重庆主城街道灰尘及其浸提物中氮、磷和有机物的分布特征分析

杨宗霖，李章平

(1.西南大学附属中学，重庆 400715；2.西南大学图书馆，重庆 400716)

重庆主城街道灰尘及其浸提物中氮、磷和有机物的分布特征分析

杨宗霖1，李章平2

(1.西南大学附属中学，重庆 400715；2.西南大学图书馆，重庆 400716)

在重庆市主城区工业、商贸、交通、文教、居民、旅游、农业等7个功能节点，采集了40个街道灰尘样品中，分析了其氮、磷、有机物含量及其粒径分配，并通过纯水浸提与酸雨浸提，评估了街道灰尘中氮、磷和溶解有机物的溶出风险。结果表明，重庆市主城区街道灰尘中氮、磷、有机物含量分别为1.28 g/kg、1.69 g/kg和46.98 g/kg，并均呈现出强烈的空间变异，表现为旅游点>商贸点>居民点>文教点>农业点>交通点>工业点。氮、磷、有机物大多数分配在0～0.25 mm粒级中，其中以氮分配最多，其分配比例大小顺序为工业点>居民点>商贸点>交通点>文教点>旅游点>农业点。氮、磷和溶解有机物的酸雨浸提量均高于纯水浸提量，以浸提率为考察指标，各节点的溶出风险依次为农业点>交通点>工业点>文教点>旅游点>商贸点>居民点。

街道灰尘；氮；磷；有机物；风险

针对城市街道灰尘的研究至今已有30多年的历史，但大多数研究的关注点集中在灰尘重金属、持久性有机污染物，而较少涉及易导致水体富营养化的氮、磷、有机物[1-2]。作为我国西南重镇的重庆市，在城乡统筹与城市化建设的浪潮中，城市建设突飞猛进，随之而来的街道不透水地面迅速增加，灰尘导致的城市地表径流风险骤增，对三峡水库水质构成了极大的潜在威胁。国内相继有成都[3-6]、邯郸[7]、重庆[8-11]、上海[12-15]、乌鲁木齐[13]、杭州[16]、保定[17]、芜湖[18]、合肥[19]等城市开展了街道灰尘氮、磷、有机物的研究。街道灰尘是城市生态环境的重要细胞之一，其中氮、磷、有机物等是城市地表径流的主要污染物，调查街道灰尘中氮、磷、有机物的含量水平及其影响因素，是控制城市地表径流的主要措施之一。本文根据城市不同土地利用类型，将重庆市主城9区按照首要功能划分为工业、商贸、交通、文教、居民、旅游、农业等7个功能节点，分别采集街道灰尘样品，研究街道灰尘氮、磷、有机物的空间分布格局，并通过浸提试验探讨其溶出风险，为制定城市街道灰尘与地表径流污染控制提供科学依据。

1 研究方法

1.1 样品采集

按工业、商贸、交通、文教、居民、旅游、农业等7个功能点位，在重庆市主城区二环线以内40个城市节点(见表1)，在至少连晴3d后的无风下午，选取街道两旁不透水路面边缘3～5 m处，每处5～10 m2，用细毛刷和塑料铲采集500 g左右街道灰尘。在阴凉通风处自然风干，去杂，分别过2.0 mm、1.0 mm、0.5 mm、0.25 mm筛。

1.2 浸提处理

取5 g样品放入离心管中，分别加入30 mL超纯水或模拟酸雨，以180 rpm往复振荡3 h，以4 000 rpm离心15 min，取上清液，重复2次，混合均匀，分别作为纯水浸提样和酸雨浸提样。

1.3 样品测试

氮采用半微量凯式法测定，磷采用钼锑抗分光光度法，有机物、溶解有机物采用重铬酸钾氧化法[20]。

表1 重庆市主城区街道灰尘采样点布设

2 结果与讨论

2.1 重庆市街道灰尘氮、磷、有机物的污染特征

2.1.1 街道灰尘氮、磷、有机物的空间分布差异

统计分析重庆市主城区40个街道灰尘的氮、磷、有机物含量(见表2)，发现重庆市街道灰尘氮、磷、有机物含量有较大的差异，其平均值分别为1.28 g/kg、1.69 g/kg和46.98 g/kg，变化范围分别为0.34～6.49 g/kg、0.83～4.15 g/kg、10.43～119.60 g/kg。与全国其他城市比较，重庆市街道灰尘的氮低于保定、芜湖、合肥，而高于上海与乌鲁木齐；磷低于成都、杭州，而高于上海、保定、芜湖、合肥等；有机物则高于其他城市，与成都较为接近。表明西部地区重庆、成都的街道灰尘有机物、磷都处于较高水平，潜在风险较大。

