宿州市街尘重金属污染特征、来源及风险评价

许东升，李 琦，黄淑玲

（宿州学院 地球科学与工程学院，安徽 宿州 234000）

宿州市街尘重金属污染特征、来源及风险评价

许东升，李 琦，黄淑玲

（宿州学院 地球科学与工程学院，安徽 宿州 234000）

以宿州市不同功能区（商业区、工业区、居民区、车站附近、和文教休憩区）的街道路面灰尘为研究对象，利用X-RF荧光光谱对Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、V等元素进行了分析，采用主成分分析法探讨了重金属可能的污染源，通过内梅罗污染指数法评价重金属污染水平.结果显示，污染可能来自三个方面：Mn和V可能来自当地的土壤，Cu、Pb和Zn来源可能为交通污染，Cr主要来源于工业污染；而评价结果表明，Mn、V在警戒限之内，属于尚清洁；Cu属于轻度污染；Pb和Cr属于中度污染；Zn为重度污染.不同功能区的内梅罗污染指数各不相同，如商业区、工业区和车站附近的Zn、Pb和Cr污染指数较高.

宿州市；街道路面灰尘；重金属；风险评价

城市街道灰尘是城市环境的重要污染源.它的颗粒物能够吸附大量的有害物质，在一定的外动力作用下再次扬起，通过呼吸道和皮肤进入人体，从而对人体健康造成严重危害.在所富集的众多污染物中，重金属由于具有持久性、隐匿性和不可降解性等特点，在城市街道灰尘中的累积具有更为重要的环境指示意义和较大的环境污染危害[1].有关街尘重金属污染的研究起始于20世纪70年代，Dayetall在《Nature》杂志上首先提出了“城市街道灰尘”的名称，并进行了街尘中铅污染的探讨[2]，随后国外学者在城市街尘的积累分布、粒径效应及其生物有效性等方面开展了一系列的研究工作[3,4].而国内方面的相关研究起步较晚，早期主要关注于街尘重金属的污染特征及空间分异规律，近年来，许多学者也在街尘重金属污染来源及风险评价等方面进行了相关探讨[5-7]，而有关宿州市街尘污染的研究仍处于空白.

宿州市位于安徽省北部，黄淮平原南端，市区面积2868km2，市区人口170×104.境内平原广袤，交通便利，是贯通华东、华南、华中、华北地区的重要交通枢纽.近年来，随着经济建设和城市化进程的加快，宿州市工业，尤其是煤炭工业发展迅速，而商业、建筑业、交通业也得到了较快发展（据统计，截至到2008年，宿州市辖区内拥有汽车量已增至47025辆），使得城市环境生态环境问题日益凸显.本文通过对宿州市街尘的采样分析，首先探讨了街尘中重金属的含量及污染空间分布特征，在此基础上，结合相关分析和主成分分析方法，对街尘中重金属元素进行了来源解析，最后，利用内梅罗污染指数法对街尘重金属污染程度进行了评价，以期为宿州市街尘重金属污染与环境质量控制提供参考.

1 材料与方法

1.1 样品采集和处理

根据宿州市不同功能区划分，分别选择城市商业区、工业区、居民区、文教休憩区以及车站附近的主干道路面进行街尘样品采集，每类功能区设置采样点4～6个，采样点布设见图1.采样于2011年10月进行，天气条件为晴朗无风，在每个采样点采用3～4处地面街尘样品混合，每处采样半径为1m，用塑料刷和塑料簸箕收集.每个样品重约400g，共采集23个街尘样品.

样品使用自封袋密封后带回实验室，首先放置室内阴凉处自然风干1～2周，并剔除植物残余及杂物，经研磨后过100目不锈钢筛保存待测.

1.2 实验分析方法

称取过筛后待测样品4g，经30t压力机压片，在安徽省煤矿勘探工程技术研究中心使用X-RF荧光光谱仪（型号Explorer 9000SDD，美国伊诺斯(Innov-X System)公司）测定样品中重金属含量，同时利用国家标样（GBW07307）进行校准，测试相对标准偏差（RSD）小于10%.

图1 采样点布设图

2 结果与分析

2.1 街尘中重金属元素的含量

宿州市街尘中重金属元素含量如表1所示.由表 1 可知，重金属元素 Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、V 的含量范围分别是 20～52、121～538、38～75、67～221、270～499和52～115mg/kg，平均含量分别为34、206、51、109、381 和 79mg/kg，其中 Cu、Zn、Pb 和 Cr的平均含量均高于安徽省土壤背景值[8]，分别是背景值的1.7、3.3、1.9和1.6倍，而Mn和V的平均含量则低于安徽省土壤背景值.从各元素的变异系数来看，Zn和Cr的空间变异系数分别为45.57%和32.81%，属于强变异，说明这两种元素的空间分布及来源受外界干扰明显；而其它4种元素的变异系数在10%～30%之间，为中等变异强度，反映其受人为活动影响相对较小.另有研究表明[9]，街尘中重金属含量与城市人口密度和经济发展程度呈正相关.从表1中也可看出，与经济发达的大中城市（如：北京[10]、南京[11]、昆明[12]）等相比，宿州市街尘中重金属含量较低.

表1 宿州市街尘重金属含量（mg/kg）

2.2 不同功能区街尘重金属分布特征

将宿州市各不同功能区街尘重金属的平均含量绘制如图2所示.由表2可知，各功能区街尘重金属含量差异明显，其中Cu在车站附近街尘中含量最高，达47mg/kg，而在居民区街尘中含量最低，仅为24mg/kg；Zn和Pb的含量以商业区为最高，分别为319和66mg/kg，其次为车站附近，为215和54mg/kg，而以居民区和文教休憩区为最低；Cr、Mn和V的含量最高值均出现在工业区，分别为125、453和98mg/kg，而最低值则出现在居民区和车站附近.从总体来看，各功能区街尘重金属含量分布主要集中在工业活动和交通运输密集的商业区、工业区和车站附近，而在影响较小的居民区和文教休憩区的相对较低.

