濟(jì)南城市主干道降塵重金屬污染特征及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

張桂芹，譚路遙，張懷成，董磊磊，杜云龍，朱麗*

1. 山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101；2. 山東省濟(jì)南生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 濟(jì)南 250101；3. 山東碧軒環(huán)境檢測有限公司，山東 濟(jì)南 250101

20世紀(jì)以來，空氣顆粒物在世界各國引發(fā)了一系列環(huán)境污染事件，使得大氣污染這一世界性問題得到人們?nèi)找鎻V泛的關(guān)注。降塵是大氣顆粒物中主要的組成成分同時(shí)也是多種污染物的載體，相對(duì)降塵本身，其載帶的重金屬元素對(duì)環(huán)境、生物和人體的毒害作用更大（姜偉，2008）。有毒重金屬進(jìn)入人體的方式有3種：水、空氣和食物，其中通過空氣的方式最需要引起關(guān)注，卻也最容易被忽視（姚琳等，2012）。所以研究城市主干道降塵載帶的金屬元素質(zhì)量濃度特征及評(píng)價(jià)其生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)了解城市大氣顆粒物的危害水平及精準(zhǔn)施策具有重大現(xiàn)實(shí)意義。近年來，國內(nèi)外學(xué)者從不同角度對(duì)城市降塵量及降塵中重金屬污染問題進(jìn)行了研究。Meena et al.（2014）對(duì)印度西部工業(yè)城市、設(shè)拉子降塵進(jìn)行分析，認(rèn)為降塵受人為源影響較大。楊文娟等（2017）、周珂等（2016）、高貴生等（2013）和楊麗萍等（2002）分別對(duì)西安市、武漢市、青海省和蘭州市的降塵通量進(jìn)行了研究，認(rèn)為交通源是降塵污染的來源之一，其中，高貴生等（2013）研究認(rèn)為城市人口的膨脹和機(jī)動(dòng)車輛的增多使降塵污染加重，而重金屬是降塵中的重要載帶成分，一旦進(jìn)入環(huán)境體系就成為永久性潛在污染物質(zhì)（畢建洪，2008），對(duì)生活環(huán)境造成極大影響。熊秋林等（2018）、Qiao et al.（2013）、焦荔等（2013）和陳智賢等（2011）分別對(duì)北京市、中國北方城市、杭州市和唐山市的降塵重金屬進(jìn)行研究，認(rèn)為重金屬主要來源于交通、燃煤和工業(yè)生產(chǎn)。竹濤等（2017）對(duì)北京鋪裝道路降塵中重金屬進(jìn)行富集因子分析，認(rèn)為Mn是來源于自然源?？梢?，降塵中重金屬不僅來源于人為源，同時(shí)受到自然源影響。Wang et al.（2018）和王呈等（2016）用地累積指數(shù)法對(duì)南京公園降塵中重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)Hg是污染程度最高的金屬元素；李越洋等（2018）和孫宗斌等（2015）對(duì)天津市道路降塵中重金屬進(jìn)行污染評(píng)價(jià)，認(rèn)為Zn、Cu和Pb也是污染程度較高的金屬元素。秦偉等（2018）對(duì)石家莊采暖季道路降塵評(píng)價(jià)潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)現(xiàn)，Cu的風(fēng)險(xiǎn)最大。

濟(jì)南作為山東省會(huì)城市，是擁有 478.54萬（2018年）常駐人口的大城市，也是京津冀“2+26”大氣傳輸通道城市之一，同時(shí)交通擁堵情況也較嚴(yán)重，是濟(jì)南市區(qū)最重要的一條東西向交通主動(dòng)脈，橫跨歷下區(qū)、市中區(qū)、槐蔭區(qū)、歷城區(qū)，章丘區(qū)和長清區(qū)，可作為典型的城市主干道樣本。目前，針對(duì)濟(jì)南市降塵方面的研究主要集中在城市區(qū)域降塵通量、重金屬特征及有機(jī)物研究。趙西強(qiáng)等（2015）和龐緒貴等（2014）利用熒光光譜法對(duì)濟(jì)南市降塵特征進(jìn)行研究；趙祥峰（2006）通過構(gòu)建自由粒子模型，對(duì)濟(jì)南市降塵重金屬形態(tài)進(jìn)行研究；趙西強(qiáng)等（2015）對(duì)濟(jì)南城區(qū)降塵進(jìn)行污染評(píng)價(jià)；劉文霞等（1998）對(duì)濟(jì)南降塵中有機(jī)污染物及自由基進(jìn)行檢測?？梢姡P(guān)于降塵量及降塵中重金屬污染問題大多學(xué)者關(guān)注是的城市尺度的降塵通量、塵載重金屬來源以及污染水平和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，鮮有針對(duì)濟(jì)南市主干道降塵重金屬污染特征的報(bào)道，且關(guān)于塵載重金屬的危害多采用一種方法評(píng)價(jià)，得到的結(jié)果比較片面。

