不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬含量及分布特征

查燕 馮馳 是怡蕓 張銀龍

摘要：采集南京市工業(yè)區(qū)、交通區(qū)等5個(gè)功能區(qū)的葉面塵、地面塵及表層土壤樣品，研究重金屬Cu、Zn、Pb含量的分布特征及其在不同環(huán)境介質(zhì)中的相關(guān)性。結(jié)果表明，Cu、Pb、Zn含量在葉面塵、地面塵和表層土壤中有顯著差異，總體趨勢(shì)基本為葉面塵>地面塵>表層土壤；南京市不同功能區(qū)Cu、Pb、Zn含量具有顯著的空間分布差異特征，各功能區(qū)重金屬含量表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>文教區(qū)>居民區(qū)>風(fēng)景區(qū)；經(jīng)Pearson相關(guān)分析得出，葉面塵和地面塵中的Cu含量顯著相關(guān)，葉面塵中Cu含量和表層土壤中Pb、Zn含量顯著相關(guān)，地面塵中Pb含量和表層土壤中Cu含量呈顯著相關(guān)，地面塵中Zn含量與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量也呈顯著相關(guān)。

關(guān)鍵詞：植物葉面塵；地面塵；表層土壤；重金屬；分布特征

中圖分類(lèi)號(hào)： X132文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0486-03

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)、交通、日常生活等排放的廢氣大量增加，加劇了城市生態(tài)環(huán)境的污染[1]。相關(guān)研究證實(shí)，植物具有凈化空氣粉塵的能力，可應(yīng)用于環(huán)境污染生物監(jiān)測(cè)和生物指示[2]。城市道路綠化植物是城市生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在維護(hù)城市生態(tài)平衡、改善城市生態(tài)環(huán)境上具有不可替代的作用，綠化植物能夠有效吸收富集多種污染元素，對(duì)大氣顆粒物起重要的過(guò)濾作用[3]。重金屬易富集在細(xì)顆粒物中，經(jīng)呼吸道等途徑進(jìn)入人體而引發(fā)多種疾病，增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人體健康造成極大的威脅[4-5]。此外，重金屬具有高毒性，影響農(nóng)作物生長(zhǎng)，且通常不易被微生物分解，易在食物鏈富集[1，6]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)重金屬研究主要集中在單介質(zhì)的時(shí)空變化特征、葉表面微形態(tài)與重金屬含量的相關(guān)性，對(duì)不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬含量的差異少有報(bào)道，重金屬在植物葉面、地面和土壤中的含量差異以及不同環(huán)境介質(zhì)中的相關(guān)性尚[LL]不清楚。因此，本試驗(yàn)對(duì)南京市不同功能區(qū)主要綠化植物葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬Cu、Pb、Zn含量特征進(jìn)行研究，分析重金屬在植物葉面—地面—表層土壤中的相互關(guān)系，為重金屬在以葉表面為核心多介質(zhì)中遷移歸趨規(guī)律的建立提供理論基礎(chǔ)，也為南京市城市環(huán)境防治提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1樣品采集

根據(jù)土地利用類(lèi)型，對(duì)南京市按功能區(qū)進(jìn)行布點(diǎn)采樣，選取5種不同功能區(qū)，分別為文教區(qū)、交通區(qū)、化工區(qū)、居民區(qū)、風(fēng)景旅游區(qū)（表1）。

1.3樣品測(cè)定

稱(chēng)取樣品0.2 g，置于50 mL聚四氟乙烯坩堝內(nèi)；加2～3滴去離子水潤(rùn)濕，加10 mL濃鹽酸，放置電熱板上加熱；待樣品初步分解，依次加入5 mL濃HNO3、HF、HClO4；用0.2% HNO3轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶定容中，靜置一會(huì)，再轉(zhuǎn)移到 10 mL 離心管中，待測(cè)。用ICP-AES測(cè)定塵土中重金屬Cu、Pb、Zn的含量。同時(shí)制作分析空白。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采樣SPSS 13.0軟件進(jìn)行t檢驗(yàn)，不同功能區(qū)葉面塵中各重金屬質(zhì)量比差異用ANOVA進(jìn)行方差分析，變量之間的相關(guān)性用Pearson檢驗(yàn)，顯著水平設(shè)定為0.05。

