不同等级城镇居民点地面灰尘重金属含量与分布 ——以郑州市、中牟县城和韩寺镇为例

论文摘要

本文选择郑州市、中牟县、韩寺镇和郭辛庄作为研究对象,在野外调查采样、室内分析的基础上,对不同等级城镇地面灰尘中Cr、Ni、Zn、Pb和Cu的含量水平、空间分布、富集特征、污染状况、潜在生态风险等开展了对比研究。全文共分为六个部分:第一部分:主要介绍了城镇地面灰尘重金属污染的研究现状和发展趋势,以及本研究的内容和意义。第二部分:全面介绍了郑州市、中牟县和韩寺镇的概况,包括它们的自然地理状况和社会经济状况。第三部分:主要介绍本研究城镇地面灰尘的采样点布设、样品采集、样品预处理、试验项目和方法。第四部分:主要介绍了郑州市、中牟县和韩寺镇地面灰尘中重金属的含量和空间分布情况,以及分析了地面灰尘中重金属含量与粒径的关系。第五部分:主要采用富集指数法对郑州市、中牟县和韩寺镇地面灰尘中重金属的来源进行初步分析。第六部分:主要采用地积累指数法和潜在生态风险指数法对郑州市、中牟县和韩寺镇地面灰尘中重金属污染情况进行评价。通过以上研究,得出以下主要结论:(1)郑州市、中牟县和韩寺镇地面灰尘中各个重金属均有不同程度的积累。郑州市地面灰尘Cr、Ni、Zn、Pb和Cu的平均含量分别为84.59、37.60、317.00、227.01和22.66 mg/kg,分别为对照区(郭辛庄)重金属平均值的2.3、1.9、7.3、4.9和7.0倍;中牟县城地面灰尘Cr、Ni、Zn、Pb和Cu的平均含量分别为47.36、21.37、179.05、80.57和12.40 mg/kg,分别为对照区重金属平均值的1.31、1.05、4.14、1.76、3.84倍;韩寺镇地面灰尘中Cr、Ni、Zn、Pb和Cu的平均含量分别为41.57、15.50、67.89、46.91和2.11 mg/kg,分别为对照区重金属平均值的1.15、0.76、1.57、1.02和0.65倍。地面灰尘重金属含量随城镇规模的减小而下降,即郑州市>中牟县>韩寺镇>郭辛庄。(2)郑州市地面灰尘各个重金属含量的空间分布差异较大,局部污染严重。郑州市三环以内区域的地面灰尘中的Zn、Pb和Cu含量较高,其高值中心位于西三环和南三环附近等工业区和交通要道。地面灰尘中Cr和Ni的含量相对较低,但局部含量较高,也存在多个高值中心。Cr的高值中心分布在郑州西绕城公路、以及西三环的北端到南端区域;Ni的高值中心分布在郑州西绕城公路和北三环附近区域。郑州市东北部地区的地面灰尘中的重金属含量最低。中牟县城和韩寺镇,面积较小,功能分区不甚明显,故地面灰尘重金属含量空间变异也很明显,但没有规律可循。(3)地面灰尘颗粒大小相差悬殊。但以细颗粒(<0.15 mm)部分为主,粗颗粒(>0.25 mm)部分所占比例最少。除了灰尘中的铜以外,其他4种重金属(Pb、Zn、Ni、Cr)在不同粒级组中的分布均表现为细颗粒>粗颗粒>中颗粒的特征。其原因除了细颗粒比表面大,对重金属吸附能力强以外,可能还与中、粗颗粒的矿物组成有关,尚需进一步研究。(4)以对照区地面灰尘重金属含量作为背景含量,计算得到不同等级城镇地表灰尘中各个重金属的富集系数也随城镇规模的减小而下降。郑州市地面灰尘中重金属的平均富集系数的大小为:Pb(6.05)>Cu(4.32)>Zn(4.08)>Cr(1.49)>Ni(1.32),其中Pb属于显著富集,Cu和Zn属于中度富集,Cr和Ni属于轻度富集。中牟县地面灰尘中重金属富集系数的大小为:Zn(3.47)>Cu(3.01)> Pb(1.97) >Cr(1.40)> Ni(1.08),其中Zn和Cu中度富集,其他重金属属于轻度富集。韩寺镇地面灰尘中重金属富集系数的大小为:Cr(1.47)> Pb(1.46)> Zn(1.43)> Ni(0.95)> Cu(0.78),其中Cr、Pb和Zn属于轻度富集,其他重金属没有发生富集。