宝鸡市不同功能区灰尘重金属污染特征与评价<sup>*</sup>

城市灰尘广泛分布于城市环境中，是多种污染物的运载体和反应床[1]，尤其是重金属类污染物[2]。重金属依附于灰尘颗粒表面通过地-气相互作用参与大气循环、水循环，因其不可降解性和生物富集性，往往造成动植物生态安全风险，并最终危害人体健康。因此，灰尘重金属污染受到广泛关注。工业城市在金属冶炼、生产制造、交通运输等过程中产生的灰尘重金属含量高、危害大[3]。Kamani等[4]研究了德黑兰街道降尘重金属，结果表明Cd 具有最高的生态风险；钟萍等[5]对华中工业走廊灰尘重金属的研究表明，道路尘中重金属含量明显高于表层土壤；刘德鸿等[6]对工业城市洛阳灰尘重金属的研究表明其城市环境面临问题，Cd、Zn含量最高，污染最重。

有关工业城市不同功能区灰尘重金属污染差异的研究较少。不同功能区的土地利用、植被覆盖等状况不一，重金属含量与富集程度也不尽相同[7]。于瑞莲等[8]发现泉州市不同功能区大气降尘重金属生态危害程度顺序为工业区>商业区>交通繁忙区>居民区>农业区。宝鸡是中国西部工业重镇和交通要塞，也是关天经济区副中心城市[9-10]。前人对宝鸡市灰尘的研究[11-14]多聚焦于街尘或某区域灰尘，缺少覆盖全城的基础的最新数据，特别是对不同功能区灰尘重金属污染的研究较少。近几年，宝鸡市实施东移西扩战略，城区急剧扩张，土地利用强度增大[10]，不同功能区内的灰尘重金属分布极有可能存在显著差异，对此展开深入研究尤为必要。

本文将以宝鸡市不同功能区灰尘为研究对象，采用ArcGIS10.2 布设采样点，利用潜在生态风险指数法、污染负荷指数法、GIS空间分析，研究不同功能区灰尘重金属含量、污染水平及生态风险，以期为宝鸡市环境监测与污染防控提供参考。

1 材料及方法

1.1 样品采集

根据土地利用方式[15]及实地调查，利用ArcGIS 10.2在宝鸡市不同功能区布设采样点55个(图1)。采集宝鸡市文教区灰尘样品9个、工业区(姜谭老工业区、陈仓科技工业园)11个、商业区(经一路、高新区)10个、住宅区11个、交通区14个。采样前1周天气晴好，按照网格法用塑料毛刷扫取灰尘样品，各样混合密封在聚乙烯样品袋中(重约50 g)，编号、运回实验室待处理[2]。

1.2 样品处理

去除灰尘样中的石块、树枝等杂物，烘干24 h(105±1 ℃)，研磨、过100目筛。用电子天平准确称取0.1000 g，置于消解罐中，加入6 mL HNO3，静置30 min，加入2 mL HCl、2 mL H2O2，用微波消解仪(MDS-10，上海新仪)消解、电热板赶酸。用超纯水定容于50 mL 比色管中，过0.45 μm滤膜，用ICP-MS(NexION350X，PE，美国)测定重金属含量。实验过程中采用国家标准土壤样品(GSS-25)进行质量控制，元素回收率控制在92%～105%。每个样品测3次，各重金属元素RSD<10%。药剂均为优级纯。

1.3 评价方法

1.3.1 富集因子法

富集因子(enrichment factor，EF)可定量表示元素富集程度，EF值越高，说明其分布受人为活动影响越大。计算方法如下:

式中:Ci为重金属i的含量，mg/kg；Cref为参比元素的含量，mg/kg。

EF分级标准为：EF≤2，无或轻微富集；240，极强富集[16]。

本研究结合宝鸡地区的地球化学特征[16-17]，将Al (即Al2O3)作为首选参比元素。

1.3.2 潜在生态风险指数法与污染负荷指数法

本研究采用 Hakanson 提出的潜在生态风险指数法[18]进行生态风险评价分级，采用 Tomlinson 等提出的污染负荷指数 (pollution load index，PLI)[19]评价重金属污染水平,计算公式如下：