本研究以交通擁堵較為嚴(yán)重的濟(jì)南城市主干道經(jīng)十路城區(qū)路段為研究范圍，采樣點(diǎn)布設(shè)既考慮了土地類型的變化、與主干路的距離，也考慮了城市功能區(qū)的全面性，從小尺度上側(cè)重研究交通源對(duì)降塵及塵載重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響，將地累積指數(shù)評(píng)價(jià)、潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)以及基于重金屬形態(tài)分析的生物有效性評(píng)價(jià)集成應(yīng)用于城市主干道沿線區(qū)域的降塵污染研究中，不僅為城市降塵污染控制提供了依據(jù)，研究成果可揭示降塵中重金屬的活性組分，從而為保障人體健康提供了溯源的重點(diǎn)和方向。

1 材料與方法

1.1 采樣時(shí)間和地點(diǎn)

遵循代表性以及均勻性布點(diǎn)原則，在經(jīng)十路（中心城區(qū)路段 30 km，不包括章丘區(qū)和長清區(qū)路段）兩側(cè)共布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn)，采樣時(shí)間為2017年12月1日—2018年11月30日。采樣點(diǎn)位及位置信息見圖1和表1。

按照《環(huán)境空氣降塵的測定重量法》（GB/T 15265—1994）進(jìn)行大氣降塵樣品的采集，采用標(biāo)準(zhǔn)降塵缸，缸內(nèi)預(yù)先裝入足量的超純水和適量的乙二醇。每個(gè)采樣點(diǎn)放置2個(gè)降塵缸，距離采樣平臺(tái)1 m，平臺(tái)距離地面10—15 m高度。每月（按(30±2) d）換一次降塵缸，降塵樣品采集完成后，用密封蓋密封并妥善保存，防止存放過程中樣品損壞或損失。

1.2 樣品處理與分析

1.2.1 樣品處理與測試方法

去除降塵缸中的雜物，用蒸餾水沖洗降塵缸內(nèi)壁上的降塵于燒杯中，105 ℃下恒溫烘干后，用萬分之一天平稱質(zhì)量，密封保存。取0.050 g降塵樣品放入消解儀中進(jìn)行消解。加入2 mL濃鹽酸和6 mL濃硝酸，在120 ℃溫度下消解2 h，繼續(xù)加熱，待酸近干后，往消解罐中加1 mL硝酸和10 mL去離子水，微加熱，然后超聲震蕩10 min，然后移到比色管中，用去離子水定容至50 mL，待測。利用ICP-MS（聚光科技ICP-5000）測定Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd及其不同形態(tài)的重金屬含量，利用原子熒光分光光度計(jì)測定Hg和As。每批樣品均抽取1個(gè)樣品做3次平行分析，各重金屬元素及不同形態(tài)的含量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均在±5.0%以內(nèi)；同時(shí)進(jìn)行1個(gè)全程空白實(shí)驗(yàn)，空白實(shí)驗(yàn)中均未檢測出目標(biāo)物質(zhì)；采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供的土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-華北平原土壤 GBW 07427（GSS-13）按全程序進(jìn)行加標(biāo)回收，每種元素的回收率均在80%—115%之間。

圖1 濟(jì)南市經(jīng)十路兩側(cè)降塵采樣點(diǎn)位圖Fig. 1 Bitmap of dust sampling points along Jingshi road in Jinan city