2結(jié)果與分析

2.1不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬的分布特征

2.1.1銅（Cu）由圖1、表2可見(jiàn)，南京市各功能區(qū)Cu含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢(shì)為葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區(qū)葉面塵Cu含量為9254～214.32 mg/kg，地面塵中Cu含量為63.42～190.23 mg/kg，表層土壤Cu含量為26.87～48.98 mg/kg，葉面塵與地面塵中的Cu含量差異較小，而與表層土壤中的Cu含量差異較大；不同功能區(qū)之間葉面塵中的Cu含量大小依次為工業(yè)區(qū)>文教區(qū)>居民區(qū)>交通區(qū)>風(fēng)景區(qū)；工業(yè)區(qū)葉面塵中的Cu含量相對(duì)最高，為214.32 mg/kg，顯著高于其他4個(gè)功能區(qū)（P<0.05），文教區(qū)與風(fēng)景區(qū)、交通區(qū)葉面塵中的Cu含量也達(dá)到顯著性差異；工業(yè)區(qū)地面塵中的Cu含量相對(duì)最高，為190.23 mg/kg，風(fēng)景區(qū)最低，為6342 mg/kg，與葉面塵Cu含量呈相同的規(guī)律，工業(yè)區(qū)顯著高于文教區(qū)和風(fēng)景區(qū)，其他功能區(qū)之間地面塵Cu含量差異不顯著（P>0.05）；表層土壤中Cu含量高低依次為工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>居民區(qū)>文教區(qū)>風(fēng)景區(qū)，工業(yè)區(qū)達(dá)到 48.98 mg/kg，其次是交通區(qū) 43.82 mg/kg，風(fēng)景區(qū)相對(duì)最低，為26.87 mg/kg，但是5個(gè)功能區(qū)之間均無(wú)顯著性差異。

2.1.2鉛（Pb）由圖2、表2可見(jiàn)，南京市各功能區(qū)中的Pb含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢(shì)為葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區(qū)葉面塵中的Pb含量為95.54～164.46 mg/kg，地面塵中的Pb含量為45.78～85.43 mg/kg，表層土壤中的Pb含量為32.87～347.78 mg/kg；5個(gè)功能區(qū)葉面塵中的Pb含量由高到低依次為：工業(yè)區(qū)>文教區(qū)>交通區(qū)>居民區(qū)>風(fēng)景區(qū)，以工業(yè)區(qū)的Pb含量相對(duì)最高，為164.46 mg/kg，方差分析表明，工業(yè)區(qū)與居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)葉面塵中的Pb含量之間差異顯著，其他各功能區(qū)之間差異不顯著；地面塵中Pb含量最低的為風(fēng)景區(qū)，工業(yè)區(qū)含量同樣最高，風(fēng)景區(qū)與工業(yè)區(qū)地面塵Pb含量具有顯著性差異，其他各功能區(qū)地面塵含量之間差異不顯著；工業(yè)區(qū)表層土壤中Pb含量顯著高于其他4個(gè)功能區(qū)，為347.78 mg/kg，最低量為風(fēng)景區(qū)（32.87 mg/kg），其他4個(gè)功能區(qū)表層土壤中的Pb含量差異不顯著。

2.1.3鋅（Zn）由圖3、表2可見(jiàn)，南京市各功能區(qū)Zn含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢(shì)為：葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區(qū)葉面塵Zn含量為254.53～434.91 mg/kg，地面塵Zn含量為146.77～304.52 mg/kg，表層土壤Zn含量為69.04～513.32 mg/kg；葉面塵中Zn含量由高到低依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>文教區(qū)>

居民區(qū)>風(fēng)景區(qū)，工業(yè)區(qū)葉面塵中的Zn含量相對(duì)最高，風(fēng)景區(qū)葉面塵中的Zn含量相對(duì)最低，交通區(qū)與工業(yè)區(qū)葉面塵中的Zn含量不具備顯著性差異，但是二者顯著高于風(fēng)景區(qū)和文教區(qū)；地面塵中Zn含量由高到低依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>文教區(qū)>居民區(qū)>風(fēng)景區(qū)，工業(yè)區(qū)地面塵中的Zn含量顯著高于其他4個(gè)功能區(qū)，其他4個(gè)功能區(qū)的地面塵含量之間差異不顯著；表層土壤中的Zn含量由高到低依次為：工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>居民區(qū)>文教區(qū)>風(fēng)景區(qū)，工業(yè)區(qū)顯著高于其他4個(gè)功能區(qū)，居民區(qū)、文教區(qū)與交通區(qū)表層土壤Zn含量之間差異不顯著，風(fēng)景區(qū)表層土壤Zn含量顯著低于工業(yè)區(qū)、交通區(qū)、居民區(qū)，與文教區(qū)之間差異不顯著。

2.2不同功能區(qū)重金屬的含量特征

通過(guò)對(duì)南京市不同功能區(qū)重金屬的含量特征分析（表2）顯示，在城市植物葉面、地面、表層土壤3種介質(zhì)中，Cu、Pb、Zn這3種重金屬含量特征呈基本相同的規(guī)律，總體來(lái)看，葉面塵相對(duì)最高，表層土壤相對(duì)最低；南京市各功能區(qū)的Cu、Pb、Zn含量都具有明顯的空間分布差異特征，植物葉面塵、地面塵及表層土壤中的重金屬含量在各功能區(qū)表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)相對(duì)最高，風(fēng)景區(qū)最低。

