廣州不同地表下墊面對(duì)暴雨徑流PAHs含量的影響特征

吳巧花，陳步峰，裴男才，史欣

中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州 510520

在全球氣候變化背景下，臺(tái)風(fēng)暴雨的強(qiáng)度、頻度和持續(xù)時(shí)間都呈上升趨勢(shì)，危害性增強(qiáng)（Holland et al.，2007；Bender et al.，2010）。暴雨沖刷城市地表，攜帶下墊面大量的污染物進(jìn)入水體，形成城市地表水面源污染，嚴(yán)重危害城市水環(huán)境（Brezonik et al.，2002；Wu et al.，2017；De et al.，2017）。暴雨的增多增強(qiáng)，加劇了地表水污染的危害性。多環(huán)芳烴（PAHs）作為一類持久性有機(jī)污染物，廣泛存在于環(huán)境中（水體、氣體、土壤、生物），具有半揮發(fā)性、殘留性和生物蓄積性，尤其四環(huán)以上PAHs具致癌、致畸、致突效應(yīng)，對(duì)人類健康及生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅。隨著城市化發(fā)展，城市不透水墊面不斷增加，人類在工業(yè)生產(chǎn)和生活中排放的 PAHs日益增多等問(wèn)題，使徑流污染成為城市水質(zhì)惡化的重要原因（Hoffman et al.，1984；Brezonik et al.，2002；Wang et al.，2015；Zhang et al.，2017）。

近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)城市不同地表墊面中徑流PAHs污染進(jìn)行了研究，他們主要將城市的不同材質(zhì)地表墊面結(jié)合功能區(qū)的劃分進(jìn)行分析。有研究表明，降雨徑流中PAHs主要來(lái)源于機(jī)動(dòng)車尾氣、輪胎摩擦、燃油、潤(rùn)滑油及道路垃圾等（Brown et al.，2006）。按功能區(qū)劃分，城市地表徑流PAHs污染情況大致為交通路面＞小區(qū)、校園及廣場(chǎng)路面＞草地墊面（Jiries et al.，2003；武子瀾等，2014；謝繼鋒等，2015）。有關(guān)城市森林對(duì)降雨徑流污染的作用研究，國(guó)內(nèi)只有少量的報(bào)道（Chen et al.，2015；潘勇軍等，2004；閆文德等，2006）；按不同材質(zhì)墊面類型的分析，一般都摻雜著不同功能區(qū)和污染源，鮮有在同一環(huán)境下分析不同材質(zhì)墊面對(duì)徑流污染影響的研究。

本研究在廣州市帽峰山選擇 3種類型下墊面（瀝青、水泥、草地），以及帽峰山2種類型森林生態(tài)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)帽峰山林區(qū)一年的暴雨、不同地表暴雨徑流，以及森林生態(tài)系統(tǒng)水文過(guò)程中PAHs污染特征進(jìn)行分析，揭示不同下墊面及森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)暴雨產(chǎn)流中PAHs含量的影響；同時(shí)監(jiān)測(cè)市區(qū)暴雨中PAHs質(zhì)量濃度，解析林區(qū)、市區(qū)暴雨中PAHs的含量差異，為合理開展城市極端降雨（暴雨）天氣下，城市地表徑流面源污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況與試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)地概況

