长三角城市发展带土壤PBDEs污染特征及与经济发展的耦合关系

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多溴联苯醚(polybrominated diphenyl ether,PBDEs)是一种常见的溴代阻燃剂,被广泛应用于高分子材料生产和使用过程中以降低其易燃性,减少人员伤亡和经济损失,但因其持久性、生物富集性和有毒性等特性逐渐引起人类关注。长三角地区工业发达,以PBDEs为阻燃剂的产品生产和使用较集中,目前研究表明长三角各介质环境中已经存在PBDEs。土壤介质不仅作为“汇”通过大气沉降和地表径流等方式接收来自其他介质中的PBDEs,而且作为“源”通过土壤侵蚀和地表径流等方式将PBDEs扩散到其他环境介质中,从而PBDEs会因其生物放大作用而危害人体健康,所以长三角地区土壤中PBDEs的环境质量与本地区的经济发展和人类健康生活息息相关。长江三角洲虽作为中国人口密集地区,现阶段对长三角城市土壤中PBDEs的相关研究还比较少,且研究区主要集中在上海、苏州、南通和杭州等典型城市较为零散,研究内容多以土壤环境中PBDEs的检测为主。本文研究主要集中在长三角城市群“沪宁”和“沪杭”两条发展轴带,对长三角城市发展带不同土地利用类型土壤中PBDEs的污染水平、组成特征、空间分布和来源解析展开研究,并利用健康风险模型对研究区域土壤中PBDEs进行人类健康风险评价,构建耦合协调度模型探究城市土壤中PBDEs与城市经济发展的耦合协调关系,以期为长三角城市土壤PBDEs环境、城市经济可持续发展和人类健康生活提供可靠的科学依据。主要的研究成果如下:(1)长三角城市发展带土壤中∑19PBDEs浓度范围为0.17-218.55 ng/g dw,平均值为13.40±33.50 ng/g dw。其中“沪宁”发展带的整体浓度水平高于“沪杭”发展带,各城市间平均浓度水平呈现出苏州>常州>上海>无锡>嘉兴>镇江>南京>杭州的空间分布差异,土地利用类型上呈现出工业用地>住宅用地>商业用地>农林用地>公园绿地的空间分布差异。(2)长三角城市发展带土壤PBDEs的组成特征中,BDE-209在19种单体PBDEs同系物中占比最大,平均含量占总浓度比例的75%,其次为BDE-206(5.43%),BDE-207(4.26%)和BDE-99(4.16%);deca-BDE是8种PBDEs同系物中含量水平最高的同系物(占比74.92%),其次是nona-BDE(13.83%)和penta-BDE(5.25%)。在各城市中,deca-BDE在常州市土壤PBDEs总浓度中占比最高(86.74%),在杭州市占比最低(45.57%),penta-BDE则与此相反在常州市占比最低(0.39%),在杭州市占比最高(20.03%);nona-BDE在各城市间占比维持在11%-17%。这一现象表明研究区域土壤中Deca-BDEs占主导地位,这可能与商业PBDEs产品的使用有关,同时PBDEs同系物组成特征在各城市中又存在着差异。(3)长三角城市发展带土壤PBDEs含量与土壤总有机碳(TOC)没有显著相关性,但是农林用地和公园绿地土壤中的∑19PBDEs浓度与土壤TOC表现出显著的正相关,相关系数分别为0.77和0.85(p<0.05),工业用地和商业用地土壤中的低溴联苯醚含量与土壤TOC有正相关性,住宅用地土壤中octa-BDE与土壤TOC也存在显著正相关。(4)利用主成分分析法解析土壤中PBDEs的来源及多元线性回归模型计算各类PBDEs来源的贡献率,结果表明Deca-BDEs及其替代产品是长三角城市发展带土壤中PBDEs的主要来源。利用最小二乘法探究长三角城市发展带各城市土壤中三种商业PBDEs的贡献率,其中Deca-BDEs的贡献率占主导,苏州市和常州市中Deca-BDEs的贡献率都超过了95%,Penta-BDEs在杭州市的贡献率达到27.62%,进一步佐证了继Penta-BDEs和Octa-BDEs在2009年被禁止使用后,Deca-BDEs成为工业生产中主要使用的PBDEs阻燃剂。(5)利用人体健康风险模型(ILCR)对长三角城市发展带土壤中PBDEs进行了人体健康非致癌风险和致癌风险评价。所有城市的非致癌风险均小于1,皆处于可接受范围,致癌风险CR值多集中在中低等致癌风险,SZ1和CZ1采样点对幼儿和儿童威胁较大,处于高致癌风险。人体暴露水平、非致癌风险和致癌风险均呈现出幼儿>儿童>婴儿>青少年>成人的趋势,表明幼儿和儿童在长三角城市发展带中受到的土壤PBDEs风险威胁较高。其中苏州市、常州市和上海市土壤中的BDE-209对人群的非致癌风险和致癌风险高于其他城市。在城市用地中,工业用地和住宅用地对人群的健康风险威胁远高于其他城市用地类型。(6)构建耦合协调度模型分析长三角城市发展带土壤中PBDEs污染与经济发展间耦合协调强度。结果表明长三角城市发展带土壤中PBDEs与工业经济两个系统间的耦合协调度介于0.38-0.63之间。长三角城市发展带8个城市可分为两类:一类处于中等耦合度和中等协调耦合强度,表现为PBDEs与工业经济发展相磨合的城市,包括无锡、镇江、杭州和南京;另一类处于中等耦合度和高等协调耦合强度,即PBDEs与工业经济发展共同促进的城市,包括苏州、上海、常州和嘉兴。
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