不同环境介质中重金属含量及分布特征

查燕 冯驰 是怡芸 张银龙

摘要：采集南京市工业区、交通区等5个功能区的叶面尘、地面尘及表层土壤样品，研究重金属Cu、Zn、Pb含量的分布特征及其在不同环境介质中的相关性。结果表明，Cu、Pb、Zn含量在葉面尘、地面尘和表层土壤中有显著差异，总体趋势基本为叶面尘>地面尘>表层土壤；南京市不同功能区Cu、Pb、Zn含量具有显著的空间分布差异特征，各功能区重金属含量表现为工业区>交通区>文教区>居民区>风景区；经Pearson相关分析得出，叶面尘和地面尘中的Cu含量显著相关，叶面尘中Cu含量和表层土壤中Pb、Zn含量显著相关，地面尘中Pb含量和表层土壤中Cu含量呈显著相关，地面尘中Zn含量与表层土壤中Cu、Pb、Zn含量也呈显著相关。

关键词：植物叶面尘；地面尘；表层土壤；重金属；分布特征

中图分类号： X132文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0486-03

随着城市化进程的不断加快，工业、交通、日常生活等排放的废气大量增加，加剧了城市生态环境的污染[1]。相关研究证实，植物具有净化空气粉尘的能力，可应用于环境污染生物监测和生物指示[2]。城市道路绿化植物是城市生态系统的重要组成部分，在维护城市生态平衡、改善城市生态环境上具有不可替代的作用，绿化植物能够有效吸收富集多种污染元素，对大气颗粒物起重要的过滤作用[3]。重金属易富集在細颗粒物中，经呼吸道等途径进入人体而引发多种疾病，增加癌症风险，对人体健康造成极大的威胁[4-5]。此外，重金属具有高毒性，影响农作物生长，且通常不易被微生物分解，易在食物链富集[1，6]。目前，国内外学者针对重金属研究主要集中在单介质的时空变化特征、叶表面微形态与重金属含量的相关性，对不同环境介质中重金属含量的差异少有报道，重金属在植物叶面、地面和土壤中的含量差异以及不同环境介质中的相关性尚[LL]不清楚。因此，本试验对南京市不同功能区主要绿化植物叶面尘、地面尘及表层土壤中重金属Cu、Pb、Zn含量特征进行研究，分析重金属在植物叶面—地面—表层土壤中的相互关系，为重金属在以叶表面为核心多介质中迁移归趋规律的建立提供理论基础，也为南京市城市环境防治提供科学依据。

1材料与方法

1.1样品采集

根据土地利用类型，对南京市按功能区进行布点采样，选取5种不同功能区，分别为文教区、交通区、化工区、居民区、风景旅游区（表1）。

1.3样品测定

称取样品0.2 g，置于50 mL聚四氟乙烯坩埚内；加2～3滴去离子水润湿，加10 mL浓盐酸，放置电热板上加热；待样品初步分解，依次加入5 mL浓HNO3、HF、HClO4；用0.2% HNO3转移到25 mL容量瓶定容中，静置一会，再转移到 10 mL 离心管中，待测。用ICP-AES测定尘土中重金属Cu、Pb、Zn的含量。同时制作分析空白。

1.4数据处理

数据采样SPSS 13.0软件进行t检验，不同功能区叶面尘中各重金属质量比差异用ANOVA进行方差分析，变量之间的相关性用Pearson检验，显著水平设定为0.05。

