鄭州市地鐵灰塵重金屬污染特征與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

顧家偉

(河南財(cái)政金融學(xué)院 地理系，河南 鄭州 450046)

0 引言

為緩解城市交通擁堵困境，近年來(lái)我國(guó)多個(gè)城市開(kāi)始修建地下交通網(wǎng)絡(luò)，地鐵日益成為市民首選的交通出行方式.然而，地鐵是一種封閉的交通系統(tǒng)，主體部分在地面以下，與外界基本隔絕，一般通過(guò)車站出入口、隧道上部的通風(fēng)豎井以及區(qū)間隧道洞口與室外空氣連通.地鐵的空間相對(duì)封閉性和人流的密集性，導(dǎo)致一些污染物難以及時(shí)擴(kuò)散，且極易通過(guò)呼吸、吞食和皮膚吸收等途徑進(jìn)入人體并長(zhǎng)期留存，而平時(shí)這些污染物沉降積累于地鐵站的灰塵中，對(duì)市民的出行健康造成潛在威脅[1,2].

重金屬因具有持久性和難降解性，被稱為化學(xué)定時(shí)炸彈[3].有研究顯示，對(duì)包括Pb、Zn、Cd等在內(nèi)的重金屬過(guò)度暴露會(huì)導(dǎo)致兒童認(rèn)知不全、輕度癡呆等中樞神經(jīng)系統(tǒng)紊亂癥狀[4].國(guó)外針對(duì)城市地鐵灰塵重金屬污染研究較早，已經(jīng)取得很多成果[5]，例如ADAMS[6]等對(duì)倫敦地鐵污染研究表明，其暴露水平為道路的3～10倍；JUNG[7]、KANG[8]等利用單顆粒分析法將韓國(guó)首爾地鐵顆粒物劃分為4種類型，并進(jìn)行來(lái)源分析；CHILLRUD[9]則研究了紐約地鐵重金屬污染對(duì)青少年健康風(fēng)險(xiǎn)的影響.然而，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究起步較晚，目前主要集中在少數(shù)一線城市，例如研究表明北京地鐵站灰塵重金屬含量均超過(guò)土壤背景值，其中Pb、 Hg、 Cd等已達(dá)到了嚴(yán)重污染程度[10].與此同時(shí)，對(duì)國(guó)內(nèi)其他城市地鐵站重金屬污染鮮有報(bào)道[11,12].目前，也尚未見(jiàn)地鐵站內(nèi)空間與站外空間重金屬污染特征差異性的相關(guān)報(bào)道.

鄭州作為中部中心城市之一，于2013年開(kāi)通了地鐵1號(hào)線，共設(shè)20個(gè)站點(diǎn).在4年運(yùn)行過(guò)程中，鄭州地鐵內(nèi)外的污染現(xiàn)狀以及出行市民是否面臨一定的暴露風(fēng)險(xiǎn)？這些科學(xué)問(wèn)題亟待解決.鑒于此，本文以鄭州地鐵為研究對(duì)象，分別采集站內(nèi)外灰塵樣品，選取對(duì)人體毒性較強(qiáng)的典型重金屬(Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb)，分析其污染特征與空間差異，并進(jìn)行污染水平和暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，同時(shí)借助多元統(tǒng)計(jì)分析法辨識(shí)重金屬來(lái)源，以期能為鄭州及其他城市軌道交通發(fā)展規(guī)劃與環(huán)境影響評(píng)估提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 樣品采集

根據(jù)地鐵站點(diǎn)的位置和功能不同，于2016年5月對(duì)鄭州市地鐵1號(hào)線20個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行采樣(圖1A)，各站采樣點(diǎn)分別為站外、一層(購(gòu)票處)和二層(列車站臺(tái))(圖1B).各采樣點(diǎn)灰塵均采集地鐵清潔人員較難清掃的區(qū)域，如樓梯下方、拐角和地板結(jié)合處縫隙等.選擇晴好天氣，使用塑料毛刷和不銹鋼小鏟，每個(gè)站點(diǎn)在3個(gè)不同區(qū)域采集，將樣品放入潔凈自封袋中保存并注明日期和站點(diǎn)名稱.

