多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbon，简称PAHs)是由2个或2个以上的苯环稠合在一起，广泛存在于环境中的有机污染物(Wilcke，2000；Sims et al., 1981)，随其分子质量和结构不同而具有不同的物理化学性质。PAHs的自然来源有火山爆发、森林植被和灌木丛燃烧以及细菌对动物、植物的生化作用等，但主要的来源是人类活动，特别是化石燃料的燃烧(金赞芳等，2001)。PAHs由于水溶性差，辛醇-水分配系数高，常被吸附于土壤颗粒上，并在土壤-植物之间进行迁移、转化和降解(刘世亮等，2002)。PAHs是最早被发现具有“三致作用”的环境污染物之一，可通过食物链危害人体健康。PAHs在环境中的分布及其对人类健康和生态环境的潜在危害，已引起各国的极大重视。美国国家环保局将芴、萘、蒽、苯并(a)芘等16种PAHs列为优先控制污染物，欧洲则把荧蒽、苯并(a)芘等6种PAHs作为目标PAHs(李志萍等，2002)，在我国国家环保局第1批公布的68种优先污染物中，PAHs有7种(中国环境优先监测研究课题组，1989)。因此，探讨环境中PAHs的形成机理和污染状况，研究其污染的控制与修复问题对当前全球性环境保护具有重要意义。

1959年，Guddal发现生长在煤气设施附近植物的根系中含有PAHs，含量高达1.23×10⁴ μg·kg^-1。Gunther等(1967)检测到美国加尼弗利亚州高速公路边橘树皮中蒽的含量高达2.5×10⁴ μg·kg^-1。Wang和Meresz(1981)分析了洋葱、甜菜、西红柿及其生长土壤中PAHs含量，发现PAHs主要存在于蔬菜皮中。国内主要侧重于大气、土壤和水体中PAHs种类与含量的研究，而对植物体中PAHs种类和含量的研究较少。宋玉芳等(1995a;1995b)对稻叶样品中PAHs进行了测定，稻叶中菲的含量为1 204.7 μg·kg^-1，萤蒽的含量为608.6 μg·kg^-1，芘的含量为450.9 μg·kg^-1。而对森林生态系统中植物和土壤中的PAHs含量研究尚属空白。

樟树(Cinnamomum camphora)为亚热带常绿阔叶林中重要组成树种，其生长旺盛、树形美观、防污抗污能力强，是我国南方城市优良的绿化树种。对樟树林生态系统中植物和土壤的PAHs种类、含量和分布特征进行研究，旨在揭示森林生态系统对PAHs等痕量有机污染物的铲污机制，为环境监测分析和对生态环境中PAHs的生态风险评价提供科学依据。

1 试验区自然概况

试验在中南林学院株洲校区的树木园樟树人工林内进行，地理位置为东经112°54′，北纬27°50′，海拔50~200 m，相对高度100 m，属湘中丘陵区，气候系典型亚热带湿润气候，年降水量1 185.8~1 912.2 mm，年平均降水量为1 430.8 mm，集中于4—7月，年相对湿度80%，年平均气温17.4 ℃。母岩以变质板页岩为主，风化程度较深，土壤为森林红壤，呈酸性。地带性植物为常绿阔叶林。试验林分为1983年营造的樟树人工林，造林前进行了平梯整地，造林后处于半自然状态，现实郁闭度为0.7~0.8，林分平均胸径14.5 cm，平均树高8.5 m，林下植物主要有女贞(Ligustrum lucidum)、小叶女贞(L. quihoui)、菝葜(Smilax china)、山胡椒(Lindera glauca)、木莓(Rubus swinhoei)、油茶(Camellia oleifera)、大叶黄杨(Buxus megistophylla)、满树星(Ilex aculeolata)、南蛇藤(Celastrus orbiculatus)、铁芒萁(Dicranopteris dichotoma)等。