表2 重庆及部分城市街道灰尘中氮、磷、有机物含量的比较

重庆市街道灰尘氮、磷、有机物的变异系数分别为83.35%、35.27%和53.63%。根据变异系数分级的参考文献[21-22]，小于等于10%为弱变异，10%～30%为中等变异，大于30%为强变异。因此重庆市街道灰尘氮、磷、有机物全部呈现强变异，说明其来源受外界干扰很大，空间变异很强，这种强变异很大程度上是交通、工业、建筑等强烈人为活动空间分布不均造成的结果。

不同功能节点氮、磷、有机物的分布基本呈现旅游点>商贸点>居民点>文教点>交通点>农业点>工业点(见图1)，与重庆市2007年结果较为一致[10-11]。这是因为旅游点植被丰富，地表扰动少，氮、磷、有机物积累多；商贸点人员流动大，街边饮食摊点多，生活垃圾排放的氮、磷、有机物较多[19]。而本次采样中的工业点大多为新开发区，地表扰动大，氮、磷、有机物积累少，这与合肥市研究结果基本一致[19]。

图1 不同节点氮、磷、有机物含量差异Fig.1 The differences of N,P,organic matter content in different functional sites

2.1.2 街道灰尘氮、磷、有机物的粒径效应

为了比较各级粒径颗粒中氮、磷、有机物的负荷大小，首先测定了0～0.25 mm、0.25～0.5 mm、0.5～1.0 mm、1.0～2.0 mm等4种粒径的氮、磷、有机物，然后按下式各粒径颗粒对氮、磷、有机物赋存量的分配比例(即贡献率)公式，即：

分配比例=(某粒径的质量比×该粒径的营养物含量)/∑(某粒径的质量比×该粒径的营养物含量)×100

(1)

由此计算各功能节点街道灰尘的氮、磷、有机物赋存量分配比例(见表3)，发现均以0～0.25mm粒径的分配量占绝对优势。街道地表物的粒径越细，对氮、磷、有机物的贡献率越高。细粒径的街道地表物很容易随水和大气漂移，因此，它们是地表径流中氮、磷、COD和大气颗粒物中氮、磷、有机物的主要来源之一。

从图2可以看出，氮、磷、有机物大绝大多数分配在小于0.25mm粒级中，且又以分配最多，余下依次为P和有机物。从图3仍可以得到类似结论，在小于0.25mm粒级中，分配比例大小顺序为工业点>居民点>商贸点>交通点>文教点>旅游点>农业点，这与一般重金属粒径分配不太一致，说明物质类型(有毒物质重金属与营养物质氮、磷、有机物)不同，其粒级效应也不同[1]。

表3 街道灰尘中氮、磷与有机物含量的粒径分配

图2 街道灰尘中氮、磷、有机物的质量粒径分配Fig.2 The mass distribution of N,P,OM in different granular street dust

图3 不同节点氮、磷、有机物的质量粒径分配Fig.3 The mass size distribution of N,P,OM in different functional sites

2.2 重庆市街道灰尘氮、磷、有机物的溶出风险

由于街道灰尘是城市径流污染的主要来源之一，因此有必要研究重庆地区街道灰尘因降雨造成的氮、磷、溶解有机物的径流风险特征。本文通过纯水和酸雨两种浸提方法，模拟研究街道灰尘氮、磷、有机物与浸出液氮、磷、溶解有机物的关系，旨在分析灰尘氮、磷、有机物对径流的潜在环境风险。从浸提量结果中可以发现(见表4)，氮、磷、有机物在酸雨条件下，浸提量均高于纯水，两者差距越大，则溶出污染风险越大，而重庆市属于酸雨区域之一，由灰尘带来的溶出风险应予以重视。所有浸提量的变异系数均大于30%，呈现出强烈的空间变异，说明可溶性氮、磷、有机物与其来源有密切的关系。