圖1 A)鄭州地鐵1號(hào)線、B)地鐵站剖面結(jié)構(gòu)示意圖和采樣點(diǎn)位置分布Fig. 1 A)Sketch map of Zhengzhou subway station Line one，B)Sectional structure of Zhengzhou subway station and the sampling sites

注：虛線為采樣時(shí)尚未開(kāi)通的站點(diǎn)，實(shí)際采樣站點(diǎn)1-20.1.西流湖站；2.西三環(huán)站；3.秦嶺路站；4.桐柏路站；5.碧沙崗站；6.綠城廣場(chǎng)站；7.醫(yī)學(xué)院站；8.鄭州火車站；9.二七廣場(chǎng)站；10.人民路站；11.紫荊山站；12.燕莊站；13.民航路站；14.會(huì)展中心站；15.黃河南路站；16.農(nóng)業(yè)南路站；17.東風(fēng)南路站；18.鄭州東站；19.博學(xué)路站；20.市體育中心站

1.2 樣品處理與分析方法

在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，剔去夾雜其中的瓜子殼、毛發(fā)、沙粒等雜物，將余下灰塵樣品，用烘箱低溫(40 ℃)干燥后，過(guò)180目尼龍篩，保存?zhèn)溆?準(zhǔn)確稱取樣品100 mg，采用四酸消解法(硫酸+硝酸+高氯酸+氫氟酸，各20 mL)，在加熱板上緩慢加熱至近干.待完全消解后，用濃度1%的HNO3溶液定容至10 mL后待測(cè).之后，用ICAP-6300等離子體發(fā)射光譜儀，并依據(jù)GB5085.6-2007標(biāo)準(zhǔn)，測(cè)定Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的含量，平行樣2份，重復(fù)測(cè)定求平均值，結(jié)果顯示RSD<5%，滿足實(shí)驗(yàn)要求.所有實(shí)驗(yàn)在河南省有色金屬地質(zhì)勘查總院完成.

1.3 地累積指數(shù)法、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型、多元統(tǒng)計(jì)分析

地累積指數(shù)法Igeo(geoaccumulation index)是20世紀(jì)60年代在歐洲發(fā)展起來(lái)的，現(xiàn)今廣泛應(yīng)用于研究沉積物中重金屬污染程度的定量指標(biāo)[10].因此，本研究首先計(jì)算了各重金屬的Igeo值，并將Igeo分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算結(jié)果一同列入表2，進(jìn)而對(duì)鄭州市地鐵灰塵重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià).

式中:Ci表示重金屬i的濃度；Bi為該重金屬自然背景值.

為了綜合評(píng)估鄭州地鐵站所有重金屬呈現(xiàn)的整體的污染水平，本研究引入綜合污染指數(shù)PLI值，計(jì)算公式為：PLI = ((Ci/Bi)Cd×(Ci/Bi)Cr×(Ci/Bi)Cu×(Ci/Bi)Ni×(Ci/Bi)Pb×(Ci/Bi)Zn)1/n)，n為引用重金屬元素的個(gè)數(shù).PLI值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為：0～1為無(wú)污染，1～2為輕污染，2～3為中度污染，>3為重度污染[13].

研究表明，地鐵灰塵進(jìn)入人體的主要途徑有手-口攝入、呼吸攝入和皮膚暴露，而健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型(CDI)適用于評(píng)價(jià)不同重金屬通過(guò)多種途徑進(jìn)入人體所引起的健康風(fēng)險(xiǎn)[13].因此，本文采用CDI模型作為評(píng)價(jià)方法，詳細(xì)步驟如下：

(1)

(2)

(3)

式中：ADDing、ADDinh和ADDderm分別為手-口攝入、呼吸和皮膚接觸途徑的日均暴露量.參考US EPA健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法和前人相關(guān)研究成果[10,14,15]，式(1)～(3)中各參數(shù)取值如下：IngR為手-口攝入頻率，取值100 mg/d；InhR為呼吸頻率，取值12.85 m3/d；PEF為顆粒物排放因子，取值1.36×109m3/kg；SA為暴露皮膚表面積，取值5000 cm2；SL為皮膚黏著度，取值0.07 mg· cm-2·d-1；ABS為皮膚吸收因子，取值0.001，無(wú)量綱；ED為暴露年限，取值20 a；EF為暴露頻率，取值180 d/a；BW為平均體質(zhì)量，取值55.9 kg；AT為平均暴露時(shí)間，取值ED×365 d(非致癌物)，70×365 d(致癌物).

