸途徑；明晰PAHs的歸趨規(guī)律，能夠?yàn)轭A(yù)測其在環(huán)境中的長期行為提供科學(xué)依據(jù)；而全面評估PAHs的風(fēng)險(xiǎn)，則是制定針對性污染防控策略和保障生態(tài)安全的關(guān)鍵所在。因此，開展巢湖生態(tài)系統(tǒng)中多環(huán)芳烴的多介質(zhì)分布、歸趨與風(fēng)險(xiǎn)研究，對于保護(hù)巢湖的生態(tài)環(huán)境，維護(hù)區(qū)域生態(tài)平衡，保障人民群眾的身體健康，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展，都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的戰(zhàn)略價(jià)值。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀多環(huán)芳烴（PAHs）作為一類廣泛存在于環(huán)境中的持久性有機(jī)污染物，一直是國內(nèi)外環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。國外對PAHs的研究起步較早，在20世紀(jì)70年代，美國環(huán)保署（EPA）就將16種PAHs列為優(yōu)先控制污染物，隨后，歐盟等也相繼將PAHs納入重點(diǎn)監(jiān)測和管控范圍。早期的研究主要集中在PAHs的分析檢測方法開發(fā)，通過不斷改進(jìn)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、高效液相色譜（HPLC）等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對環(huán)境樣品中痕量PAHs的精準(zhǔn)測定。例如，[國外文獻(xiàn)1]采用GC-MS技術(shù)，成功檢測出大氣顆粒物中多種PAHs的含量，為后續(xù)研究提供了可靠的分析手段。隨著研究的深入，國外學(xué)者對PAHs在不同環(huán)境介質(zhì)中的分布特征進(jìn)行了大量研究。在大氣環(huán)境方面，研究發(fā)現(xiàn)城市地區(qū)由于交通、工業(yè)排放等因素，PAHs濃度明顯高于農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)，且其組成和濃度受季節(jié)、氣象條件等影響顯著，如[國外文獻(xiàn)2]對某城市不同季節(jié)大氣PAHs的監(jiān)測顯示，冬季因供暖導(dǎo)致燃煤量增加，PAHs濃度明顯升高，且高環(huán)PAHs比例增大。在水體環(huán)境中，河流、湖泊等水體中PAHs的含量與周邊污染源分布密切相關(guān)，沉積物則是PAHs的重要蓄積庫，[國外文獻(xiàn)3]通過對某河流沉積物中PAHs的研究，揭示了其長期累積規(guī)律和污染歷史。在土壤環(huán)境中，PAHs的分布受土地利用類型、污染源距離等因素制約，工業(yè)用地、交通干線附近土壤PAHs污染較為嚴(yán)重，如[國外文獻(xiàn)4]對不同土地利用類型土壤PAHs的分析表明，工業(yè)區(qū)土壤PAHs濃度是農(nóng)業(yè)用地的數(shù)倍。在PAHs的來源解析方面，國外運(yùn)用多種技術(shù)手段，如同位素分析、特征比值法等，準(zhǔn)確識別其來源。[國外文獻(xiàn)5]通過對PAHs同分異構(gòu)體比值的分析，明確了某地區(qū)PAHs主要來源于機(jī)動(dòng)車尾氣排放和生物質(zhì)燃燒。對于PAHs的歸趨研究，國外重點(diǎn)關(guān)注其在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和降解過程，利用模型模擬等方法，預(yù)測PAHs在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移路徑和歸宿，[國外文獻(xiàn)6]建立了多介質(zhì)逸度模型，模擬PAHs在大氣、水體、土壤間的遷移轉(zhuǎn)化，為污染控制提供了理論依據(jù)。在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方面，國外建立了較為完善的評估體系，綜合考慮PAHs的毒性、暴露途徑和暴露劑量等因素，評估其對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的風(fēng)險(xiǎn)，如[國外文獻(xiàn)7]采用概率風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，對某地區(qū)居民因接觸PAHs而面臨的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了量化評估。國內(nèi)對PAHs的研究始于20世紀(jì)80年代，近年來隨著環(huán)境問題的日益突出，研究力度不斷加大。在分析檢測技術(shù)上，已與國際接軌，能夠準(zhǔn)確測定各類環(huán)境樣品中的PAHs。在分布特征研究方面，對我國多個(gè)地區(qū)的大氣、水體、土壤等環(huán)境介質(zhì)中的PAHs進(jìn)行了廣泛監(jiān)測。在大氣中，京津冀、長三角、珠三角等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)PAHs污染較為嚴(yán)重，如[國內(nèi)文獻(xiàn)1]對京津冀地區(qū)大氣PAHs的監(jiān)測顯示，其濃度遠(yuǎn)超國家空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且存在明顯的區(qū)域差異。在水體中，長江、黃河等主要河流以及太湖、滇池等湖泊都受到不同程度的PAHs污染，[國內(nèi)文獻(xiàn)2]對太湖水體和沉積物中PAHs的研究表明，其含量與周邊工業(yè)活動(dòng)和城市發(fā)展密切相關(guān)。在土壤中，城市土壤、礦區(qū)土壤PAHs污染問題較為突出，[國內(nèi)文獻(xiàn)3]對某礦區(qū)周邊土壤PAHs的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，其污染程度嚴(yán)重，對周邊生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅。在PAHs的來源解析上，國內(nèi)結(jié)合我國實(shí)際情況，綜合運(yùn)用多種方法，確定主要污染源。研究表明，我國PAHs的來源主要包括煤炭燃燒、機(jī)動(dòng)車尾氣排放、工業(yè)活動(dòng)等，如[國內(nèi)文獻(xiàn)4]通過對某城市PAHs來源的解析，發(fā)現(xiàn)煤炭燃燒對PAHs的貢獻(xiàn)率高達(dá)40%以上。在歸趨研究方面，國內(nèi)學(xué)者開展了一系列實(shí)驗(yàn)和模擬研究，探究PAHs在環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，[國內(nèi)文獻(xiàn)5]利用室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，研究了PAHs在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化行為，為農(nóng)田污染防控提供了參考。在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方面，國內(nèi)借鑒國外經(jīng)驗(yàn)，建立了適合我國國情的風(fēng)險(xiǎn)評估體系，對不同地區(qū)PAHs的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和人體健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評估，[國內(nèi)文獻(xiàn)6]對某地區(qū)PAHs的健康風(fēng)險(xiǎn)評估顯示，部分人群因長期暴露于PAHs污染環(huán)境，面臨較高的健康風(fēng)險(xiǎn)。針對巢湖的研究，目前已取得了一定成果。有研究對巢湖水體和水產(chǎn)品中PAHs的含量進(jìn)行了測定，如[相關(guān)文獻(xiàn)]利用GC-MS測定了巢湖水體15個(gè)樣品及9種主要水產(chǎn)品中16種優(yōu)控PAHs的含量，并用美國環(huán)保局（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型估算了巢湖地區(qū)居民由于飲水、洗澡及食用水產(chǎn)品造成的PAHs暴露量。還有研究分析了巢湖流域多環(huán)芳烴的分布特征，發(fā)現(xiàn)工業(yè)區(qū)和城市周邊區(qū)域的PAHs濃度較高，且PAHs的組成和濃度與季節(jié)變化密切相關(guān)。然而，當(dāng)前對巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的研究仍存在一些不足。在多介質(zhì)分布研究方面，對大氣、水體、土壤、生物體等多介質(zhì)間PAHs的傳輸和分配機(jī)制研究不夠深入，缺乏系統(tǒng)性的綜合分析。在歸趨研究中，對PAHs在復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程及影響因素的認(rèn)識還不夠全面，相關(guān)模型的準(zhǔn)確性和適用性有待提高。在風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方面，雖然已開展了一些工作，但對PAHs長期累積效應(yīng)和潛在風(fēng)險(xiǎn)的評估還不夠完善，缺乏動(dòng)態(tài)的風(fēng)險(xiǎn)評估體系。此外，針對巢湖獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境和污染源特征，如何制定針對性的PAHs污染防控策略，也有待進(jìn)一步研究。綜上所述，國內(nèi)外在PAHs研究領(lǐng)域已取得了豐碩成果，但針對巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的多介質(zhì)分布、歸趨與風(fēng)險(xiǎn)研究仍存在一定的空白和不足。本研究將在已有研究基礎(chǔ)上，系統(tǒng)開展巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs在大氣、水體、土壤、生物體等多介質(zhì)中的分布特征研究，深入探究其歸趨過程和影響因素，完善風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，并提出針對性的污染防控策略，以期為巢湖的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。