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快速的城市化使越来越多的人口移居城市，城市成为人类最重要的栖息环境。城市化给人类带来诸多福利(如提供更好卫生条件、健康护理和公共交通系统等)，同时，人类活动如机动车交通、燃煤、建筑、废弃物处置与焚烧、金属冶炼、油漆使用等在城市区域的高度密集也给城市环境带来了压力，造成环境污染问题。其中，城市环境Pb和Hg污染由于会对人体健康带来诸多负面影响如破坏大脑和神经系统发育等而受到广泛的关注。Pb和Hg污染的人体健康风险使得城市公园土壤、沉积物Pb和Hg污染研究成为必要，尤其是判定城市公园土壤、沉积物Pb和Hg污染的主要人为污染源以及反演城市Pb和Hg污染的历史变化过程对制定城市Pb和Hg污染控制措施有着十分重要的作用。利用Pb稳定同位素比例以及210Pb定年的湖泊沉积柱芯来判定Pb污染来源以及反演Pb和Hg污染演变过程的研究已经在欧洲和北美地区得到广泛的开展，但是相关的研究在中国开展的还很有限，尤其是对中国城市公园土壤Pb污染的源解析及利用210Pb定年的城市公园湖泊沉积柱芯来反演城市区域Pb和Hg污染历史演变的研究还是不多的。
本研究以上海市为例，于2008年10月在上海市不同城市化水平区域包括市中心区(central urban core，CUC)、已发展城区(developed urban，DDU)、发展中城区(developing urban，DIU)和郊区(suburban，SU)选取了14个水景公园，以公园湖泊表层沉积物(0－5 cm)和湖泊集水区表层土壤(0-5 cm)为研究对象，分析土壤、沉积物及土壤细颗粒组成(<63μm)中重金属(Cd、Cu、Hg、Pb和Zn)总量、结合形态及Pb稳定同位素比例，研究土壤、沉积物中重金属在含量和形态组成上的城市化进程空间效应，并源解析人为Pb污染的来源。另外，通过在市中心区(CUC)3个公园和已发展城区(DDU)2个公园湖泊采集沉积柱芯(24-34 cm深)，对沉积柱芯进行2 cm分层，利用210Pb定年的CRS模型计算沉积柱芯的年份及年沉积速率，结合各层沉积物中重金属含量及Pb稳定同位素比例分析，计算Pb和Hg的沉积通量，反演了过去一个世纪内上海市Pb和Hg的污染历史及Pb和Hg污染源的历史变化，即城市化进程的时间效应。研究结果表明：
1)重金属在城市公园湖泊表层沉积物和集水区表层土壤中的含量和形态分布具有明显的城市化空间梯度效应。从郊区(SU)至市中心区(CUC)，公园表层土壤/沉积物中的总Cd、Cu、Hg、Pb和Zn含量呈显著(p<0.05)增加的趋势。然而，沉积物所体现的城市化空间梯度效应要强于土壤，表现为市中心区(CUC)公园沉积物中重金属含量是郊区(SU)的4-6倍，而市中心区(CUC)土壤中重金属含量是郊区的2－3倍。公园土壤/沉积物重金属含量从郊区(SU)至市中心区(CUC)的增加主要是由于易变化结合态金属含量随着城市化水平升高而升高造成的，残渣态金属含量在不同城市化区域间保持恒定。沉积物所体现的空间城市化效应要强于土壤是因为地表径流冲刷更富集重金属的土壤细(<63μm)颗粒物、携带土壤有机质至受纳水体以及酸性降雨促进土壤中易变化结合态金属的淋溶等，使得沉积物中的总Cd、Cu、Pb和Zn含量高于集水区表层土壤，尤其是在市中心区(CUC)公园。
2)城市公园土壤、沉积物的Pb稳定同位素比例组成与上海煤炭及燃煤飞灰的Pb稳定同位素比例特征值最相近，但远远偏离于含Pb汽油交通尾气、金属冶炼灰尘、铁矿熔渣灰尘、涂料等其它污染源的特征值，表明燃煤排放可能是上海城市公园表层土壤、沉积物Pb污染的重要来源。基于Pb稳定同位素比例207/206Pb和Pb含量的三元分配模型的计算得出，燃煤、含Pb汽油使用和自然来源对上海城市公园土壤Pb的贡献率分别平均为47％、12％和41％；燃煤的贡献率远高于含Pb汽油使用的贡献，表明燃煤是上海市环境Pb污染的最主要人为来源。此外，人为活动和自然来源对土壤中总Pb的贡献率也呈现出显著的城市化空间梯度特征，从郊区(SU)至市中心区(CUC)公园，燃煤和含Pb汽油使用的贡献率升高，而自然来源的贡献率降低。
3)210Pb定年沉积柱芯反演结果表明，在过去一个世纪沉积柱芯的Pb和Hg含量增加了2-3倍；Pb和Hg的沉积通量逐年增加，特别是在快速城市化和经济高速发展的近30年内Pb和Hg沉积通量明显增速。在1949-2008年间，沉积Pb通量与年燃煤Pb排放量呈显著相关，而与汽油使用的Pb排放量呈不显著相关；表层沉积物和沉积柱芯中，Hg与Pb含量呈显著(p<0.05)的线性关系，沉积柱芯Hg沉积通量与年煤炭消耗量亦呈显著(p<0.05)相关。沉积柱芯的Pb稳定同位素比例207/206Pb和208/206Pb变化范围较小，主要与煤炭和燃煤灰尘的Pb稳定同位素特征范围一致。经三元分配模型计算进一步证明在过去一个世纪燃煤是上海市环境介质Pb污染的最主要贡献者，贡献率为52－69％，远高于含Pb汽油使用的贡献率(<30％)。以上结果表明，在过去一个世纪上海市环境介质中Pb和Hg含量的逐渐升高主要是由逐年增加的燃煤消耗量造成的。此外，沉积柱芯中Pb含量、Pb沉积通量及历史燃煤贡献率也呈现显著的城市化空间梯度特征，即市中心区(CUC)沉积柱芯高于已发展城区(DDU)沉积柱芯。
本研究结果在一定程度上丰富了“城市重金属污染地球化学”的认知，为上海市制定重金属污染防控，尤其是Pb和Hg污染控制，提供了科学依据。本研究指出，减少煤炭使用、寻求替代煤炭的新能源(如核能、风能、太阳能等)、改进煤炭燃烧技术减少煤炭燃烧过程中Pb和Hg的排放是实现上海市Pb和Hg减排和降低环境介质中Pb和Hg污染的重要措施。