本研究的主要監(jiān)測(cè)點(diǎn)在廣州市帽峰山森林公園，輔助監(jiān)測(cè)點(diǎn)為市區(qū)——中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所（僅監(jiān)測(cè)暴雨中PAHs質(zhì)量濃度）。帽峰山位于廣州市東北部（坐標(biāo)為 23°16′～23°19′N，113°22′～113°29′E），距市區(qū)約 25 km，面積 6600 hm2。帽峰山年平均氣溫約21.0 ℃，平均降雨量約1800 mm，平均相對(duì)濕度約70%，干濕季分明，土壤類型為赤紅壤，成土母巖主要為花崗巖。帽峰山森林植被類型以南亞熱帶季風(fēng)常綠闊葉林為主，有少量杉闊混交林。對(duì)試驗(yàn)區(qū)內(nèi)的兩種林型進(jìn)行林分調(diào)查，常綠闊葉林為 50 a次生林，林分郁閉度為0.85，平均胸徑22.8 cm，平均樹高22.5 m，喬木層樹種主要有短序潤(rùn)楠（Machilus breviflora）、中華錐（Castanopsis chinensis）、荷木（Schima superba）、黃樟（Cinnamomum porrectum）、山烏桕（Sapium discolor）、黎蒴（Castanopsis fissa）；灌木層有：銀柴（Aporusa dioica）、九節(jié)（Psychotria rubra）、豬肚木（Canthium horridum）等。杉闊混交林為人工林，林齡27 a，林分郁閉度為0.78，平均胸徑14.2 cm，平均樹高 11.0 m，主要樹種有杉木（Cunninghamia lanceolata）、山烏桕（Sapium discolor）、九節(jié)（Psychotria rubra）、銀柴（Aporusa dioica）等。

本試驗(yàn)基于帽峰山定位站水文試驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)，所有試驗(yàn)點(diǎn)間距離在5 km內(nèi)，基本不受區(qū)域降雨不均勻性影響。

1.2 樣品采集

采樣時(shí)間為2016年6月—2017年6月，共記錄與收集10場(chǎng)次暴雨。

暴雨采集：在間隔25 km的市區(qū)（中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所）及帽峰山林區(qū)（定位站區(qū)），分別設(shè)置暴雨定位觀測(cè)區(qū)，每區(qū)點(diǎn)設(shè)置 Data Logging RG3-M自動(dòng)雨量計(jì)、1 m2水收集容器（放置于空曠地，林區(qū)于林外收集），觀測(cè)雨量數(shù)據(jù)，收集暴雨水樣，送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè) PAHs。由于市區(qū)雨量計(jì)遭到損壞，市區(qū)降雨量數(shù)據(jù)缺失。

穿透水采集：在常綠闊葉林中設(shè)置1 m2水收集容器，置于郁閉較好的林下，采集樣品。

地表徑流采集：在帽峰山定位實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)，設(shè)置水泥、瀝青地表、草被地表徑流場(chǎng)（種植細(xì)葉結(jié)縷草 Zoysia tenuifolia）（每個(gè)面積 6～9 m2）；長(zhǎng)期觀測(cè)的2種森林類型（常綠闊葉林、杉闊葉混交林）的坡面地表徑流場(chǎng)（每個(gè)10 m×20 m），二者的坡向皆為南，中坡位，土壤類型為紅壤，闊葉林坡度31°，海拔約270 m，混交林坡度33°，海拔約280 m。暴雨后在分流池中采集水樣。

總徑流采集：利用定位站長(zhǎng)期觀測(cè)的闊葉林和杉闊混交林集水區(qū)設(shè)定的V形溢流堰，進(jìn)行采樣。

水樣采集方法：根據(jù)水文研究標(biāo)準(zhǔn)體系，根據(jù)發(fā)生大雨、暴雨及大暴雨的采樣需求進(jìn)行采樣。采樣時(shí)間：發(fā)生暴雨、大暴雨后，各樣點(diǎn)采樣時(shí)間盡量一致。采樣器皿：洗凈的1 L棕色玻璃瓶，采前用水樣潤(rùn)洗2～3次后，將瓶口伸入水面10 cm下，裝滿后在水下蓋上蓋子。樣品處理：采集樣品迅速放入4 ℃保溫采樣箱內(nèi)，3 h內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.3 分析方法