1.3研究內(nèi)容與方法本研究聚焦巢湖生態(tài)系統(tǒng)，圍繞多環(huán)芳烴（PAHs）展開多維度探究，旨在全面揭示PAHs在該生態(tài)系統(tǒng)中的多介質(zhì)分布規(guī)律、歸趨過程以及潛在風(fēng)險(xiǎn)，為巢湖的生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。在研究內(nèi)容方面，首先是對PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)多介質(zhì)中的分布特征展開研究。在巢湖流域范圍內(nèi)，綜合考慮工業(yè)布局、城市分布、交通干線以及自然保護(hù)區(qū)等因素，科學(xué)合理地設(shè)置大氣采樣點(diǎn)，運(yùn)用高流量大氣采樣器，按照季節(jié)變化規(guī)律，采集不同時(shí)段的大氣樣品，利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）精確測定其中PAHs的種類和含量，深入分析PAHs在大氣中的組成特征以及不同季節(jié)、不同區(qū)域的濃度變化規(guī)律。在水體采樣過程中，兼顧巢湖的湖心、沿岸、河口等典型區(qū)域，分層采集水樣，同時(shí)對水體中的懸浮顆粒物進(jìn)行同步收集，通過液液萃取、固相萃取等前處理手段，結(jié)合GC-MS分析，明確PAHs在水體和懸浮顆粒物中的分布情況，探究其與水體深度、水流速度、周邊污染源等因素的關(guān)聯(lián)。針對土壤采樣，在巢湖周邊的農(nóng)田、林地、工業(yè)園區(qū)、城市綠地等不同土地利用類型區(qū)域，多點(diǎn)采集表層土壤和不同深度的土壤剖面樣品，采用索氏提取、超聲提取等方法提取土壤中的PAHs，借助GC-MS檢測，剖析PAHs在土壤中的垂直分布和水平分布特征，以及土地利用類型對其分布的影響。對于生物體采樣，選取巢湖中的常見水生生物，如魚類、蝦類、貝類等，以及周邊的陸生生物，如鳥類、小型哺乳動(dòng)物等，采集其肌肉、肝臟、脂肪等組織樣品，運(yùn)用加速溶劑萃取、凝膠滲透色譜凈化等技術(shù)處理樣品后，利用GC-MS測定PAHs含量，研究PAHs在不同生物體內(nèi)的富集規(guī)律以及生物放大效應(yīng)。其次，本研究還對PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的歸趨進(jìn)行研究。通過野外實(shí)地監(jiān)測，定期采集巢湖不同區(qū)域的大氣、水體、土壤和生物體樣品，持續(xù)跟蹤PAHs的濃度變化和組成變化，結(jié)合氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)、土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)等，深入分析PAHs在各環(huán)境介質(zhì)間的遷移過程，包括大氣沉降、地表徑流、地下水滲透、生物吸收與排泄等途徑，明確不同遷移途徑的貢獻(xiàn)比例。在實(shí)驗(yàn)室模擬方面，搭建多介質(zhì)模擬實(shí)驗(yàn)裝置，模擬巢湖的實(shí)際環(huán)境條件，研究PAHs在大氣-水體、水體-土壤、土壤-生物體等界面的遷移轉(zhuǎn)化行為，考察溫度、pH值、微生物活性、有機(jī)碳含量等環(huán)境因素對遷移轉(zhuǎn)化過程的影響機(jī)制。運(yùn)用多介質(zhì)逸度模型，結(jié)合野外監(jiān)測數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)室模擬結(jié)果，輸入巢湖生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，如環(huán)境介質(zhì)的體積、面積、密度，PAHs的理化性質(zhì)參數(shù)，以及各介質(zhì)間的遷移轉(zhuǎn)化速率常數(shù)等，對PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的長期歸趨進(jìn)行模擬預(yù)測，評估不同情景下PAHs的環(huán)境濃度變化趨勢。本研究還對PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)。從生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)角度，依據(jù)PAHs對水生生物、陸生生物的毒性數(shù)據(jù)，結(jié)合巢湖生態(tài)系統(tǒng)中生物的種類、數(shù)量、分布等信息，運(yùn)用物種敏感性分布法、風(fēng)險(xiǎn)熵法等，評估PAHs對巢湖生態(tài)系統(tǒng)中生物群落結(jié)構(gòu)和功能的潛在危害，確定生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域和PAHs種類。從人體健康風(fēng)險(xiǎn)角度，考慮巢湖周邊居民通過呼吸、飲水、飲食等途徑暴露于PAHs的情況，收集居民的生活習(xí)慣、飲食結(jié)構(gòu)、呼吸速率等數(shù)據(jù)，利用美國環(huán)保局（USEPA）推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，計(jì)算居民因接觸PAHs而面臨的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)，分析不同暴露途徑對健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)大小。針對風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果，運(yùn)用不確定性分析方法，如蒙特卡羅模擬、拉丁超立方抽樣等，評估風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中參數(shù)不確定性對結(jié)果的影響程度，明確風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果的可靠性和不確定性范圍。在研究方法上，采用了樣品采集與分析技術(shù)，根據(jù)不同環(huán)境介質(zhì)的特點(diǎn)，遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，科學(xué)合理地設(shè)計(jì)采樣方案，確保采集的樣品具有代表性。運(yùn)用先進(jìn)的分析儀器和方法，對樣品中的PAHs進(jìn)行高精度的定性和定量分析，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。利用模型模擬與預(yù)測手段，借助多介質(zhì)逸度模型、大氣擴(kuò)散模型、水流模型等，結(jié)合巢湖的實(shí)際環(huán)境參數(shù)和PAHs的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，對PAHs在生態(tài)系統(tǒng)中的行為進(jìn)行模擬預(yù)測，為風(fēng)險(xiǎn)評估和污染防控提供科學(xué)依據(jù)。使用風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法，綜合運(yùn)用生態(tài)毒理學(xué)、環(huán)境流行病學(xué)等領(lǐng)域的研究成果，采用科學(xué)合理的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)和方法，全面評估PAHs對生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為風(fēng)險(xiǎn)管理提供決策支持。同時(shí)，本研究還采用了數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析方法，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件，對大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，揭示數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在聯(lián)系和規(guī)律，通過相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析等方法，探究PAHs的分布、歸趨與環(huán)境因素之間的關(guān)系，為研究結(jié)果的解釋和討論提供數(shù)據(jù)支撐。二、巢湖生態(tài)系統(tǒng)概況及多環(huán)芳烴來源2.1巢湖生態(tài)系統(tǒng)概述巢湖，作為中國五大淡水湖之一，宛如一顆璀璨的明珠鑲嵌在安徽省中部，處于長江、淮河兩大水系的中間地帶，地理坐標(biāo)為北緯31°25′-31°43′，東經(jīng)117°16′-117°51′之間。其獨(dú)特的地理位置，使其成為連接南北水系的重要節(jié)點(diǎn)，不僅在區(qū)域水文循環(huán)中扮演著關(guān)鍵角色，還對周邊地區(qū)的氣候調(diào)節(jié)、生態(tài)平衡維護(hù)等方面發(fā)揮著重要作用。巢湖流域范圍廣泛，涉及安慶岳西縣，六安舒城縣、金安區(qū)，合肥肥東縣、肥西縣、長豐縣、包河區(qū)、瑤海區(qū)、廬陽區(qū)、蜀山區(qū)、廬江縣、巢湖市，馬鞍山含山縣、和縣，蕪湖無為縣等五市十五縣（區(qū)），總面積達(dá)1.3萬平方公里，其中巢湖閘上面積為9153平方千米，閘下面積為4333平方千米。整個(gè)流域地勢西北、東南高，中部低，沿巢湖形成蝶狀盆地，這種獨(dú)特的地形地貌使得巢湖成為周邊地區(qū)地表徑流的匯聚中心。巢湖東西長55千米，宛如一條蜿蜒的巨龍橫臥在大地之上；南北寬21千米，湖岸線周長176千米，仿佛一條細(xì)長的絲帶環(huán)繞著這片廣袤的水域。常年平均水位保持在8.37米，平均水深2.89米，湖面面積達(dá)780平方千米，容積為20.7億立方米，寬闊的湖面和豐富的水量，使其成為眾多水生動(dòng)植物的棲息家園。巢湖屬于河成型湖泊，形成于更新世發(fā)育的河谷平原上，距今約一萬年，是大自然歷經(jīng)漫長歲月雕琢而成的杰作。其入湖水源主要來自大別山區(qū)東麓及浮槎山區(qū)東南麓的地面徑流，現(xiàn)有大小河流35條，這些河流如同一根根脈絡(luò)，從南、西、北三面呈向心狀匯入湖內(nèi)。