城市街道灰尘中重金属空间分布特征及环境过程研究

以环境地球科学方法和系统论为指导，将城市街道灰尘、街道地表径流、叶面积尘等介质作为一个整体环境系统，应用地统计学分析、时间序列分析等技术手段，研究城市街道灰尘中重金属污染特征、时空分布特征及其成因,探讨街道灰尘对交通排放的重金属污染的指示作用以及街道灰尘中重金属污染受气象因子、土地利用类型等地理因素的影响机理；通过对街道边绿化植被叶面积尘中重金属含量的垂直分布以及街道地表径流中重金属分布规律的研究，探索街道灰尘中重金属的环境行为及归趋；结合因子分析以及多元回归方法解析各介质中重金属的主要来源。该项研究对认识重金属在城市多介质环境中的环境行为及在区域尺度上的来源和归趋提供了科学依据,在城市重金属生物地球化学循环领域具有重要的理论意义，同时可以为城市重金属污染控制和管理决策提供科学指导。

该项目在对芜湖市区工业布局、人口分布、商业活动等调研的基础上，在中心城区、经济技术开发区、高新技术开发区等不同功能区采集灰尘样品76个，对灰尘的理化性质、粒径、重金属全量及赋存形态进行了测定，分析了灰尘中重金属的空间分布特征及其分布成因，发现不同元素的空间分布差异相当大，Co、Cu、Cr和Ni高值均出现在经济技术开发区；V和Mn在研究区东南角和东北角出现高值；Zn和Pb的最高值出现在中心城区和研究区的最东北角；Cd则出现多个高污染中心，且整个研究区质量比较高，污染较为严重。结合空间分布及统计分析表明，芜湖市区地表灰尘中工业排放的特征元素为Co、Ni、Cu、V、Mn；城市交通活动排放的特征元素为Zn、Cd、Cr、Pb，而全球生物毒性元素汞的来源很复杂。粒径分布研究表明灰尘中重金属主要富集在<75µm粒径级别上，富集比例约为50%。芜湖市地表灰尘中不同重金属的赋存形态差异较大，Zn和Cd以酸溶态为主，自然源的Cr、V、Ni、Co以残渣态为主，Cu、Pb以有机结合态为主；Cd的不同形态相对分布均匀。本项目对灰尘中>200目（<75um）灰尘粒径级别上重金属暴露的人体健康风险评价，不同重金属非致癌风险大小依次为：Pb>Cr>Mn>V>Cu>Cd>Co> Ni>Zn，均不构成明显的风险，但经济技术开发区的各重金属叠加风险指数达1.266，存在非致癌风险。Cr、Cd、Co和Ni致癌风险均低于风险阈值，不会对人体造成健康危害；基于细颗粒物的灰尘重金属含量的健康风险评估更具有说服力和可信度。项目引用国外通用的初期效应概念，定量研究了芜湖市区不同功能区降雨径流中重金属以及相关的水质参数（如pH、SS、COD、P等）的初期效应及出流规律，结合时空尺度进行研究，对典型采样点进行长时间尺度的研究，同时针对典型降水事件对不同功能分区进行空间上分布的研究，更好地分析了影响地表径流中重金属及其相关水质参数的影响因子，促进了城市降雨径流污染的研究。 该项目基本上按照设计完成，仅对街道灰尘中重金属含量的时间差异未取得可信的结论。该项目研究成果揭示了城市环境系统中重金属在区域尺度上的主要来源、环境行为和归趋,以及各环境介质对交通运输等人类活动释放的重金属的响应，对认识重金属在城市多介质系统中的迁移机理提供科学依据，同时为城市重金属污染控制和管理决策提供科学指导。