表1 濟(jì)南市降塵采樣點(diǎn)分布Table 1 Distribution of dust sampling sites in Jinan city

1.2.2 地累積指數(shù)法

地累積指數(shù)（Geo-accumulation index，Igeo），反映了重金屬分布的自然變化特征，同時(shí)可以判別人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響，是區(qū)分人為活動(dòng)影響的重要參數(shù)。Igeo被認(rèn)為是一種土壤以及降塵中重金屬污染的定量指標(biāo)（趙珍麗等，2018）。本研究采用Igeo評(píng)價(jià)濟(jì)南市降塵 8種重金屬的污染水平，計(jì)算公式為（李良忠等，2017）：

式中：Ci為降塵中元素i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·g-1；Bi為元素i的土壤背景值，本文選取山東省表層土壤平均值（龐緒貴等，2018）；k是考慮到各地造巖運(yùn)動(dòng)等效應(yīng)可能引起的背景值差異而取得修正系數(shù)，取1.5（陳泓霖等，2019）。表2為Igeo的詳細(xì)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與污染程度劃分（Khuzestani et al.，2013）。

1.2.3 潛在生態(tài)危害指數(shù)法

Igeo反映了人為和自然因素共同作用下的降塵中重金屬污染水平，但不能直觀地反映潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。Hakanson（1980）提出了潛在生態(tài)危害指數(shù)法，廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)大氣降塵中的重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)（趙珍麗等，2018），本文采用生態(tài)危害指數(shù)法評(píng)價(jià)濟(jì)南城市主干道降塵中 8種重金屬的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。計(jì)算公式如下（吳勁楠等，2018）：

表2 地累積指數(shù)污染程度分級(jí)Table 2 Classification of pollution degree of Geo-accumulation index

式中，Ei為潛在生態(tài)危害單項(xiàng)系數(shù)；Ti為重金屬毒性系數(shù)，8種重金屬的毒性系數(shù)（解惠婷等，2014）分別為：Cu、Pb、Ni取 5，Cr取 2，As取10，Zn、Mn取1，Hg取40；Ci為重金屬i的實(shí)測質(zhì)量分?jǐn)?shù)，mg·g-1；RI為重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)污染指數(shù)，重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見表 3（趙珍麗等，2018）。

表3 潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)與等級(jí)劃分Table 3 Potential ecological risk assessment indicators and classification

1.2.4 重金屬形態(tài)分析前處理及形態(tài)特性

降塵中重金屬的污染危害不僅與其含量有關(guān)，還與其形態(tài)關(guān)系密切。重金屬形態(tài)主要包括乙酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘余態(tài)，目前研究主要依據(jù)重金屬的質(zhì)量分?jǐn)?shù)評(píng)價(jià)其危害還不夠全面，因此基于BCR連續(xù)提取法（潘鶯金等，1988；姚慧，2016）優(yōu)化改進(jìn)進(jìn)行樣品處理，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定不同形態(tài)的重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以評(píng)價(jià)降塵中重金屬各形態(tài)的危害水平。

乙酸可提取態(tài)最活潑，可氧化態(tài)和可還原態(tài)也有一定的活性，處于這3種形態(tài)的元素可以轉(zhuǎn)移到其他環(huán)境介質(zhì)中，這3種形態(tài)稱為“非穩(wěn)定態(tài)”（王利軍等，2011）。一般非穩(wěn)定態(tài)為生物可給態(tài)，即可被生物體吸收利用，而殘余態(tài)又稱為惰性態(tài)，一般難被生物體利用（王新偉等，2002）。所以重金屬生物可給態(tài)的含量水平反映了重金屬的生物有效性。

1.2.5 生物有效性

生物有效性是指重金屬元素對(duì)生物產(chǎn)生毒性效應(yīng)或能被生物吸收的部分，可由間接的毒性數(shù)據(jù)或生物體濃度數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)。重金屬環(huán)境行為和生物有效性與其化學(xué)形態(tài)有很大關(guān)系。梅凡民等（2012）通過非穩(wěn)態(tài)占比來判斷生物對(duì)于重金屬的可利用程度，大氣顆粒物中重金屬元素的生物有效性系數(shù)（k）的計(jì)算式（趙莉斯等，2017）：

式中，F(xiàn)i為不同形態(tài)重金屬元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，i=l, 2, 3, 4，F(xiàn)l、F2、F3、F4分別表示乙酸可提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘余態(tài)。

