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苔藓由于其特殊的形态结构和生物学特性而被广泛应用于大气沉降的记录研究。本文选择了贵阳城区广泛分布的细叶小羽藓(Haplocladium microphyllum)以及来自城区和隧道的六级(≥10.2,4.2~10.2,2.1~4.2,1.3~2.1,0.69~1.3,0.39~0.69μm)大气颗粒物来指示整个城区的大气重金属沉降,其中包括六个不同功能区、四个停车场、三个加油站等。ICP-MS测定了Al、As、Ba、Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Sr、Ti、Zn等15种重金属的含量,分析贵阳市各地区大气重金属沉降与污染情况,揭示了贵阳市大气重金属的空间沉降规律,探讨了大气重金属来源,并为城市重金属污染防控提供理论基础。 主要研究结果如下: 1.不同生境下苔藓重金属的含量变化 不同生长基质会对苔藓植物的重金属含量产生影响,其富集系数从土生-石生依次递增。土生苔藓易受到水分影响,而树生苔藓不易收集。另外,不同树冠遮挡下的苔藓重金属含量没有表现出明显的规律。因此,开阔地的石生苔藓更适合指示大气重金属沉降。 2.城区颗粒物与隧道颗粒物的比较 隧道颗粒物中富集了Cr、Ni、Cu、Sr、Sb、Ti、Fe、Zn、Mo和Cd,交通释放是这些元素的一个很重要的源。城区颗粒物在较小的粒径富集了Zn、Cd、Sb与Pb,在较大粒径富集了Al、Ti、Fe、Sr、Ba。与隧道颗粒物相比,城区颗粒物明显受扩散和扬尘因素影响更多,而隧道颗粒物主要受汽车尾气、道路扬尘等影响。 3.大气重金属沉降沿山的海拔梯度的变化 苔藓中的Al、Fe和Ti含量随高度的增加而下降,这些元素主要富集在较大颗粒物上,且具有较低的富集因子,意味着这些元素来源于土壤。土壤相关的元素易于沉降在较低的高度,在较高的高度上沉降量很少;As、Cd、Sb和Pb在苔藓中含量随高度增加轻微变化,且具有较高的富集因子,意味着这些元素主要来自人为源。在城市环境中,距地面高度222m范围内,人为源的重金属沉降并不随高度显著变化。 这与重金属在分级大气颗粒物分布规律一致:大气中土壤来源的元素一般富集在大颗粒物上,易受重力影响;人为源的重金属富集在小颗粒物上,易受扩散影响。 4.交通释放重金属的扩散规律研究 随着与交通要道(碧海南路)路肩距离增加,苔藓中的大多数重金属的含量都呈现下降的趋势,尤其Al、As、Cd、Cu、Fe、Mn、Pb与Ti含量有显著下降(p<0.05); Ba、Cr、Ni、Sb和Mo呈现随公路距离增加轻微降低的趋势;Zn含量呈现随公路距离增加稍微增加的趋势。 富集因子接近1的Al和Fe均来源于土壤;苔藓中As、Ba、 Cr、Mn和Ni含量呈现中等富集(EF<10),意味着部分来源于土壤。Cd、Cu、Mo、Pb、Sb、Sr和Zn在苔藓中有高度富集(EF>10),意味着来源于人为活动。与郊区背景点天河潭苔藓中重金属含量相比,公路两侧As、Ni和Sr的含量无明显差别;Cu、Sb和Pb明显更低。 停车场对环境造成了很大的影响,停车场中苔藓重金属含量普遍高于行驶路面中重金属含量,尤其是Pb、Zn与Sb。加油站苔藓Zn、Sb和Cu的含量普遍高于碧海南路的苔藓含量,可见频繁的停刹车是影响交通污染水平的主要因素。 5.贵阳市城区不同功能区苔藓重金属的分布特征 不同功能区其受人为活动及周围环境影响不同,苔藓的重金属含量及富集系数反映大气重金属沉降的规律。 不同功能区比较得知:商业区苔藓Al、As、Ba、Cd和Sr的平均含量最高,分别为3234±247、6.9±1.1、163±62.8、3.5±0.5、90.9±35.4 mg/kg,分别是背景值的2、1.1、3、2和0.5倍。 交通区苔藓Cr、Cu、Mn、Sb的平均含量最高,分别为29.5±10.9、44.3±3.9、245±108、2.8±0.4 mg/kg,分别为背景值的3、5.5、1.1和3.5倍。 工业区苔藓Mo和Pb的平均含量最高,分别为1.9±0.4和132±81.5 mg/kg,分别为背景值的2和12倍。 文教区苔藓Zn的平均含量最高(326±132 mg/kg),为背景值的1.7倍,Zn在商业区和工业区最低。 6.贵阳城区苔藓中重金属的空间分布特征 重金属呈现不同的分布类型。绝大多数重金属在西北铝厂和市区东部的钢厂以及停车场具有较高的值。贵阳市区东部Cr、Mn、Sb和Pb含量较高,位于钢厂附近,分别为背景值的6~10倍、3~6倍、7.5~10倍和11~14倍。 贵阳北部白云区Ni和Sb含量较高,位于铝厂附近,分别为背景值的4~7倍和10~13倍。 7.本论文的创新之处 ①目前,通过苔藓记录城市环境污染物的垂直沉降的研究很少,本论文探讨了苔藓在城市山的不同高度的垂直扩散规律。得到了如下的创新性认识:大气中土壤来源的重金属随高度沉降不同于人为源的重金属,土壤相关的元素易于沉降在较低的高度,在较高的高度上沉降量很少;相反人为源的重金属沉降并不随大气高度变化。 ②联合苔藓和不同分级大气颗粒物共同指示城市大气重金属沉降。