论文部分内容阅读
城市地表灰尘作为城市生态系统中多种污染物的受纳体,其富集了包括重金属在内的多种无机和有机污染物,因灰尘颗粒细小、结构疏松和所处界面的特殊性,其在外力扰动下不断在城市土壤-大气-水环境中循环转化,是具有丰富环境指示效应的物质。富集在灰尘中的多种重金属由于自身的物质属性和毒理学特征,使长期暴露在毒性较强且浓度过高的环境中会导致细胞损伤,甚至诱发动植物机体死亡,从而成为城市生态环境关注的热点问题之一。为探析在快速城市化和工业化背景下我国西北干旱区典型绿洲城市地表灰尘重金属的污染现状,在新疆昌吉市主城区采集了52个代表性地表灰尘样品,测定其中铅(Pb)、镍(Ni)、砷(As)、镉(Cd)、汞(Hg)和铜(Cu)等6种重金属的含量。采用数理统计分析、污染指数法、生态风险法、地统计法与GIS技术和US EPA健康风险模型,分别评估了研究区地表灰尘中6种重金属的含量特征、污染水平、生态风险、空间分布以及潜在健康风险;结合相关分析法、聚类分析法和PMF受体模型追溯了灰尘重金属的污染来源。本研究的主要结论如下:1)昌吉市地表灰尘中Pb、Ni、As、Cd、Hg和Cu含量的均值分别为46.83、26.35、9.92、0.21、0.047和59.33 mg/kg,中位值依次为39.50、24.00、9.72、0.20、0.0421和54.50mg/kg,其含量的均值依次为新疆土壤背景值对应元素的2.41、0.99、0.89、1.71、2.76和2.22倍。从变异系数来看,Pb和Hg属高度变异,Ni和Cu属中等变异,表明昌吉市地表灰尘重金属受人类活动的影响明显。2)昌吉市地表灰尘中各重金属含量的空间分布格局差异较大,整体来看,Pb、Hg和Cu含量的高值区主要分布在交通运输和商业活动频繁的研究区中部与东北部燃煤工业区;Ni和Cd主要分布于研究区南部的电气工业园和机械工业园;As含量的变化趋势为研究区中部低四周高的“盆地”形分布格局。研究区灰尘重金属对儿童和成人产生的非致癌风险的高值区主要分布在研究区中部和东北部,其致癌风险的空间分布格局与As元素含量的空间分布格局基本一致。3)昌吉市地表灰尘中6种元素被相关分析和聚类分析归为4类,其中Pb和Cu的主要污染源为交通源,Ni和Cd为工业源,As为自然源,Hg为燃煤源。PMF解析结果表明,交通排放对Pb和Cu的贡献率分别为47.2%和47.4%;工业排放对Ni和Cd的贡献率依次为64.1%和37.2%;自然源对As的贡献率为41.8%;燃煤源对Hg的贡献率为54.8%。整体来看,工业源、交通源、燃煤源和自然源依次对6种重金属总的贡献为31.08%、26.80%、23.31%和18.81%。这表明人类活动是导致研究区地表灰尘重金属富集的主要原因。4)地累积污染指数(Igeo)评价结果表明,研究区地表灰尘中6种重金属Igeo均值的递减顺序为:Hg>Pb>Cu>Cd>Ni>As,其中Hg、Pb、Cu和Cd呈现轻微污染,Ni和As呈现无污染;单一污染指数(Pi)评价结果显示,灰尘中Hg、Pb和Cu属于中度污染,Cd为轻度污染,Ni和As为无污染,6种元素内梅罗污染指数(NPI)介于1.36~7.17之间,平均值为2.57,属中度污染态势;污染负荷指数显示,6种元素的污染负荷指数介于0.98~3.34之间,平均值为1.68,属于轻度污染态势。即Hg和Pb为研究区最主要的污染因子。5)生态风险评价结果表明,研究区地表灰尘中重金属的单项生态风险指数(Er)平均值的大小关系为:Hg(110.52)>Cd(51.29)>Pb(12.07)>Cu(11.11)>As(8.56)>Ni(4.95),其中Hg和Cd的平均单项生态风险呈现较强和中等风险,Ni、Cu、As和Pb皆为轻微生态风险等级,6种元素联合产生的综合潜在生态风险指数(PLI)的均值为198.1,呈现中等生态风险;灰尘重金属环境风险预警指数(IER)的均值为4.98,属中度预警态势,其中Hg、Pb和Cu为轻警,Cd为预警,Ni和As为无警,Hg为研究区最大的生态风险元素。6)昌吉市地表灰尘重金属对儿童产生的非致癌风险指数(0.492)为成人的6.15倍,其致癌风险(1.25×10-5)为成人(1.06×10-6)的11.79倍,但其对人体产生的致癌和非致癌风险均在安全阈值内,As和Pb为研究区主要的非致癌元素,且As为最大的致癌元素,3种暴露途径的风险关系为:手-口摄入>皮肤接触>呼吸吸入。整体来看,昌吉市地表灰尘重金属未对人体造成健康危害。