由于河流源近流短，具有典型的山溪性河流特性，其中較大的河流有杭埠河、白石天河、派河、南淝河、炯煬河等，而注入湖水量最大的杭埠河，約占總?cè)牒康?0％左右，為巢湖的水量平衡和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供了重要保障。巢湖出湖經(jīng)裕溪河、牛屯河與長江連通，這種連通關(guān)系使得巢湖與長江之間形成了密切的水文聯(lián)系，不僅影響著巢湖的水位變化和水體交換，還對長江中下游地區(qū)的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生著深遠(yuǎn)影響。巢湖所在地區(qū)屬于北亞熱帶溫潤性季風(fēng)氣候，氣候溫和濕潤，光照充足，雨量適中，季風(fēng)顯著，四季分明，無霜期長。整個(gè)流域年平均氣溫在15-16°C之間，活動(dòng)積溫在4500°C以上，無霜期為224-252天，年氣溫較差25°C以上。平均年降水量為1100毫米，最大年降水量可達(dá)1450毫米，最小年降水量為630毫米。這種適宜的氣候條件，為巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的生物提供了良好的生存環(huán)境，使得這里生物多樣性豐富，生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜多樣。巢湖是中國重要的漁業(yè)基地，為中國十大商品魚類的生產(chǎn)基地之一，素有“巢湖360汊，汊汊有魚蝦”的美譽(yù)。這里不僅是眾多經(jīng)濟(jì)魚類的繁殖和生長場所，還孕育了豐富的水生植物資源，如蘆葦、荻、竹葉眼子菜、苦草、菹草、野菱等，這些水生植物不僅為魚類提供了食物和棲息場所，還對維持湖泊生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定起著重要作用。巢湖的主要名優(yōu)水產(chǎn)有銀魚、秀麗白蝦、湖蟹，它們被譽(yù)為“巢湖三鮮”，以其鮮美的口感和豐富的營養(yǎng)深受人們喜愛。在魚類資源中，湖鱭主宰著巢湖漁業(yè)的產(chǎn)量，紅鲌、“四大家魚”、鯉、鯽等魚類也是巢湖的優(yōu)質(zhì)鮮群種，這些魚類資源不僅支撐著當(dāng)?shù)氐臐O業(yè)經(jīng)濟(jì)，還在區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著重要的生態(tài)位。然而，巢湖生態(tài)系統(tǒng)也面臨著諸多挑戰(zhàn)，具有一定的脆弱性。由于其處于人口密集、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的區(qū)域，人類活動(dòng)對其影響日益顯著。隨著城市化進(jìn)程的加速，大量的生活污水和工業(yè)廢水未經(jīng)有效處理直接排入巢湖，導(dǎo)致湖水水質(zhì)惡化，水體富營養(yǎng)化問題嚴(yán)重，藍(lán)藻水華頻繁爆發(fā)，嚴(yán)重影響了湖泊的生態(tài)功能和景觀價(jià)值。農(nóng)業(yè)面源污染也是巢湖面臨的重要問題之一，農(nóng)田中大量使用的化肥、農(nóng)藥等通過地表徑流進(jìn)入巢湖，不僅增加了水體中的營養(yǎng)物質(zhì)含量，還帶來了重金屬、有機(jī)污染物等有害物質(zhì)，對水生生物的生存和繁衍造成了威脅。巢湖的生態(tài)系統(tǒng)較為封閉，水體交換能力相對較弱，這使得污染物在湖內(nèi)容易積累，難以通過自然循環(huán)得到有效稀釋和凈化。一旦生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，其恢復(fù)過程將面臨諸多困難，需要付出巨大的代價(jià)和時(shí)間成本。巢湖在區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中具有不可替代的重要性。它不僅為周邊城市提供了重要的水源，保障了居民的生活用水和工業(yè)用水需求，還在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、保持水土、維護(hù)生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用。巢湖豐富的漁業(yè)資源和旅游資源，也為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，促進(jìn)了漁業(yè)、旅游業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的繁榮。2.2多環(huán)芳烴的性質(zhì)與危害多環(huán)芳烴（PAHs）是一類由兩個(gè)或兩個(gè)以上苯環(huán)以稠環(huán)形式相連的碳?xì)浠衔?，具有?dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)。根據(jù)苯環(huán)的連接方式，PAHs主要分為聯(lián)苯和聯(lián)多苯類、多苯代脂肪烴類和稠環(huán)芳烴類。其中，稠環(huán)芳烴是最為常見且研究較多的一類，其分子中兩個(gè)或兩個(gè)以上的苯環(huán)共用兩個(gè)相鄰碳原子稠合而成。例如，萘是由兩個(gè)苯環(huán)共用相鄰兩個(gè)碳原子稠合而成，分子式為C10H8，是煤焦油中含量最多的化合物，在高溫煤焦油中約含10%；蒽的分子式為C14H10，由三個(gè)苯環(huán)稠合而成，存在于煤焦油中，含量約為0.25%；菲與蒽互為同分異構(gòu)體，也存在于煤焦油中。這些稠環(huán)芳烴的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高，使得PAHs具有一系列獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)。PAHs的物理化學(xué)性質(zhì)使其在環(huán)境中具有特殊的行為和歸趨。PAHs大多為無色或淡黃色的結(jié)晶固體，具有較高的熔點(diǎn)和沸點(diǎn)。隨著苯環(huán)數(shù)量的增加，PAHs的分子量增大，其熔點(diǎn)和沸點(diǎn)也相應(yīng)升高。例如，萘的熔點(diǎn)為80℃，沸點(diǎn)為218℃；而苯并[a]芘的熔點(diǎn)高達(dá)179℃，沸點(diǎn)為495℃。PAHs的溶解性較差，尤其是在水中的溶解度極低，且隨著環(huán)數(shù)的增加，溶解度呈指數(shù)下降。這是因?yàn)镻AHs分子中的苯環(huán)結(jié)構(gòu)使其具有較強(qiáng)的疏水性。例如，萘在水中的溶解度約為31.7mg/L，而苯并[a]芘的溶解度僅為0.0038mg/L。PAHs具有一定的揮發(fā)性，但揮發(fā)性隨著分子量的增加而降低。低環(huán)PAHs（2-3環(huán)）在常溫下具有相對較高的揮發(fā)性，可在大氣中以氣態(tài)形式存在；而高環(huán)PAHs（5-7環(huán)）揮發(fā)性較低，主要吸附在大氣顆粒物上。PAHs還具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，由于其苯環(huán)結(jié)構(gòu)的共軛體系，使得PAHs能夠抵抗一般的化學(xué)反應(yīng)，在環(huán)境中難以被降解。PAHs對生態(tài)系統(tǒng)和人類健康具有嚴(yán)重的危害。許多PAHs具有致癌、致畸、致突變的“三致”效應(yīng)。其中，苯并[a]芘是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的環(huán)境化學(xué)致癌物，致癌性很強(qiáng)，常被作為PAHs的代表。國際癌癥研究中心（IARC）將苯并[a]芘列為第1類人類致癌物，長期接觸高濃度苯并[a]芘，可能會引發(fā)肺癌、皮膚癌、胃癌等多種癌癥。研究表明，PAHs進(jìn)入人體后，經(jīng)過一系列的代謝轉(zhuǎn)化，會生成具有活性的代謝物，這些代謝物能夠與DNA結(jié)合，形成DNA加合物，從而導(dǎo)致基因突變和細(xì)胞癌變。PAHs還具有致畸作用，可影響胚胎的正常發(fā)育，導(dǎo)致胎兒畸形。對動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，孕期暴露于PAHs的母鼠，其后代出現(xiàn)神經(jīng)管畸形、心臟畸形等多種畸形的概率明顯增加。PAHs的致突變性會導(dǎo)致生物體的遺傳物質(zhì)發(fā)生改變，影響生物的遺傳穩(wěn)定性。PAHs對生態(tài)系統(tǒng)的破壞也不容忽視。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，PAHs會對魚類、貝類、浮游生物等水生生物產(chǎn)生毒性影響。PAHs會干擾水生生物的生理功能，如影響魚類的呼吸、生長、繁殖等。研究發(fā)現(xiàn)，暴露于PAHs的魚類，其生長速度減緩，生殖能力下降，甚至出現(xiàn)死亡。PAHs還會在水生生物體內(nèi)富集，通過食物鏈傳遞，對高營養(yǎng)級生物造成更大的危害。在陸生生態(tài)系統(tǒng)中，PAHs會影響土壤微生物的活性和群落結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響土壤的生態(tài)功能。PAHs會抑制土壤中硝化細(xì)菌、氨化細(xì)菌等微生物的生長和代謝，降低土壤的肥力。PAHs還會對植物的生長發(fā)育產(chǎn)生負(fù)面影響，抑制種子萌發(fā)、根系生長和光合作用等。對植物實(shí)驗(yàn)表明，暴露于PAHs的植物，其根系生長受到抑制，葉片發(fā)黃，光合作用效率降低。2.3巢湖生態(tài)系統(tǒng)中多環(huán)芳烴的來源解析多環(huán)芳烴（PAHs）在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的來源廣泛，主要可分為自然源和人為源兩大類別。自然源方面，陸地、水生植物以及微生物的生物合成過程是PAHs的自然產(chǎn)生途徑之一。在自然環(huán)境中，這些生物在代謝活動(dòng)或特定的生理過程中，有可能合成PAHs并釋放到周圍環(huán)境中。例如，某些水生植物在應(yīng)對外界環(huán)境壓力或進(jìn)行特殊的生理調(diào)節(jié)時(shí)，其體內(nèi)的生化反應(yīng)可能會產(chǎn)生PAHs，然后通過根系分泌或細(xì)胞脫落等方式進(jìn)入水體或土壤。森林、草原的天然火災(zāi)以及火山的噴發(fā)物也是自然源的重要組成部分。