长春位于世界三大黄金玉米带之一。长春作为中国重要的商品粮食基地，在东北地区粮食安全方面发挥着至关重要的作用。我们分析了农业土壤样品中共含有的16种多环芳烃（PAHs），以确定秸秆焚烧条件下城市化、工业化和农业生产等人为活动对农业土壤环境质量的影响，采用Maliszewska-Kordybach方法评估了PAH土壤污染。结果表明：长春农业土壤多环芳烃污染严重;多环芳烃来源已使用主成分分析（PCA）和异构比法确定，主要包括石油、生物质和煤燃烧。使用毒性当量和终生癌症风险增加 （ILCR） 因素评估对人类健康的危害程度，除成年期局部地区外，发现一般风险适中。本研究为东北地区农业土壤中多环芳烃暴露提供了重要信息，有助于秸秆的利用和土壤环境问题的缓解，为东北地区实现农业绿色发展提供参考。

【研究区域】

      长春是指中国东北平原的一个地区，那里全年都有大陆性季风气候。全年最热的月份为5个月，平均气温为4.6°C，风速为4.2米/秒。中国汽车工业以及农产品加工、科学、文化、贸易等部门都在长春拥有重要的基地。运输设备制造是该市的主导产业，燃煤占该市能源需求的大部分。

图1 研究区域和采样点示意图

【数据与方法】

       从长春郊区的一块农田中采集了46个土壤样本和1个背景值样本（图1）。为了验证底层样品位置是否代表研究区域内未受人类污染的土壤，我们随机选择了一个没有人为污染的主要采样点。在每个选择点用干净的铲子取样三个平行的土壤样品。采样区主要分为秸秆焚烧和秸秆还田两种。高压聚乙烯（HPPE）袋中的新鲜土壤样品被运送到实验室。清除碎屑后，使用2毫米筛子筛分土壤，然后在分析前冷冻。用于确定化学品浓度的预处理和分析方法均符合国家标准MEE（2016）。

        苯并（a）芘是目前唯一具有全面毒理学特征的多环芳烃，足以得出致癌效力因子;然而，其他多环芳烃的可用信息有限。为了评估致癌风险，毒性当量因子（TEF）被用来反映与BaP相关的各种PAHs的浓度。

      终生致癌风险是一种经常用于评估多环芳烃对健康危害的方法。这种方法的优点是可以精确地研究多环芳烃的危害。吸入、皮肤接触和摄入是获得ILCR的三种主要方式。还根据年龄考虑了三个不同的群体：儿童为0-10岁，青少年为11-18岁，成人为19-70岁。根据USEPA标准模型得到以下方程式，将风险计算为概率：

【研究结果与讨论】

      长春周边农田的多环芳烃浓度如图2和图3所示。这些浓度随采样点位置而波动;16种多环芳烃的总和在1.352-151.708mg/kg之间，平均值为13.791mg/kg，是土壤背景值的4倍。7种致癌多环芳烃的总和在0.061-51.938mg/kg之间，平均值为4.847mg/kg，是土壤背景值的4倍。2环至6环PAHs的百分比分别为0.3%、24.3%、56%、17.7%和1.7%。LMW PAHs的总和范围为0.217至20.331mg/kg，平均值为3.247mg/kg，而HMW PAHs的总和范围为0.211至103.679mg/kg，平均值9.942mg/kg。高浓度可能是由于工厂和加油站的存在以及大规模人为活动的影响造成的。

图2 长春市周边农业土壤中多环芳烃浓度示意图

图3  16种多环芳烃的分布

      16种多环芳烃在秸秆焚烧条件下的总浓度为15.661mg/kg，显著高于秸秆还田条件下的9.517mg/kg。7种致癌多环芳烃在秸秆焚烧条件下的浓度为5.827 mg/kg，也显著高于秸秆还田条件下的浓度（2.608mg/kg）。秸秆焚烧过程不仅会产生大颗粒物，而且还大大增加了有害物质的排放，如多环芳烃，据报道，在台湾，秸秆焚烧期间的多环芳烃排放量是非秸秆焚烧期的1.54-2.57倍。这不仅影响环境的状态和质量，还影响人类的健康和安全。

图4 秸秆焚烧及秸秆还田下16种多环芳烃的分析

       除了多环芳烃固有的物理化学性质外，土壤质地、有机质含量、pH值、微生物群落和作物类型也对多环芳烃的残留时间产生重要影响。一些研究表明，多环芳烃会在土壤中积累。同时还观察到PAH与土壤有机质分布之间的相关性。土壤中有机质的含量似乎也是影响多环芳烃污染的重要变量。分析了16种多环芳烃总浓度之间的关系，观察到多环芳烃总浓度与pH值、多环芳烃总浓度与土壤有机质含量呈正指数关系，我们研究中的弱相关性结果可以解释为土壤有机质和多环芳烃处于初步阶段且尚未达到完全平衡的结果

图5 多环芳烃浓度与pH值和土壤有机质含量的相关性分析

      异构体比结果显示，Ant/(Ant+Phe)和Flu/(Flu+Pyr)的范围为0.08至0.26和0.06至0.85，平均值分别为0.14和0.32，表明石油和燃烧是马多环芳烃来源。BaA/(BaA+Chr)和IND/(IND+ BghiP)的范围为0.05-0.63和0.46-0.95，平均值分别为0.43和0.63，表明生物质和煤是PAH的主要来源。综合结果表明，石油、煤炭燃烧和生物质是长春周边农田的主要来源。

图6 长春市周边农业土壤中多环芳烃的来源鉴定

      多环芳烃对人类造成的健康风险评价如表S4，研究结果表明，从多环芳烃摄入途径来看，摄入、皮肤接触和吸入的最大值分别为2.74×10⁻⁵、4.87×10⁻⁵和1.86×10⁻⁹，这些都在成人组中。同时，研究区域不同人群的癌症风险如下：成人>青少年>儿童，因此成人致癌风险较高是最受关注的问题。结果还表明，在三种感染途径中，皮肤接触的风险最高。然而，吸入途径的最大危险性为1.86×10^-9，远低于标准值10^-6;总之，研究区域的多环芳烃暴露于低水平的致癌风险。通过对居民的摄入途径和年龄组进行分类，本研究提供了与PAH风险相关的更准确和信息丰富的数据。

【研究结论】

     本研究表明，长春研究区域的土壤受到多环芳烃的严重污染。秸秆还田获得的多环芳烃浓度普遍低于秸秆焚烧获得的多环芳烃浓度。同时，秸秆焚烧释放的多环芳烃严重超过当地土壤背景值。长期释放和积累在土壤中，极易造成环境污染，甚至影响人体健康，因此，秸秆焚烧应引起广泛关注。土壤有机质含量和pH值与多环芳烃浓度呈正相关，表明这些参数是影响多环芳烃在土壤中保留的重要因素。多环芳烃污染的主要来源是人为因素，如石油、生物质和煤炭燃烧，表明人类活动对多环芳烃水平的影响不容忽视。多环芳烃当地居民造成的健康风险不不可忽略;总体风险较低，成年期局部地区除外。这个问题今后应重点关注，因为在一定时期内，成人的致癌风险可能明显高于其他年龄组。