马 军 滕 应 曹雪莹 谭长银 王 勇 吴兰艳 秦航道

(1.铜仁学院材料与化学工程学院，贵州 铜仁 554300；2.湖南师范大学地理科学学院，湖南 长沙 410081；3.中国科学院南京土壤研究所，土壤环境与污染修复重点实验室，江苏 南京 210008；4.长沙学院乡村振兴研究院，湖南 长沙 410022)

邻苯二甲酸酯(PAEs)被广泛用于农业佐剂、塑料、农药生产、建筑材料、食品包装和个人护理产品等各个行业中[1-2]。PAEs由1个刚性平面芳烃和两个可塑的非线性脂肪侧链组成，为无色油状黏稠液体，常温下蒸气压很低，难溶于水，不易挥发。PAEs是具有“三致”毒害的环境激素类污染物质，对人体健康和生态环境带来巨大威胁[3]，美国环保部门所列重点控制的污染物中有6种PAEs：邻苯二甲酸(2-乙基己基)酯(DEHP)、邻苯二甲酸丁基苄基酯(BBP)、邻苯二甲酸二丁酯(DBP)、邻苯二甲酸二甲酯(DMP)、邻苯二甲酸二乙酯(DEP)和邻苯二甲酸二辛酯(DnOP)[4]。有研究指出在大气、水、灰尘、土壤和动植物等多种环境介质中存在PAEs污染[5]22659。PAEs会长时间残留在环境介质中，植物吸收环境介质中的PAEs后能通过食物链在动物和人体内蓄积[6]8471；PAEs会损害人的生殖系统，使生殖功能紊乱，从而降低精子活性[7]；DBP和DEHP具有潜在的基因毒性和致癌风险，频繁暴露于PAEs中的孕妇将可能会导致其莱氏细胞功能受损，最终导致新生儿性别变异[8]。贵州省东部属于典型的烤烟生产种植区，烤烟种植已成为当地农民的主要经济收入之一。该区烟农在种植烤烟的过程中大量使用农业塑料薄膜来提高烟叶的产量，然而农膜的生产过程中通常以PAEs作为增塑剂[9]并被释放[10]，这使得其在土壤中大量残留。目前，贵州省东部典型烤烟种植地区土壤和烟叶中PAEs的污染特征及污染源解析鲜有报道。因此，研究可持续性有机污染物的残留特征可以较全面综合地评价其潜在风险，从而为我国制定持续性有机污染管控相关的政策与法规提供理论依据。

本研究以贵州省东部典型烟区土壤和烟叶为研究对象，分别采集40个土壤和新鲜烟叶样品，测定其中的6种PAEs含量，分析烟区土壤和新鲜烟叶中6种PAEs污染组成特征和污染水平，解析土壤和烟叶中PAEs的污染来源并进行讨论，以期为贵州省东部典型烟区PAEs的污染控制及烟农在种植、管理烤烟的过程中的风险管控提供理论支撑和科学依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与制备

样品采集区位于贵州省东部的松桃县，于2020年8月分别采集烤烟成熟期新鲜烟叶和土壤样品40个：普觉镇(PJ)各10个；孟溪镇太平山村(MX)各10个；长坪乡(CP)、盘信镇(PX)、平头乡(PT)、太平营乡(TP)各5个。土壤样品按“S”形布点法布设点位，用不锈钢取样铲采集5个点位的表层土壤(0～20 cm)，混合均匀后用四分法取约2 kg土壤装入取样袋；在同一块地中随机选取8～10株烤烟，用不锈钢剪刀分别取烟株的上、中、下部位叶片混合为一个样(约1 kg)装袋。有机肥、底肥、追肥及塑料薄膜样品各1个，均来源于当地烟农长期使用的产品。将样品置于-20 ℃冷冻保存，冷冻干燥，陶瓷研磨并过60目不锈钢筛，用棕色玻璃瓶保存待分析。

1.2 仪器与试剂

仪器：四通道色谱分离仪(CHRO-400)、冷冻干燥机(FreeZone 2)、旋转蒸发仪(Rotavapor R-215)、气相色谱—质谱联用仪(GC—MS，Agilent 7890A/5975C)等。

试剂：6种PAEs标准品购自Dr. Ehrenstorfer公司；实验过程用水为超纯水;实验试剂均为色谱纯。

1.3 样品分析测定

样品的分析及测定参照前期研究成果[11-12]，用GC—MS对土壤和烟叶样品进行定量分析。土壤、塑料薄膜和肥料提取液采用四通道色谱分离仪自动净化；将烟叶提取液采用层析柱净化；收集洗出液(约10 mL)后，用旋转蒸发仪浓缩并用正己烷定容至1 mL，过0.22 μm有机滤膜后装入棕色进样瓶待测。