进一步比较各功能节点浸提量(见表5)，发现所有节点都是在酸雨浸提条件下的浸提量高于纯水，鉴于重庆地区属于酸雨区，在此仅讨论酸雨浸提。氮的酸雨浸提量排序为农业点>文教点>旅游点>交通点>工业点>商贸点>居民点，磷为旅游点>居民点>文教点>商贸点>交通点>农业点>工业点，溶解有机物为旅游点>文教点>居民点>商贸点>交通点≈农业点>工业点，磷和溶解有机物的浸提量顺序较为相似，说明磷与有机物有一定相关性。

为了讨论城市街道灰尘的溶出风险，提出浸提率概念，即：

浸提率(%)=浸提量/灰尘中含量×100%

(2)

由此计算出氮、磷、有机物在不同浸提条件下的浸提率(见表4)，同浸提量一样，氮、磷、有机物的浸提率也是在酸雨条件下大于纯水。

进一步比较各功能点浸提率(见表5)，发现所有功能点都是在酸雨提条件下的浸提率高于纯水。氮酸雨浸提率由高至低的功能点排序为农业点>交通点>工业点>文教点>旅游点>商贸点>居民点，磷为旅游点>居民点>文教点>商贸点>农业点>交通点>工业点，有机物为居民点>文教点>旅游点>交通点>农业点>商贸点>工业点，这个顺序与浸提量顺序并不完全一致。

比较氮、磷、有机物的浸提率(见图4)，可以进一步描述各功能点的溶出风险，发现风险最高的属于农业点，以下依次为交通点>工业点>文教点>旅游点>商贸点>居民点。

表4 街道灰尘中氮、磷、有机物浸提的统计参数

表5 不同功能节点的灰尘氮、磷、有机物浸提

图4 不同节点氮、磷、溶解有机物的的平均浸提率Fig.4 The average extraction rate of N,P,DOM in different functional sites

3 结论与讨论

重庆市街道灰尘氮、磷、有机物含量分别为1.28、1.69、46.98 g/kg，且均呈现出强烈的空间变异。不同功能点氮、磷、有机物赋存量分布趋势为旅游点>商贸点>居民点>文教点>农业点>交通点>工业点。

氮、磷、有机物等大多数分配在0～0.25 mm粒级中，其中又以氮分配最多；在<0.25 mm粒级中，分配比例大小顺序为工业点>居民点>商贸点>交通点>文教点>旅游点>农业点。

氮、磷、有机物的酸雨浸提量均高于纯水浸提量，对于酸雨严重区域之一的重庆市而言，更应关注由灰尘带来的潜在径流污染风险。以浸提率为考察指标，各功能点的溶出风险依次为农业点>交通点>工业点>文教点>旅游点>商贸点>居民点。

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Analysis on Distribution Characteristics of Nitrogen, Phosphorus and Organic Matter in Street Dust and its Extracts within Core Zone of Chongqing

YANG Zong-lin1, LI Zhang-ping2

(1.High School Affiliated to Southwest University, Chongqing 400715, China; 2.College of Resources & Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China)

In the seven functional areas of industry, commerce, transportation, education, residential, tourism, and agriculture in Chongqing, 40 street dust samples were collected to analyzed the N, P, organic matter content and particle size distribution. Through water extraction and acid rain leaching, this paper assessed the leaching risk of N, P, and DOM in streets dust. The results showed that nitrogen, phosphorus and organic matter content were 1.28 g/kg, 1.69 g/kg and 46.98 g/kg respectively in street dust of Chongqing, and detected strong spatial variability, as tourism>commercial>residential>education>agricultural>transportation > industrial. N, P, and most organic matter were distributed in the 0～0.25 mm particles, the nitrogen distribution ratio was the highest, and the order was industrial>residential>commercial>transportation>education>tourism>agricultural. The acid rain leaching amount of N, P, and DOM was higher than that of water leaching amount. For the extraction rate, the order of dissolution risk in each site was agricultural>transportation>industrial>tourism>commercial>residential.

street dust; nitrogen; phosphorus; organic matter; risk

2017-02-19

西南大学博士基金项目(100112)

杨宗霖(2000—)，男，重庆人，E-mail:1124759266@qq.com

李章平(1968—)，女，副研究馆员，博士，研究方向为环境生态学，E-mail：853346112@qq.com

10.14068/j.ceia.2017.02.021

X511

A

2095-6444(2017)02-0084-06