2 城市主干道降塵通量及重金屬分布特征

2.1 城市主干道降塵通量及重金屬總量分布特征

本研究共檢測分析了降塵中9種重金屬（Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、As）的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，其中Cd在5個(gè)測點(diǎn)均未檢出，所以后續(xù)的分析均不再涉及。分別計(jì)算經(jīng)十路5個(gè)點(diǎn)位年均降塵通量以及降塵中8種重金屬年平均質(zhì)量分?jǐn)?shù)，再對(duì)各點(diǎn)位8種重金屬總質(zhì)量分?jǐn)?shù)求和，記為ωtotal，結(jié)果見圖2。

圖2 城市主干道降塵通量及重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和ωtotalFig. 2 The total of dust flux and heavy metal content in urban main roads ωtotal

4#的降塵通量為 10.18 t·km-2·30 d-1，根據(jù)環(huán)保部 2018年公布的京津冀地區(qū)降塵量標(biāo)準(zhǔn)（9 t·km-2·30 d-1）判斷，4#降塵通量超標(biāo)。4#位于經(jīng)十路以北，且距離經(jīng)十路最近（418 m），同時(shí)4#東側(cè)在采樣期間處于道路施工狀態(tài)，韓尤杰等（2016）研究發(fā)現(xiàn)施工過程中起塵方式主要為機(jī)動(dòng)車及人員活動(dòng)造成的道路揚(yáng)塵，故4#降塵通量主要是受交通源和施工工地?fù)P塵共同影響所致。2#降塵通量最小，為 5.81 t·km-2·30 d-1，雖然 2#位于市中心區(qū)域，但通行車輛多是小型轎車，且路面質(zhì)量較好，對(duì)降塵通量影響較小，故2#降塵通量濃度最低。1#、3#、5#降塵通量分別為 7.04、7.20、6.65 t·km-2·30 d-1，均未超過降塵量標(biāo)準(zhǔn)。沒有施工揚(yáng)塵影響條件下，濟(jì)南市區(qū)經(jīng)十路的降塵通量不超過京津冀地區(qū)降塵量標(biāo)準(zhǔn)。

由圖2可知，5個(gè)測點(diǎn)的ωtotal大小為：ω2#＞ω3#＞ω1#＞ω4#＞ω5#。2#點(diǎn)位雖然降塵通量最小，但是降塵中重金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)ωtotal最高，濟(jì)南經(jīng)十路降塵中重金屬污染主要集中在2#和3#。原因可能是2#和3#距離主干道較近，采樣點(diǎn)位于市中心區(qū)域，交通擁擠，區(qū)域土地利用類型多樣化，重金屬來源較復(fù)雜；5#距離經(jīng)十路垂直距離最遠(yuǎn)（2490 m），且該路段車流量少，區(qū)域土地利用類型較單一，主要是學(xué)校和山體，ωtotal最小，可見，經(jīng)十路沿線各測點(diǎn)降塵中重金屬污染情況受交通源及人為活動(dòng)影響較大。

與背景值對(duì)比可知，Zn、Mn是濟(jì)南經(jīng)十路降塵中主要的重金屬元素。ωZn變化趨勢和ωtotal變化趨勢一致，已有研究認(rèn)為，Zn主要來源于機(jī)動(dòng)車輪胎磨損（張春榮等，2014），故本研究佐證了濟(jì)南主干道降塵中的重金屬元素主要受交通源影響。吳國平等（2009）對(duì)順德市降塵中重金屬的研究也表明Zn是首要的污染元素。

Cr、Cu、Pb、Ni質(zhì)量分?jǐn)?shù)在 0.5 mg·g-1以下，As和Hg最低在0.06 mg·g-1以下。其中，Zn、Cu、Pb和 Hg在 2#存在最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)。已有研究表明Zn主要來自于機(jī)動(dòng)車輪胎磨損，Cu來源于交通污染和汽車的剎車中控制熱量的傳遞以及汽車油泵材料的磨損產(chǎn)生（李萍等，2014），Pb主要來源于含鉛汽油的使用以及車輪胎磨損（于瑞蓮等，2009）。2#處于市中心，是商業(yè)和購物的密集地，人流量和車流量均高于其他4個(gè)點(diǎn)位，故2# 4種重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。

