北京市公园道路粉尘Cu，Pb，Zn含量及其污染评价，本文主要内容关键词为：北京市论文,粉尘论文,含量论文,道路论文,公园论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着现代社会经济的迅速发展，人们生活节奏的不断加快，城市居民越来越重视到景色优美的公园放松身心。北京市公园凭借中国首都这一特殊的地理位置和举世瞩目的名胜古迹而接待了大量国内外游客，由于公园环境好坏对游客的身体健康有影响，因此对其环境质量进行评价具有现实意义。
公园道路是游客集中行走的地方，道路粉尘中的细小颗粒物会因刮风和行人扰动而进入游人的呼吸系统，对人体健康产生影响。由于重金属对人体健康有危害，因而显得尤为重要。
目前国内对公园环境重金属的研究主要集中在土壤或植物方面，而对公园道路粉尘中重金属的研究鲜见报道。
笔者选取北京市的12个公园为研究对象，收集公园道路粉尘做重金属元素含量分析，并以Cu，Pb和Zn为代表，对公园道路粉尘的重金属污染状况进行评价。
1材料与方法
按照北京市公园所处的位置（市中心、市郊）选取12个具代表性公园（见图1），其中摩托车俱乐部为郊区公园，森林公园位于北五环路附近，正在规划中。每个公园根据道路情况用毛刷和不锈钢铲收集3～9份水泥地面粉尘样品，同时采集距道路10m左右的土壤表层（10～15cm）样品。样品风干后经玛瑙球磨机磨碎，过200目筛，用原子吸收光谱仪（WFX—1E3）测定Cu，Pb，Zn等3种重金属及Fe，Ca，Mg，K等常量元素的质量分数。测定过程用国家一极标样（GSS—2）、二级标样（GRD—32，33，34）和重复样进行质量监控，其准确度（ΔlgC＜0.03，C为样品分析值＝和精密度（RE＜10％＝均满足要求。采用
±2S（为平均值，S为标准差）剔除个别异常值后，求出各公园道路粉尘和表层土壤中重金属质量分数均值、标准差，并对公园道路粉尘中重金属质量分数进行聚类分析和相关分析。
·取样点☆天安门—主要公路
采样公园：1—景山；2—陶然亭；3—天坛；4—龙潭湖；5—地坛；6—紫竹院；7—玉渊潭；8—朝阳；9—森林；10—圆明园；11—摩托车俱乐部；12—八大处
图1 采样公园及道路粉尘采样点分布示意图
Fig.1 Sketch map showing the locations of the selected urban parks and road dust sampling
2结果与讨论
2.1道路粉尘的采源
参考街道扬尘主要来源于地面本底尘、大气沉降的“二次烟尘”和汽车尘三部分，则公园道路粉尘也应该主要来源于地面本底尘、大气沉降物及汽车尘三部分。其中公园道路本底尘主要来源于周围土壤扬尘和行人所携带的外来土壤尘；汽车尘主要包括行驶于公园道路上的汽车所排放的尾气、汽车轮胎和其他零件磨损尘及车体附着尘等。
杨丽萍等归纳国内外学者对不同来源大气颗粒污染物的研究表明，Fe，Ca，Mg和K主要来源于土壤；宋宇等的研究表明，地面扬尘可向大气细粒子贡献Fe，Ca和Mg等元素。鉴于此，比较道路粉尘和土壤中这4种元素的含量可以知道道路粉尘与土壤的关系。
道路粉尘和表层土壤中Fe，Ca，Mg和K的质量分数见表1。从表1可知，北京市公园道路粉尘中Fe，Ca，Mg和K的质量分数分别为18.3～33.9，22.9～40.6，10.1～15.6，16.9～20.1mg/g，其平均值分别为23.1，33.3，12.3，18.9mg/g；表层土壤中Fe，Ca，Mg和K的质量分数分别为23.7～34.7，13.2～40.4，9.1～13.9，18.1～20.9mg/g，其平均值分别为26.4，30.1，12.3，19.3mg/g，道路粉尘与表层土壤中含量平均值为w（Ca）＞w（Fe）＞w（K）＞w（Mg）。道路粉尘与表层土壤中Fe，Ca，Mg和K的质量分数非常接近，因此土壤尘对道路粉尘有着一定的贡献。道路粉尘pH值是8.12～8.84，平均值是8.46；表层土壤pH值是7.53～8.67，平均值是8.29，即二者的pH值也非常接近。综上所述，北京市公园道路粉尘的性质与表层土壤的性质非常相似。
表1 北京市公园道路粉尘、表层土壤Fe，Ca，Mg和K含量均值及pH值
Table1 Elements contents and pH in road dusts and top soils of urban parks in Beijing
2.2道路粉尘Cu，Pb和Zn的含量及其污染评价