PAHs測(cè)定方法（EPA3510C—1996，EPA8270D—2007）：本試驗(yàn)中測(cè)定的水樣中的PAHs為美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（US EPA，1982）列出的16種優(yōu)先控制的 PAH，分別為萘（NAP）、苊（ACE）、苊烯（ACY）、芴（FLO）、蒽（ANT）、菲（PHE）、熒蒽（FLA）、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）、苯并[a, h]蒽（DahA）、苯并[g, h, i]苝（BghiP）。運(yùn)用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GM-MS，QP 2010 plus），選擇離子檢測(cè)法（SIM）對(duì)樣品中的16種PAHs進(jìn)行測(cè)定，GC-MS的色譜柱為 DB5-MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。柱溫程序如下：柱初溫55 ℃，保持2 min，以10 ℃·min-1程序升溫至200 ℃，再以5 ℃·min-1升溫至280 ℃保持 11 min；載氣為高純 He（流速 1.65 mL·min-1）；質(zhì)譜電離方式：EI源，離子原溫度為 250 ℃，電壓為 70 eV，電流為 350 μA，掃描頻率為 0.30 scan·s-1。整個(gè)實(shí)驗(yàn)分析過(guò)程按方法空白、空白加標(biāo)、樣品平行樣進(jìn)行質(zhì)量保證和質(zhì)量控制。16種PAHs空白加標(biāo)回收率為70%～125%。樣品平行樣相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在12%以下。16種多環(huán)芳烴的方法檢出限為0.051～4.00 ng·L-1。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)整理與圖表繪制，并運(yùn)用SPSS 17.0進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 暴雨及徑流中 PAHs質(zhì)量濃度與暴雨特征相關(guān)性

本研究按照?qǐng)龃谓涤甑亩x來(lái)區(qū)分采樣時(shí)間。對(duì)降雨場(chǎng)次的劃分與相鄰次降雨的最少間歇時(shí)間的選擇有關(guān)（唐莉華等，2010），本文根據(jù)廣州市情況，以間歇時(shí)間4 h來(lái)劃分二次降雨，暴雨的劃分參照劉思敏等（2016）的研究，降雨量≥50 mm，當(dāng)降雨時(shí)間＜24 h時(shí)為暴雨（或降雨時(shí)間＞24 h時(shí)，平均雨強(qiáng)≥2 mm·h-1時(shí)為暴雨），于每次暴雨結(jié)束后采樣。

本研究降雨數(shù)據(jù)采集依托于珠江三角洲定位森林生態(tài)站設(shè)置在帽峰山的氣象站，2016年 6月28日—2017年6月28日共計(jì)發(fā)生暴雨11場(chǎng)次，試驗(yàn)記錄與收集 10次，場(chǎng)次暴雨過(guò)程特征如表 1所示，10場(chǎng)暴雨雨量共751.9 mm，占年降雨量的39%，5—8月為暴雨頻發(fā)季節(jié)。10場(chǎng)暴雨雨量范圍為53.2～134.2 mm（2017年5月7日雨量達(dá)大暴雨），歷時(shí)范圍為8～50 h，最大雨強(qiáng)達(dá)到30.5 mm·h-1。

表1 場(chǎng)次暴雨過(guò)程特征Table1 The characteristics of rainstorm events

表2 暴雨及各徑流中PAHs質(zhì)量濃度與暴雨特征相關(guān)性Table2 The correlation between PAHs in rainstorm and surface runoff and characteristics of the rainstorm events

將林區(qū)暴雨及徑流中PAHs質(zhì)量濃度與暴雨特征指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，由表2可知，場(chǎng)次暴雨雨量對(duì)林區(qū)降雨，地表徑流（水泥、草地、瀝青），森林坡面地表徑流（闊葉林、杉闊混交林）及闊葉林穿透雨中PAHs等皆無(wú)顯著影響。暴雨歷時(shí)與林區(qū)降雨，草地、水泥地表徑流、闊葉林穿透雨中PAHs皆呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與林區(qū)降雨、闊葉林坡面地表徑流中PAHs呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。暴雨前干期與林區(qū)降雨，草地、水泥地表徑流，闊葉林穿透雨中PAHs濃度呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）。最大雨強(qiáng)與暴雨及各徑流中PAHs質(zhì)量濃度間皆呈負(fù)相關(guān)，與草地地表徑流呈極顯著關(guān)系，與林區(qū)降雨、闊葉林總徑流呈顯著相關(guān)，其余指標(biāo)間相關(guān)性未達(dá)顯著。到達(dá)雨強(qiáng)峰值的時(shí)間與水泥、草地地表徑流中PAHs呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與林區(qū)降雨、闊葉林坡面地表徑流及穿透雨中PAHs濃度呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。暴雨所有特征指標(biāo)對(duì)瀝青地表、杉闊混交林坡面徑流和總徑流皆無(wú)顯著影響。