Mn、Cr在3#存在最大值，劉愛明等（2011）研究認(rèn)為 Mn主要來源于土壤顆粒物；蔡奎等（2012）研究認(rèn)為Cr同樣來源于土壤顆粒?？梢?#是由于土壤揚(yáng)塵的問題導(dǎo)致Mn和Cr質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高。Ni、As在2#和3#都較高，而蔡奎等（2012）對(duì)石家莊的降塵研究發(fā)現(xiàn)，Ni和As含量最大值在出現(xiàn)在客運(yùn)站附近，說明Ni和As同樣受交通源影響，因此在 2#和 3#存在較大質(zhì)量分?jǐn)?shù)。孫友敏等（2018）對(duì)濟(jì)南市機(jī)動(dòng)車尾氣污染特征分析研究，認(rèn)為 Pb、Cu主要存在于柴油車尾氣中，Zn、Mn主要存在于汽油車尾氣。由于 1#附近存在機(jī)床二廠，柴油車運(yùn)輸流量較大，1#降塵中的Cu、Pb部分來源于柴油車的影響。

2.2 城市主干道降塵的重金屬含量季節(jié)分布特征

由于Zn、Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨季節(jié)變化，存在較大差異，故計(jì)算2017年12月1日—2018年2月、2018年3月1日—5月31日、2018年6月1日—8月31日、2018年9月1日—11月30日的月均值，分別代表冬、春、夏、秋4個(gè)季節(jié)，對(duì)4種元素做堆積圖，如圖3。

從圖 3可以看出，ωZn和ωMn在 2#最高。ωMn在5個(gè)點(diǎn)位的質(zhì)量分?jǐn)?shù)變化較小，是由于Mn來自于土壤揚(yáng)塵，5個(gè)點(diǎn)位均位于市區(qū)，地表裸露面積相似，故ωMn變化較小。而ωZn是由于機(jī)動(dòng)車源的影響，不同點(diǎn)位路段車流量的差異導(dǎo)致ωZn不同。

ωMn在春冬季節(jié)較高，在夏秋季節(jié)較低。主要是由于在夏秋季節(jié)的采樣期間濟(jì)南市經(jīng)歷了3場臺(tái)風(fēng)雨，經(jīng)過雨水的沖刷，減少了土壤揚(yáng)塵，所以導(dǎo)致 Mn在夏季質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低。而ωZn同樣是在冬季較高，其中2#的ωZn四季變化不大，可能是由于處于商業(yè)區(qū)，四季車流量變化幅度小，故2#的ωZn隨四季變化小?？梢姖?jì)南市經(jīng)十路沿線測點(diǎn)降塵中重金屬在春冬季較高，在夏秋季較低。楊文娟等（2017）對(duì)西安市降塵重金屬研究，也發(fā)現(xiàn)冬季重金屬含量最高，夏秋季質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，與本研究結(jié)果較一致。

圖3 不同季節(jié)下主干道降塵中Zn和Mn質(zhì)量分?jǐn)?shù)分布特征Fig. 3 Distribution characteristics of Zn and Mn mass fraction in dust fall from main roads in different seasons

3 城市主干道降塵中重金屬污染特征及評(píng)價(jià)

3.1 地累積指數(shù)（Igeo）

由表4可知，Mn和As在各個(gè)點(diǎn)位中的Igeo＜0，表明Mn和As含量較低，尚未達(dá)到污染程度。Cr在 2#和 3#中的Igeo分別為0.35和0.51，屬于輕度污染，在1#、4#和5#未達(dá)污染程度。Cu的Igeo范圍為 0.91—1.71，Pb的Igeo范圍為 0.77—1.80，Ni的Igeo范圍為0.33—1.18。結(jié)合表2，這3種重金屬的污染程度為輕度-中度污染。Zn的Igeo范圍為2.21-2.80，污染程度為中度-重度污染。Hg的Igeo范圍為 6.50—8.62，污染程度最嚴(yán)重為極重污染。張棕巍等（2016）對(duì)泉州市降塵中的重金屬進(jìn)行污染水平評(píng)價(jià)，同樣發(fā)現(xiàn)交通繁忙區(qū)域Hg和Zn的污染最為嚴(yán)重，Hg為重度污染，Zn為中度-重度污染，可見，位于城市中心測點(diǎn)的降塵中重金屬污染特征與交通源相關(guān)性較大。

表4 濟(jì)南市主干道降塵中重金屬地累積指數(shù)（Igeo）Table 4 Geo-accumulation index of heavy metals in the dust fall of the main road of Jinan city