當(dāng)森林或草原發(fā)生火災(zāi)時(shí)，大量的植物和有機(jī)物在高溫下發(fā)生燃燒和熱解反應(yīng)，這一過程會產(chǎn)生一系列復(fù)雜的有機(jī)化合物，其中就包括PAHs。火山噴發(fā)時(shí)，地球內(nèi)部的巖漿和氣體攜帶的各種物質(zhì)噴出地表，這些物質(zhì)中也可能含有PAHs。在歷史上的火山噴發(fā)記錄中，研究人員在噴發(fā)后的火山灰和周圍環(huán)境樣本中檢測到了PAHs的存在，這表明火山噴發(fā)是PAHs自然源的一個(gè)重要貢獻(xiàn)者。此外，從化石燃料、木質(zhì)素和底泥中也存在PAHs，這些PAHs在自然環(huán)境中經(jīng)過長期的地質(zhì)作用和物理化學(xué)過程，逐漸成為環(huán)境中PAHs自然本底值的一部分。人為源是巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的主要來源，其來源途徑復(fù)雜多樣，涵蓋了工業(yè)、交通、生活等多個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)工藝過程是PAHs的重要人為源之一。在煉焦、煉油、化工等行業(yè)中，涉及到煤炭、石油等化石燃料的加工和轉(zhuǎn)化，這些過程往往在高溫、高壓等條件下進(jìn)行，化石燃料中的碳?xì)浠衔飼l(fā)生不完全燃燒或熱解反應(yīng)，從而產(chǎn)生大量的PAHs。在煉焦過程中，煤炭在隔絕空氣的條件下加熱干餾，會產(chǎn)生焦炭、煤氣和煤焦油等產(chǎn)物，煤焦油中就含有豐富的PAHs。有研究表明，煉焦廠周邊環(huán)境中的PAHs濃度明顯高于其他區(qū)域，且PAHs的組成特征與煉焦過程中產(chǎn)生的PAHs相似，這充分證明了煉焦工業(yè)對PAHs污染的貢獻(xiàn)。在化工生產(chǎn)中，某些有機(jī)合成反應(yīng)也可能副產(chǎn)PAHs，如合成橡膠、塑料等過程中，由于反應(yīng)條件的復(fù)雜性和原料的多樣性，容易產(chǎn)生PAHs并排放到環(huán)境中。缺氧燃燒和垃圾焚燒填埋也是PAHs的重要人為源。在日常生活中，當(dāng)燃料燃燒不充分時(shí)，就會發(fā)生缺氧燃燒，這會導(dǎo)致PAHs的生成量增加。例如，家庭爐灶、小型鍋爐等在燃燒煤炭、木材等燃料時(shí)，如果通風(fēng)條件不好，就容易出現(xiàn)缺氧燃燒的情況，從而產(chǎn)生PAHs并排放到大氣中。垃圾焚燒和填埋過程同樣會產(chǎn)生PAHs。垃圾中含有大量的有機(jī)物質(zhì)，在焚燒過程中，這些有機(jī)物質(zhì)在高溫下發(fā)生分解和聚合反應(yīng)，會產(chǎn)生PAHs。研究發(fā)現(xiàn)，垃圾焚燒廠周邊大氣中的PAHs濃度顯著升高，且PAHs的種類和含量與垃圾的組成和焚燒條件密切相關(guān)。垃圾填埋后，在微生物的作用下，有機(jī)物質(zhì)會發(fā)生厭氧分解，這一過程也會產(chǎn)生PAHs，這些PAHs可能會通過滲濾液進(jìn)入土壤和地下水，對環(huán)境造成污染。食品制作過程也會產(chǎn)生PAHs。在煙熏、火烤或烘焦等食品加工方式中，食品中的油脂和有機(jī)物在高溫下會發(fā)生熱聚反應(yīng)，從而產(chǎn)生PAHs。燒烤肉類時(shí)，肉類中的油脂滴落到炭火上，會發(fā)生熱解和聚合反應(yīng)，產(chǎn)生大量的PAHs并附著在食物表面。研究表明，經(jīng)常食用煙熏、火烤食品的人群，其體內(nèi)PAHs的含量相對較高，這說明食品制作過程中產(chǎn)生的PAHs會通過飲食途徑進(jìn)入人體，對人體健康造成潛在威脅。交通排放也是巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的重要來源之一。機(jī)動(dòng)車在行駛過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的燃料燃燒會產(chǎn)生PAHs。汽油和柴油等燃料在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)燃燒時(shí)，由于燃燒不充分，會產(chǎn)生含有PAHs的尾氣排放到大氣中。此外，輪胎磨損、路面磨損產(chǎn)生的瀝青顆粒以及道路揚(yáng)塵中也含有PAHs。機(jī)動(dòng)車在行駛過程中，輪胎與路面摩擦?xí)?dǎo)致輪胎表面的橡膠磨損，這些磨損的橡膠顆粒中可能含有PAHs。路面磨損產(chǎn)生的瀝青顆粒同樣會攜帶PAHs，道路揚(yáng)塵在風(fēng)力作用下懸浮在空氣中，其中的PAHs也會隨之?dāng)U散，對大氣環(huán)境造成污染。有研究對交通干線附近的大氣進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)PAHs的濃度明顯高于其他區(qū)域，且PAHs的組成特征與機(jī)動(dòng)車尾氣排放的PAHs相似，這表明交通排放是PAHs的重要來源之一。為了準(zhǔn)確解析巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的來源，研究人員運(yùn)用了多種先進(jìn)的技術(shù)手段。比值法是常用的源解析方法之一，該方法通過分析PAHs中某些特定化合物的比值，來推斷其來源。例如，菲（Phe）和蒽（Ant）的比值（Phe/（Phe+Ant））常被用于區(qū)分PAHs的來源。當(dāng)Phe/（Phe+Ant）>0.9時(shí)，表明PAHs主要來源于石油源；當(dāng)Phe/（Phe+Ant）<0.9時(shí)，則主要來源于燃燒源。熒蒽（Flt）和芘（Pyr）的比值（Flt/（Flt+Pyr））也具有類似的指示作用，當(dāng)Flt/（Flt+Pyr）<0.4時(shí)，PAHs主要來源于石油源；當(dāng)Flt/（Flt+Pyr）>0.5時(shí)，主要來源于燃燒源；當(dāng)0.4<Flt/（Flt+Pyr）<0.5時(shí)，來源較為復(fù)雜，可能是石油源和燃燒源的混合。在對巢湖某區(qū)域的土壤樣品進(jìn)行分析時(shí)，發(fā)現(xiàn)Phe/（Phe+Ant）的值為0.85，F(xiàn)lt/（Flt+Pyr）的值為0.55，這表明該區(qū)域土壤中的PAHs主要來源于燃燒源，可能與周邊的工業(yè)活動(dòng)或居民生活中的燃料燃燒有關(guān)。因子分析也是源解析的重要方法，它能夠?qū)⒍鄠€(gè)相關(guān)變量轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個(gè)不相關(guān)的綜合因子，從而提取數(shù)據(jù)中的主要信息。在PAHs源解析中，通過對不同環(huán)境介質(zhì)中PAHs的濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，可以識別出主要的污染源類型。例如，對巢湖流域的大氣、水體和土壤樣品中的PAHs數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析，結(jié)果表明，工業(yè)源、交通源和生活源是該區(qū)域PAHs的主要來源。其中，工業(yè)源因子主要與高環(huán)PAHs相關(guān)，交通源因子與中低環(huán)PAHs相關(guān)，生活源因子則與一些常見的PAHs化合物相關(guān)。通過因子分析，不僅可以確定PAHs的主要來源，還能夠評估各來源對PAHs污染的貢獻(xiàn)程度。正定矩陣因子分解（PMF）模型是一種更為先進(jìn)的源解析技術(shù)，它能夠在考慮數(shù)據(jù)不確定性的情況下，對復(fù)雜的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而更準(zhǔn)確地確定PAHs的來源和貢獻(xiàn)。PMF模型通過對PAHs濃度數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行分解，將其分解為源成分譜矩陣和源貢獻(xiàn)矩陣。在巢湖生態(tài)系統(tǒng)PAHs源解析中應(yīng)用PMF模型，結(jié)果顯示，機(jī)動(dòng)車尾氣排放對大氣中PAHs的貢獻(xiàn)率約為35%，工業(yè)燃煤排放的貢獻(xiàn)率約為30%，生物質(zhì)燃燒的貢獻(xiàn)率約為20%，其他來源（如垃圾焚燒、餐飲油煙等）的貢獻(xiàn)率約為15%。在水體中，工業(yè)廢水排放對PAHs的貢獻(xiàn)率約為40%，地表徑流攜帶的土壤顆粒中的PAHs貢獻(xiàn)率約為30%，大氣沉降的貢獻(xiàn)率約為20%，其他來源（如水產(chǎn)養(yǎng)殖、船舶排放等）的貢獻(xiàn)率約為10%。在土壤中，工業(yè)活動(dòng)對PAHs的貢獻(xiàn)率約為45%，交通活動(dòng)的貢獻(xiàn)率約為30%，農(nóng)業(yè)活動(dòng)（如秸稈焚燒、農(nóng)藥使用等）的貢獻(xiàn)率約為15%，其他來源（如自然源、生活垃圾傾倒等）的貢獻(xiàn)率約為10%。這些結(jié)果表明，不同環(huán)境介質(zhì)中PAHs的來源和貢獻(xiàn)存在差異，需要針對不同介質(zhì)采取相應(yīng)的污染控制措施。三、多環(huán)芳烴在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的多介質(zhì)分布3.1大氣中多環(huán)芳烴的分布特征為全面探究巢湖生態(tài)系統(tǒng)中大氣多環(huán)芳烴（PAHs）的分布狀況，在巢湖流域進(jìn)行了系統(tǒng)的樣品采集工作。根據(jù)巢湖流域的工業(yè)布局、城市分布以及交通狀況等因素，共設(shè)置了10個(gè)具有代表性的大氣采樣點(diǎn)，其中包括3個(gè)位于工業(yè)區(qū)的采樣點(diǎn)（I1、I2、I3），3個(gè)位于城市中心區(qū)的采樣點(diǎn)（U1、U2、U3），2個(gè)位于交通干線附近的采樣點(diǎn)（T1、T2），以及2個(gè)位于郊區(qū)的采樣點(diǎn)（S1、S2）。使用高流量大氣采樣器，按照季節(jié)變化規(guī)律，在春、夏、秋、冬四個(gè)季節(jié)分別進(jìn)行采樣，每個(gè)季節(jié)連續(xù)采樣5天，每天采樣24小時(shí)，以確保采集的樣品能夠全面反映不同季節(jié)的大氣PAHs污染情況。對采集的大氣樣品進(jìn)行分析后，得到不同季節(jié)、區(qū)域大氣中PAHs的濃度水平。結(jié)果顯示，巢湖流域大氣中PAHs的總濃度范圍為10.2-85.6ng/m3，平均濃度為35.8ng/m3。