2.2 暴雨及地表徑流中PAHs的組分特征

2.2.1 林區(qū)與市區(qū)暴雨中PAHs組分特征

林區(qū)與市區(qū) 10場(chǎng)暴雨∑16PAHs平均質(zhì)量濃度分別為 112.71 ng·L-1和 126.08 ng·L-1。16 種 PAH 的平均質(zhì)量濃度如圖 1所示，二者的組分差異不大，市區(qū)∑16PAHs的平均濃度略大于林區(qū)。ANT、NAP、BbF為林區(qū)暴雨中PAHs含量最高的3種組分，市區(qū)暴雨中含量最高的為ANT、NAP、FLA，ANT在林區(qū)和市區(qū)暴雨P(guān)AHs質(zhì)量濃度中所占組分最大。

圖1 林區(qū)及市區(qū)暴雨中PAHs組分特征Fig.1 The compositional characteristics of PAHs in rainstorm at forest and urban areas P-F: forest precipitation; P-C: precipitation in city

2.2.2 不同地表徑流中PAHs組分特征

相對(duì)于林區(qū)暴雨中PAHs濃度，草地及水泥地表墊面分別表征出 32%、13%的濾除效應(yīng)，瀝青地表表征出111%的增加效應(yīng)。由圖2可知，不同地表徑流中PHAs組分差異較大，瀝青地表中PAHs有14種組分皆高于降雨、水泥地及草地地表徑流中含量。降雨、草地地表及水泥地表徑流中PAHs組分特征差異較小。水泥地表徑流中 PAH含量最高的 3種為ANT、NAP、BbF，瀝青地表徑流中含量最高的為ANT、FLA、BbF，草地地表徑流中含量最高的為ANT、NAP、FLA，ANT為降雨及不同地表（水泥、瀝青、草地）徑流中PAHs含量最高的組分。

圖2 暴雨及不同地表徑流中PAHs組分特征Fig.2 The compositional characteristics of PAHs in rainstorm and different surface runoff

圖3 暴雨，闊葉林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中PAHs組分特征Fig.3 The compositional characteristics of PAHs in rainstorm, broad leaved forest through fall, slope surface runoff and total runoff

2.2.3 闊葉林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中PAHs組分特征

與林區(qū)暴雨中PAHs質(zhì)量濃度相比，闊葉林林冠層、總徑流分別表征出14%和40%的吸附效應(yīng)，其地表徑流較穿透雨∑16PAHs濃度小17%。由圖3可知，闊葉林總徑流中PAHs有11種組分比降雨、穿透雨、坡面地表徑流中質(zhì)量濃度均小，闊葉林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中PAHs最大的3種組分皆為 ANT、NAP、FLA，ANT為四者最大組分。闊葉林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中皆未檢出DahA。

2.2.4 杉闊混交林坡面地表徑流及總徑流中 PAHs組分特征

杉闊混交林坡面地表徑流與總徑流較暴雨中∑16PAHs濃度分別小32%、58%。由圖4可知，杉闊葉混交林坡面地表徑流中PAHs有14種組分皆小于暴雨中質(zhì)量濃度，ANT、NAP、FLA為其最大組分；總徑流中16種PAHs均小于暴雨中質(zhì)量濃度，14種組分小于坡面地表徑流中濃度，IcdP、DahA、BghiP質(zhì)量濃度均為零，ANT、NAP、BaP為其最大3種組分。

圖4 暴雨，杉闊混交林坡面地表徑流及總徑流中PAHs組分特征Fig.4 The compositional characteristics of PAHs in rainstorm, Chinese fir and broad leaved forest slope surface runoff and total runoff