3.2 降塵中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

由表 5可知，Hg的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)范圍為135.53—589.40，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為較強(qiáng)-極強(qiáng)，是潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高的重金屬元素。崔邢濤等（2011）研究石家莊降塵中重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)同樣認(rèn)為Hg具有較大的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，其余7種重金屬的指數(shù)范圍在0.51—10.46，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為輕微?？梢?，潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大的重金屬元素為Hg，此結(jié)果與地累積指數(shù)法結(jié)果相一致。

表5 濟(jì)南市主干道降塵中重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Ecological risk assessment results of heavy metals in the dust fall of the main road in Jinan

在5個(gè)點(diǎn)位中，2#的RI為616.28，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為極強(qiáng)，其他4個(gè)點(diǎn)位的RI范圍為155.92—250.53，風(fēng)險(xiǎn)程度為中等。所以5個(gè)采樣點(diǎn)中泉城廣場測點(diǎn)降塵中重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大?？梢?，2#雖然降塵通量低，但是降塵所帶來的重金屬污染卻較嚴(yán)重，同時(shí)該點(diǎn)位處屬于商業(yè)繁華區(qū)域，人口流量大，降塵污染對(duì)人體健康影響較大。因此，大氣降塵的控制不能僅依據(jù)降塵通量，還要考慮塵載金屬元素的污染特性及受影響的人口分布等因素，控制城市降塵污染才能精準(zhǔn)施策，取得事半功倍的成效。

Black-Scholes方程的結(jié)果顯示，在運(yùn)算過程中對(duì)于漂移項(xiàng)采用消除處理方法，即漂移項(xiàng)代表風(fēng)險(xiǎn)期望收益率。故證券價(jià)格未來變化與人們對(duì)其預(yù)測行為并無關(guān)聯(lián)，投資者的風(fēng)險(xiǎn)偏好對(duì)期權(quán)價(jià)格的影響微乎其微。

4 重金屬形態(tài)分布特征及生物有效性評(píng)價(jià)

4.1 重金屬形態(tài)分析

由于2#的ωtotal最高，其降塵通量超過京津冀地區(qū)降塵量標(biāo)準(zhǔn)，且2#塵載8種重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最高，故僅對(duì)2#的重金屬進(jìn)行形態(tài)分析及生物有效性評(píng)價(jià)。地累積指數(shù)法計(jì)算結(jié)果表明 Mn和 As未達(dá)到污染程度，故只對(duì)Cr、Cu、Pb、Ni、Zn和Hg在2#進(jìn)行生物有效性評(píng)價(jià)。2#降塵中各種重金屬形態(tài)所占比例如圖4。

金屬離子的可溶解性及化學(xué)形態(tài)與重金屬的活動(dòng)性和生物有效性有較大相關(guān)性，隨著提取過程的進(jìn)行，重金屬的活動(dòng)性和生物有效性逐漸下降，即各形態(tài)的活動(dòng)性排序?yàn)橐宜峥商崛B(tài)＞可還原態(tài)＞可氧化態(tài)＞殘余態(tài)。

由圖4可知，Zn主要以乙酸可提取態(tài)存在，可能是由于 Zn在大氣降塵中的吸附方式以及較強(qiáng)的化學(xué)活性所導(dǎo)致（于瑞蓮等，2013），由此說明該重金屬元素存在于大氣中的形態(tài)較活潑，若環(huán)境發(fā)生變化，可能產(chǎn)生比較大的影響；Pb主要以可還原態(tài)存在，則該金屬在一般的環(huán)境條件下是相對(duì)穩(wěn)定的（李少洛，2019），但是存在潛在活動(dòng)性，對(duì)人體具有潛在風(fēng)險(xiǎn)（趙莉斯等，2017）。降塵中Cu、Hg主要以可氧化態(tài)存在，Cr、Ni主要以殘余態(tài)存在。此研究結(jié)果與趙莉斯等（2017）對(duì)廈門市分析結(jié)果大致相同。

圖4 重金屬形態(tài)分布Fig. 4 Morphological Distribution of Heavy Metals

4.2 生物有效性評(píng)價(jià)

學(xué)者們通過非穩(wěn)定態(tài)（乙酸可提取態(tài)、可還原態(tài)和可氧化態(tài)之和）占全態(tài)的比例，生物有效性系數(shù)k，來評(píng)價(jià)重金屬的生物有效性，計(jì)算得表6。