此外，本文利用SPSS19.0軟件對(duì)重金屬進(jìn)行R型聚類和因子分析，以探討地鐵站灰塵重金屬的主要來(lái)源.

2 結(jié)果

2.1 地鐵站灰塵重金屬含量分布特征

表1列出了鄭州市地鐵20個(gè)站點(diǎn)的站外、一層和二層灰塵重金屬含量和環(huán)境背景值(表1).由表中可知，各區(qū)域重金屬Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Pb的含量分別為：站外(42.4～260、15.5～88.9、18.3～82.3、81.8～453、0.15～0.75 、24.9～746g/g)；一層(55.6～674、19.8～509、25.5～501、112～2098、0.09～1.34、43.8～809g/g)；二層(42.4～469、21.2～201、29.1～399、93.6～976、0.15～0.96、24.9～2038g/g).3個(gè)區(qū)域重金屬含量高低依次為：一層> 二層> 站外(圖2).此外，各地鐵空間重金屬平均值均超鄭州土壤背景值，Pb、Cd、Cu和Zn超過(guò)土壤背景值的倍數(shù)較高，表明這四種元素受人為影響較重.此外，各站點(diǎn)之間重金屬含量差異較大，變異系數(shù)在0.40～1.38之間，表明各站點(diǎn)受人為影響的程度差異(圖2).

圖2 鄭州地鐵1號(hào)線站外、一層、二層灰塵重金屬含量(橫坐標(biāo)各數(shù)字代表的站點(diǎn)名稱，請(qǐng)參考圖1A)Fig. 2 Heavy metals concentrations in the dust of outer,underground first floor and second floor of Zhengzhou subway station line one

2.2 地鐵站灰塵重金屬污染評(píng)價(jià)

利用地質(zhì)累積指數(shù)法，對(duì)鄭州市地鐵站外、一層和二層灰塵重金屬進(jìn)行分析(表1).

表1 地鐵站點(diǎn)灰塵中重金屬Igeo與污染程度分級(jí)Tab. 1 Geoaccumulation index of heavy metals in subway station dust and grading of pollution levels

從表1中可知，3個(gè)區(qū)域灰塵中重金屬的Igeo平均值表現(xiàn)為：一層Igeo> 二層Igeo> 站外Igeo.就各重金屬而言，Igeo值順序大致為: Pb?Cd≈Zn>Cu>Cr>Ni.對(duì)于Cr和Ni來(lái)說(shuō)，其指數(shù)平均值大多≤1，甚至為負(fù)值，表現(xiàn)為輕微污染或無(wú)實(shí)際污染.Cu、Cd和Zn元素，其指數(shù)平均值一般≤2，接近偏中度污染，部分站點(diǎn)Igeo指數(shù)在2～3之間，屬于中度污染.Pb的污染最為嚴(yán)重，一層和二層的重金屬Igeo指數(shù)平均值在2～4之間，特別是二層灰塵Pb的Igeo指數(shù)平均值為3.83，表現(xiàn)為偏重度污染.

體現(xiàn)綜合污染水平的PLI指數(shù)結(jié)果顯示：一層平均值(1.402)>二層平均值(1.397)>站外平均值(1.201)，這也與Igeo指數(shù)法展現(xiàn)的規(guī)律大體一致，兩者差異表現(xiàn)在地下一層和二層綜合污染水平十分接近，但仍屬于輕度污染(PLI指數(shù)<2).此外，本文繪制了各站點(diǎn)PLI值空間分布(圖3).圖中顯示，鄭州地鐵1號(hào)線污染總體上以火車站為界，東區(qū)污染重于西區(qū)，空間分布呈現(xiàn)一定區(qū)域規(guī)律——“兩高三低”，即火車站-會(huì)展中心站區(qū)段和鄭州東站區(qū)段較高，火車站以西區(qū)段、農(nóng)業(yè)路-黃河南路間區(qū)段、博學(xué)路-市體育中心站區(qū)段較低(圖3).