GC—MS使用DB-5MS弹性石英毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；以He(纯度>99.999%)为载气，流速为1 mg/L。升温程序：柱室初始温度50 ℃，持续1 min；以15 ℃/min速率升温至200 ℃，持续1 min；再以8 ℃/min速率升温至280 ℃，持续3 min，最终温度设定为285 ℃。电子(70 eV)轰击(EI)离子源，离子源温度230 ℃，传输线温度260 ℃，接口温度280 ℃，进样口温度保持250 ℃，选择SIM模式进行外标法定量分析。

2 结果与讨论

2.1 植烟土壤和烟叶中PAEs的分布特征

土壤样品中6种PAEs总量(∑PAEs)为0.80～16.20 mg/kg，平均值为6.45 mg/kg；DBP和DEHP检出率为100.0%，质量浓度平均值分别为0.69、5.59 mg/kg，最大值分别达1.77、14.31 mg/kg(见表1)，这与设施大棚土壤和污泥样品的检出率类似[13]267,[14]6。

表1 土壤中6种PAEs质量浓度1)

烟叶中DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP和DnOP质量浓度平均值分别为0.05、0.04、0.54、0.05、0.98、0.03 mg/kg，DEHP最突出，其最大值可达2.86 mg/kg，∑PAEs平均值为1.68 mg/kg(见表2)。DBP和DEHP在所有样品中的检出率为100.0%，这与WANG等[13]267在研究设施大棚蔬菜样品和ZHAO等[15]4-6在研究芹菜样品中PAEs时的检出率相似。

表2 烟叶中6种PAEs质量浓度

CP、PX、PT、TP、MX、PJ 6个采样区均表现出DEHP和DBP占比(以质量分数计)较高，而DMP、DEP、BBP和DnOP占比较低(见图1和图2)。土壤PAEs中DEHP占比为13.94%～96.98%，平均值超过78%，这与LI等[16]研究蔬菜土壤和李艳等[17]研究灌区土壤的所得结果类似；土壤PAEs中DBP占比最高达到71.81%，平均值为17.75%；而DMP、DEP、BBP和DnOP总计占比的平均值仅为4.19%。这与在温室大棚土壤、蔬菜地土壤和农业土壤中的检测情况[18],[19]3类似。

图1 土壤中各种PAEs的组成

图2 烟叶中各种PAEs组成

烟叶PAEs中DEHP占比为30.07%～83.39%，平均值为56.94%，与北京蔬菜PAEs中DEHP占比[15]4有一致性；DBP占比为8.87%～57.99%，平均值为31.98%；而DMP、DEP、BBP和DnOP总计占比平均值仅为11.08%。比较各个采样区土壤中∑PAEs平均值，最小的为CP(2.80 mg/kg)，最大的为PT(10.72 mg/kg)，∑PAEs平均值表现为PT>TP>MX>PJ>PX>CP(见图3)。本研究土壤中∑PAEs与广州省农业表层土壤中∑PAEs[20]相当，高于西北玉米地土壤、北京温室大棚菜地土壤中∑PAEs[5]22663,[21]1844，而低于电子垃圾拆解地区土壤中∑PAEs[22]。

图3 不同采样区土壤中∑PAEs分布

比较烟叶中∑PAEs平均值，最小值为1.04 mg/kg，位于PT；最大值为1.91 mg/kg，位于MX。∑PAEs平均值表现为MX>CP>TP>PX>PJ>PT(见图4)。本次烟叶样品中所测定的∑PAEs低于卷心菜、大蒜、生菜、苋菜、芹菜、菠菜、水稻、玉米、野菜和桃树叶中∑PAEs[13]268,[19]4-5,[21]1846。

图4 不同采样区烟叶中∑PAEs分布

2.2 植烟土壤和烟叶中PAEs的污染水平

我国尚未制定出土壤中PAEs类污染物的相关控制标准，参照美国标准：土壤中DMP、DEP、DBP、BBP、DEHP、DnOP的控制标准限值分别为0.020、0.071、0.081、1.215、4.350、1.200 mg/kg[5]22667。所有土壤样品中DBP均已超过美国控制标准限值，且超标倍数为0.8～20.8；有30个土壤样品DMP超过美国控制标准限值，超标率达75%，最高超标6.3倍；具致癌风险的BBP和非致癌风险的DnOP最高质量浓度均为0.13 mg/kg，低于美国控制标准限值；但具致癌风险的DEHP超标率为55%，最高超标2.3倍；有10个土壤样品中DEP超过美国控制标准限值，超标率为25%(见图5)。因此，本研究植烟土壤可能已经受到了PAEs潜在污染威胁。