表6 降塵中非穩(wěn)態(tài)所占比例Table 6 Proportion of unsteady state in Dustfall

由表6可發(fā)現(xiàn)，2#中Zn生物有效性最大，其余元素依次為 Pb、Cu、Hg、Ni、Cr。根據(jù)生物有效性系數(shù)大小，可以把重金屬元素分為 3類：當(dāng)k＞0.8時(shí)，為生物可利用性元素；當(dāng)0.8＞k＞0.2時(shí)，為潛在生物可利用性元素；當(dāng)0.2＞k時(shí)，為生物不可利用性元素（趙莉斯等，2017）。故 Zn、Pb為生物可利用元素；Cu、Hg、Ni、Cr為潛在生物可利用性元素。其中Zn、Pb均有80%以上可以發(fā)生遷移，Cu有70%以上可以發(fā)生遷移，此3種重金屬元素生物有效性較高，降塵沉降到地面或水體以后，易被生物利用，可見Zn、Pb和Cu通過呼吸道進(jìn)入人體以后，將造成較大危害（李少洛，2019）。上述3種金屬雖然潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)污染較輕，但是其生物有效性高，故也應(yīng)當(dāng)引起人們的重視。Igeo的評(píng)價(jià)結(jié)果表明Hg屬極重污染程度的元素，但其在2#的生物有效性卻較小，因此可以推斷其他點(diǎn)位Hg的生物有效性更小一些，其點(diǎn)位附近降塵中Hg對(duì)生物的危害并不高。

5 結(jié)論

基于濟(jì)南市主干道兩側(cè)布設(shè)的5個(gè)采樣點(diǎn)位的降塵通量以及降塵中重金屬質(zhì)量分?jǐn)?shù)的監(jiān)測結(jié)果，研究了2017年12月—2018年11月濟(jì)南市區(qū)城市主干道經(jīng)十路降塵通量及降塵中重金屬元素污染水平及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，得到如下結(jié)論：

（1）濟(jì)南市主干道經(jīng)十路降塵通量范圍在5.81—10.18 t·km-2·30 d-1，沒有施工揚(yáng)塵影響條件下，濟(jì)南市區(qū)主干道的降塵通量不超過京津冀地區(qū)降塵量標(biāo)準(zhǔn)（9 t·km-2·30 d-1）。

（2）9種重金屬總質(zhì)量分?jǐn)?shù)呈現(xiàn)出隨著車流量的減少而降低的特征，說明濟(jì)南市主干道降塵中的重金屬受交通源影響較大。

（3）Zn、Mn是濟(jì)南市主干道經(jīng)十路降塵中主要的重金屬元素，分別主要受交通源和土壤源影響所致。As和Hg質(zhì)量分?jǐn)?shù)較低，Cd為未檢出。位于人、車流量大的中心城區(qū)路段表現(xiàn)出降塵通量最小但ωtotal最高的現(xiàn)象，Zn、Cu、Pb和Hg均在該點(diǎn)位呈現(xiàn)出最大質(zhì)量分?jǐn)?shù)，表明人為活動(dòng)和交通源對(duì)降塵中重金屬影響較大。

（4）地累積指數(shù)評(píng)價(jià)（Igeo）和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)（RI）評(píng)價(jià)具有一致的結(jié)果，5個(gè)點(diǎn)位降塵中重金屬污染程度最高的元素是Hg，依據(jù)Igeo評(píng)價(jià)Hg為重度污染。降塵中重金屬元素的單項(xiàng)生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)為Hg最高，其余均輕微；Hg在泉城廣場（2#）測點(diǎn)表現(xiàn)出潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)最大。降塵中重金屬元素的綜合生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)同樣在2#最大，RI為616.28，生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度為極強(qiáng)。

（5）2#達(dá)到污染程度的6種重金屬中，Zn、Pb為生物可利用元素；Cu、Hg、Ni、Cr為潛在生物可利用性元素。因此，從生物有效性看，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注降塵中的Zn、Pb，而從潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)看，Hg應(yīng)受到重視；從時(shí)空分布看，降塵污染應(yīng)重點(diǎn)控制春冬季節(jié)人、車流量大的城市主要干道附近區(qū)域。