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通过建立DRI重悬浮模拟设备,模拟风动力条件,对源区表土样品进行重悬浮。通过不同切割直径的采样设备,在重悬浮箱内将表土样品分离为TSP、PM10、PM2.5三组不同粒径并收集到滤膜上,利用EDXRF对滤膜样品进行分析,共分析Na、Mg、Al、Si、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Ba、Sr、Cu、Zn、As、Rb、Mo、Cd、Sn、Sb、Pb等26种元素的含量。着重讨论主要元素在不同粒级以及不同区域之间的异同,并与黄土区、北方污染区以及下风向粉尘的已有研究进行对比,以寻找具有源指示和分辨意义的特征性元素或其比值。同时以典型的西部城市-西安为例,研究中国北方源区下风向污染城市的元素特征及其空间分布。初步取得了如下结论:
源区样品中Mg、Al、Si、K、Ca和Fe在各区域中的含量均大于1%,是表土的主要元素。相对于上地壳元素,Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、V、Fe、Mn、Ba、Cr的富集因子值均小于5,表明这些元素主要来源于地壳。Sr、Ni富集因子在毛乌素以及乌兰布和地区较大。Cu、Zn的富集因子值显示该类元素受人为活动影响,且随粒径减小,富集程度增加。
Al、Rb、K含量不受粒径影响;Si、Ti在粗颗粒中富集,PM2.5含量最低,TSP和PM10中含量相近;Na、Mg、S、Cl、Ba、Sr、Cu、Zn、As、Pb等元素含量随粒径减小而增加;Fe、V、Cr、Co各粒级间偏差较小,PM10中含量最高。
Na、Mg、Al、Fe含量均自西向东减弱,在塔克拉玛干、新疆及安西南地区含量高于乌兰布和、毛乌素、内蒙古中部及二连浩特。Si、Ca的含量在各个采样点之间差异大,Si对源的指示受粒度影响大。
Mn/Al、K/Al值不受粒度影响,且各采样点间变化小;Ti/Al不受采样点位置的影响,但同一区域Ti/Al值随粒级增大而减小;Mg/Al、Na/Al及Fe/Al值塔克拉玛干、新疆戈壁、安西南高于乌兰布和、毛乌素、内蒙古、二连浩特;乌兰布和、二连浩特以及新疆戈壁三个地区样品Ca/Al值高于其它区域;Si/Al受粒度影响最大,TSP和PM10中,在乌兰布和、毛乌素、内蒙古、二连浩特大于塔克拉玛干、新疆戈壁、安西南;而在PM2.5中则相反,Si/Al用于源示踪时,应充分考虑粒度影响。根据元素比值的变化可将北方粉尘源区分为西北部粉尘源区(包括塔克拉玛干、新疆戈壁、安西南)以及北部粉尘源区(包括乌兰布和、毛乌素、内蒙古、二连浩特)。
将黄土已有研究所得分粒级元素数据与源区进行对比可以看出,粗颗粒中,黄土中元素含量更接近北部源区,随着粒径减小,黄土高原与源区表土元素间相关性变差。与非洲粉尘相比较,高K/Al、Ca/Al、Ti/Al、Fe/Al值是中国粉尘源区的特征。南韩、日本以及北太地区观测到的元素比值与中国粉尘源区值近似。
对西安市道路尘元素进行分析,结果表明,Si、Al、Fe、Mg、Na、K、Ti、V、Mn、Co、Ni、Rb、Ca、Zr等元素富集因子均在1左右,主要是自然来源,且元素间相关性好,空间分布状态相似,其来源受粉尘区域沉降影响;利用元素比值与源区进行对比可以看出,西安市道路尘元素特征与北部源区细颗粒中含量接近。Cr、Ba、As、Sr、Cu、Zn、Pb富集因子大于2,受人为活动影响,是西安市的主要污染元素,污染元素在空间分布上差异较大,但特定区域内分布状态相似,其来源主要受控于局地大气干湿沉降、机动车尾气排放、燃煤取暖、农业活动、工业活动等复合源。