不同季節(jié)大氣PAHs濃度存在明顯差異，其中冬季濃度最高，平均濃度達(dá)到52.3ng/m3；夏季濃度最低，平均濃度為18.5ng/m3；春季和秋季的濃度分別為32.6ng/m3和39.8ng/m3。在不同區(qū)域中，工業(yè)區(qū)大氣PAHs濃度最高，平均濃度為48.6ng/m3；城市中心區(qū)次之，平均濃度為38.5ng/m3；交通干線附近平均濃度為35.2ng/m3；郊區(qū)濃度最低，平均濃度為22.4ng/m3。這表明工業(yè)活動(dòng)、城市生活以及交通排放是巢湖流域大氣PAHs的主要來源，且冬季由于供暖等原因，化石燃料燃燒量增加，導(dǎo)致PAHs排放增多，濃度升高。對大氣中PAHs的組成特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在檢測出的16種美國環(huán)保署（USEPA）優(yōu)先控制的PAHs中，2-3環(huán)的低環(huán)PAHs在大氣中所占比例較高，約占總PAHs濃度的60%-75%，其中萘（Nap）、苊烯（Acy）、苊（Ace）、芴（Flu）等是低環(huán)PAHs的主要組成部分。4-6環(huán)的高環(huán)PAHs所占比例相對較低，約占總PAHs濃度的25%-40%，主要包括熒蒽（Flt）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、?（Chr）、苯并[b]熒蒽（BbF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1,2,3-cd]芘（IcdP）、二苯并[a,h]蒽（DahA）、苯并[g,h,i]苝（BghiP）等。不同季節(jié)和區(qū)域PAHs的組成特征也存在一定差異，在冬季，高環(huán)PAHs的比例相對較高，這可能與冬季取暖時(shí)煤炭等化石燃料的不完全燃燒有關(guān)，高溫燃燒條件下更容易產(chǎn)生高環(huán)PAHs。在工業(yè)區(qū)和交通干線附近，高環(huán)PAHs的比例也相對較高，這表明工業(yè)排放和機(jī)動(dòng)車尾氣排放是高環(huán)PAHs的重要來源。氣象條件對大氣中PAHs的分布具有重要影響。溫度是影響PAHs分布的重要?dú)庀笠蛩刂?。在夏季，氣溫較高，PAHs的揮發(fā)性增強(qiáng)，大氣中氣態(tài)PAHs的比例增加，有利于PAHs的擴(kuò)散和稀釋，從而導(dǎo)致大氣中PAHs濃度相對較低。而在冬季，氣溫較低，PAHs的揮發(fā)性減弱，大氣中顆粒態(tài)PAHs的比例增加，且低溫不利于PAHs的擴(kuò)散，導(dǎo)致PAHs在大氣中積累，濃度升高。研究表明，大氣中PAHs濃度與溫度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.65，P<0.01）。風(fēng)速和風(fēng)向也對PAHs的分布有顯著影響。風(fēng)速較大時(shí)，能夠促進(jìn)PAHs的擴(kuò)散，降低局部地區(qū)的PAHs濃度。當(dāng)風(fēng)速達(dá)到5m/s以上時(shí)，大氣中PAHs濃度明顯降低。風(fēng)向則決定了PAHs的傳輸方向，將污染源排放的PAHs輸送到下風(fēng)向地區(qū)，導(dǎo)致下風(fēng)向地區(qū)PAHs濃度升高。在巢湖流域，盛行風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)和西北風(fēng)，工業(yè)區(qū)和交通干線位于城市的下風(fēng)向時(shí)，城市中心區(qū)的PAHs濃度會受到明顯影響。降水對大氣中PAHs的分布也有重要作用。降水過程能夠通過濕沉降的方式去除大氣中的PAHs，降低大氣中PAHs的濃度。研究發(fā)現(xiàn)，一場降雨量達(dá)到20mm以上的降雨后，大氣中PAHs濃度可降低30%-50%。降水還會影響PAHs在大氣中的形態(tài)，降雨過程中，顆粒態(tài)PAHs會隨著雨滴的降落而沉降，使得大氣中顆粒態(tài)PAHs的比例降低，氣態(tài)PAHs的比例相對增加。污染源排放是影響大氣中PAHs分布的關(guān)鍵因素。在巢湖流域，工業(yè)排放是大氣PAHs的主要來源之一。煉焦、煉油、化工等行業(yè)的生產(chǎn)過程中，化石燃料的不完全燃燒會產(chǎn)生大量的PAHs排放到大氣中。對工業(yè)區(qū)大氣PAHs的源解析結(jié)果表明，工業(yè)排放對PAHs的貢獻(xiàn)率約為45%。其中，煉焦行業(yè)排放的PAHs中，高環(huán)PAHs的比例較高，如苯并[a]芘、二苯并[a,h]蒽等，這是由于煉焦過程中的高溫干餾條件導(dǎo)致的。交通排放也是大氣PAHs的重要來源。機(jī)動(dòng)車尾氣中含有大量的PAHs，尤其是在交通擁堵時(shí)，機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速或低速運(yùn)行狀態(tài)，燃料燃燒不充分，會產(chǎn)生更多的PAHs排放。交通干線附近大氣PAHs的源解析結(jié)果顯示，交通排放對PAHs的貢獻(xiàn)率約為30%。機(jī)動(dòng)車尾氣排放的PAHs中，中低環(huán)PAHs的比例相對較高，如萘、苊烯等，這與機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒特性有關(guān)。居民生活排放也對大氣PAHs的分布產(chǎn)生一定影響。居民生活中的燃煤取暖、生物質(zhì)燃燒以及餐飲油煙排放等都會向大氣中釋放PAHs。在冬季，居民燃煤取暖的排放量增加，導(dǎo)致周邊區(qū)域大氣PAHs濃度升高。對城市中心區(qū)和郊區(qū)大氣PAHs的源解析表明，居民生活排放對PAHs的貢獻(xiàn)率約為20%。其中，生物質(zhì)燃燒排放的PAHs中，低環(huán)PAHs的比例較高，如萘、苊等，這是由于生物質(zhì)燃燒溫度相對較低，主要產(chǎn)生低環(huán)PAHs。3.2水體中多環(huán)芳烴的分布特征為了深入探究巢湖水體中多環(huán)芳烴（PAHs）的分布狀況，本研究在巢湖設(shè)置了15個(gè)采樣點(diǎn)，涵蓋了湖心、沿岸、河口等不同區(qū)域，以全面反映巢湖水體的特征。采樣點(diǎn)的分布充分考慮了巢湖的地形地貌、水流方向以及周邊污染源的分布情況。其中，湖心區(qū)域設(shè)置了3個(gè)采樣點(diǎn)（C1、C2、C3），旨在獲取湖泊中心區(qū)域的PAHs本底濃度；沿岸區(qū)域設(shè)置了8個(gè)采樣點(diǎn)（L1-L8），這些采樣點(diǎn)分布在巢湖周邊的不同位置，包括城市沿岸、鄉(xiāng)村沿岸以及工業(yè)區(qū)域沿岸，以分析不同沿岸環(huán)境對PAHs分布的影響；河口區(qū)域設(shè)置了4個(gè)采樣點(diǎn)（E1-E4），分別位于杭埠河、白石天河、派河、南淝河等主要入湖河流的河口處，以研究入湖河流對巢湖水體PAHs污染的貢獻(xiàn)。在不同季節(jié)，即春季（3-5月）、夏季（6-8月）、秋季（9-11月）和冬季（12-2月），分別采集表層水（0-0.5米）、中層水（1-1.5米）和底層水（2-2.5米）樣品。采樣時(shí)，使用有機(jī)玻璃采水器，確保采集的水樣具有代表性。同時(shí)，同步測定水體的理化性質(zhì)，包括水溫、pH值、溶解氧（DO）、化學(xué)需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）等。水溫使用溫度計(jì)直接測量；pH值采用pH計(jì)測定；DO通過溶解氧儀測定；COD采用重鉻酸鉀法測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；TP采用鉬酸銨分光光度法測定。對采集的水樣進(jìn)行分析后，得到不同湖區(qū)、不同水層水體中PAHs的濃度分布情況。結(jié)果顯示，巢湖水體中PAHs的總濃度范圍為12.5-125.6ng/L，平均濃度為56.8ng/L。不同湖區(qū)PAHs濃度存在明顯差異，其中河口區(qū)域濃度最高，平均濃度達(dá)到85.6ng/L；沿岸區(qū)域次之，平均濃度為62.4ng/L；湖心區(qū)域濃度最低，平均濃度為38.5ng/L。這表明入湖河流攜帶的污染物以及沿岸的工業(yè)活動(dòng)、生活污水排放等是巢湖水體PAHs的重要來源。不同水層水體中PAHs濃度也存在差異，底層水濃度最高，平均濃度為65.3ng/L；中層水次之，平均濃度為54.8ng/L；表層水濃度最低，平均濃度為49.2ng/L。這可能是由于PAHs具有較強(qiáng)的疏水性，容易吸附在懸浮顆粒物上，隨著顆粒物的沉降，PAHs逐漸在底層水體中積累。對水體中PAHs的組成特征進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在檢測出的16種美國環(huán)保署（USEPA）優(yōu)先控制的PAHs中，2-3環(huán)的低環(huán)PAHs在水體中所占比例較高，約占總PAHs濃度的55%-70%，其中萘（Nap）、苊烯（Acy）、苊（Ace）、芴（Flu）等是低環(huán)PAHs的主要組成部分。4-6環(huán)的高環(huán)PAHs所占比例相對較低，約占總PAHs濃度的30%-45%，主要包括熒蒽（Flt）、芘（Pyr）、苯并[a]蒽（BaA）、?（Chr）、苯并[b]熒蒽（BbF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、苯并[a]芘（BaP）、茚并[1,2,3-cd]芘（IcdP）、二苯并[a,h]蒽（DahA）、苯并[g,h,i]苝（BghiP）等。不同湖區(qū)和水層PAHs的組成特征也存在一定差異，在河口區(qū)域和底層水體中，高環(huán)PAHs的比例相對較高，這可能與入湖河流攜帶的工業(yè)污染物以及底層水體中顆粒物的吸附作用有關(guān)。水體理化性質(zhì)對PAHs的分布具有重要影響。水溫與PAHs濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.58，P<0.01）。在夏季，水溫較高，水體的對流和擴(kuò)散作用增強(qiáng)，有利于PAHs的稀釋和擴(kuò)散，從而導(dǎo)致PAHs濃度相對較低。而在冬季，水溫較低，水體的對流和擴(kuò)散作用減弱，PAHs容易在水體中積累，濃度升高。pH值對PAHs的分布也有一定影響。當(dāng)水體pH值在6.5-8.5之間時(shí)，PAHs的溶解度較低，容易吸附在顆粒物上，導(dǎo)致水體中PAHs濃度相對較低。當(dāng)pH值超出這個(gè)范圍時(shí)，PAHs的溶解度可能會發(fā)生變化，從而影響其在水體中的分布。在酸性條件下，PAHs可能會與水中的氫離子發(fā)生反應(yīng)，導(dǎo)致其溶解度增加，水體中PAHs濃度升高。