2.3葉面塵、地面塵、表層土壤中重金屬的相關(guān)性

由表3至表5可見(jiàn)，經(jīng)Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，葉面塵、地面塵與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量呈一定相關(guān)性；葉面塵Cu含量與地面塵Cu、Zn含量及地面塵Zn含量與葉面塵Cu、Pb、Zn含量呈顯著相關(guān)（表3），這說(shuō)明地面塵和葉面塵中存在的Zn有著共同來(lái)源，可能主要來(lái)源于交通，尤其是汽車(chē)輪胎的磨損；葉面塵中Cu含量和表層土壤中Pb、Zn含量呈顯著相關(guān)（表4）；表層土壤Cu、Pb、Zn與地面塵Zn呈顯著相關(guān)，表層土壤Cu與地面塵Pb，表層土壤Pb、Zn與地面塵Cu呈極顯著相關(guān)（表5），這可能是由于地面塵在自然力或者人為影響下易發(fā)生再懸浮，沉降到表層土壤的重金屬較大，而綠化植物由于不同高度受到地面塵再懸浮的影響較小。

3結(jié)論與討論

3.1不同環(huán)境介質(zhì)中重金屬含量差異分析

從Cu、Pb、Zn等3種重金屬在城市植物葉面、地面、表層土壤中含量差異可知，總體趨勢(shì)基本為葉面塵>地面塵>表層土壤。經(jīng)Pearson相關(guān)分析得出，葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬含量呈現(xiàn)出一定程度的相關(guān)性，葉面塵和地面塵Cu含量顯著性相關(guān)，而Cu主要來(lái)自于機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放和剎車(chē)片的磨損[7-8]。研究表明，葉面塵中Cu、Pb、Zn含量高于地面塵，這說(shuō)明葉面易截留大氣中的細(xì)顆粒物；葉面塵和表層土壤中Cu含量與Pb含量、Cu含量與Zn含量呈顯著性相關(guān)，說(shuō)明這3種元素含量的同源性較大，可能與交通排放、工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生大量的粉塵中含有Cu、Pb、Zn有關(guān)[9-10]；地面塵中Pb含量和表層土壤中Cu含量呈極顯著性相關(guān)，地面塵中Zn含量與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量呈顯著性相關(guān)，這說(shuō)明其來(lái)源最為相似；Zn在葉面塵、地面塵及表層土壤中含量相對(duì)最高，說(shuō)明其主要來(lái)源于交通，尤其是汽車(chē)輪胎的磨損[11]。結(jié)合分析判斷，南京市各區(qū)域重金屬來(lái)源于工業(yè)排放和交通。

3.2不同功能區(qū)重金屬含量差異分析

對(duì)南京市不同功能區(qū)的重金屬含量特征研究表明，Cu、Pb、Zn含量具有明顯的空間分布差異特征，總體來(lái)看，各功能區(qū)重金屬含量表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)>交通區(qū)>文教區(qū)>居民區(qū)>風(fēng)景區(qū)。葉面塵主要截留大氣顆粒物及地面揚(yáng)起的顆粒物，而地面塵累積方式較為復(fù)雜，受到各種人為活動(dòng)干擾較多，成為城市環(huán)境重金屬污染的載體，表層土壤中重金屬含量受到不同程度的人類(lèi)活動(dòng)影響[12]。不同功能區(qū)重金屬含量差異與各功能區(qū)特點(diǎn)有關(guān)，交通、工業(yè)、居民生活等都會(huì)帶來(lái)一定的污染；同一功能區(qū)葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬含量有差異，可能與各環(huán)境介質(zhì)中顆粒物的累積方式及粒徑效應(yīng)有關(guān)。本研究中居民區(qū)和風(fēng)景區(qū)灰塵中的Cu、Zn、Pb重金屬含量明顯小于其他3個(gè)功能區(qū)，可能是與居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)車(chē)流量較小有關(guān)，即使風(fēng)景區(qū)人流量較大，但地面清掃及時(shí)，由人為活動(dòng)帶來(lái)的污染仍相對(duì)較小。各功能區(qū)活動(dòng)較為復(fù)雜且差異較大，文教區(qū)附近有商業(yè)活動(dòng)場(chǎng)所，人流量大、車(chē)流量大，從而產(chǎn)生大量的Cu、Zn、Pb顆粒物，導(dǎo)致比交通區(qū)的污染物含量高，這與李曉燕等的結(jié)論[13]吻合。

總之，重金屬在不同功能區(qū)各介質(zhì)間具有一定的遷移性，由于大氣干濕沉降，經(jīng)葉面、地表至土壤中的重金屬含量會(huì)逐漸下降，而植物葉面、地面及表層土壤這3個(gè)環(huán)境要素緊密相連，地面塵中部分重金屬會(huì)再次進(jìn)入葉面或土壤，且進(jìn)入土壤的行為較為明顯。重金屬會(huì)在不同環(huán)境介質(zhì)中遷移，互為源匯，能夠表征一定區(qū)域內(nèi)、一定時(shí)間內(nèi)顆粒物攜帶重金屬的環(huán)境行為。今后，應(yīng)結(jié)合大氣顆粒物，更加全面分析重金屬污染物在不同環(huán)境介質(zhì)中的遷移歸趨機(jī)制，進(jìn)一步研究以植物葉面為核心的多介質(zhì)復(fù)雜體系。另外，李如忠等報(bào)道，合肥市公園綠地重金屬含量反而高于工業(yè)區(qū)和交通區(qū)[14]，與本研究結(jié)論有出入，須進(jìn)一步探討研究。

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