圖3 站外、一層和二層PLI指數(shù)分布圖(橫坐標(biāo)各數(shù)字代表的站點(diǎn)名稱，請(qǐng)參考圖1A)Fig. 3 PLI distributions in the dust of outer,underground first floor and second floor along the Zhengzhou subway Line one(the number at the X-axis refers to the subway stations in Fig.1A)

2.3 地鐵站點(diǎn)地表灰塵重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

相對(duì)于站外與一層，二層(列車站臺(tái))是市民候車時(shí)間最長(zhǎng)的區(qū)域(圖1B)，因此本研究利用美國(guó)EPA推薦的重金屬健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型(CDI)對(duì)鄭州地鐵二層灰塵做非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(HQ)，并對(duì)Cr、Ni和Cd做致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)(RISK).評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2.結(jié)果表明，鄭州地鐵灰塵中6種重金屬的成人非致癌風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)均小于1(表2).其中，經(jīng)手-口攝入途徑暴露風(fēng)險(xiǎn)最大，其次為皮膚接觸途徑，經(jīng)呼吸吸入風(fēng)險(xiǎn)最小.就手-口攝入途徑來(lái)說(shuō)，Pb的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，HQ達(dá)0.174；其次是Cr，為0.054；Cd風(fēng)險(xiǎn)最小，只有0.000358(表2).呼吸吸入途徑以Cr風(fēng)險(xiǎn)最大；Zn、Cd風(fēng)險(xiǎn)最低.皮膚吸入途徑以Cr和Pb暴露風(fēng)險(xiǎn)最高，但兩者風(fēng)險(xiǎn)均遠(yuǎn)<1，幾乎可以忽略.重金屬多途徑攝入的疊加非致癌風(fēng)險(xiǎn)值(HI)均<1，各重金屬順序?yàn)椋篜b>Cr> Ni>Cu>Zn>Cd(表2).非致癌風(fēng)險(xiǎn)最高的Pb的HI值也僅為0.18，遠(yuǎn)低于美國(guó)EPA規(guī)定限值1.00的標(biāo)準(zhǔn)[15,16].因此，6種重金屬均不存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)，不會(huì)對(duì)人體造成健康危害.從表3可知，3種致癌重金屬風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)大小順序依次為：Cr>Ni>Cd，其中Cr的致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為2.34×10-3，高于致癌風(fēng)險(xiǎn)閾值范圍10-6～10-4[10,15]，可能對(duì)人體造成一定致癌危害，應(yīng)適當(dāng)加以防范，Ni和Cd致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)較低，表明尚不存在致癌風(fēng)險(xiǎn)(表2).

表2 鄭州地鐵地下二層灰塵重金屬不同暴露途徑及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)Tab. 2 Exposure risk for heavy metals in the platform dust of Zhengzhou Subway stations

注:noncan和can分別表示非致癌和致癌；HQ手-口、HQ呼吸、HQ皮膚和HI分別為手-口、呼吸、皮膚的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)和總的非致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；RISK為致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)

2.4 R型聚類分析與因子分析

對(duì)6種重金屬進(jìn)行R型聚類分析(圖4).結(jié)果顯示，Cr-Ni組相關(guān)性較高，兩者變化趨勢(shì)大體一致(圖2)，可能表明來(lái)源較近.Cu-Zn-Cd組相關(guān)性較好，與Cr-Ni組也有一定相關(guān)性，表明污染物來(lái)源類似，且這三個(gè)元素空間分布上無(wú)明顯規(guī)律，表明來(lái)源可能較復(fù)雜.此外，Pb與其他重金屬相關(guān)性都較差，表明其污染來(lái)源的獨(dú)特性.