2结果与分析

2.1不同环境介质中重金属的分布特征

2.1.1铜（Cu）由图1、表2可见，南京市各功能区Cu含量在叶面尘、地面尘和表层土壤之间有一定差异，总体趋势为叶面尘>地面尘>表层土壤；不同功能区叶面尘Cu含量为9254～214.32 mg/kg，地面尘中Cu含量为63.42～190.23 mg/kg，表层土壤Cu含量为26.87～48.98 mg/kg，叶面尘与地面尘中的Cu含量差异较小，而与表层土壤中的Cu含量差异较大；不同功能区之间叶面尘中的Cu含量大小依次为工业区>文教区>居民区>交通区>风景区；工业区叶面尘中的Cu含量相对最高，为214.32 mg/kg，显著高于其他4个功能区（P<0.05），文教区与风景区、交通区叶面尘中的Cu含量也达到显著性差异；工业区地面尘中的Cu含量相对最高，为190.23 mg/kg，风景区最低，为6342 mg/kg，与叶面尘Cu含量呈相同的规律，工业区显著高于文教区和风景区，其他功能区之间地面尘Cu含量差异不显著（P>0.05）；表层土壤中Cu含量高低依次为工业区>交通区>居民区>文教区>风景区，工业区达到 48.98 mg/kg，其次是交通区 43.82 mg/kg，风景区相对最低，为26.87 mg/kg，但是5个功能区之间均无显著性差异。

2.1.2铅（Pb）由图2、表2可见，南京市各功能区中的Pb含量在叶面尘、地面尘和表层土壤之间有一定差异，总体趋势为叶面尘>地面尘>表层土壤；不同功能区叶面尘中的Pb含量为95.54～164.46 mg/kg，地面尘中的Pb含量为45.78～85.43 mg/kg，表层土壤中的Pb含量为32.87～347.78 mg/kg；5个功能区叶面尘中的Pb含量由高到低依次为：工业区>文教区>交通区>居民区>风景区，以工业区的Pb含量相对最高，为164.46 mg/kg，方差分析表明，工业区与居民区、风景区叶面尘中的Pb含量之间差异显著，其他各功能区之间差异不显著；地面尘中Pb含量最低的为风景区，工业区含量同样最高，风景区与工业区地面尘Pb含量具有显著性差异，其他各功能区地面尘含量之间差异不显著；工业区表层土壤中Pb含量显著高于其他4个功能区，为347.78 mg/kg，最低量为风景区（32.87 mg/kg），其他4个功能区表层土壤中的Pb含量差异不显著。

2.1.3锌（Zn）由图3、表2可见，南京市各功能区Zn含量在叶面尘、地面尘和表层土壤之间有一定差异，总体趋势为：叶面尘>地面尘>表层土壤；不同功能区叶面尘Zn含量为254.53～434.91 mg/kg，地面尘Zn含量为146.77～304.52 mg/kg，表层土壤Zn含量为69.04～513.32 mg/kg；叶面尘中Zn含量由高到低依次为：工业区>交通区>文教区>

居民区>风景区，工业区叶面尘中的Zn含量相对最高，风景区叶面尘中的Zn含量相对最低，交通区与工业区叶面尘中的Zn含量不具备显著性差异，但是二者显著高于风景区和文教区；地面尘中Zn含量由高到低依次为：工业区>交通区>文教区>居民区>风景区，工业区地面尘中的Zn含量显著高于其他4个功能区，其他4个功能区的地面尘含量之间差异不显著；表层土壤中的Zn含量由高到低依次为：工业区>交通区>居民区>文教区>风景区，工业区显著高于其他4个功能区，居民区、文教区与交通区表层土壤Zn含量之间差异不显著，风景区表层土壤Zn含量显著低于工业区、交通区、居民区，与文教区之间差异不显著。

2.2不同功能区重金属的含量特征

通过对南京市不同功能区重金属的含量特征分析（表2）显示，在城市植物叶面、地面、表层土壤3种介质中，Cu、Pb、Zn这3种重金属含量特征呈基本相同的规律，总体来看，叶面尘相对最高，表层土壤相对最低；南京市各功能区的Cu、Pb、Zn含量都具有明显的空间分布差异特征，植物叶面尘、地面尘及表层土壤中的重金属含量在各功能区表现为工业区相对最高，风景区最低。

