贵阳市区地表灰尘重金属污染分析与评价

生态环境学报2011,20(1):[e-mail]基金项目：贵州省教育厅自然科学研究项目(黔教科[2008013])；贵州师范大学研究生专项创新基金项目[研2011(9)]作者简介：张一修(1983年生)，男，硕士，主要研究方向为土壤重金属研究。E-mail:[e-mail]*通信作者：王济(1975年生)，男，教授，博士。E-mail:[e-mail]收稿日期：2010-12-19贵阳市区地表灰尘重金属污染分析与评价张一修1,2，王济1,2*，张浩1,21.贵州师范大学地理与环境科学学院，贵州贵阳550001；2.贵州省山地资源与环境遥感应用重点实验室，贵州贵阳550001摘要：以贵阳市区为研究地点，采集了贵阳城区工业区、交通区、商业区、居民区、文教区、公园广场、对照区7个类别共80个采样点的地表灰尘，分析了地表灰尘重金属在不同区域的分布特征，并分析其可能来源。最后，应用潜在生态危害指数法对6个功能区(工业区、交通区、商业区、居民区、文教区、公共区)样品中重金属的潜在生态危害进行评价。结果表明：贵阳市地表灰尘重金属的平均质量分数均高于贵州省土壤环境背景值，Cd、As、Cu污染质量分数都超过4倍以上背景值水平，其余重金属污染水平大多处于1~3倍背景值水平。就单个重金属潜在生态危害系数平均值来看，地表灰尘的潜在生态危害最大的是Hg,其次是Cd，生态危害最低的是Cr。6个功能区生态危害水平均属于强生态危害水平，其中工业区和公共区生态危害水平最高。关键词：地表灰尘；重金属；潜在生态危害评价；贵阳中图分类号：X144文献标志码：A文章编号：1674-5906（2011）01-0169-06随着城市化和工业化进程的加快,不断增多的机动车辆数量，不断增大的尾气排放量,成为城市大气、水和土壤中重金属污染主要来源之一[1-3]。由于重金属元素的难降解性和持久性，因此它们在城市地表灰尘中的累积具有重要的环境指示意义和较大的环境污染危害[4]。城市地表灰尘在一定的外动力条件下较易扬起，其中的重金属微粒通过呼吸和皮肤直接接触等途径进入人体,当人体里面血金属超标则会破坏神经系统功能，扰乱内分泌系统，影响智商以及行为[5-6]。除此之外,城市地表灰尘重金属还可通过污染食物、大气和水环境间接地影响城市环境质量和危害人类健康[7]。目前，关于地表灰尘重金属污染评价方法很多，如富集系数法、浓度富集率、污染负荷指数法、地质累积指数法、回归过量分析法、潜在生态危害指数法等。其中潜在生态危害指数法是瑞典学者Hakanson于1980年根据重金属的性质及环境行为特点，从沉积学的角度提出来的对土壤或沉积物中重金属进行评价的方法[2](Hakanson,1980)。与其他评价方法相比，潜在生态危害指数法由于引入了主要反映重金属的毒性水平和生物对重金属的敏感程度的毒性系数T，而使不同种类重金属的毒性水平在评价中体现出来，将重金属的生态效应、环境效应和毒理学联系起来，采用具有可比的、等价属性指数分级法进行评价[9-11]。这一优点是其他沉积物重金属评价不具备的。目前关于贵阳城市土壤和食物中重金属的研究很多[12-16]，但有关贵阳城市地表灰尘中重金属污染方面的研究尚未见报道。因此，本研究主要对贵阳城市地表灰尘中重金属的污染特征进行研究，然后采用潜在生态危害指数法对灰尘中重金属含量进行评价和确定重金属的污染程度，以期为贵阳城市居民健康保护与生态城市建设提供科学依据。1材料与方法1.1研究区概况贵阳市位于贵州省中部云贵高原东斜坡地带，地处东经106°07′—107°17′，北纬26°11′—27°22′。贵阳属亚热带季风湿润温和型气候。气候，年均气温15.3℃，年总积温5585℃，年降水量1200mm左右，年日照时间约为1278h，年相对湿度76.9%，无霜期约270d。研究区域选择贵阳市的老城区：云岩区和南明区。云岩区地处城区北部，面积67.5km2，人口7.9×105；南明区地处城区南部，面积89.68km2，人口7.1×105(截至2009年)。为适应城市建设发展的需要，新中国成立后，贵阳市新建和改建南北向干道4条，东西向干道2条。自1990年开始，贵阳市加大旧城改造力度，加快城市、桥的改造和拓宽步伐，逐步在云岩区和南明区形成以浣纱路、瑞金路、中华路、宝山路为主的南北向和以北京路、延安路、中山路、都司路、神奇路、解放路为主的东西向主骨架路网。1.2采样方法根据土地利用现状和人类活动强度，把贵阳城区划分为工业区、商业区、交通区、文教区、居民170生态环境学报第20卷第1期（2011年1月）区、公园广场、对照区(森林公园)7个功能区,于2008年3—4月选取贵阳市城区10条交通干道：浣纱路、解放路、中华路、遵义路、延安路、中山路、北京路、都司路作为采样线路，采集80个灰尘样品(图1)。每个采样点选取若干平行采样点采集样品，将样品等量均匀混合，作为一个采样地点的地表灰尘样品。采样时，为避免人为因素对样品产生污染，用塑料毛刷和塑料小铲子收集灰尘样品。1.3样品处理与分析测试将灰尘样在室温下自然风干，除去石子、毛发等杂质，过20目(0.84mm)尼龙筛，在将过筛后灰尘样分别在聚乙烯薄膜上充分混匀，用四分法份2份，一份交样品库存放；一份继续采用四分法缩分成2份，其中一份备用，另一份研磨至全部通过100目(0.149mm)尼龙筛后，至于密封袋中保存备测。土壤样品中Hg测定采用硫酸-硝酸-高锰酸钾消解体系；As测定采用硫酸-硝酸-高氯酸消解体系；Cd、Cr、Pb、Cu、Ni和Zn测定采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸消解体系。以上8种元素的质量分数使用美国Perkin-Elmer公司生产的原子吸收光谱仪AA-800，电感耦合等离子体发射光谱仪Optima5300v和原子荧光光谱仪AF-640测定，各元素分析误差均﹤±10%。试验均在贵州师范大学山地信息系统与生态环境保护重点实验室(省级)进行。1.4统计分析土壤和灰尘重金属含量数据采用软件SPSS16.0和Excel2003进行相关系数分析。