圖4 重金屬R型聚類分析Fig. 4 R-type cluster analysis of heavy metals in the dust of Zhengzhou Subway station

對(duì)6種重金屬進(jìn)行因子分析，可以提取出兩個(gè)主因子：因子1和因子2，并將各重金屬載荷投射圖5.由圖5可知，重金屬可分為三組，即Cr-Ni組、Cu-Zn-Cd組，Pb單成一組.Cr-Ni組和Cu-Zn-Cd組在因子1上的載荷較大(>0.5).其中Cr-Ni組在因子2上載荷為負(fù)值，但Cu-Zn-Cd組在因子2上有一定載荷(<0.5).Pb在因子2上載荷最大，在因子1上載荷基本為零.

圖5 重金屬因子分析載荷圖Fig. 5 Loadings of factor analysis of heavy metals in the dust of Zhengzhou Subway station

3 討論

3.1 不同功能區(qū)地表灰塵重金屬研究結(jié)果對(duì)比

本研究將地鐵二層灰塵重金屬數(shù)據(jù)分別與鄭州市行政區(qū)、公園綠地、文教區(qū)和交通區(qū)等區(qū)域的地表灰塵重金屬含量進(jìn)行比較(表3).可以看出，地鐵站灰塵重金屬污染物濃度均高于其他城市區(qū)域.總體而言，鄭州各區(qū)域重金屬污染狀況大致順序?yàn)椋旱罔F>老工業(yè)區(qū)>交通密集區(qū)>商業(yè)區(qū)>公園綠地≈居民區(qū)≈文教區(qū)>行政區(qū)>農(nóng)業(yè)區(qū)>自然灘地.究其原因，一方面由于地鐵環(huán)境處于半封閉狀態(tài)，從而使地鐵灰塵受外部條件影響較小，易造成累積；另一方面，地鐵內(nèi)部污染源，比如列車軌道摩擦產(chǎn)生的超細(xì)顆粒物和地鐵隧道的鋼筋施工結(jié)構(gòu)等污染，這兩方面可能是造成地鐵重金屬污染物含量偏高的原因(表3).

表3 鄭州市不同區(qū)域灰塵重金屬含量Tab. 3 Heavy metal concentrations in different types of areas dust in Zhengzhou

3.2 地鐵灰塵重金屬污染評(píng)價(jià)

地質(zhì)累積指數(shù)法(Igeo)結(jié)果表明鄭州地鐵灰塵各重金屬污染程度差異明顯，Cr-Ni為輕微污染或無(wú)實(shí)際污染；Cu-Cd-Zn接近偏中度污染；Pb表現(xiàn)為偏重度污染，但PLI值顯示鄭州地鐵重金屬污染整體上為輕污染級(jí)別(圖3).CDI模型顯示鄭州地鐵重金屬暴露風(fēng)險(xiǎn)均較低(表2)，這與PLI值的評(píng)價(jià)結(jié)果較一致.各重金屬中，Pb的非致癌風(fēng)險(xiǎn)最大，這與其污染程度最重有關(guān)，這與其Igeo值評(píng)價(jià)結(jié)果較吻合(表1).值得注意的是，致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)以Cr最高，且高于建議致癌風(fēng)險(xiǎn)閾值[10,15]，表明其可能對(duì)人體造成潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)(表2).但據(jù)前文可知，鄭州地鐵中Cr污染卻是最輕的(表1).前人在北京地鐵相關(guān)研究中也發(fā)現(xiàn)Cr致癌風(fēng)險(xiǎn)最高，但其污染水平卻不高的現(xiàn)象[10].筆者推測(cè)，這可能與Cr的致癌斜率因子(Slop Factor)遠(yuǎn)高于其他重金屬有關(guān).當(dāng)然，與北京地鐵污染狀況相比[10]，鄭州地鐵污染水平和暴露風(fēng)險(xiǎn)都較低一些(表1、表2).可能原因是，鄭州地鐵1號(hào)線開(kāi)通較晚(北京1和2號(hào)線分別開(kāi)通于1961年和1981年)，運(yùn)行不足4年，重金屬尚未明顯累積.這也表明，地鐵重金屬污染水平與開(kāi)通時(shí)間存在一定的關(guān)系，即開(kāi)通時(shí)間越久，重金屬累積越大，污染越重.