总体上来说,地面灰尘中的Cr和Ni主要来自城镇周围土壤母质或自然沉积物,是自然源重金属;而Pb、Cu和Zn主要与城市人类活动有关(汽车尾气排放、汽车轮胎和刹车里衬磨损、燃煤和工业生产等),是人为源重金属。(5)从地面灰尘中重金属地积累情况来看,郑州市地面灰尘重金属污染>中牟县城>韩寺镇>郭辛庄,随着城镇规模的扩大、人口增加和工业积聚增强,地面灰尘重金属污染有增强的趋势。郑州市地面灰尘中的Cu属于较重污染,Zn和Pb属于中度污染,Cr属于轻度污染,Ni属于无污染。中牟县地面灰尘中的Cu属于轻度污染,Zn属于中度污染,Cr和Ni属于无污染状态。而韩寺镇地面灰尘中Pb、Cu、Cr和Ni的地积累指数(除了Zn)都小于0,属于无污染,但是Zn处于轻污染状态。(6)郑州市、中牟县和韩寺镇地面灰尘中重金属潜在生态危害均为轻微危害。其中Cr、Ni和Zn的污染指数较低,Pb和Cu的指数较高些。虽然如此,地面灰尘中重金属的潜在生态风险指数仍表现出郑州市>中牟县城>韩寺镇>郭辛庄的趋势。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 0 引言
• 1 城市灰尘的概念及国内外研究述评
• 1.1 城市灰尘的概念
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 国外研究进展
• 1.2.2 国内研究进展
• 1.3 存在问题、发展趋势及本文的研究内容和意义
• 1.3.1 存在问题
• 1.3.2 研究内容及意义
• 2 研究区域概况
• 2.1 郑州地区的自然条件
• 2.2 郑州市概况
• 2.3 中牟县和韩寺镇概况
• 3 研究方法
• 3.1 样品采集方法
• 3.1.1 采样点布设
• 3.1.2 样品采集方法
• 3.2 样品预处理
• 3.3 实验项目及方法
• 4 灰尘重金属含量与分布分析
• 4.1 灰尘重金属含量分析
• 4.1.1 郑州市地面灰尘重金属含量分析
• 4.1.1.1 含量水平
• 4.1.1.2 空间分布差异
• 4.1.2 中牟县地面灰尘重金属含量分析
• 4.1.2.1 含量水平
• 4.1.2.2 空间分布差异
• 4.1.3 韩寺镇地面灰尘重金属含量分析
• 4.1.4 不同等级居民点地面灰尘重金属含量比较分析
• 4.2 郑州市地面灰尘重金属含量的Kriging 插值分析
• 4.2.1 地面灰尘Cr 含量的空间分布特征
• 4.2.2 地面灰尘Ni 含量的空间分布特征
• 4.2.3 地面灰尘Zn 含量的空间分布特征
• 4.2.4 地面灰尘Pb 含量的空间分布特征
• 4.2.5 地面灰尘Cu 含量的空间分布特征
• 4.3 地表灰尘中重金属含量与粒径的关系分析
• 5 地面灰尘重金属源判分析
• 5.1 重金属富集系数及其计算
• 5.2 郑州市地面灰尘重金属的富集特征
• 5.3 中牟县地面灰尘重金属的富集特征
• 5.4 韩寺镇地面灰尘重金属的富集特征
• 6 地面灰尘中重金属污染评价
• 6.1 地积累指数评价
• 6.1.1 评价方法
• 6.1.2 郑州市地面灰尘重金属污染评价
• 6.1.3 中牟县地面灰尘重金属污染评价
• 6.1.4 韩寺镇地面灰尘重金属污染评价
• 6.1.5 不同等级城镇地面灰尘重金属地积累指数的对比
• 6.2 潜在生态风险评价
• 6.2.1 评价方法
• 6.2.2 郑州市地面灰尘重金属潜在生态风险评价
• 6.2.3 中牟县地面灰尘重金属潜在生态风险评价
• 6.2.4 韩寺镇地面灰尘重金属潜在生态风险评价
• 6.2.5 不同等级城镇地面灰尘潜在生态风险对比分析
• 7 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附表