2.3 旱雨季∑16PAHs特征

在監(jiān)測(cè)時(shí)間段內(nèi)，雨季（4—9月）共發(fā)生9場(chǎng)暴雨，旱季（10月—翌年3月）發(fā)生暴雨1場(chǎng)，圖5所示為旱雨季市區(qū)、林區(qū)暴雨，不同地表徑流，不同林型森林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中∑16PAHs質(zhì)量濃度特征，由圖可知，除旱季杉闊混交林坡面地表徑流未監(jiān)測(cè)到，旱季林區(qū)、市區(qū)、林區(qū)暴雨，不同地表徑流，不同林型森林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中∑16PAHs質(zhì)量濃度皆大于雨季，林區(qū)、市區(qū)暴雨雨水中∑16PAHs旱季分別比雨季高177%、103%；草地、水泥、瀝青地表徑流中∑16PAHs旱季分別比雨季高97%、136%、32%；闊葉林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中旱季濃度大于雨季166%、52%、48%；杉木林總徑流旱季較雨季大196%。

圖5 旱雨季∑16PAHs質(zhì)量濃度特征Fig.5 The compositional characteristics of ∑16PAHs with the change of season

2.4 雨季不同地表及兩種林型森林對(duì)暴雨中PAHs代表物及∑16PAHs的貢獻(xiàn)

世界衛(wèi)生組織（WHO）癌癥預(yù)防協(xié)會(huì)將苯并[a]芘（BaP）、熒蒽（FLA）、苯并[b]熒蒽（BbF）、苯并[k]熒蒽（BkF）、茚苯[1, 2, 3-cd]芘（IcdP）、苯并[g, hi]苝（BghiP）6種化合物定為環(huán)境介質(zhì)中PAHs的代表物，對(duì)人們危害大，受關(guān)注度高。由于旱、雨季各類型水樣中∑16PAHs含量差異很大，廣州市暴雨季節(jié)幾乎都在雨季，現(xiàn)就雨季不同地表及兩種林型森林對(duì)暴雨中 6種 PAHs代表物及∑16PAHs的影響進(jìn)行分析，探究其對(duì)暴雨徑流中PAHs的貢獻(xiàn)。

2.4.1 雨季不同地表墊面對(duì)暴雨徑流中PAHs代表物的貢獻(xiàn)

由圖6可知，草地、水泥、瀝青地表墊面對(duì)暴雨徑流中6種PAHs代表物的貢獻(xiàn)率不同，草地能吸附暴雨中的FLA、BbF、BkF、IcdP、BghiP，吸附率達(dá)32%～81%，而徑流中BaP增加了17%；水泥地表對(duì)暴雨徑流中6種PAHs均有一定的吸附作用，吸附率為8%～100%（對(duì)IcdP、BghiP吸附率達(dá)100%）；而瀝青地表對(duì)徑流中6種PAHs均有增大作用，尤其對(duì)IcdP、BghiP貢獻(xiàn)率達(dá)472%～718%。

2.4.2 雨季闊葉林對(duì)暴雨穿透雨、徑流中PAHs代表物的貢獻(xiàn)

由圖7可知，雨季闊葉林林冠層、地表層、及總徑流對(duì)暴雨中PAHs代表物的作用不同，穿透雨對(duì)暴雨中BbF、BkF、IcdP、BghiP有吸附作用，增加了 FLA和 BaP；闊葉林地表層吸附了暴雨中41%～57% BbF、BkF，向其中貢獻(xiàn)了26%～111%；FLA、BaP、IcdP、BghiP；總徑流中 FLA、BbF、BkF、IcdP、BghiP降低34%～84%，BaP增加14%。

圖6 雨季不同地表對(duì)暴雨徑流中6種PAHs的貢獻(xiàn)Fig.6 The contribution rate of different surface to the six types of PAHs in rainstorm runoff

圖7 闊葉林對(duì)暴雨中6種PAHs的貢獻(xiàn)Fig.7 The contribution rate of broad leaved forest to the six types of PAHs in rainstorm