2 研究方法 2.1 样品收集和处理

根据林木生长等级，采集5株樟树的干、枝、叶、根、皮、籽实样品，分别混合后，称取分析样品。林下灌木和草本植物样品分别采集混合样品。在林地设置的小样方，收集枯枝落叶层的凋落枝、叶样品。以上采集的样品量均为1 kg。按0~15 cm和15~30 cm层次采集土壤样品各0.5 kg。所有样品在室温下自然风干，植物样品粉碎处理，过1 mm筛，土样用玛瑙研钵研磨至100目，去除土壤中植物根系、生物残余物和其他杂质。样品在干燥和研磨后尽快进行PAHs的提取，以减少损失。

2.2 样品中PAHs的提取与净化 2.2.1 植物样品中PAHs提取与净化

准确称取10 g样品，置于索氏提取器中，加入有机提取剂(植物的根、茎、叶样品用甲醇，籽实类用乙酸乙酯)提取8 h，提取液经浓硫酸磺化后用柱层析方法净化，浓缩至1 mL，避光于冰箱中保存，待GC分析(宋玉芳等，1995a；崔艳红等，2003)。

2.2.2 土壤样品中PAHs提取与净化

准确称取10 g样品，置于索氏提取器中，加入250 g丙酮-二氯甲烷(体积比1:1)，水浴提取8 h，提取液在旋转蒸发器上减压浓缩至5 mL，然后加入装有活化硅胶的层析柱(填有无水Na₂SO₄)进一步纯化。用5 mL正己烷，20 mL正己烷和二氯甲烷(1:2)先后淋洗，收集正己烷和二氯甲烷混合液洗脱液，再用旋转蒸发器浓缩至5 mL，然后在高纯N₂下吹至1 mL，避光于冰箱中保存，待GC分析(张路等，2001；蒋敏等，2002)。

2.3 分析条件

由气相色谱仪GC HP6890、FID检测器分析，色谱柱为HP-5毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm)。不分流进样，检测器温度300 ℃，载气为高纯N₂，分离多环芳烃温度梯度为：

进样量为2 μL。

2.4 定性和定量测定

试验以16种PAHs(EPA 610 Polynuclear Aromatic Hydrocarbons Mix. Supelco公司，USA)混合标准液为外标，即2环的萘(Nap)、3环的苊烯(Any)、苊(Ane)、芴(Fle)、菲(Phe)、蒽(Ant)、4环的荧蒽(Fla)、芘(Pyr)、苯并(a)蒽(BaA)、屈(Chr)、5环的苯并(b)荧蒽(BbF)、苯并(k)荧蒽(BkF)、苯并(a)芘(BaP)、二苯并(a, h)蒽(DaA)、6环的茚并(1, 2, 3-cd)芘(IiP)、苯并(g, h, i) NFDB4 (BgP)。用保留时间直接对照法和标准物加入法定性，以外标法进行定量(汪正范，2000)。

2.5 分析方法的质量控制

做3个平行样，结果显示平行样相对标准值的标准偏差为0.021~0.480。测得各种PAHs组分相对于标准值的回收率为75.2%~105.3%，表明测定的数据具有准确性。

3 结果分析 3.1 樟树各器官中PAHs的种类和含量

表 1列出了樟树各器官的PAHs种类和含量。其中树叶中检测出PAHs种类达10种，萘的含量最高，为1 846 μg·kg^-1，茚并(1, 2, 3-cd)芘含量最低，为12 μg·kg^-1；树皮中有9种，苊烯含量最高，达2 739 μg·kg-1，蒽的含量最低，为67 μg·kg^-1；树枝中有5种，苊最高，为3 114 μg·kg^-1，二苯并(a, h)蒽最低，为32 μg·kg^-1；籽实中有5种，苊含量最高，达6 792 μg·kg^-1，屈最低，为15 μg·kg^-1；树根中有7种，苊含量最高，达4 423 μg·kg^-1，苯并(a)蒽最低，为55 μg·kg^-1。樟树各器官以树皮PAHs含量最高，达8 641 μg·kg^-1；籽实次之，为7 520 μg·kg^-1，树根中的PAHs含量为7 115 μg·kg^-1，树叶中为4 481 μg·kg^-1，树枝中为5 352 μg·kg^-1，树干材中的PAHs含量最低，为2 843 μg·kg^-1。

