不同環境介質中重金屬含量及分布特征

查燕 馮馳 是怡蕓 張銀龍

摘要：采集南京市工業區、交通區等5個功能區的葉面塵、地面塵及表層土壤樣品，研究重金屬Cu、Zn、Pb含量的分布特征及其在不同環境介質中的相關性。結果表明，Cu、Pb、Zn含量在葉面塵、地面塵和表層土壤中有顯著差異，總體趨勢基本為葉面塵>地面塵>表層土壤；南京市不同功能區Cu、Pb、Zn含量具有顯著的空間分布差異特征，各功能區重金屬含量表現為工業區>交通區>文教區>居民區>風景區；經Pearson相關分析得出，葉面塵和地面塵中的Cu含量顯著相關，葉面塵中Cu含量和表層土壤中Pb、Zn含量顯著相關，地面塵中Pb含量和表層土壤中Cu含量呈顯著相關，地面塵中Zn含量與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量也呈顯著相關。

關鍵詞：植物葉面塵；地面塵；表層土壤；重金屬；分布特征

中圖分類號： X132文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0486-03

隨著城市化進程的不斷加快，工業、交通、日常生活等排放的廢氣大量增加，加劇了城市生態環境的污染[1]。相關研究證實，植物具有凈化空氣粉塵的能力，可應用于環境污染生物監測和生物指示[2]。城市道路綠化植物是城市生態系統的重要組成部分，在維護城市生態平衡、改善城市生態環境上具有不可替代的作用，綠化植物能夠有效吸收富集多種污染元素，對大氣顆粒物起重要的過濾作用[3]。重金屬易富集在細顆粒物中，經呼吸道等途徑進入人體而引發多種疾病，增加癌癥風險，對人體健康造成極大的威脅[4-5]。此外，重金屬具有高毒性，影響農作物生長，且通常不易被微生物分解，易在食物鏈富集[1，6]。目前，國內外學者針對重金屬研究主要集中在單介質的時空變化特征、葉表面微形態與重金屬含量的相關性，對不同環境介質中重金屬含量的差異少有報道，重金屬在植物葉面、地面和土壤中的含量差異以及不同環境介質中的相關性尚[LL]不清楚。因此，本試驗對南京市不同功能區主要綠化植物葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬Cu、Pb、Zn含量特征進行研究，分析重金屬在植物葉面—地面—表層土壤中的相互關系，為重金屬在以葉表面為核心多介質中遷移歸趨規律的建立提供理論基礎，也為南京市城市環境防治提供科學依據。

1材料與方法

1.1樣品采集

根據土地利用類型，對南京市按功能區進行布點采樣，選取5種不同功能區，分別為文教區、交通區、化工區、居民區、風景旅游區（表1）。

1.3樣品測定

稱取樣品0.2 g，置于50 mL聚四氟乙烯坩堝內；加2～3滴去離子水潤濕，加10 mL濃鹽酸，放置電熱板上加熱；待樣品初步分解，依次加入5 mL濃HNO3、HF、HClO4；用0.2% HNO3轉移到25 mL容量瓶定容中，靜置一會，再轉移到 10 mL 離心管中，待測。用ICP-AES測定塵土中重金屬Cu、Pb、Zn的含量。同時制作分析空白。

1.4數據處理

數據采樣SPSS 13.0軟件進行t檢驗，不同功能區葉面塵中各重金屬質量比差異用ANOVA進行方差分析，變量之間的相關性用Pearson檢驗，顯著水平設定為0.05。