式中：

分别代表单因子和综合潜在生态风险指数；

为重金属的毒性系数 (各元素毒性系数为Pb=Cu=Ni=Co=5，Zn=1，Cr=2，Cd=30，As=10)

分别表示重金属i的实测值和陕西省土壤背景值；PLI为污染负荷指数；PLI zone表示区域污染负荷指数。分级标准见表1。

1.4 数据处理

采样点布设、重金属元素RI值、PLI值的空间分析利用ArcGIS 10.2完成；采用SPSS 22.0进行数据正态检验。

2 结果与讨论

2.1 重金属含量分析

宝鸡市不同功能区的重金属含量水平如图2所示。各功能区中，除Pb、Ni、Co外，其他元素含量水平都高于陕西省土壤背景值(1.25～34.79倍)，具体元素含量差异表现为：商业区：Cd>Zn>Cu>As>Cr>Pb>Ni>Co；文教区、工业区、住宅区、交通区：Cd>Zn>Cu>As>Cr>Ni>Pb>Co。除Pb元素外，工业区各元素含量明显大于其他功能区，交通区Cu、Cr、Ni、Cd含量较高，商业区Pb、Zn、As含量较高。Pb、As含量在文教区较低，其余元素的低值均出现在住宅区。

富集因子结果显示(图3)：Pb、Cr、Ni、Co元素属于无富集或轻微富集，Cu、As中度富集，Zn显著富集，Cd达到了强烈富集。Cd在工业区和交通区含量较高，说明该元素的累积受到工业生产和交通活动的极大影响。

宝鸡市灰尘重金属含量均值与其他城市对比结果见表2，其中6种重金属元素含量高于旅游城市丽水[21]，Zn、Cu、Ni、As高于典型农业城市许昌[22]，Zn、Cu、Cd含量与工业城市Luanda[23]持平。与综合性城市西安[24]相比，宝鸡市灰尘中Zn、Cr、Cu偏高，尤其是Zn；但与重工业城市洛阳[6]和一线城市北京[25]相比普遍较低。值得注意的是，洛阳灰尘中Zn、Cr含量高于北京，且Cu持平。可见，工业城市与同等级其他城市相比具有Zn、Cr、Cu偏高的特点。除As以外，其他元素含量稳低于2011年[11]研究结果(下降1.67～3.34倍)，Pb含量则显著降低。原因可能是：其一，ICP-MS与XRF检测方法有别，如ICP-MS的检出限较低，而XRF法可检测出含量在10 μg/g以上的所有金属元素；其二，《宝鸡市城市总体规划(2008—2020)》自2008年实施，部分企业转型、无铅汽油的推广和城市绿色交通均为此做出了一定贡献[10]。

2.2 重金属潜在生态风险与污染水平

根据式(2)—(4)，得出不同功能区灰尘重金属生态风险与污染特征见表3、表4。分析各元素

值可知：As在工业区为中等生态风险等级，而Cd在各功能区均达到极强生态风险等级。由表4可知：宝鸡市各功能区的RI值排序为：交通区>工业区>文教区>住宅区>商业区，其中交通区和工业区达到很强生态风险等级。PLI值显示工业区、交通区处于中度污染水平；其余为轻度污染水平。宝鸡城区PLIzone为1.83，处于轻度污染水平。重金属含量与

存在明显正相关，Cd在文教区、工业区、商业区、住宅区、交通区的

值分别为517.04、604.99、462.99、475.14和636.54，分别占各功能区RI值的88.8%、88.9%、88.4%、89.9%和91.1%，说明Cd为灰尘重金属中重要的污染因子[26]。