图2 各功能区街尘重金属含量

2.3 街尘中重金属污染的来源分析

2.3.1 街尘中重金属的相关性分析

为了解重金属元素之间的相互关系，利用SPSS17.0统计分析软件对街尘中6种重金属含量进行了相关分析，计算出相应的Pearson相关系数（见表2）.由表2可以看出，Mn和V表现出极显著的相关性，相关系数为0.891，且它们的平均含量均低于安徽省土壤背景值，说明宿州市街尘中的这两种重金属元素具有相似的环境地球化学特性，同源可能性较大；Zn、Cu、Pb三者相关性较为显著，相关系 数 分 别 为 0.440(Zn-Cu)、0.565(Zn-Pb)、0.615(Cu-Pb)，三者在街尘中的含量均超出安徽省土壤背景值，分别是背景值的3.3、1.7、1.91倍，表现出较高的一致性，说明三者有着相似的污染来源；而Cr和其它元素的相关性均不明显.

表2 街尘重金属的相关性分析

2.3.2 街尘中重金属的来源分析

城市街尘重金属受人为活动的干扰明显.为了解宿州市街尘重金属污染的主要来源，本文在相关性分析的基础上，对宿州市街尘重金属进行主成分分析以确定其具体污染源，得出主成分因子载荷矩阵（见表3）.从表3中可以看出，宿州市街尘重金属污染主要受3个主因子控制，这3个主因子对总方差的贡献率分别为35.0%，33.3%和17.7%，累积方差贡献率为86.0%.由表3还可以看出，不同主因子上的系数各不相同，说明它们每组的来源各不相同.PC1中Mn和V的系数较大，说明第一主因子主要反映了Mn和V的来源信息，Mn和V是土壤重要元素，且其含量均低于土壤背景值，因此推测第一主因子的来源解释为自然源，可能来自于周围土壤；PC2中Zn、Cu和Pb的系数较大，有研究表明，汽车燃料的燃烧会产生大量的Pb[13]，而汽车润滑油的使用、金属部件及轮胎磨损则会导致大量含Cu、Zn的粉尘产生[14]，结合这三种元素的含量高值多出现在人流、车流量多的商业区及车站附近，因此推断第二主因子代表了交通污染源；PC3中Cr的载荷系数较大，从Cr元素的空间分布来看，以工业区附近为高，如宝龙石化和热电厂等附近，说明Cr可能来自于工业源，这与KARTAL等人[15,16]的研究报道相吻合.

表3 街尘重金属的的主成分载荷矩阵

3 街尘重金属污染风险评价

目前，国内外尚无统一的对于城市街尘中重金属污染评价的标准和方法，本文采用较成熟的内梅罗指数法对研究区街尘中重金属污染进行评价.内梅罗指数法不仅考虑了各种影响因子的平均污染状况，同时又兼顾到污染最严重的因子，并且在加权过程中避免了权系数中主观因素的影响，克服了平均值法各种污染物分担的缺陷，是应用较多的一种多因子环境指数评价模型[17]，其计算公式为：

式中：Ci为污染物实测值；Si为污染物评价标准，本文选取安徽省土壤背景值[8]为评价标准.内梅罗污染指数评价标准[18]见表4.经计算各功能区街尘重金属内梅罗污染指数，结果见表5.

表4 内梅罗污染指数评价分级标准

表5 不同功能区重金属内梅罗污染指数

从表5可以看出，Mn、V的内梅罗污染指数平均值在0.7～1之间，说明Mn、V在警戒限之内，属于尚清洁；Cu和Cr的内梅罗污染指数平均值在1～2之间，说明街尘中Cu和Cr元素属于轻度污染；Pb的内梅罗污染指数平均值在2～3之间，说明街尘中Pb元素属于中度污染；而Zn污染指数平均值大于3，说明宿州市街尘中已受到Zn的重度污染.从表中还可以看出，不同功能区的内梅罗污染指数各不相同，在商业区、工业区和车站附近人为活动比较强烈的地区，如Zn、Pb和Cr污染指数较高，说明这些重金属元素受人为影响较大.

4 结论

4.1 宿州市街尘中 Cu、Zn、Pb、Cr、Mn、V 的平均含量分别是 34、206、51、109、381、79 mg/kg，其中Cu、Zn、Pb和Cr平均含量高于安徽省土壤背景值，分别是背景值的 1.4、3.3、1.9、1.6倍.各功能区街尘重金属含量差别较大，街尘中6种重金属元素中有3种在工业区含量最高，2种在商业区含量最高，居民区有4种元素含量最低.

4.2 对街尘中各重金属进行了主成分分析，结果显示，Mn和V可能来自当地的土壤，Zn、Cu和来源可能为交通污染，Cr主要来源于工业污染.

4.3 内梅罗污染指数表明，Mn、V在警戒限内，属于尚清洁；Cu和Cr属于轻度污染；Pb属于中度污染；Zn属于重度污染.

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A

1673-260X（2012）03-0110-04

安徽省高等学校省级自然科学重点项目(KJ2011A261)、宿州学院一般科学研究项目(2011yyb08)、安徽省高等学校省级自然科学一般项目(KJ2012Z398)和安徽省测绘信息实验中心(教高2008(4)24)联合资助