2結果與分析

2.1不同環境介質中重金屬的分布特征

2.1.1銅（Cu）由圖1、表2可見，南京市各功能區Cu含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢為葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區葉面塵Cu含量為9254～214.32 mg/kg，地面塵中Cu含量為63.42～190.23 mg/kg，表層土壤Cu含量為26.87～48.98 mg/kg，葉面塵與地面塵中的Cu含量差異較小，而與表層土壤中的Cu含量差異較大；不同功能區之間葉面塵中的Cu含量大小依次為工業區>文教區>居民區>交通區>風景區；工業區葉面塵中的Cu含量相對最高，為214.32 mg/kg，顯著高于其他4個功能區（P<0.05），文教區與風景區、交通區葉面塵中的Cu含量也達到顯著性差異；工業區地面塵中的Cu含量相對最高，為190.23 mg/kg，風景區最低，為6342 mg/kg，與葉面塵Cu含量呈相同的規律，工業區顯著高于文教區和風景區，其他功能區之間地面塵Cu含量差異不顯著（P>0.05）；表層土壤中Cu含量高低依次為工業區>交通區>居民區>文教區>風景區，工業區達到 48.98 mg/kg，其次是交通區 43.82 mg/kg，風景區相對最低，為26.87 mg/kg，但是5個功能區之間均無顯著性差異。

2.1.2鉛（Pb）由圖2、表2可見，南京市各功能區中的Pb含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢為葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區葉面塵中的Pb含量為95.54～164.46 mg/kg，地面塵中的Pb含量為45.78～85.43 mg/kg，表層土壤中的Pb含量為32.87～347.78 mg/kg；5個功能區葉面塵中的Pb含量由高到低依次為：工業區>文教區>交通區>居民區>風景區，以工業區的Pb含量相對最高，為164.46 mg/kg，方差分析表明，工業區與居民區、風景區葉面塵中的Pb含量之間差異顯著，其他各功能區之間差異不顯著；地面塵中Pb含量最低的為風景區，工業區含量同樣最高，風景區與工業區地面塵Pb含量具有顯著性差異，其他各功能區地面塵含量之間差異不顯著；工業區表層土壤中Pb含量顯著高于其他4個功能區，為347.78 mg/kg，最低量為風景區（32.87 mg/kg），其他4個功能區表層土壤中的Pb含量差異不顯著。

2.1.3鋅（Zn）由圖3、表2可見，南京市各功能區Zn含量在葉面塵、地面塵和表層土壤之間有一定差異，總體趨勢為：葉面塵>地面塵>表層土壤；不同功能區葉面塵Zn含量為254.53～434.91 mg/kg，地面塵Zn含量為146.77～304.52 mg/kg，表層土壤Zn含量為69.04～513.32 mg/kg；葉面塵中Zn含量由高到低依次為：工業區>交通區>文教區>

居民區>風景區，工業區葉面塵中的Zn含量相對最高，風景區葉面塵中的Zn含量相對最低，交通區與工業區葉面塵中的Zn含量不具備顯著性差異，但是二者顯著高于風景區和文教區；地面塵中Zn含量由高到低依次為：工業區>交通區>文教區>居民區>風景區，工業區地面塵中的Zn含量顯著高于其他4個功能區，其他4個功能區的地面塵含量之間差異不顯著；表層土壤中的Zn含量由高到低依次為：工業區>交通區>居民區>文教區>風景區，工業區顯著高于其他4個功能區，居民區、文教區與交通區表層土壤Zn含量之間差異不顯著，風景區表層土壤Zn含量顯著低于工業區、交通區、居民區，與文教區之間差異不顯著。

2.2不同功能區重金屬的含量特征

通過對南京市不同功能區重金屬的含量特征分析（表2）顯示，在城市植物葉面、地面、表層土壤3種介質中，Cu、Pb、Zn這3種重金屬含量特征呈基本相同的規律，總體來看，葉面塵相對最高，表層土壤相對最低；南京市各功能區的Cu、Pb、Zn含量都具有明顯的空間分布差異特征，植物葉面塵、地面塵及表層土壤中的重金屬含量在各功能區表現為工業區相對最高，風景區最低。