3.3 地鐵灰塵重金屬污染物來(lái)源

聚類分析和因子分析法可以通過(guò)分析不同變量間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)而提取反映原變量信息的綜合因素，因此成為目前辨識(shí)環(huán)境重金屬來(lái)源的常用統(tǒng)計(jì)方法.通常情況下，若重金屬間相關(guān)性較高，說(shuō)明其出自同源的可能性較大，反之則反.

研究表明，重金屬可分為三組：Cr-Ni組、Cu-Zn-Cd組和Pb(圖4、圖5).據(jù)前文分析，Cr-Ni組Igeo指數(shù)較低，多為輕微污染或無(wú)實(shí)際污染(表1)，這表明Cr-Ni重金屬在地鐵站中富集較少，同時(shí)Cr-Ni組在因子1上載荷最大，表明其分布規(guī)律主要受控于因子1(圖5)，因此本研究推測(cè)因子1應(yīng)代表自然來(lái)源，自然成土母質(zhì)仍是Cr-Ni組的主要來(lái)源[22,23].Cu-Zn-Cd組元素在因1上的載荷遠(yuǎn)大于因子2(圖5)，且與Cr-Ni組關(guān)系較近(圖4)，因此推測(cè)Cu-Zn-Cd金屬仍主要為自然來(lái)源.同時(shí)，Cu-Zn-Cd組元素在因子2上也存在一定載荷(圖5)，表明其已經(jīng)受到了一定程度的非自然來(lái)源，即人為源的影響，這也與前文中它們的偏中度污染水平結(jié)果較吻合(表1).Pb元素自成一組，在因子2上載荷最高，表明其主要來(lái)自人為源的輸入(圖5)，這與其偏重度的污染水平結(jié)果較一致(表1).

前文分析表明，鄭州地鐵1號(hào)線空間分布呈現(xiàn)“兩高三低”(圖3).結(jié)合鄭州市區(qū)實(shí)地情況可知，火車站-會(huì)展中心站區(qū)段是鄭州市最為擁堵的路段之一，該區(qū)段內(nèi)的二七廣場(chǎng)站和紫荊山站為市內(nèi)最重要的兩個(gè)交通樞紐(圖1A)，信號(hào)燈多，車行緩慢.此外，鄭州東站附近為近幾年新建交通樞紐站，車流量增長(zhǎng)十分迅速.因此本研究推測(cè)，鄭州地鐵重金屬污染的人為來(lái)源主要是外源性的交通源，即汽油燃燒、輪胎磨損等.前人對(duì)芬蘭赫爾辛基地鐵的相關(guān)研究也表明街道交通是城市地鐵站污染物輸入的主要來(lái)源[25].當(dāng)然，鄭州屬北方城市，每年11月中旬至次年3月中旬集中供暖，冬季燃煤所產(chǎn)生重金屬細(xì)顆粒也可能是污染來(lái)源之一[24].另外，鄭州東站為新建火車站，雖同為交通樞紐，但人車流量還遠(yuǎn)較二七廣場(chǎng)站和紫荊山站低，該站重金屬來(lái)源可能還包括地鐵站內(nèi)建筑物墻面維修、涂層脫落、線路磨損和電鍍金屬腐蝕等內(nèi)源性污染[10].

所有重金屬中，Pb污染最重，且主要來(lái)源為人為活動(dòng)輸入，自然來(lái)源極少.前人研究顯示，交通源輸入是Pb元素的最為重要來(lái)源之一，特別是含鉛汽油的尾氣排放、輪胎剎車與輪轂?zāi)p等[13,15,18].據(jù)鄭州交管所統(tǒng)計(jì)，截至2007年6月鄭州的機(jī)動(dòng)車保有量為282萬(wàn)輛，和天津持平，超過(guò)西安、武漢等城市，為中部六省城市之首.這可能是鄭州地鐵Pb含量較高的原因之一，這與國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道也較一致[25,26].此外，地鐵二層灰塵中的重金屬污染也可能少部分源于列車與軌道摩擦及剎車系統(tǒng)形成的顆粒物，前人研究表明這種成因的超細(xì)顆粒物極易富含Pb等重金屬元素[7,27].