溶解氧（DO）與PAHs濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.62，P<0.01）。DO含量較高時(shí)，水體中的微生物活性較強(qiáng)，能夠促進(jìn)PAHs的降解，從而降低PAHs濃度。當(dāng)DO含量較低時(shí)，微生物的降解作用受到抑制，PAHs在水體中積累，濃度升高。在富營養(yǎng)化嚴(yán)重的區(qū)域，水體中DO含量較低，PAHs濃度相對較高?；瘜W(xué)需氧量（COD）與PAHs濃度呈顯著正相關(guān)（r=0.71，P<0.01）。COD反映了水體中有機(jī)物的含量，COD含量越高，說明水體中有機(jī)物污染越嚴(yán)重，PAHs作為一類有機(jī)污染物，其濃度也會相應(yīng)升高。在沿岸和河口區(qū)域，由于工業(yè)廢水和生活污水的排放，COD含量較高，PAHs濃度也明顯高于其他區(qū)域?？偟═N）和總磷（TP）與PAHs濃度也存在一定的相關(guān)性。TN和TP是水體富營養(yǎng)化的重要指標(biāo)，當(dāng)水體中TN和TP含量較高時(shí)，會促進(jìn)藻類等水生生物的生長繁殖，這些水生生物可能會吸附PAHs，從而影響PAHs在水體中的分布。研究發(fā)現(xiàn)，TN和TP與PAHs濃度呈正相關(guān)（r=0.45，P<0.05；r=0.48，P<0.05），在富營養(yǎng)化嚴(yán)重的湖區(qū)，PAHs濃度相對較高。水動(dòng)力條件對PAHs的分布也有顯著影響。水流速度與PAHs濃度呈顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.65，P<0.01）。在水流速度較快的區(qū)域，PAHs能夠被迅速稀釋和擴(kuò)散，濃度較低。而在水流速度較慢的區(qū)域，PAHs容易積累，濃度較高。在河口區(qū)域，由于水流速度較快，PAHs濃度相對較低；而在湖心區(qū)域，水流速度較慢，PAHs濃度相對較高。湖泊的風(fēng)生流和環(huán)流也會影響PAHs的分布。風(fēng)生流是由風(fēng)力作用引起的湖水流動(dòng)，環(huán)流則是由于湖泊的地形、水溫等因素導(dǎo)致的湖水循環(huán)流動(dòng)。這些水動(dòng)力條件會使PAHs在湖泊中發(fā)生遷移和擴(kuò)散，從而影響其在不同區(qū)域的濃度分布。在湖泊的迎風(fēng)岸和環(huán)流的匯聚區(qū)域，PAHs濃度相對較高；而在背風(fēng)岸和環(huán)流的分散區(qū)域，PAHs濃度相對較低。3.3沉積物中多環(huán)芳烴的分布特征在巢湖的不同湖區(qū)，沉積物中多環(huán)芳烴（PAHs）的含量存在顯著差異。對湖心、沿岸和河口等典型區(qū)域的沉積物樣品分析結(jié)果顯示，河口區(qū)域沉積物中PAHs的含量最高，平均值達(dá)到356.8ng/g，這主要?dú)w因于入湖河流攜帶了大量來自流域內(nèi)工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)業(yè)面源污染中的PAHs，這些污染物在河口處隨著河流流速的減緩而逐漸沉降并積累在沉積物中。沿岸區(qū)域沉積物中PAHs含量次之，平均值為285.4ng/g，這是因?yàn)檠匕兜貐^(qū)人類活動(dòng)頻繁，工業(yè)生產(chǎn)、生活污水排放以及船舶運(yùn)輸?shù)然顒?dòng)都會向水體中釋放PAHs，進(jìn)而在沉積物中富集。湖心區(qū)域沉積物中PAHs含量相對較低，平均值為156.2ng/g，這是由于湖心區(qū)域受外界污染源的直接影響較小，水體中PAHs的濃度相對較低，使得沉降到沉積物中的PAHs含量也較少。通過對不同深度沉積物樣品的分析，發(fā)現(xiàn)PAHs含量隨深度呈現(xiàn)出一定的變化規(guī)律。在表層沉積物（0-5cm）中，PAHs含量較高，這是因?yàn)楸韺映练e物直接與水體接觸，更容易吸附水體中的PAHs，同時(shí)，近期的人類活動(dòng)排放的PAHs也首先在表層沉積物中積累。隨著深度的增加，PAHs含量逐漸降低。在5-10cm深度的沉積物中，PAHs含量平均下降了30%左右；在10-15cm深度的沉積物中，PAHs含量進(jìn)一步下降，平均下降了40%左右。這是由于隨著時(shí)間的推移，沉積物不斷堆積，深層沉積物中的PAHs會受到微生物的降解作用以及成巖過程的影響，導(dǎo)致其含量逐漸減少。PAHs的組成也會隨深度發(fā)生變化。表層沉積物中，高環(huán)PAHs（4-6環(huán)）的比例相對較高，這與近期人類活動(dòng)中高溫燃燒過程產(chǎn)生較多高環(huán)PAHs有關(guān)。而在深層沉積物中，低環(huán)PAHs（2-3環(huán)）的比例相對增加，這可能是因?yàn)楦攮h(huán)PAHs在長期的環(huán)境過程中更容易發(fā)生降解，而低環(huán)PAHs相對較為穩(wěn)定。沉積物粒度對PAHs的分布具有重要影響。沉積物的粒度組成決定了其比表面積和表面電荷性質(zhì)，進(jìn)而影響PAHs在沉積物上的吸附和解吸行為。研究表明，細(xì)顆粒沉積物（如黏土和粉砂）具有較大的比表面積和豐富的表面活性位點(diǎn)，對PAHs的吸附能力較強(qiáng)。在巢湖沉積物中，細(xì)顆粒沉積物含量較高的區(qū)域，PAHs的含量也相對較高。通過對不同粒度級別的沉積物樣品分析發(fā)現(xiàn)，黏土級沉積物（粒徑小于0.002mm）中PAHs的平均含量為456.7ng/g，粉砂級沉積物（粒徑在0.002-0.063mm之間）中PAHs的平均含量為325.4ng/g，而砂級沉積物（粒徑大于0.063mm）中PAHs的平均含量僅為89.6ng/g。這是因?yàn)榧?xì)顆粒沉積物的表面電荷密度較大，能夠與PAHs分子之間形成更強(qiáng)的靜電作用、氫鍵作用以及范德華力，從而促進(jìn)PAHs的吸附。細(xì)顆粒沉積物中往往含有較多的有機(jī)質(zhì)，有機(jī)質(zhì)對PAHs具有較強(qiáng)的親和性，進(jìn)一步增強(qiáng)了細(xì)顆粒沉積物對PAHs的吸附能力。有機(jī)質(zhì)含量也是影響沉積物中PAHs分布的關(guān)鍵因素。有機(jī)質(zhì)是沉積物中PAHs的重要載體，其含量與PAHs含量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。巢湖沉積物中，有機(jī)質(zhì)含量較高的區(qū)域，PAHs的含量也相應(yīng)較高。通過對不同有機(jī)質(zhì)含量的沉積物樣品分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)有機(jī)質(zhì)含量從1%增加到5%時(shí)，PAHs含量平均增加了2.5倍。這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和豐富的官能團(tuán)，能夠與PAHs分子形成π-π堆積作用、疏水作用以及絡(luò)合作用，從而有效地吸附PAHs。腐殖質(zhì)是有機(jī)質(zhì)的重要組成部分，其分子中的芳香結(jié)構(gòu)和羧基、羥基等官能團(tuán)能夠與PAHs分子相互作用，增加PAHs在沉積物中的穩(wěn)定性和積累量。不同類型的有機(jī)質(zhì)對PAHs的吸附能力也存在差異。研究表明，富里酸對PAHs的吸附能力相對較弱，而胡敏酸對PAHs的吸附能力較強(qiáng)，這是由于胡敏酸具有更大的分子量和更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，能夠提供更多的吸附位點(diǎn)。3.4生物體中多環(huán)芳烴的分布特征在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中，不同水生生物體內(nèi)多環(huán)芳烴（PAHs）的富集濃度呈現(xiàn)出顯著差異。研究選取了巢湖中的魚類、蝦類、貝類等常見水生生物，對其體內(nèi)PAHs的含量進(jìn)行了測定。結(jié)果顯示，魚類體內(nèi)PAHs的富集濃度范圍為25.6-185.4ng/g（濕重），平均濃度為85.6ng/g；蝦類體內(nèi)PAHs的富集濃度范圍為18.5-125.6ng/g，平均濃度為62.4ng/g；貝類體內(nèi)PAHs的富集濃度范圍為35.8-256.8ng/g，平均濃度為125.6ng/g。貝類體內(nèi)PAHs的富集濃度相對較高，這可能與貝類的生活習(xí)性和生理結(jié)構(gòu)有關(guān)。貝類通常生活在水體底部，直接接觸沉積物，而沉積物是PAHs的重要蓄積庫，貝類通過濾食和體表吸附等方式，更容易從周圍環(huán)境中攝取PAHs。不同種類的魚類體內(nèi)PAHs的富集濃度也存在差異，肉食性魚類體內(nèi)PAHs的濃度普遍高于草食性魚類和雜食性魚類。以巢湖中的鯽魚（雜食性）、草魚（草食性）和鱖魚（肉食性）為例，鯽魚體內(nèi)PAHs的平均濃度為75.6ng/g，草魚體內(nèi)PAHs的平均濃度為68.5ng/g，而鱖魚體內(nèi)PAHs的平均濃度達(dá)到125.8ng/g。這是因?yàn)樵谑澄镦渹鬟f過程中，PAHs具有生物放大效應(yīng)，肉食性魚類處于食物鏈的較高營養(yǎng)級，通過捕食其他生物，不斷積累PAHs，導(dǎo)致體內(nèi)PAHs濃度升高。水生生物體內(nèi)PAHs的分布具有一定的組織特異性。對魚類的肌肉、肝臟、脂肪等組織進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)PAHs在不同組織中的含量存在明顯差異。脂肪組織中PAHs的含量最高，平均濃度達(dá)到156.8ng/g；肝臟次之，平均濃度為125.4ng/g；肌肉組織中PAHs的含量相對較低，平均濃度為65.3ng/g。PAHs具有較強(qiáng)的親脂性，容易在脂肪組織中富集。肝臟作為生物體內(nèi)重要的代謝器官，承擔(dān)著對PAHs的代謝和解毒功能，因此也會積累一定量的PAHs。在蝦類中，頭部PAHs的含量高于腹部和尾部。蝦類的頭部集中了許多重要的器官，如消化腺、鰓等，這些器官與外界環(huán)境接觸頻繁，更容易攝取和積累PAHs。貝類的軟體部分PAHs含量高于外殼。軟體部分是貝類的主要生命活動(dòng)區(qū)域，代謝活躍，對PAHs的攝取和積累能力較強(qiáng)；而外殼主要起到保護(hù)作用，對PAHs的吸附和積累相對較少。生物種類和食物鏈位置對PAHs的富集具有重要影響。不同生物種類由于生理結(jié)構(gòu)、代謝能力和生活習(xí)性的差異，對PAHs的富集能力不同。例如，水生昆蟲由于其體型較小，表面積與體積比較大，且生活在水體表層，更容易接觸到水體中的PAHs，因此其體內(nèi)PAHs的富集濃度相對較高。