北京市公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn的质量分数见表2。由表2可知，北京市公园道路粉尘Cu，Pb和Zn的质量分数分别为17.20～46.60，28.77～180.86，79.50～169.25mg/kg，其平均值分别为28.61，65.72和113.18mg/kg；表层土壤Cu，Pb和Zn的质量分数分别为18.90～57.94，22.78～82.32，58.50～110.60mg/kg，其平均值分别为31.83，42.96和80.75mg/kg。
表2 北京市公园道路粉尘、表层土壤Cu，Pb，Zn含量均值
Table2 Heavy metal contents of road dusts and top soils in urban parks of Beijingmg/kg
1）圆明园公园表层土壤Pb含量的标准差为30.5，其余表层土壤数据的标准差小于22.0。
北京市公园道路粉尘和表层土壤中Cu，Pb和Zn的质量分数平均值均高于北京市土壤Cu，Pb和Zn的背景值，这说明在道路粉尘和表层土壤中都存在着一定程度的Cu，Pb，Zn含量积累现象。
对比道路粉尘与表层土壤中w（Cu），w（Pb），w（Zn）的平均值可以看出，道路粉尘中w（Cu）稍低于表层土壤，而道路粉尘中w（Pb）和w（Zn）均高于表层土壤，存在着显著的Pb，Zn积累现象。
由前述可知，北京市公园道路粉尘与表层土壤的性质非常接近，因此笔者尝试借用土壤的单因子和多因子评价公式对公园道路粉尘的污染状况做出评价。
道路粉尘Cu，Pb和Zn的污染指数采用单因子评价公式进行计算：
P[，i]=C[，i]/S[，i]
式中，P[，i]为道路粉尘中污染物i的污染指数；C[，i]为道路粉尘中污染物i的实测质量分数，mg/kg；S[，i]为道路粉尘中污染物i的评价标准，mg/kg。
笔者选用国家环保总局推荐的北京市土壤环境背景值作为评价标准。公园道路粉尘的整体污染状况采用综合污染指数法进行评价，其计算公式为：
式中，P为综合污染指数；P[，i]为单项污染指数；n为道路粉尘中污染物质的种类数。
公园道路粉尘Cu，Pb和Zn的污染指数见表3。表3中P[，Cu]，P[，Pb]和P[，Zn]分别为0.73～1.97，1.19～7.50，0.82～1.74，平均值分别为1.21，2.73，1.16，均大于1，进一步表明北京市公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn的平均含量均超过北京市土壤背景值，而且Pb含量超出相对突出。
表3 北京市公园道路粉尘Cu，Pb，Zn污染指数
Table3 Heavy metal pollution index of road dusts in urban parks of Beijing
污染指数
公园名称 P[，Cu] P[，Pb] P[，Zn] 综合污染指数
陶然亭公园1.40 2.54 1.36 1.77
朝阳公园 1.23 2.64 1.74 1.87
龙潭湖公园1.13 2.22 1.27 1.54
天坛公园 1.29 3.04 1.17 1.83
圆明园公园0.83 1.50 1.03 1.12
地坛公园 1.43 4.23 1.47 2.38
紫竹院公园0.89 2.11 1.08 1.36
森林公园 1.97 1.85 1.14 1.65
八大处公园0.92 1.30 0.93 1.05
摩托车俱乐部 0.73 1.19 0.82 0.91
玉渊潭公园0.94 2.59 0.84 1.46
景山公园 1.75 7.50 1.09 3.45
平均值1.21 2.73 1.16 1.70
根据P[，Cu]，P[，Pb]，P[，Zn]计算出的公园道路粉尘综合污染指数（P）亦见表3。由表3可知，公园道路粉尘P值的变化范围为0.91～3.45。P值较低的有位于市郊的摩托车俱乐部、八大处、圆明园等公园，数值分别为0.91，1.05，1.12；P值较高的有地坛、景山公园，数值分别为2.38，3.45。北京市公园道路粉尘P值大小的规律，总体上是市区公园道路粉尘的P值高于市郊公园，位于市中心的景山公园道路粉尘的P值最高。
2.3道路粉尘Cu，Pb和Zn含量的聚类分析
对12个公园道路粉尘w（Cu），w（Pb），w（Zn）用欧氏距离做聚类分析，见图2。由图2可看出，在聚类距离系数为30时，除森林公园较特殊外，其他各公园的聚类与其所处的交通位置有密切关系。