2.3葉面塵、地面塵、表層土壤中重金屬的相關性

由表3至表5可見，經Pearson相關性分析發現，葉面塵、地面塵與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量呈一定相關性；葉面塵Cu含量與地面塵Cu、Zn含量及地面塵Zn含量與葉面塵Cu、Pb、Zn含量呈顯著相關（表3），這說明地面塵和葉面塵中存在的Zn有著共同來源，可能主要來源于交通，尤其是汽車輪胎的磨損；葉面塵中Cu含量和表層土壤中Pb、Zn含量呈顯著相關（表4）；表層土壤Cu、Pb、Zn與地面塵Zn呈顯著相關，表層土壤Cu與地面塵Pb，表層土壤Pb、Zn與地面塵Cu呈極顯著相關（表5），這可能是由于地面塵在自然力或者人為影響下易發生再懸浮，沉降到表層土壤的重金屬較大，而綠化植物由于不同高度受到地面塵再懸浮的影響較小。

3結論與討論

3.1不同環境介質中重金屬含量差異分析

從Cu、Pb、Zn等3種重金屬在城市植物葉面、地面、表層土壤中含量差異可知，總體趨勢基本為葉面塵>地面塵>表層土壤。經Pearson相關分析得出，葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬含量呈現出一定程度的相關性，葉面塵和地面塵Cu含量顯著性相關，而Cu主要來自于機動車尾氣排放和剎車片的磨損[7-8]。研究表明，葉面塵中Cu、Pb、Zn含量高于地面塵，這說明葉面易截留大氣中的細顆粒物；葉面塵和表層土壤中Cu含量與Pb含量、Cu含量與Zn含量呈顯著性相關，說明這3種元素含量的同源性較大，可能與交通排放、工業活動產生大量的粉塵中含有Cu、Pb、Zn有關[9-10]；地面塵中Pb含量和表層土壤中Cu含量呈極顯著性相關，地面塵中Zn含量與表層土壤中Cu、Pb、Zn含量呈顯著性相關，這說明其來源最為相似；Zn在葉面塵、地面塵及表層土壤中含量相對最高，說明其主要來源于交通，尤其是汽車輪胎的磨損[11]。結合分析判斷，南京市各區域重金屬來源于工業排放和交通。

3.2不同功能區重金屬含量差異分析

對南京市不同功能區的重金屬含量特征研究表明，Cu、Pb、Zn含量具有明顯的空間分布差異特征，總體來看，各功能區重金屬含量表現為工業區>交通區>文教區>居民區>風景區。葉面塵主要截留大氣顆粒物及地面揚起的顆粒物，而地面塵累積方式較為復雜，受到各種人為活動干擾較多，成為城市環境重金屬污染的載體，表層土壤中重金屬含量受到不同程度的人類活動影響[12]。不同功能區重金屬含量差異與各功能區特點有關，交通、工業、居民生活等都會帶來一定的污染；同一功能區葉面塵、地面塵及表層土壤中重金屬含量有差異，可能與各環境介質中顆粒物的累積方式及粒徑效應有關。本研究中居民區和風景區灰塵中的Cu、Zn、Pb重金屬含量明顯小于其他3個功能區，可能是與居民區、風景區車流量較小有關，即使風景區人流量較大，但地面清掃及時，由人為活動帶來的污染仍相對較小。各功能區活動較為復雜且差異較大，文教區附近有商業活動場所，人流量大、車流量大，從而產生大量的Cu、Zn、Pb顆粒物，導致比交通區的污染物含量高，這與李曉燕等的結論[13]吻合。

總之，重金屬在不同功能區各介質間具有一定的遷移性，由于大氣干濕沉降，經葉面、地表至土壤中的重金屬含量會逐漸下降，而植物葉面、地面及表層土壤這3個環境要素緊密相連，地面塵中部分重金屬會再次進入葉面或土壤，且進入土壤的行為較為明顯。重金屬會在不同環境介質中遷移，互為源匯，能夠表征一定區域內、一定時間內顆粒物攜帶重金屬的環境行為。今后，應結合大氣顆粒物，更加全面分析重金屬污染物在不同環境介質中的遷移歸趨機制，進一步研究以植物葉面為核心的多介質復雜體系。另外，李如忠等報道，合肥市公園綠地重金屬含量反而高于工業區和交通區[14]，與本研究結論有出入，須進一步探討研究。

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