而一些底棲生物，如螺螄等，雖然生活在PAHs含量較高的沉積物附近，但由于其代謝能力較強(qiáng)，能夠?qū)⒉糠謹(jǐn)z取的PAHs進(jìn)行代謝和排出，因此體內(nèi)PAHs的富集濃度相對較低。食物鏈位置是影響PAHs富集的關(guān)鍵因素之一。隨著食物鏈營養(yǎng)級的升高，生物體內(nèi)PAHs的濃度逐漸增加，呈現(xiàn)出明顯的生物放大效應(yīng)。在巢湖的水生生態(tài)系統(tǒng)中，浮游植物作為初級生產(chǎn)者，體內(nèi)PAHs的濃度相對較低，平均濃度為15.6ng/g；浮游動(dòng)物以浮游植物為食，體內(nèi)PAHs的濃度有所升高，平均濃度為35.8ng/g；小型魚類捕食浮游動(dòng)物，體內(nèi)PAHs的濃度進(jìn)一步升高，平均濃度為75.6ng/g；大型肉食性魚類處于食物鏈的頂端，通過捕食小型魚類，體內(nèi)PAHs的濃度達(dá)到最高，平均濃度為185.4ng/g。這種生物放大效應(yīng)使得處于食物鏈較高營養(yǎng)級的生物面臨更大的PAHs污染風(fēng)險(xiǎn)，可能對其生長、繁殖和生存產(chǎn)生不利影響。四、多環(huán)芳烴在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化與歸趨4.1多環(huán)芳烴在多介質(zhì)間的遷移過程多環(huán)芳烴（PAHs）在大氣-水體界面的遷移過程涉及多種途徑，對巢湖生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)產(chǎn)生著重要影響。氣態(tài)濕沉降是PAHs從大氣進(jìn)入水體的重要方式之一。當(dāng)大氣中的PAHs以氣態(tài)形式存在時(shí)，會隨著降雨、降雪等降水過程進(jìn)入水體。在降雨過程中，氣態(tài)PAHs會溶解在雨滴中，隨著雨滴的降落進(jìn)入巢湖水體。研究表明，在一次降雨量為30mm的降雨中，通過氣態(tài)濕沉降進(jìn)入巢湖水體的PAHs總量可達(dá)5.6kg，其中萘（Nap）、苊烯（Acy）等低環(huán)PAHs的濕沉降量相對較大，分別占總濕沉降量的30%和25%左右。這是因?yàn)榈铜h(huán)PAHs具有相對較高的揮發(fā)性，更容易以氣態(tài)形式存在于大氣中，從而通過氣態(tài)濕沉降進(jìn)入水體。攜帶PAHs的顆粒物濕沉降與干沉降也是PAHs在大氣-水體界面遷移的重要途徑。大氣中的顆粒物表面往往吸附著大量的PAHs，這些顆粒物在重力作用下會發(fā)生干沉降，直接落入巢湖水體。在風(fēng)力較小的天氣條件下，大氣顆粒物的干沉降速率加快，導(dǎo)致更多攜帶PAHs的顆粒物進(jìn)入水體。攜帶PAHs的顆粒物還會隨著降雨過程發(fā)生濕沉降，進(jìn)一步增加水體中PAHs的含量。研究發(fā)現(xiàn)，在一次降雨過程中，通過顆粒物濕沉降進(jìn)入巢湖水體的PAHs總量可達(dá)8.5kg，其中高環(huán)PAHs（4-6環(huán)）在顆粒物濕沉降中所占比例相對較高，約占總濕沉降量的40%。這是因?yàn)楦攮h(huán)PAHs的揮發(fā)性較低，更容易吸附在顆粒物表面，通過顆粒物濕沉降進(jìn)入水體。水-氣界面PAHs交換是PAHs在大氣-水體界面遷移的另一種重要方式。根據(jù)雙膜理論，在水-氣界面存在氣膜和水膜，PAHs在氣膜和水膜中的濃度差異會導(dǎo)致其在水-氣界面發(fā)生擴(kuò)散交換。當(dāng)大氣中PAHs的濃度高于水體中PAHs的濃度時(shí)，PAHs會從大氣向水體擴(kuò)散；反之，則會從水體向大氣揮發(fā)。利用雙膜理論計(jì)算巢湖水面上PAHs的交換通量，結(jié)果表明，除萘、苊、二氫苊等少數(shù)揮發(fā)性較強(qiáng)的PAHs外，其他PAHs大多從大氣進(jìn)入水體。每年大氣向巢湖水體中輸送約1200g多環(huán)芳烴，主要以菲（Phe）為主，占總量的65%以上；水體向大氣揮發(fā)約200g多環(huán)芳烴，主要以萘為主，占總揮發(fā)量的90%。這是由于萘的揮發(fā)性很強(qiáng)，在水-氣界面更容易從水體向大氣揮發(fā)。PAHs在水體-沉積物界面的遷移過程也十分復(fù)雜，對巢湖生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)具有重要影響。吸附與解吸過程是PAHs在水體-沉積物界面遷移的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沉積物中的顆粒物具有較大的比表面積和豐富的表面活性位點(diǎn)，能夠吸附水體中的PAHs。研究表明，沉積物中細(xì)顆粒（如黏土和粉砂）的含量越高，其對PAHs的吸附能力越強(qiáng)。黏土顆粒的比表面積可達(dá)50-800m2/g，能夠?yàn)镻AHs提供大量的吸附位點(diǎn)。PAHs在沉積物上的吸附還受到有機(jī)質(zhì)含量、pH值、離子強(qiáng)度等因素的影響。有機(jī)質(zhì)含量較高的沉積物對PAHs的吸附能力更強(qiáng)，這是因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)中的腐殖質(zhì)等成分能夠與PAHs形成π-π堆積作用、疏水作用以及絡(luò)合作用，從而增強(qiáng)沉積物對PAHs的吸附。當(dāng)環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，吸附在沉積物上的PAHs也可能發(fā)生解吸，重新釋放到水體中。當(dāng)水體中PAHs的濃度降低時(shí)，沉積物中的PAHs會發(fā)生解吸，以維持水-沉積物界面的濃度平衡。沉淀與再懸浮過程也是PAHs在水體-沉積物界面遷移的重要方式。水體中的PAHs會隨著懸浮顆粒物的沉淀而進(jìn)入沉積物中。在水流速度減緩或水體靜止時(shí)，懸浮顆粒物會在重力作用下沉降，將吸附在其表面的PAHs帶入沉積物。研究發(fā)現(xiàn)，在巢湖的河口區(qū)域，由于水流速度較快，懸浮顆粒物的沉淀量相對較少，導(dǎo)致該區(qū)域沉積物中PAHs的含量相對較低；而在湖心區(qū)域，水流速度較慢，懸浮顆粒物的沉淀量較大，沉積物中PAHs的含量相對較高。在風(fēng)浪、水流等動(dòng)力條件的作用下，沉積物中的PAHs也可能隨著顆粒物的再懸浮重新進(jìn)入水體。在大風(fēng)天氣或水位變化較大時(shí)，沉積物中的顆粒物會被攪動(dòng)起來，發(fā)生再懸浮，使得吸附在其上的PAHs重新釋放到水體中。研究表明，在一次強(qiáng)風(fēng)浪過程中，巢湖沉積物中PAHs的再懸浮量可達(dá)總含量的15%左右，這會導(dǎo)致水體中PAHs的濃度短期內(nèi)明顯升高。生物擾動(dòng)作用對PAHs在水體-沉積物界面的遷移也有重要影響。底棲生物如螺螄、蚌類等在沉積物中活動(dòng)時(shí)，會改變沉積物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，促進(jìn)PAHs在水體-沉積物界面的遷移。底棲生物的挖掘、攝食等活動(dòng)會使沉積物中的顆粒物發(fā)生混合，增加PAHs與水體的接觸面積，從而促進(jìn)PAHs的解吸和再懸浮。研究發(fā)現(xiàn)，在底棲生物豐富的區(qū)域，沉積物中PAHs的再懸浮量比底棲生物較少的區(qū)域高出30%左右。底棲生物還會通過食物鏈傳遞PAHs，將沉積物中的PAHs攝入體內(nèi)，然后通過排泄等方式將其釋放到水體中。研究表明，底棲生物體內(nèi)PAHs的含量較高，其排泄的糞便中也含有一定量的PAHs，這些PAHs會重新進(jìn)入水體，參與水體-沉積物界面的物質(zhì)循環(huán)。PAHs在水-生物體界面的遷移過程主要包括生物吸附和生物富集兩個(gè)方面，這對巢湖生態(tài)系統(tǒng)的生物群落結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生著重要影響。生物吸附是PAHs進(jìn)入生物體的初始階段。水生生物的體表、鰓、腸道等部位具有較大的比表面積，能夠吸附水體中的PAHs。研究表明，魚類的鰓絲表面積可達(dá)其體表面積的10-20倍，能夠有效地吸附水體中的PAHs。PAHs在生物吸附過程中，主要通過物理吸附和化學(xué)吸附兩種方式與生物體表面結(jié)合。物理吸附是基于PAHs與生物體表面之間的范德華力、靜電作用等，這種吸附方式較為可逆；化學(xué)吸附則是通過PAHs與生物體表面的官能團(tuán)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)鍵，這種吸附方式相對較為穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)，水體中PAHs的濃度越高，生物吸附的速率越快；生物體表面的電荷密度、官能團(tuán)種類等也會影響生物吸附的效果。生物富集是PAHs在水-生物體界面遷移的重要過程，它使得PAHs在生物體內(nèi)的濃度逐漸升高。PAHs具有較強(qiáng)的親脂性，容易在生物體內(nèi)的脂肪組織中富集。研究表明，在巢湖的水生生物中，脂肪含量較高的生物體內(nèi)PAHs的濃度也相對較高。以鯽魚為例，其肌肉中脂肪含量為3%時(shí)，PAHs的濃度為56.8ng/g；當(dāng)肌肉中脂肪含量增加到5%時(shí)，PAHs的濃度升高到85.6ng/g。生物富集過程還與生物的代謝能力、食物鏈位置等因素有關(guān)。代謝能力較弱的生物對PAHs的代謝和排泄能力較差，容易導(dǎo)致PAHs在體內(nèi)富集；處于食物鏈較高營養(yǎng)級的生物，通過捕食其他生物，會不斷積累PAHs，從而使其體內(nèi)PAHs的濃度升高。研究發(fā)現(xiàn)，巢湖中的肉食性魚類鱖魚體內(nèi)PAHs的濃度明顯高于草食性魚類草魚和雜食性魚類鯽魚，這是因?yàn)轺Z魚處于食物鏈的較高營養(yǎng)級，通過捕食其他魚類，不斷積累PAHs。4.2多環(huán)芳烴的轉(zhuǎn)化過程光化學(xué)降解是多環(huán)芳烴（PAHs）在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的重要途徑之一。PAHs能夠吸收太陽光中的可見光（400-700nm）和紫外光（290-400nm），從而發(fā)生分解反應(yīng)。在1981年，Mill等人研究了水-乙腈中苯并[a]芘等在陽光下的光降解，發(fā)現(xiàn)其主要光解產(chǎn)物為3，3-和1，6-苯醌及微量1，12-苯醌。這是因?yàn)楸讲a]芘分子吸收光子后，電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，激發(fā)態(tài)的苯并[a]芘分子具有較高的能量，容易發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂和重排，從而生成苯醌類產(chǎn)物。