综述：中国水域沉积物中多环芳烃的分布、来源分配及风险评估

《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》：Distribution, Source Apportionment, and Risk Assessment of Polycyclic Aromatic Hydrocarbons in Chinese Waters' Sediments

PAHs污染时空分布与源解析及生态风险评估研究（1993-2023）表明污染呈先增后减趋势，东部（598.06 ng/g）和北部（724.39 ng/g）浓度最高，主要来源为生物质燃烧（48.26%）和燃煤（25.49%），生态风险全国总体中等偏高，东北风险最高，中部最低。

　　

Jiaxin Kuang|Yan Li|Qingkun Wang|Ye Li|Ke Liu|Long Chen|Hang Su

南京林业大学林业学院可持续林业协同创新中心，中国南京

摘要

为了研究中国沉积物中多环芳烃（PAHs）的全国污染状况，并为全国的水污染控制提供数据支持和明确的方向，本研究系统整合了1993年至2023年间中国水体表面沉积物中PAHs的公开浓度数据。研究揭示了它们的时空分布模式、来源特征和生态风险。结果表明，PAHs污染呈现出“先增加后下降”的时间趋势，峰值出现在2006年左右。从空间上看，东部的浓度（598.06 ng/g）高于西部（580.97 ng/g），北部的浓度（724.39 ng/g）高于南部（485.98 ng/g）。使用两种受体模型进行来源分配得出了基本一致的结果。比较表明，APCS-MLR模型提供了更可靠的结果，其贡献率分别为：生物质燃烧（48.26%）、煤炭燃烧（25.49%）、交通运输排放（13.77%）和石油排放（12.48%）。通过风险商数（RQ）方法和毒性当量（TE）方法进行的生态风险评估得出了高度一致的结果，表明东北地区的PAHs生态风险最高，中部地区最低。全国沉积物PAHs的总体RQ_(NCs)为263.128，RQ_(MPCs)为2.631，表明风险处于中等到高水平。

引言

多环芳烃（PAHs）是一类典型的持久性有机污染物（POPs）（Krzyszczak和Czech 2021）。它们由两个或更多的苯环融合而成，在自然环境和人为环境中广泛存在（Armstrong等人2004年，Bach等人2003年）。由于PAHs具有强疏水性和低水溶性，它们容易吸附在水生系统中的悬浮颗粒物上，并最终在沉积物中积累（Zhang和Chen 2017年）。它们的高化学稳定性、环境持久性和抗生物降解性，加上致癌、致畸和致突变特性——这些特性统称为“三大致癌效应”——随着分子量和环数的增加而增强（Akyuz和Cabuk 2010年，Gozgit等人2004年，Jiang等人2014年，Lamichhane等人2016年，Man等人2013年，Nguyen-Duy和Chang 2017年）。鉴于这些严重的生态和健康影响，美国环境保护署（USEPA）已将十六种PAHs列为优先控制污染物（Kim等人2013年，Zhao等人2024年），使其成为环境监测和风险评估的关键目标（Zhang等人2004年）。

PAHs主要来源于化石燃料的燃烧（如煤炭、石油和天然气）、生物质燃烧（如工业排放、车辆尾气和生活垃圾焚烧）以及石油产品的泄漏或挥发（Cao等人2020年，Duran和Cravo-Laureau 2016年，Famiyeh等人2024年，Xue等人2013年）。人类活动不仅加剧了PAHs等有机污染物的排放，还影响了它们在水生和沉积环境中的空间分布（Li等人2025年，Li等人2024a年，Li等人2022年，Zhang等人2022年）。大多数PAHs对水生和陆地生物具有不同程度的毒性，并且可以通过食物链生物积累和放大，从而对生态系统完整性和人类健康构成重大威胁（Cao等人2020年，Gonzalez-Gaya等人2019年，Jia等人2021年，Liu等人2001年，Mohammed等人2019年）。因此，阐明沉积物中PAHs的存在、行为和环境归趋对于准确的生态风险评估、有效的污染预防和水生生态系统健康恢复至关重要。

沉积物是PAHs的最终汇，通过强吸附作用集中这些污染物（Han等人2019b年，Lin等人2023年，Qian等人2024年，Yan等人2021年，Zhao等人2016年）。它们在水生生态系统中的源-汇动态中起主导作用，其空间分布和时间变化直接影响生态风险水平。作为全球关注的致癌性有机污染物，PAHs引起了越来越多的研究关注。水生生态系统，包括河流、湖泊、湿地和海洋环境，不仅作为重要的生态屏障，还支持经济发展、文化遗产和区域气候调节。因此，它们的可持续管理对于生物多样性保护和环境安全至关重要。认识到这一点，中国政府非常重视水环境保护，颁布了一系列国家政策和法规，并大幅增加了相关研究领域的投资和科学产出。

然而，对现有研究的全面回顾显示，关于中国沉积物中PAHs的研究仍然有限。大多数研究仅限于局部案例研究（例如个别河流、湖泊或城市水道），并且通常关注单一时间点或季节性比较（例如干季与湿季）。因此，缺乏系统性的全国范围分析来整合长期沉积物PAH数据，难以全面了解其空间模式和长期趋势。

为了解决这些不足，本研究旨在分析中国沉积物中PAHs的大规模污染模式和时间演变；系统描述主要河流、湖泊、湿地和沿海地区的PAHs时空分布；量化全国PAHs的来源并评估其生态风险；以及比较不同地区的来源贡献和生态风险。最终目标是提供一个全面的国家数据集和概念框架，以了解中国沉积物中的PAHs污染情况，从而为精确的来源追踪、风险管理和中国水生环境中PAHs的综合控制提供科学基础。

数据收集与质量控制

本研究的数据来自Web of Science和中国国家知识基础设施（CNKI）检索的文献。研究对象是中国河流、湖泊、湿地和近海海域表面沉积物中的16种PAHs。筛选了1993年至2023年（30年期间）发表的相关文献，提取了PAHs的总浓度数据，重点关注最大值、最小值和平均值。

时间分布特征

通过整合不同年份的数据，获得了全国及各经济区域的年平均PAH浓度。采用多项式回归来模拟PAHs的时间趋势，这种方法在描述复杂条件下的PAHs变化时比线性回归和其他拟合方法更具灵活性。图3显示了中国沉积物中PAHs浓度30年的时间变化趋势。总体而言，沉积物中的PAHs

结论

本研究旨在建立一个全面的基线和宏观框架，以了解中国沉积物中的PAHs污染情况，从而为全国水生环境中PAHs污染的综合管理提供科学支持。主要结论如下：

• (1)
  中国沉积物中的PAHs污染表现出空间分布特征，东部地区的浓度高于西部地区，北部地区的浓度高于南部地区。

作者贡献声明

Yan Li：撰写——审稿与编辑、验证、监督、资源管理、项目协调、方法论、资金获取、概念构建。Jiaxin Kuang：撰写——初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法论、调查、数据分析、数据整理、概念构建。Hang Su：方法论。Ke Liu：撰写——审稿与编辑、概念构建。Long Chen：撰写——审稿与编辑、方法论。Qingkun Wang：撰写——审稿与编辑、可视化，

未引用的参考文献

Paatero和T.U，1994年。

资金声明

本研究得到了国家自然科学基金（编号42471080、42106216）、地理信息科学重点实验室开放基金（教育部）和华东师范大学（资助编号KLGIS2024A01）的支持。

利益冲突声明

? 作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。