PAHs以干、湿沉降的方式从大气进入樟树林生态系统，樟树的叶片吸附和积累外界的PAHs，部分进入植物体内，部分经雨水淋洗后随树干茎流吸附在树皮中或进入土壤，因而树叶和树皮中PAHs种类较多。樟树也可以通过根系从土壤中吸收PAHs，一部分积累在根部，一部分根据植物的生理特性转移到其他器官(刘世亮等，2003)，因此根部PAHs含量较高。另外树根中PAHs组分主要是低分子量的苊、萘、芴等，可能是由于它们相对高的溶解度导致了其相对高的生物有效性(Wild et al., 1992)。PAHs在植物体内少量经过韧皮部传输，很难经由植物根吸收进而迁移和转化到木质部(高学晟等，2002)，故树干中含量一般都很低。

3.2 林下植物中PAHs的种类和含量

由表 2可知，草本层中检测出的PAHs有8种，萘的含量最高，为1 363 μg·kg^-1，屈的含量最低，为15 μg·kg^-1；灌木层中检测出的PAHs有6种，苯并(b)荧蒽含量最高，为100 μg·kg^-1，荧蒽含量最低，为9 μg·kg^-1。植物地上组织中含有的PAHs主要来源于土壤中PAHs的挥发和空气中所含的PAHs(高学晟等，2002)。草本层PAHs含量和种类均高于灌木层，表明它从土壤中吸收和富集的PAHs相对多一些。

3.3 樟树林凋落物层中PAHs的种类和含量

樟树林凋落物层的PAHs种类和含量见表 3。落叶的PAHs含量最高，为14 448 μg·kg^-1，PAHs的种类达12种，其中芴的含量最高，为8 647 μg·kg^-1，茚并(1, 2, 3-cd)芘含量最低，为22 μg·kg^-1。枯枝中PAHs含量为4 014 μg·kg^-1，种类有10种，其中萘的含量最高，为2 087 μg·kg^-1，菲的含量最低，为22 μg·kg^-1。

PAHs在环境中具有高度的稳定性，持久性很强，从乔木层和凋落物中PAHs含量看出，樟树在生长过程中，能不断从大气和土壤中吸收、富集PAHs，输送到各个器官，最后通过枯枝和落叶腐烂又回到土壤中，完成PAHs在樟树林生态系统中的迁移和转化。

3.4 土壤中PAHs含量

樟树林0~15 cm土壤层中PAHs含量为1 493 μg·kg^-1，检测出9种PAHs，其中苯并(a)蒽含量最高为410 μg·kg^-1，含量最低的是芴(53 μg·kg^-1)。15~30 cm土壤层中PAHs含量为1 434 μg·kg^-1，共有8种PAHs，苯并(a)蒽含量最高为412 μg·kg^-1，苯并(b)荧蒽含量最低为32 μg·kg^-1(表 4)。土壤中PAHs含量与土壤理化性质存在显著相关性，其中土壤有机质对PAHs具有很强的吸附作用，是影响土壤中PAHs含量及空间分布的环境因素之一(郑一等，2003)，土壤表层的有机质含量较高，PAHs也主要富集在土壤表层。

3.5 樟树林生态系统中PAHs含量的空间分布

在樟树林生态系统中PAHs的总含量为4 115 μg·kg^-1，其中乔木层为5 995 μg·kg^-1，灌木层为245 μg·kg^-1，草本层为3 631 μg·kg^-1，枯枝落叶层为9 235 μg·kg^-1，土壤层为1 466 μg·kg^-1。按含量高低顺序排列为：枯枝落叶层>乔木层>草本层>土壤层>灌木层(表 5)。从表 5可以看出，林下植物中PAHs的含量比乔木层樟树低，这是因为樟树枝繁叶茂，滞尘功能强，大气环境中以干、湿沉降方式输入到樟树林生态系统的PAHs，经乔木层林冠枝叶的吸附后，进入林内的PAHs含量下降。

