西固城区街道灰尘重金属含量的分布、来源及质量评价

摘要

城市街道灰尘(Urban Street Dust)是城市环境学的研究对象之一。与城市土壤和大气颗粒物相比，城市街道灰尘是一种物质组成和来源更为复杂的环境介质，在交通运输、工业生产和城市建设等人类活动的强烈干扰影响下，包含了特定的环境信息和污染指示作用，成为城市环境污染的重要来源。兰州市西固城区是一个重工业河谷型城市，具有半个多世纪的工业发展史，重金属在街道灰尘中的不断累积不但对当地生态环境造成面源污染，而且对人体健康也会构成潜在威胁。因此，开展兰州市西固城区街道灰尘重金属含量及相关基础研究，具有较为深远的科学意义和现实意义。 本论文以兰州市西固城区街道灰尘为研究对象，测定了街道灰尘的粒径组成、有机质含量和Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd等六种重金属元素的含量，研究了各重金属在西固城区街道灰尘中的含量统计与分布特征、来源、污染现状及潜在生态危害。研究结果表明： (1)研究区街道灰尘颗粒物中，粗砂(1-0.25mm)仅占7.79％，细砂(0.25-0.05mm)占47.05％，粉粘粒(<0.05mm)占45.16％，自然降尘和人为活动对城区街道灰尘粉粘粒的贡献率分别为37.67％和62.33％。西固城区街道灰尘有机质含量均值为7.10％，大大高于兰州城区表土和灰钙土中有机质含量，服从对数正态分布特征。 (2)统计分析结果表明：①、西固城区街道灰尘中Cu、Zn、Pb、Ni、Cr、Cd含量算术平均值分别为75.70mg/kg、350.03mg/kg、110.77mg/kg、167.38mg/kg、144.24mg/kg、2.87mg/kg，依次为城郊对照点街道灰尘中相应重金属含量的2.99倍、3.38倍、2.38倍、3.70倍、1.37倍和1.74倍，Cr受当地城区与城郊人类活动强度差别的影响相对较小。②、Ni、Cr含量在国内外均处于较高水平，而Cu含量处于较低水平；Zn、Pb、Cd在国内处于中等含量水平，而在国外处于较低含量水平。③、六种重金属元素的含量都高于相应地壳丰度值，也远高于我国土壤的自然背景水平；Ni、Cd及Zn的累积已非常明显，不利于维护人体健康，可能对城区街道两旁植物正常生长产生相对更大的威胁。 (3)重金属含量分布规律如下：①、人类活动强度对于街道灰尘重金属含量的累积产生正效应，各重金属含量在不同功能区的分布表现出一致性：北部工业片区>中部缓冲过渡区>南部生活片区>南部城郊对照点，具有从北向南递减的大致趋势，尤以Zn、Pb、Ni、Cr四种元素最为明显；②、Cu、Cd二元素含量分布受土地利用方式差异的影响相对较小，工业活动对西固城区街道灰尘中Zn、Pb、Ni三元素的含量分布有重要的影响，Cr元素的累积受工业活动的影响较小；③、本文划分的灰尘粒径对西固城区街道灰尘中Cu、Zn二元素的含量累积都无显著性影响。Pb、Cr两元素更易在0.25～0.074mm粒径街道灰尘中累积，Ni元素更易在0.074～0.050mm粒径街道灰尘中累积，Cd元素则更易在<0.050mm粒径街道灰尘(粉粘粒)中累积。 (4)相关分析和主成分分析结果表明：Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属元素含量两两之间呈显著正相关，主要来自于工业和交通运输活动排放，其中Zn、Pb、Ni三元素部分工业来源来自钢材的磨损；Cr元素含量与其他5种重金属元素以及有机质含量之间都不具有显著相关性，主要来自土壤的风化。工业和交通活动来源占61.54％，自然来源占18.57％，其他来源占19.89％。各重金属元素之间的含量关系与元素表生地球化学特征有关。 (5)地质累积指数和潜在生态风险评价结果表明，西固城区街道灰尘Cd属于偏重污染，Ni处于中污染水平，Cu、Zn、Pb三种元素均处于偏中污染水平，Cr仅受到轻污染；研究区街道灰尘重金属Cd含量的潜在生态危害极强，达Ⅴ级水平，而重金属Cu、Zn、Pb、Ni、Cr含量的潜在生态危害均轻微，为Ⅰ级水平。城区街道灰尘重金属潜在生态危害指数为698.29，总的潜在生态风险很强，达Ⅳ级水平。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1城市街道灰尘

1.1.1城市街道灰尘的概念

1.1.2城市街道灰尘的环境危害

1.1.3城市街道灰尘的污染特点

1.1.4城市街道灰尘的研究内容

1.2城市街道灰尘重金属国内外研究进展

1.2.1城市街道灰尘的采样技术发展

1.2.2城市街道灰尘重金属的分析技术

1.2.3城市街道灰尘重金属的含量特征

1.2.4城市街道灰尘重金属的空间分布

1.2.5城市街道灰尘重金属的化学形态

1.2.6城市街道灰尘重金属的风险评价

1.2.7城市街道灰尘重金属的来源判别

1.3论文选题意义、主要研究内容与拟解决的关键问题

1.3.1论文选题意义

1.3.2论文研究目标、主要内容与拟解决的关键问题

第二章材料与方法

2.1研究区域概况

2.1.1自然环境概况

2.1.2机动车数量与能源结构

2.1.3城区环境质量状况

2.2样品采集与制备

2.2.1样品采集方法

2.2.2样品制备方法

2.3实验仪器、试剂及药品

2.3.1主要实验仪器设备

2.3.2主要化学试剂及药品

2.3.3主要溶液的制备

2.4实验分析方法

2.4.1样品理化性质的测定

2.4.2样品重金属含量的测定

2.5实验质量保证

2.5.1准确度实验及结果

2.5.2精密度实验及结果

2.5.3实验过程控制

2.6数据处理与分析方法

第三章研究区街道灰尘基本理化性质

3.1城区街道灰尘粒径组成特征

3.2城区街道灰尘有机质含量特征

3.3本章小结

第四章研究区街道灰尘重金属含量统计分析

4.1城区街道灰尘重金属含量特征值统计分析

4.2城区街道灰尘重金属含量超标概率统计分析

4.3与其他城市街道灰尘重金属含量的对比分析

4.4本章小结

第五章研究区街道灰尘重金属含量空间分布及来源分析

5.1基于克里格插值法的城区街道灰尘重金属含量空间分布

5.2城区街道灰尘重金属含量分布规律分析

5.2.1不同人类活动强度下街道灰尘重金属含量累积趋势

5.2.2不同功能片区属性下街道灰尘重金属含量分布规律

5.2.3不同土地利用方式下街道灰尘重金属含量分布规律

5.2.4不同粒径城区街道灰尘中重金属含量累积规律

5.3城区街道灰尘重金属来源分析

5.3.1城区街道灰尘重金属含量及理化指标相关分析

5.3.2城区街道灰尘重金属含量主成分分析

5.4本章小结

第六章研究区街道灰尘重金属污染及潜在生态风险评价研究

6.1基于地质累积指数的污染现状评价

6.2基于潜在生态危害指数的生态风险评价

6.3本章小结

第七章研究结论与展望

7.1研究结论

7.2研究展望

参考文献

致谢

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