1.5潜在生态危害指数的计算方法单个重金属的污染系数(Cfi)：（1）单个重金属的潜在生态危害系数(Eri)：（2）多种重金属的潜在生态危害系数(RI)：（3）式中：Ci为表层沉积物重金属浓度实测值，Cni为计算所需的参考值，选择贵州省土壤环境背景值作为参考值。按照Hakanson制定的标准化重金属毒性系数为评价依据，Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu的毒性系数Tri分别取值为40,30,10,5,2,5[2]。重金属的污染生态危害系数和生态危害指数分级标准列于表1。2结果与讨论2.1贵阳城市地表灰尘重金属的差异分析2.1.1贵阳城市地表灰尘重金属的全量分析贵阳城市地表灰尘8种元素统计数据见表2。地表灰尘中Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn含量均值分别是贵州土壤环境背景值的3.68、4.65、4.7、2.3、1.5、5.035、1.736、2.21倍，可见重金属污染的严重性。Cd、As和Cu的含量都超过土壤环境背景值4倍以上，说明灰尘中Cd和Cu污染严重,原因可能是汽车轮胎、车体的老化磨图1贵阳地表灰尘采样点分布图Fig.1Thelocationsofdustsampling表2贵阳城市地表灰尘重金属的全量分布Table2HeavymetalsconcentrationinurbandustsofGuiyangmg·kg-1重金属均值标准差变异系数/%贵州土壤环境背景值[21]汞(Hg)0.3750.3490.670.102镉(Cd)0.6190.1727.460.133砷(As)11.292.2419.8413.3铅(Pb)67.4241.7661.729.3铬(Cr)130.2247.4636.4486.6铜(Cu)129.458.1244.9225.7镍(Ni)58.5122.7738.9233.7锌(Zn)182.1379.8943.8682.4表1Eri，RI与污染程度的关系Table1RelationshipofEri,RIandpollutionlevel指数类型所处范围污染程度指数类型所处范围污染程度Eri40轻微生态危害RI150轻微生态危害40≤Eri80中等生态危害80≤Eri160强生态危害150≤RI300中等生态危害160≤Eri320很强生态危害300≤RI600强生态危害潜在生态危害系数(Eri)Eri≥320极强生态危害潜在生态危害指数(RI)RI≥600很强生态危害ifirirCTE×=iniirifirirCCTCTERI×∑=×∑=∑=iniifCCC=张一修等：贵阳市区地表灰尘重金属污染分析与评价171损等因素[17-19]；灰尘As污染较严重,可能与地区土壤As含量较高及地质原因有关[20]。变异系数是用以判断金属来源是自然因素还是人为因素，也可用以判断元素污染程度。变异系数越大，说明人为活动的干扰作用越强烈或污染程度越严重[22-23]。除Cd和As变异系数较低外，其余重金属元素的变异系数均高于35%，变异系数最大的重金属元素是Hg，其次是Pb、Cu、Zn。结果表明贵阳城市地表灰尘受人为活动严重干扰的重金属为Hg、Pb、Cu、Zn。2.1.2贵阳地表灰尘重金属的空间分析表3和图2表示重金属(Hg、Cd、As、Pb、Cr、表3不同功能区灰尘重金属平均含量Table3HeavymetalsaverageconcentrationinurbandustindifferentlanduseareasofGuiyangmg·kg-1功能区HgCdAsPbCrCuNiZn工业区(n=2)0.640.5112.57119.3214088.170.23146.04交通区(n=45)0.380.6111.1657.82138.1136.158.91180.45商业区(n=15)0.350.6311.2169.91111.25115.955.81160.62居民区(n=5)0.340.5312.22122.41140.14140.568.34175.98文教区(n=8)0.310.6511.1161.41119.37115.572.04251.89公共区(n=4)0.530.7212.1989.16131.26164.268.62239.06对照区(n=1)0.080.728.9144.574.9830.3333.3879.3n表示样品数0.0000.5001.0001.5002.0002.5003.000工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Hg)/(mg•kg-1)0.0000.2000.4000.6000.8001.0001.2001.400工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Cd)/(mg•kg-1)0.0005.00010.00015.00020.00025.000工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(As)/(mg•kg-1)0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Pb)/(mg•kg-1)0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00450.00工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Cr)/(mg•kg-1)0.0050.00100.00150.00200.00250.00300.00350.00400.00工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Cu)/(mg•kg-1)0.0020.0040.0060.0080.00100.00120.00140.00160.00工业区公园广场交通区居民区商业区文教区w(Ni)/(mg•kg-1)0.0100.0200.03