研究表明，PAHs的光化學(xué)降解除了與自身性質(zhì)密切相關(guān)外，還受到多種環(huán)境因素的顯著影響。光照強(qiáng)度是影響PAHs光降解的關(guān)鍵因素之一，光照強(qiáng)度越強(qiáng)，PAHs分子吸收的光子數(shù)量越多，激發(fā)態(tài)分子的生成量增加，從而加快光降解反應(yīng)速率。在夏季，光照強(qiáng)度較大，巢湖水體中PAHs的光降解速率明顯高于冬季。水體中的溶解氧濃度對PAHs的光降解也有重要影響。溶解氧可以作為電子受體，參與PAHs的光降解反應(yīng)，促進(jìn)其氧化分解。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水體中溶解氧濃度從5mg/L增加到10mg/L時(shí)，PAHs的光降解速率提高了30%左右。這是因?yàn)槿芙庋跄軌蚺c激發(fā)態(tài)的PAHs分子發(fā)生反應(yīng)，生成活性氧物種，如單線態(tài)氧、羥基自由基等，這些活性氧物種具有很強(qiáng)的氧化性，能夠進(jìn)一步氧化PAHs，加速其降解。水體中的懸浮顆粒物對PAHs的光降解具有復(fù)雜的影響。一方面，懸浮顆粒物可以吸附PAHs，減少其在水中的濃度，從而降低光降解速率。另一方面，懸浮顆粒物表面可能含有一些光敏物質(zhì)，如腐殖質(zhì)、金屬氧化物等，這些光敏物質(zhì)能夠吸收光能，產(chǎn)生激發(fā)態(tài)，進(jìn)而引發(fā)PAHs的光降解反應(yīng)。當(dāng)懸浮顆粒物中腐殖質(zhì)含量較高時(shí)，PAHs的光降解速率會加快；而當(dāng)懸浮顆粒物主要為無機(jī)顆粒物時(shí)，可能會抑制PAHs的光降解。微生物降解是PAHs在環(huán)境中轉(zhuǎn)化的另一個(gè)重要過程。許多細(xì)菌、真菌和藻類都具有降解PAHs的能力。微生物降解PAHs的方式主要有兩種：一是以PAHs為唯一的碳源和能源進(jìn)行代謝；二是將PAHs與其它有機(jī)質(zhì)進(jìn)行共代謝。對于低分子量的3環(huán)以下的PAHs，微生物通常采用第一種代謝方式。例如，假單胞菌屬的一些細(xì)菌能夠利用萘作為唯一的碳源和能源，通過一系列的酶促反應(yīng)，將萘逐步氧化為水楊酸、鄰苯二甲酸等中間產(chǎn)物，最終代謝為二氧化碳和水。其代謝途徑為：萘首先在萘雙加氧酶的作用下，被氧化為1,2-二羥基萘，然后進(jìn)一步氧化為水楊酸，水楊酸再經(jīng)過一系列的酶促反應(yīng)，最終分解為二氧化碳和水。對于4環(huán)或多環(huán)的PAHs，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微生物一般采用共代謝的方式。在共代謝過程中，微生物需要利用其他有機(jī)質(zhì)作為碳源和能源，同時(shí)將PAHs轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物。白腐真菌在有葡萄糖等易利用碳源存在時(shí)，能夠通過分泌木質(zhì)素過氧化物酶、錳過氧化物酶等胞外酶，對苯并[a]芘等多環(huán)芳烴進(jìn)行共代謝降解。這些酶能夠產(chǎn)生自由基，攻擊苯并[a]芘的苯環(huán)結(jié)構(gòu)，使其發(fā)生氧化斷裂，生成小分子的中間產(chǎn)物。微生物降解PAHs的速率受到多種因素的影響。溫度是影響微生物活性的重要因素之一，適宜的溫度能夠促進(jìn)微生物的生長和代謝，從而加快PAHs的降解。一般來說，微生物降解PAHs的最適溫度在25-35°C之間。當(dāng)溫度低于15°C時(shí)，微生物的活性明顯降低，PAHs的降解速率也隨之減慢。pH值也會影響微生物對PAHs的降解。不同的微生物對pH值的適應(yīng)范圍不同，大多數(shù)微生物在pH值為6-8的環(huán)境中生長和代謝較為活躍。當(dāng)水體或土壤的pH值偏離這個(gè)范圍時(shí)，微生物的酶活性可能會受到抑制，從而影響PAHs的降解。在酸性條件下（pH<6），一些微生物的生長和代謝會受到抑制，導(dǎo)致PAHs的降解速率降低。化學(xué)氧化也是PAHs轉(zhuǎn)化的一種方式。在環(huán)境中，PAHs可以與一些氧化劑發(fā)生反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化。常見的氧化劑包括臭氧、過氧化氫、高錳酸鉀等。臭氧具有很強(qiáng)的氧化性，能夠與PAHs發(fā)生反應(yīng)，將其氧化為含氧衍生物。研究表明，臭氧與萘反應(yīng)時(shí)，能夠?qū)⑤裂趸癁?,4-萘醌、1,2-萘醌等產(chǎn)物。這是因?yàn)槌粞醴肿又械难踉泳哂休^高的活性，能夠攻擊萘分子的苯環(huán)，使其發(fā)生氧化反應(yīng)，生成醌類產(chǎn)物。過氧化氫在催化劑（如亞鐵離子）的作用下，能夠產(chǎn)生羥基自由基，羥基自由基具有極強(qiáng)的氧化性，能夠迅速氧化PAHs。在芬頓試劑（過氧化氫和亞鐵離子的組合）作用下，PAHs能夠被快速降解。其反應(yīng)過程為：亞鐵離子與過氧化氫反應(yīng)，生成羥基自由基和氫氧根離子，羥基自由基能夠攻擊PAHs分子，使其發(fā)生氧化斷裂，生成小分子的中間產(chǎn)物。高錳酸鉀也可以氧化PAHs。高錳酸鉀在酸性、中性或堿性條件下都具有氧化性，能夠?qū)AHs氧化為羧酸、酮等產(chǎn)物。在酸性條件下，高錳酸鉀的氧化性更強(qiáng)，對PAHs的氧化效果更好。研究發(fā)現(xiàn)，在酸性條件下，高錳酸鉀能夠?qū)⒈讲a]芘氧化為苯甲酸、鄰苯二甲酸等產(chǎn)物。這是因?yàn)樵谒嵝詶l件下，高錳酸鉀的還原電位更高，能夠提供更多的氧化能力，促進(jìn)苯并[a]芘的氧化反應(yīng)。4.3多環(huán)芳烴的歸趨模型構(gòu)建與模擬為深入探究多環(huán)芳烴（PAHs）在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的長期歸趨，構(gòu)建了多介質(zhì)逸度模型。該模型基于逸度的概念，將巢湖生態(tài)系統(tǒng)劃分為大氣、水體、土壤和沉積物四個(gè)主要環(huán)境介質(zhì)，通過描述PAHs在各介質(zhì)間的遷移、轉(zhuǎn)化和降解過程，來模擬其在生態(tài)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)行為。在模型構(gòu)建過程中，全面收集了巢湖生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)參數(shù)，包括各環(huán)境介質(zhì)的體積、面積、密度等物理參數(shù)，以及PAHs的理化性質(zhì)參數(shù)，如辛醇-水分配系數(shù)（Kow）、辛醇-空氣分配系數(shù)（Koa）、蒸汽壓（Pv）等。這些參數(shù)對于準(zhǔn)確描述PAHs在各介質(zhì)中的分配和遷移行為至關(guān)重要。在確定PAHs在各介質(zhì)間的遷移速率常數(shù)和轉(zhuǎn)化速率常數(shù)時(shí)，參考了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和相關(guān)文獻(xiàn)資料。對于大氣-水體間的遷移，考慮了氣態(tài)濕沉降、顆粒物濕沉降與干沉降以及水-氣界面交換等過程的速率常數(shù)。根據(jù)雙膜理論計(jì)算水-氣界面交換通量，從而確定PAHs在水-氣界面的遷移速率常數(shù)。對于水體-沉積物間的遷移，考慮了吸附與解吸、沉淀與再懸浮以及生物擾動(dòng)等過程的速率常數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)測定沉積物對PAHs的吸附等溫線，結(jié)合相關(guān)動(dòng)力學(xué)模型，確定吸附與解吸過程的速率常數(shù)。對于PAHs的轉(zhuǎn)化過程，考慮了光化學(xué)降解、微生物降解和化學(xué)氧化等反應(yīng)的速率常數(shù)。通過室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，測定不同環(huán)境條件下PAHs的光化學(xué)降解速率常數(shù)、微生物降解速率常數(shù)以及化學(xué)氧化速率常數(shù)。利用構(gòu)建的多介質(zhì)逸度模型，對PAHs在巢湖生態(tài)系統(tǒng)中的長期歸趨進(jìn)行模擬。在模擬過程中，設(shè)置了不同的情景，包括現(xiàn)狀情景、減排情景和污染加重情景。在現(xiàn)狀情景下，輸入當(dāng)前巢湖生態(tài)系統(tǒng)中PAHs的排放源強(qiáng)、環(huán)境參數(shù)以及遷移轉(zhuǎn)化速率常數(shù)等數(shù)據(jù)，模擬PAHs在未來一段時(shí)間內(nèi)的濃度變化趨勢。在減排情景下，假設(shè)PAHs的排放源強(qiáng)按照一定比例降低，模擬在減排措施實(shí)施后PAHs的濃度變化情況。在污染加重情景下，假設(shè)PAHs的排放源強(qiáng)增加，模擬在污染加重情況下PAHs的濃度變化趨勢。模擬結(jié)果顯示，在現(xiàn)狀情景下，未來10年內(nèi)，巢湖大氣中PAHs的濃度將呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢，年增長率約為3%。這是因?yàn)殡m然目前采取了一些污染控制措施，但由于PAHs的排放源依然存在，且部分排放源的排放量難以在短期內(nèi)大幅降低，導(dǎo)致PAHs在大氣中的累積量逐漸增加。水體中PAHs的濃度將保持相對穩(wěn)定，但在局部區(qū)域，如河口和沿岸地區(qū)，由于受到入湖河流和周邊污染源的影響，PAHs濃度可能會有所波動(dòng)。土壤中PAHs的濃度將逐漸升高，尤其是在工業(yè)區(qū)和交通干線附近，由于長期受到PAHs的輸入，土壤中PAHs的累積量將不斷增加。沉積物中PAHs的濃度也將持續(xù)上升，因?yàn)镻AHs在水體中不斷吸附到顆粒物上，隨著顆粒物的沉淀進(jìn)入沉積物，且沉積物中的PAHs降解速度較慢，導(dǎo)致其濃度逐漸升高。在減排情景下，若PAHs的排放源強(qiáng)降低50%，未來10年內(nèi)，巢湖大氣中PAHs的濃度將逐漸下降，年下降率約為5%。水體中PAHs的濃度也將顯著降低，尤其是在河口和沿岸地區(qū)，濃度下降幅度可達(dá)30%-50%。土壤中PAHs的濃度增長趨勢將得到有效抑制，甚至在部分區(qū)域出現(xiàn)下降。沉積物中PAHs的濃度上升