圖8 杉闊混交林對(duì)暴雨中6種PAHs的貢獻(xiàn)Fig.8 The contribution rate of Chinese fir and broad leaved forest to the six types of PAHs in rainstorm

2.4.3 杉闊混交林對(duì)暴雨徑流中PAHs代表物的貢獻(xiàn)

本研究未對(duì)杉闊混交林穿透雨進(jìn)行觀測(cè)。如圖8所示，杉闊混交林的地表層對(duì)BbF、BkF、BaP、IcdP、BghiP均有吸附作用，吸附率達(dá)40%～90%，向徑流中貢獻(xiàn)30% FLA；總徑流中FLA、BbF、BkF、BaP、IcdP、BghiP的吸附率達(dá)11%～100%。

2.4.4 不同地表及兩種林型森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)暴雨中∑16PAHs的貢獻(xiàn)

如圖9所示，草地、水泥地表，闊葉林穿透雨、總徑流，杉闊混交林地表徑流、總徑流對(duì)暴雨中∑16PAHs均有吸附作用，其吸附率范圍為13%～58%。闊葉林及杉闊混交林總徑流的濾除效應(yīng)最好，闊葉林坡面地表徑流中∑16PAHs略有增加，而瀝青地表對(duì)徑流中∑16PAHs貢獻(xiàn)率最大，增加了111%。

圖9 不同地表及兩種林型森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)暴雨中∑16PAHs的貢獻(xiàn)Fig.9 The contribution rate of different surface and two types of forest ecosystem to ∑16PAHs in rainstorm

2.5 PAHs組分的結(jié)構(gòu)特征分析

如表3所示，暴雨、不同地表徑流及兩種林型森林穿透雨、坡面地表徑流、總徑流中PAHs均主要以低環(huán)（2～3環(huán)）為主（除瀝青地表和闊葉林地表徑流低環(huán)PAH占比小于50%），中環(huán)（4環(huán)）PAH略大或約等于高環(huán)（5～6環(huán)）PAH占比。市區(qū)暴雨低環(huán)PAH占比比林區(qū)高4%，高環(huán)占比比林區(qū)暴雨低4%，中環(huán)PAH比重二者無(wú)差異。林區(qū)暴雨降落在森林及不同地表后，PAHs組分占比情況發(fā)生變化。與林區(qū)暴雨相比，草地地表徑流中，低環(huán)PAH比重降低，中高環(huán)PAH增多；水泥地表徑流中，高環(huán)PAH占比降低，中低環(huán)PAH增加；瀝青地表則增加了中高環(huán)PAH比重，低環(huán)PAH占比降低。闊葉林穿透雨P(guān)AH組分中，高低環(huán)PAH占比降低，中環(huán)PAH占比升高分布變化較??；闊葉林坡面地表徑流中，低環(huán)PAH比重降低8%，中環(huán)PAH比重增加7%，高環(huán)PAH變化較小；闊葉林總徑流中，各組分占比變化較小。杉闊混交林坡面地表徑流中，低環(huán)占比變化較小，高環(huán)占比減小10%，中環(huán)占比增加9%；混交林總徑流低環(huán)PAH占比增加6%，中環(huán)與高環(huán)PAH均降低3%。