4 讨论 4.1 樟树林生态系统对PAHs的净化作用

宋玉芳等(1995b)研究表明，在一定条件下，土壤-植物系统对PAHs有一定的降解能力，土壤微生物的生物降解作用是一个重要方面。植物使根际微生物密度增加，这些增加的微生物能增加环境中的多环芳烃的降解，土壤微生物的生物降解作用是植物修复有机污染物一个重要方面(刘世亮等，2003)。从表 4可以看出，无林地土壤中0~15 cm层PAHs含量为3 313 μg·kg^-1，15~30 cm层为3 626 μg·kg^-1，比樟树林地土壤中PAHs要高2倍以上，可能与林地土壤中微生物降解有关，同时植物释放促进化学反应的根际分泌物和酶，激发了根区微生物的活性和细菌的转化作用，从而促进了PAHs的降解作用。

大气中的PAHs通过降水或干沉降形式进入樟树林生态系统，我们研究发现降水中可检测出PAHs有10种，含量为288.662 μg·L^-1。生态系统通过地表径流输出可检测出的PAHs仅有5种，含量为36.866 μg·L^-1，PAHs的含量明显的降低，表明樟树林生态系统具有吸附和降解PAHs的功能。

4.2 樟树林生态系统中PAHs的来源

PAHs在环境中的组成和分布取决于其来源与传输过程(Neff，1979)，因此可以用PAHs特征组分的分子指标来判断其来源：高温燃烧源或石油来源(Colombo et al., 1989)。荧蒽/芘的比值可用来指示环境中的PAHs的来源。在热力学上，芘比荧蒽更稳定，Sicre等人(1987)建议：荧蒽/芘的比值小于1，指示样品的PAHs主要来源于石油源；荧蒽/芘的比值大于1，指示样品的PAHs主要来源于燃料的高温燃烧。煤和木材的燃烧，其荧蒽/芘的比值分别为1.4和1；原油及汽油的荧蒽/芘的比值在0.6~0.9之间(林建清等，2003)。

樟树林生态系统中荧蒽/芘的比值为1.4，可见其PAHs的来源主要为煤的高温燃烧。本试验区处于株洲市区，株洲市的工业发达，工业燃料和生活燃料及汽车尾气等城市大气污染物，通过大气进行空间传输影响邻近及边远地区的水体、土壤、生物。环境污染物中的PAHs以干、湿沉降的形式进入樟树林生态系统，并在系统中富集、迁移和转化(郑一等，2003)。

5 结论

在樟树林生态系统中共检测出15种PAHs，系统中PAHs总含量为4 115 μg·kg^-1，其中乔木层为5 995 μg·kg^-1，灌木层为245 μg·kg^-1，草本层为3 631 μg·kg^-1，枯枝落叶层为9 235 μg·kg^-1，土壤层为1 466 μg·kg^-1。按含量高低顺序排列为：枯枝落叶层>乔木层>草本层>土壤层>灌木层。

樟树植物体各器官PAHs含量，以树皮组织中最多达8 641 μg·kg^-1，树干中最少，为2 843 μg·kg^-1，按含量多少排序为树皮>籽实>树根>树枝>树叶>树干。林下草本植物的PAHs含量(3 731 μg·kg^-1)高于灌木(245 μg·kg^-1)，分别检测出7种和6种。枯枝落叶层中PAHs较多，达18 462 μg·kg^-1。

樟树林土壤中PAHs含量为1 466 μg·kg^-1，比无林地土壤的(3 470 μg·kg^-1)低50%以上。同时大气通过降水进入樟树林的PAHs种类有10种，含量为288.662 μg·L^-1，而通过地表径流输出可检测出的PAHs仅有5种，含量为36.866 μg·L^-1，PAHs的含量明显的降低，表明樟树林生态系统具有吸附和降解PAHs的功能。

通过运用荧蒽/芘比值来判断PAHs的来源，研究区的PAHs主要来源于煤的高温燃烧，湖南株洲是一个工业城市，环境中的PAHs污染较为严重，因此应加强对环境中PAHs监测和治理。