3.4 地鐵灰塵重金屬污染輸入方式比較

研究表明，鄭州地鐵重金屬在3個(gè)區(qū)域的污染程度表現(xiàn)為：一層> 二層> 站外(圖2、圖3).導(dǎo)致這種污染程度差異現(xiàn)象的主要原因，應(yīng)該與污染物來(lái)源和輸入距離的遠(yuǎn)近有關(guān).前人利用回歸模型研究風(fēng)速和地鐵灰塵含量的關(guān)聯(lián)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)風(fēng)速和地鐵污染的暴露水平具有很高的相關(guān)性，而且風(fēng)速高有利于地鐵空氣污染水平的稀釋和降低，風(fēng)速低則有利于污染物的沉降與富集[27].一般來(lái)說(shuō)，站外灰塵中重金屬污染物主要來(lái)自大氣降塵(包括自然來(lái)源、交通源等)，但其極易受到外部環(huán)境的影響，如雨雪的沖刷洗滌和植物吸收降解等，因此其污染程度一般.站內(nèi)的地下一層是外部污染物通過(guò)風(fēng)力裹挾輸入地鐵站內(nèi)空間后，最先沉降累積的區(qū)域(圖1B)，而且能夠穿越長(zhǎng)長(zhǎng)的地鐵走廊進(jìn)入站內(nèi)的灰塵都是其中的極細(xì)組分，因而更易吸附重金屬污染物[13]，污染也相對(duì)嚴(yán)重.另外，由地下一層進(jìn)入地下二層的通道極窄(一般為自動(dòng)扶梯和樓梯連通)(圖1B)，且站內(nèi)風(fēng)力基本消失，因此能夠繼續(xù)輸送進(jìn)入地下二層的灰塵已經(jīng)極少.當(dāng)然，地下二層重金屬也不排除部分來(lái)自地鐵內(nèi)部污染源，比如列車軌道摩擦產(chǎn)生等，但目前國(guó)內(nèi)地鐵站大多安裝了屏蔽門，因此這部分污染物輸入比例應(yīng)很少.基于以上分析，這些綜合因素導(dǎo)致了地下二層污染要稍輕于一層，且兩者污染都要重于站外.SEATON等[28]分別對(duì)倫敦地鐵的站臺(tái)、地鐵車廂和車頭的研究表明，站臺(tái)上的污染要高于車廂和車頭位置，而且表現(xiàn)為地下站臺(tái)高于地上站臺(tái).研究還發(fā)現(xiàn)[28]，這些污染物中粒徑小于1m的組分約占到總量的80%，這已屬于極細(xì)顆粒組分，也只有這樣的極細(xì)顆粒才能穿過(guò)通道并沉降于地鐵站內(nèi)的一層，甚至二層.

4 結(jié)論

本文研究了鄭州地鐵重金屬污染狀況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同區(qū)域污染程度依次為：一層> 二層> 站外，污染水平為: Pb?Cd≈Zn>Cu>Cr>Ni.重金屬污染空間分布呈現(xiàn)“兩高三低”.致癌風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)中以Cr最高，高于建議致癌風(fēng)險(xiǎn)閾值，可能對(duì)人體造成潛在致癌風(fēng)險(xiǎn).重金屬主要污染源包括：汽油燃燒、輪胎磨損和大氣降塵等.研究發(fā)現(xiàn)地鐵重金屬污染與污染物來(lái)源和輸入距離的遠(yuǎn)近有密切關(guān)系.極細(xì)顆粒污染物，能穿過(guò)通道并沉降于地鐵站內(nèi)從而造成污染累積.因此，為進(jìn)一步改善市民出行環(huán)境質(zhì)量，本研究建議今后注意以下幾點(diǎn)：a)加強(qiáng)地鐵的屏蔽門建設(shè)，防止列車運(yùn)行產(chǎn)生的內(nèi)源性污染物進(jìn)入站臺(tái)；b)對(duì)超細(xì)灰塵應(yīng)加強(qiáng)清理水平，特別是樓梯下、臺(tái)階上、垃圾箱后等容易忽略的區(qū)域，防止灰塵在此累積；c)加大地鐵通風(fēng)設(shè)施建設(shè)，加強(qiáng)地下空間與外界環(huán)境的空氣流通，以便污染物及時(shí)稀釋和輸出.