3 討論

3.1 暴雨中PAHs的污染情況

降雨是環(huán)境中污染物遷移和再分配的重要因素，是空氣中PAHs的主要去除機(jī)制（Bidleman et al.，1987；Chate，2005），也是徑流水體中 PAHs的主要來(lái)源（Mcveety et al.，1988；Dickhut et al.，1995）。本研究中，林區(qū)和市區(qū)暴雨中PAHs皆表現(xiàn)為旱季大于雨季，這與Smith et al.（1996）得出的冬季空氣中PAHs質(zhì)量濃度大于夏季的研究結(jié)果一致；Jiries et al.（2003）研究得出城區(qū)降雨中PAHs濃度大于居民區(qū)，Smith等研究得出市區(qū)空氣中PAHs為鄉(xiāng)村的4倍，Chang et al.（2006）研究也表明城區(qū)空氣中PAHs濃度大于鄉(xiāng)村，本研究中市區(qū)暴雨P(guān)AHs質(zhì)量濃度僅略大于林區(qū)，究其原因可能為暴雨雨量大、雨強(qiáng)大，且多發(fā)生于雨季。1982年，世界衛(wèi)生組織擬定飲用水中BaP質(zhì)量濃度不得超過(guò)10 ng·L-1，F(xiàn)LA、BbF、BkF、BaP、IcdP、BghiP 等6種 PAHs代表物可接受的最高質(zhì)量濃度為 20 ng·L-1，本研究監(jiān)測(cè)的林區(qū)及市區(qū)暴雨中6種PAHs皆符合其標(biāo)準(zhǔn)，BaP濃度也符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 不同地表墊面對(duì)暴雨中PAHs的影響

在交通、污染源差異較小的環(huán)境下（帽峰山森林公園污染較小，且試驗(yàn)區(qū)內(nèi)皆無(wú)游人、車輛等直接活動(dòng)），暴雨與不同地表墊面徑流中PAHs的污染負(fù)荷為瀝青地表＞林區(qū)降雨＞水泥地表＞草地地表，水泥地表及草地地表對(duì)暴雨中6種PAHs代表物及其他PAHs基本都有一定吸附作用，而瀝青地表在暴雨淋洗過(guò)程中被沖刷出的材質(zhì)中含有的 PAHs（Mahler et al.，2017），增加了暴雨中PAHs質(zhì)量濃度（增加111%），且改變了PAHs組分結(jié)構(gòu)分布，導(dǎo)致高環(huán)及中環(huán)PAH占比增加，低環(huán)PAH降低；水泥地表降低了暴雨中PAHs濃度（降低12%），說(shuō)明在沒有交通影響下，水泥地表能吸附部分降雨中的PAHs；草地地表吸附了降雨中32%的PAHs，且降低了高環(huán)PAH占比，增加了低環(huán)PAH占比。

表3 暴雨、不同地表徑流及兩種林型森林的暴雨水文過(guò)程中中PAHs的組分結(jié)構(gòu)分布Table3 The compositional distribution of PAHs in rainstorm, different surface runoff, and in the rainstorm hydrologic process of two types of forest

近些年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同地表墊面降雨徑流中PAHs含量進(jìn)行了大量研究，國(guó)外學(xué)者研究分析了道路降雨（含暴雨）徑流中PAHs污染物的來(lái)源，得出其主要污染來(lái)源為機(jī)動(dòng)車尾氣、機(jī)動(dòng)油、道路垃圾及懸浮沉積，分析了不同功能區(qū)水泥、瀝青、草地地表降雨徑流中 PAHs污染情況。謝繼鋒等（2015）研究結(jié)果表明，合肥市區(qū)不同墊面徑流中PAHs的 EMC為水泥交通墊面＞水泥廣場(chǎng)墊面＞草地墊面；武子瀾等（2014）分析上海市不透水墊面徑流中PAHs質(zhì)量濃度，結(jié)果為交通道路（瀝青）＞小區(qū)路面（水泥）＞校園（瀝青）路面；李靜靜（2013）對(duì)合肥市安徽大學(xué)附近不同墊面徑流中PAHs質(zhì)量濃度進(jìn)行分析，結(jié)果為校外水泥路面＞校內(nèi)水泥路面＞草地地表。說(shuō)明除去下墊面材質(zhì)原因，功能劃分的不同所造成的交通等污染源不同是造成不同墊面徑流污染的另一主要原因。

3.3 森林對(duì)暴雨中PAHs的濾除效應(yīng)