2012年王利军[12]等的研究结果表明：宝鸡市街尘中重金属元素的污染水平和生态风险达到了严重程度，Pb、Zn、Cu、Cr、As为中等生态风险，Hg和Cd已达严重生态风险水平。可见，除Hg外，本研究的评价结果与前人结论具有一致性。虽Zn、Cu、Cr、Cd的含量都有所下降，但Cd仍具有强生态风险，这与Cd的毒性系数大有关。

2.3 空间分布特征

RI和PLI数据能较好地服从正态分布(表5)，利用Kriging插值方法进行插值计算得图4。

由图4可知：RI在市政府周围和华城汽车产业园周围出现很强生态风险等级，在金台区东北部、连霍高速东段和宝鸡市华为矿山机械公司附近出现较强风险等级。PLI在高新大道以北、市政府以西的代家湾周边、任家湾火车站和连天线东段(交通区)出现高值区，达到中度以上污染水平。市政府周围及任家湾火车站车流量大，金台区及陈仓区北部存在大量果蔬种植园，华为矿山机械公司和千河工业园(工业区)主要进行铆焊和耐火材料的制造，因此可推测化肥农药施用及工业污染物释放所含Cd、As，是导致生态风险指数上升的因素[27-28]。与张军等[13]研究结果相比，灰尘重金属的高风险中心出现东移趋势。从自然因素分析，宝鸡南、西、北三面环山，地形狭窄，且常年无大风，并不利于灰尘扩散；从人为因素看，宝鸡市渭滨区是国家“一五”和“三线”建设时期重点布局的工业要地，2007年宝鸡市政府迁至代家湾行政中心，大量的投资生产和商贸交通活动，将土壤重金属带入大气灰尘，是加速重金属元素累积的可能原因。另外，川陕路一带也出现了较强生态风险等级。宝鸡文理学院、东风路西段的大范围住宅区为中等生态风险等级和轻度污染水平。

3 结论

1)宝鸡市各功能区灰尘重金属含量水平总体较高，其中Cd、Zn、Cu、As含量远超陕西省土壤背景值(1.30～34.79倍)，比值差异表现为Cd>Zn>Cu>As>Cr>Pb/Ni>Co。除Pb以外，工业区各元素含量明显大于其他功能区。Pb、As含量在文教区较低，其余元素的低值均出现在住宅区。

2)宝鸡市各功能区的RI值排序为交通区>工业区>文教区>住宅区>商业区。其中，交通区和工业区指数分别为698.96、680.01，生态风险达到很强级别；文教区、商业区、住宅区为较强生态风险等级。PLI值排序为工业区>交通区>文教区>商业区>住宅区。其中工业区和交通区指数分别为2.19、2.07，处于中度污染水平；其余功能区为轻度污染水平。宝鸡城区灰尘PLI zone为1.83，处于轻度污染水平。

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宝鸡市不同功能区灰尘重金属污染特征与评价*

0 引言

1 材料及方法

1.1 样品采集

1.2 样品处理

1.3 评价方法

1.4 数据处理

2 结果与讨论

2.1 重金属含量分析

2.2 重金属潜在生态风险与污染水平

2.3 空间分布特征

3 结论

CHARACTERISTICS AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN DUST OF DIFFERENT FUNCTIONAL AREAS IN BAOJI, CHINA

宝鸡市不同功能区灰尘重金属污染特征与评价*

0 引 言

1 材料及方法

1.1 样品采集

1.2 样品处理

1.3 评价方法

1.4 数据处理

2 结果与讨论

2.1 重金属含量分析

2.2 重金属潜在生态风险与污染水平

2.3 空间分布特征

3 结 论

CHARACTERISTICS AND ASSESSMENT OF HEAVY METALS IN DUST OF DIFFERENT FUNCTIONAL AREAS IN BAOJI, CHINA

0 引言

3 结论