多环芳烃在城市森林干湿沉降中的生态过程研究

随着城市化进程的加快，大量的燃煤和机动车燃油释放的PAHs已成为城市生态系统中最具代表性的持久性有机污染物，严重危害着城市生态系统的服务功能和人居环境。发挥森林在改善城市生态环境的重要作用已成为现代城市建设的基本要求。本项目以长沙市主要森林类型-樟树、枫香、马尾松和杉木林生态系统为研究对象，采用野外定点和室内控制实验，在测定大气-植物-土壤中PAHs的时空分布、分析PAHs在城市森林干、湿沉降中的环境行为、土壤微生物和酶对PAHs分布的影响以及城市植物-土壤系统对PAHs吸收和降解的贡献基础上，评价和比较不同森林类型排减PAHs的效率，揭示PAHs在城市森林生态系统干湿沉降中的生态过程机理。对城市绿化树种的筛选和土壤PAHs污染的植物修复提供理论依据。为进一步揭示持久性有机污染物在大气-植物-土壤系统中的降解、固持和封存机制提供研究方法。

本项目按资助项目计划书基本要求，针对长沙市主要城市森林生态系统—樟树（Cinnamomu camphora）、枫香（Liquidambar formosana）、马尾松（Pinus massoniana）和杉木（Cunninghamia lanceolata）林生态系统，采用野外定点和室内控制实验，在4个方面进行了卓有成效的研究工作：（1）城市森林不同层次PAHs 时空分布特征：乔木层、灌木层、草本层、枯枝落叶层PAHs含量分别为5995µg•kg-1、245µg•kg-1、3731µg•kg-1、9235µg•kg-1。林地土壤中的PAHs主要富集在表层土壤中，含量为1688µg•kg-1。PAHs时间变化规律表现出季节性差异。（2）PAHs在城市森林大气沉降中的环境行为：大气降水中携带的多环芳烃有10种，总含量为288.662µg•L-1；林内穿透水中有6种，总含量为101.901µg•L-1；树干茎流中有5种，总含量为82.069µg•L-1；灌木层和草本层穿透水中有4种，总含量分别为49.049µg•L-1和74.938µg•L-1；地表径流中有5种，含量为36.866µg•L-1。可见城市森林对多环芳烃有较强的净化作用。（3）土壤微生物和酶对PAHs分布的影响：4个树种土壤微生物区系组成以细菌占优势，放线菌次之，真菌最少。对照土壤中微生物总数随时间的变化都是从10月逐渐增加至翌年4月，然后不断减少至10月; 污染处理土壤微生物总数呈现峰值提前或滞后现象，主要出现在1月或7月。真菌是控制 PAHs 降解的重要因素。土壤酶活性在4个树种间有明显差异。不同PAHs水平下的多酚氧化酶活性呈极显著差异 (P<0.01) ，过氧化氢酶活性呈显著差异 (P<0.05)，而磷酸酶活性变化率受污染物浓度影响不显著。土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶可以作为土壤污染程度的评价指标。（4）城市植物-土壤系统对 PAHs 吸收和降解的贡献：1年后栽培植物土壤中PAHs含量污染处理比对照平均降低51.9%，且在3~6个月内PAHs含量减少最快；PAHs组分中以苯并蒽、蒽、芘减少最多，分别达74.8%、69.6%、58.1%。不同树种对PAHs含量影响无显著差异。高污染水平下植物处理中PAHs组分芴、菲、芘的生态风险仍然很高，说明治理PAHs污染最根本的办法是控制PAHs的排放量。