图2 北京市公园道路粉尘Cu，Pb，Zn含量聚类分析图
Fig.2 Cluster analysis of heavy metal contents of road dusts in urban parks of Beijing
结合图1可以发现，位于市郊的圆明园、八大处、摩托车俱乐部公园聚为一类；位于西三环旁边的紫竹院、玉渊潭公园成一类；紧邻北二环的陶然亭、龙潭湖、天坛公园为一类；东四环西边的朝阳公园和北二环北边的地坛公园为一类；位于市中心的景山公园单独成一类。由此可以推知，公园道路粉尘Cu，Pb和Zn的含量在一定程度上与其周围环境有关。
杨丽萍等总结出垃圾焚烧可向大气颗粒污染物贡献Cu，Zn等元素，因此位于市郊的森林公园因道路粉尘中Cu，Pb和Zn的较高含量，尤其是Cu，Zn的高含量而与陶然亭等公园聚为一类，其原因一方面与公园道路常有车辆行使有关，另一方面也与该园内个别地点有垃圾堆放，垃圾粉尘会随风飘散有关。
2.4道路粉尘Cu，Pb和Zn含量的相关分析及来源探讨
12个公园道路粉尘w（Cu），w（Pb），w（Zn）的相关分析见图3。
由图3可以看出，北京市公园道路粉尘中Cu与Pb的相关性在剔除离群的森林公园后相关性很好，相关系数达0.8769，Pb与Zn的相关性在剔除离群的景山公园后相关性较好，相关系数为0.6112；Cu与Zn的相关性在剔除离群的森林公园、景山公园后也较好，相关系数达到0.7832。
图3 北京市公园道路粉尘Cu，Pb，Zn含量的相关性
Fig.3 Relations among the heavy metal contents of road dusts in urban parks of Beijing
Gailey、管东生等的研究表明，重金属含量的相关性显著与否，与来源是否相同有关。显著性越高，说明重金属来源可能相同，否则来源可能不止一个。北京市公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn含量的相关性较好，说明它们具有一定的同源性。
综合国内外学者的研究成果可知，繁忙的交通（尤其是塞车）可使公路周围土壤和大气中Cu，Pb和Zn的含量显著增加。位于市区的景山、地坛、天坛、龙潭湖、陶然亭、紫竹院、玉渊潭、朝阳等8个公园的四周均有公路环绕，且均为交通要道，就连位于市郊的圆明园公园周围也有3条公路围绕。因此，北京市公园的环境质量深受交通状况的影响。由于道路粉尘是采集于7月份，因此该道路粉尘受燃煤因素的影响非常小。
公园道路粉尘中的Cu，Pb和Zn主要来源于土壤扬尘、大气沉降物和汽车尘，从上述分析可知，北京市公园的表层土壤与大气沉降物均已经受到交通状况的影响，再结合图2聚类分析的结果，更可明确交通是对公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn含量造成影响的重要因素。当公园道路上有机动车辆行驶时，其尾气排放和轮胎磨损等更可加重交通因素对道路粉尘中Pb，Zn等重金属含量的影响。除森林公园情况较特殊外，位于市郊的圆明园、八大处、摩托车俱乐部等3个公园由于受交通状况影响较小，其道路粉尘中的Cu，Pb，Zn的含量均较低，与北京市土壤背景值相近；而其他位于闹市区的8个公园由于受交通状况影响严重，其道路粉尘中的Cu，Pb，Zn含量均有明显的积累现象，位于市中心的景山公园道路粉尘中的Cu，Pb和Zn的积累尤其明显。上述研究表明，北京市公园道路粉尘中Cu，Pb，Zn含量的积累主要来源于交通。
3结论
通过前述研究可以得出以下结论：
a.北京市公园道路粉尘与表层土壤中Fe，Ca，Mg和K的质量分数及pH值非常接近，平均值的大小规律均为w（Ca）＞w（Fe）w（K）＞w（Mg），道路粉尘与表层土壤的性质非常相似。
b.公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn的质量分数平均值高于北京市土壤的背景值，道路粉尘中w（Cu）稍低于表层土壤中的值，而道路粉尘中w（Pb）和w（Zn）均高于表层土壤中的值，存在着显著的Pb，Zn积累现象。
c.公园道路粉尘综合污染指数P值大小的规律，总体上是市区公园P值高于市郊公园，位于市中心的景山公园道路粉尘的P值最高。
d.聚类分析结果显示，公园的聚类与其所处交通位置有密切关系，总体上是按公园所在的环路位置聚类。
e.公园道路粉尘w（Cu），w（Pb）和w（Zn）的相关性较好，可能具有相同来源。交通是造成公园道路粉尘中Cu，Pb和Zn积累的重要因素。