2.3叶面尘、地面尘、表层土壤中重金属的相关性

由表3至表5可见，经Pearson相关性分析发现，叶面尘、地面尘与表层土壤中Cu、Pb、Zn含量呈一定相关性；叶面尘Cu含量与地面尘Cu、Zn含量及地面尘Zn含量与叶面尘Cu、Pb、Zn含量呈显著相关（表3），这说明地面尘和叶面尘中存在的Zn有着共同来源，可能主要来源于交通，尤其是汽车轮胎的磨损；叶面尘中Cu含量和表层土壤中Pb、Zn含量呈显著相关（表4）；表层土壤Cu、Pb、Zn与地面尘Zn呈显著相关，表层土壤Cu与地面尘Pb，表层土壤Pb、Zn与地面尘Cu呈极显著相关（表5），这可能是由于地面尘在自然力或者人为影响下易发生再悬浮，沉降到表层土壤的重金属较大，而绿化植物由于不同高度受到地面尘再悬浮的影响较小。

3结论与讨论

3.1不同环境介质中重金属含量差异分析

从Cu、Pb、Zn等3种重金属在城市植物叶面、地面、表层土壤中含量差异可知，总体趋势基本为叶面尘>地面尘>表层土壤。经Pearson相关分析得出，叶面尘、地面尘及表层土壤中重金属含量呈现出一定程度的相关性，叶面尘和地面尘Cu含量顯著性相关，而Cu主要来自于机動车尾气排放和刹车片的磨损[7-8]。研究表明，叶面尘中Cu、Pb、Zn含量高于地面尘，这说明叶面易截留大气中的细颗粒物；叶面尘和表层土壤中Cu含量与Pb含量、Cu含量与Zn含量呈显著性相关，说明这3种元素含量的同源性较大，可能与交通排放、工业活动产生大量的粉尘中含有Cu、Pb、Zn有关[9-10]；地面尘中Pb含量和表层土壤中Cu含量呈极显著性相关，地面尘中Zn含量与表层土壤中Cu、Pb、Zn含量呈显著性相关，这说明其来源最为相似；Zn在叶面尘、地面尘及表层土壤中含量相对最高，说明其主要来源于交通，尤其是汽车轮胎的磨损[11]。结合分析判断，南京市各区域重金属来源于工业排放和交通。

3.2不同功能区重金属含量差异分析

对南京市不同功能区的重金属含量特征研究表明，Cu、Pb、Zn含量具有明显的空间分布差异特征，总体来看，各功能区重金属含量表现为工业区>交通区>文教区>居民区>风景区。叶面尘主要截留大气颗粒物及地面扬起的颗粒物，而地面尘累积方式较为复杂，受到各种人为活动干扰较多，成为城市环境重金属污染的载体，表层土壤中重金属含量受到不同程度的人类活动影响[12]。不同功能区重金属含量差异与各功能区特点有关，交通、工业、居民生活等都会带来一定的污染；同一功能区叶面尘、地面尘及表层土壤中重金属含量有差异，可能与各环境介质中颗粒物的累积方式及粒径效应有关。本研究中居民区和风景区灰尘中的Cu、Zn、Pb重金属含量明显小于其他3个功能区，可能是与居民区、风景区车流量较小有关，即使风景区人流量较大，但地面清扫及时，由人为活动带来的污染仍相对较小。各功能区活动较为复杂且差异较大，文教区附近有商业活动场所，人流量大、车流量大，从而产生大量的Cu、Zn、Pb颗粒物，导致比交通区的污染物含量高，这与李晓燕等的结论[13]吻合。

总之，重金属在不同功能区各介质间具有一定的迁移性，由于大气干湿沉降，经叶面、地表至土壤中的重金属含量会逐渐下降，而植物叶面、地面及表层土壤这3个环境要素紧密相连，地面尘中部分重金属会再次进入叶面或土壤，且进入土壤的行为较为明显。重金属会在不同环境介质中迁移，互为源汇，能够表征一定区域内、一定时间内颗粒物携带重金属的环境行为。今后，应结合大气颗粒物，更加全面分析重金属污染物在不同环境介质中的迁移归趋机制，进一步研究以植物叶面为核心的多介质复杂体系。另外，李如忠等报道，合肥市公园绿地重金属含量反而高于工业区和交通区[14]，与本研究结论有出入，须进一步探讨研究。

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