注：图中虚线为美国土壤控制标准限值。

从平均值看，6个采样区土壤中DMP、DEHP和DBP均有超标。PT土壤中DEHP和DMP的超标率均为80%，而DEHP和DMP在MX的超标率也均达到了70%；PJ土壤中DMP超标率为70%；CP、PX和TP均有80%的土壤样品DMP超标。本研究植烟土壤中PAEs与其他农业土壤中PAEs的污染状况比较见表3。植烟土壤中PAEs浓度相对较高。

表3 不同研究区域土壤中∑PAEs比较

我国尚未制定有关烟叶中PAEs的控制标准，很难确定烟叶中PAEs的污染水平及划分相应的等级。根据欧洲食品科学委员会的建议，人体每日PAEs的摄入量应小于0.3 mg/kg(基于体重测算，下同)；美国环境保护署指出，人体每日经口DBP摄入量应小于0.01 mg/kg，DEHP摄入量应小于0.05 mg/kg[27]。PAEs存在饮食和非饮食途径暴露风险[6]8472，烟农在种植和管理烤烟的过程中，可能已经受到烟叶中高浓度PAEs的非饮食暴露威胁。本研究与其他研究的比较见表4。烤烟属于茄科植物，∑PAEs高于同科的辣椒，但低于茄瓜。

表4 不同研究区域农产品中∑PAEs比较

2.3 植烟土壤和烟叶中PAEs的污染源解析

土壤中具致癌风险的BBP和非致癌风险的DEP、DnOP在PC1和PC2上有相近的分布特征；DMP、DEHP和DBP分别聚集在PC1、PC2和PC3上(见图6(a))；烟叶中DEHP聚集在PC2上，DBP在PC1上因子系数较高，DnOP在PC3上聚集明显(见图6(b))。

图6 土壤和烟叶中PAEs的主成分分析

烤烟专用底肥和有机肥中∑PAEs分别为1.17、2.99 mg/kg，旺长期追肥中∑PAEs为1.49 mg/kg，塑料薄膜中∑PAEs高达28.73 mg/kg (见图7)，检测得出的∑PAEs低于塑料大棚所用薄膜[13]268和长江口湿地塑料薄膜∑PAEs[31]。DEHP作为增塑剂被广泛应用于塑料薄膜中，最终残留于土壤，形成农膜污染源[14]9；农膜的残留是导致PAEs污染土壤的主要原因，我国每年有数百万吨的塑料薄膜被用于农业中[32]，这增加了PAEs在土壤中的残留，而塑料薄膜在农业生产上的长期使用也增加了PAEs在土壤中的含量[33]。污水灌溉导致土壤PAEs含量增加[34]。DBP在肥料中大量存在，表现为肥料来源[5]22659。DEP和BBP通常用作农药生产过程中的塑化剂而被广泛使用[35]最终残留在土壤和农作物中；大气沉降也是植物PAEs累积的途径[36]。因此植烟土壤和烟叶中PAEs的来源主要为农用塑料薄膜、肥料、农药和污水灌溉。

注：YJF为有机肥；DF为烤烟专用底肥；ZF为旺长期追肥；SLBM为烤烟种植所覆盖的塑料薄膜。

3 结 语

贵州省东部典型植烟土壤和烟叶中DEHP和DBP的检出率均为100.0%。所有土壤样品DBP含量均超过美国控制标准限值，最高超标20.8倍。PAEs可能对烟农产生了非饮食暴露的健康风险，需引起相关管理部门和烟农的高度关注。6个采样区土壤-烤烟体系中PAEs污染源主要表现为农用塑料薄膜、肥料、农药和污水灌溉，说明PAEs的残留与烤烟种植和管理方式密切相关。未来需通过模型计算等方式，加强土壤中PAEs环境行为研究，丰富污染物来源识别的技术和手段，厘清土壤中PAEs的迁移转化机制，并根据不同土壤类型和土地利用方式，制定出我国土壤中PAEs的控制和治理标准，为相关部门提供技术决策支撑。