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随着城市化的快速推进、工业化的高速发展、人口的高度聚集,以及交通工具数量的爆炸式增长,城市环境污染问题愈加突出。如何准确地揭示城市环境质量状况成为科技工作者的一项重要任务。作为城市重要环境介质,灰尘是反映城市环境质量的一种重要信息载体。城市内,大学、中学、小学、幼儿园等不同层次的教育机构众多,尤其是小学和幼儿园在城市内具有覆盖范围广、分布均匀的特点。以校园灰尘为切入点,研究灰尘重金属污染特征对于科学、准确认识城市环境质量状况及环境保护具有重要的科学与现实意义。本研究以西安市校园环境为对象,采用碳酸钙测定仪、磁化率分析仪、激光粒度分析仪、pH计、马弗炉、XRF等设备分析校园灰尘的碳酸钙含量、磁化率、粒度、pH值、有机质、常量元素组成等理化性质,应用XRF和AAS测定校园灰尘全样和灰尘PM2.5、PM2.5-PM10与PM100中重金属含量。在此基础上运用多元统计方法和GIS技术,基于校园样品研究西安城市灰尘重金属的污染特征。通过研究,得到以下结论:1.校园灰尘样品中As、Ba、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V和Zn含量的算数平均值分别为 11.5、958.9、39.6、154.2、62.1、546.2、32.2、151.6、68.7、390.7 mg kg-1。除Mn以外,所有元素的平均含量均高于陕西省土壤背景值,其中Cu、Pb、Zn、Cr、Co和Ba的最大值分别为陕西省土壤背景值的2.9倍、7.1倍、5.6倍、2.5倍、3.7倍和1.9倍。所测重金属除Mn和V外均具有较大的表变异系数,其中,Zn和Pb变异系数最大。2.校园灰尘 PM2.5,PM2.5-PM10 和 PM100 中 Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn具有不同含量变化特征。Co、Cr、Mn、Pb和Zn在三种粒径下的平均含量为PM100>PM2.5-PM10>PM2.5,Cu和Ni在三种粒径的中的平均含量则表现为PM2.5-PM 10>PM100>PM2.5。3.灰尘PM2.5中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb和Zn均以非稳定态存在,在PM2.5-PM10中除Cr以外,其余重金属元素以非稳定态形式存在。在PM100中,除Co、Cr、Ni以稳定态形式存在以外,Cu、Mn、Pb、Zn以非稳定态形式存在。随着校园灰尘粒径的增大,灰尘中重金属元素乙酸提取态减小,残渣态增加。4.西安城市灰尘中,As-Cu、Ba-V和Pb-Zn具有相似的空间分布规律。As和Cu含量的高值区位于研究区中部以及西南的高新技术开发区,Ba和V的高值区主要出现在东部老工业区、南部商业区和西南方向的高新技术开发区,Pb和Zn的高值区则位于南二环路沿线以及城墙内的大部分区域。Mn与Ni在所有样品中含量接近土壤背景值,其空间分布规律可能主要受土壤母质等自然因素影响。Co和Cr的空间分布规律与其他元素不同,可能存在与其他元素不同的污染来源。对比同种重金属元素在PM2.5,PM2.5-PM10和PM100三种粒径下的空间分布可以发现,Co在三种粒径下具有相似的空间分布规律,Cr在PM2.5和PM100中,以及Ni在PM2.5和PM2.5-PM10中具有相似的空间分异,其余重金属元素在三种粒径下的空间分布则存在较大差异。5.校园灰尘中除As、Mn、Ni、V属于轻微污染外,其余重金属元素均存在不同程度污染和富集情况。校园灰尘重金属污染负荷指数(PLI)的变化范围为1.21-3.48,其平均值为2.06,属于强度污染。PM2.5、PM2.5-PM10和PM100灰尘中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的污染负荷指数(PLI),分别为0.98,1.36,1.66,除在PM2.5校园灰尘属于无污染外,PM2.5-PM10和PM100两种粒径校园灰尘均属于中度污染。6.校园灰尘重金属总潜在生态风险指数平均值为100,处于较高生态危险。157个校园灰尘样品分别有29%、66%、5%的样品存在中等、较高、高生态风险。校园灰尘中重金属元素对不同在校人群身体造成危害的主要暴露途径为手口摄入,其次为皮肤接触,最后为呼吸吸入。对于同种重金属元素来说,四类人群通过不同暴露途径摄入的日均暴露剂量的平均值表现为:幼儿园学生>小学生>中学生>大学生。不同在校人群,风险总商最高的重金属元素为Cr、Pb和As。校园灰尘重金属对在校人群致癌风险较低。7.灰尘中As、Ba、Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、V、Zn的来源可以分为五类。第一类元素As、Ni、Cu、Mn主要受受自然因素(包括成土母质)和城市交通因素的影响,属于混合来源;第二类元素Ba和V,为工业和自然来源;第三类元素Pb和Zn,为交通来源;第四类元素为Cr主要为工业和交通来源;第五类元素为Co为工业和建筑来源。PM2.5、PM2.5-PM10和PM100灰尘中Co、Cr、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn的来源均被分为三类,其中PM2.5粒径下第一类元素包括Cr、Mn、Zn、Cu、Ni,主要为工业、交通、自然来源;第二类元素为Pb,主要为交通来源;第三类元素为Co,主要为工业和建筑来源。PM2.5-PM10粒径下第一类元素包括Cr、Mn、Pb、Zn,主要为工业、交通和自然的混合源;第二类元素包括Cu和Ni,主要为工业和自然来源;第三类元素为Co,主要为工业和建筑来源。PM100粒径下第一类元素包括Cu和Ni,主要为工业和自然来源;第二类元素包括Co、Cr、Mn,主要为工业、建筑、交通和自然的混合源;第三类元素包括Pb和Zn主要为交通来源。