帽峰山闊葉林生態(tài)系統(tǒng)（總徑流）對(duì)暴雨中∑16PAHs質(zhì)量濃度有40%的吸儲(chǔ)作用，林冠層的吸附率為14%，而坡面地表徑流中∑16PAHs質(zhì)量濃度較穿透雨增加了17%。Chen et al.（2015）研究表明，帽峰山闊葉林林冠層對(duì)降雨中∑9PAHs質(zhì)量濃度吸附率為 5%，小于本研究，可能原因?yàn)榱止趯訉?duì)另外7種PAHs的吸附率較大，或者是暴雨對(duì)植物葉片的物理沖擊力更大，導(dǎo)致某種生理特性發(fā)生改變，增大了其對(duì)PAHs的吸收；其研究中森林生態(tài)系統(tǒng)（總徑流）的吸附率為61%，大于本研究的40%，可能為暴雨沖刷效應(yīng)更強(qiáng)烈，森林地表層被沖刷出更多的PAHs（造成森林地表徑流中PAHs質(zhì)量濃度增加），且暴雨形成總徑流的時(shí)間也減少，森林土壤層吸附效應(yīng)不夠充分。在閆文德等（2006）的研究中樟樹林冠層的吸附率為65%，遠(yuǎn)大于帽峰山闊葉林，這可能與樹種有關(guān)；樟樹林地表徑流比降雨中PAHs的小87%，可能與暴雨特性有關(guān)，也可能還存在樹種、地表微生物等原因。

帽峰山杉闊混交林生態(tài)系統(tǒng)（總徑流）對(duì)暴雨中∑16PAHs有58%的吸附效應(yīng)，森林地表的吸附效應(yīng)為27%，其吸附效果皆大于闊葉林。

值得注意的是，帽峰山草地地表、闊葉林和杉闊混交林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)BaP皆無(wú)較好吸附效應(yīng)，BaP的質(zhì)量濃度甚至有增加情況，在閆文德等（2006）的研究中亦出現(xiàn)此結(jié)果。另外，文中所述的不同地表及森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)暴雨中∑16PAHs的吸附或貢獻(xiàn)率皆為對(duì)質(zhì)量濃度的影響，若要科學(xué)評(píng)價(jià)不同地表及森林生態(tài)系統(tǒng)在此過(guò)程中的作用，還得加入對(duì)暴雨-地表產(chǎn)流量的監(jiān)測(cè)分析，計(jì)算出暴雨-徑流中∑16PAHs通量過(guò)程。

4 結(jié)論

林區(qū)暴雨，草地、水泥地表徑流，闊葉林穿透雨中PAHs質(zhì)量濃度受暴雨歷時(shí)、暴雨前干期、最大雨強(qiáng)及到達(dá)雨強(qiáng)峰值的時(shí)間等暴雨特征指標(biāo)的影響顯著。暴雨所有特征指標(biāo)對(duì)瀝青地表、杉闊混交林坡面徑流和總徑流皆無(wú)顯著影響。除旱季杉闊混交林坡面地表徑流外，旱季林區(qū)、市區(qū)暴雨，不同地表徑流，不同林型森林穿透雨、坡面地表徑流及總徑流中∑16PAHs質(zhì)量濃度皆大于雨季。

市區(qū)及林區(qū)暴雨中∑16PAHs的平均質(zhì)量濃度分別為 126.08、112.71 ng·L-1，市區(qū)暴雨中∑16PAHs的質(zhì)量濃度略大于林區(qū)。在交通、污染源差異較小的環(huán)境下，不同地表墊面徑流中PAHs的污染負(fù)荷為瀝青地表＞水泥地表＞草地地表。草地、水泥地表對(duì)暴雨徑流中∑16PAHs的質(zhì)量濃度的濾除效應(yīng)分別為13%、32%，而瀝青地表中∑16PAHs的質(zhì)量濃度較暴雨增加了111%。

帽峰山闊葉林、杉闊混交林兩種森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)暴雨中∑16PAHs的質(zhì)量濃度吸儲(chǔ)率分別為40%、58%。闊葉林林冠吸附了暴雨中14%的∑16PAHs，其地表向徑流中貢獻(xiàn)了17%的∑16PAHs；杉闊混交林地表吸附了暴雨中32%的∑16PAHs。

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