道路灰尘中重金属的污染特征及其与道路等级的关系——以北京和郑州为例

为了探究交通活动对道路灰尘重金属(Ni、Cu、Zn、Mn、Co、Cr、As、Ag、Cd、Pb)空间分布及人体健康风险的影响,本研究分别采集北京市和郑州市主干道、次干道、支路、交通枢纽和公园道路的灰尘样品共64个,进而运用地积累指数法对其进行污染评价,并运用美国EPA健康风险评估模型进行人体暴露评估和健康风险评价.结果表明,北京市道路灰尘中重金属浓度的高低顺序依次为ZnMnCrNiPbCuAsCoAgCd,郑州市道路灰尘中重金属浓度的高低顺序依次为ZnMnAsCrPbNiCuCoCdAg.北京市道路灰尘中Ag、Cd污染水平较高,而郑州市道路灰尘中Ag、Cd、As浓度明显高于河南省土壤元素背景值.总体而言,郑州市支路灰尘中重金属的浓度最高,次干道其次,主干道浓度最低;而北京市不同规格道路灰尘中重金属的浓度并无明显规律,这与城市发展水平和交通密度的空间分布有直接关系.进一步对比交通枢纽与公园道路灰尘样品发现,道路灰尘中重金属元素可以分为两类,一类受交通活动影响较大,包括Ni、Cu、Zn、Cr、Pb、Cd 6种元素,其在交通枢纽与公园道路灰尘样品中污染水平存在显著差异.另一类受交通影响较小,包括Mn、Co、Ag、As 4种元素,其在交通枢纽和公园道路灰尘中的浓度相差不大.     

办公室地面灰尘中PAHs污染的时间变化规律及人体健康风险

为探究室内地面灰尘中15种多环芳烃(PAHs)污染的时间变化规律,于2012年3—7月对北京市一座办公楼内的某办公室进行了每周一次的连续高密度灰尘样品采集。利用高效液相色谱-荧光检测器检测15种PAHs含量。结果表明,该办公室内灰尘样品中∑PAHs浓度范围为1 180~24 300 ng·g~(-1),平均浓度为8 960 ng·g~(-1)。总体上,检出的PAHs以3环PAHs为主,其中菲占PAHs总量的59%以上,其次是4环和5环PAHs,4环PAHs中占的比重最高,约占4环PAHs总量的34%。该办公室内灰尘中∑PAHs的浓度存在显著的时间变化差异,总体表现为∑PAHs浓度随气温升高而降低的趋势。源解析结果显示,机动车排放源、石油源、木材与煤燃烧是北京市室内灰尘中PAHs的主要来源。健康风险评估结果显示,ILCR皮肤接触ILCR手口摄入,且CR均值大于10-6,说明该采样点的PAHs污染存在"潜在致癌风险"。     

新乡市冬、春季节PM2.5中水溶性离子及重金属的污染特征与源解析

于2015年12月—2016年1月(冬季,采暖季)和2016年3—4月(春季,非采暖季)在河南新乡采集了125个膜样本,用重量法分析了PM_(2.5)的质量浓度,电感耦合等离子体-质谱分析仪(ICP-MS)分析了20种常见的金属元素,离子色谱(IC)分析了颗粒物中NH_4~+、K~+、Mg~(2+)、Ca~(2+)、Cl~-、NO_3~-、SO_4~(2-)7种水溶性离子,同时结合气象因子与主因子分析法(PCA)对PM_(2.5)进行追因溯源.结果表明:新乡市采暖季和非采暖季PM_(2.5)浓度均值分别为250.17和148.67μg·m~(-3),污染严重;主要金属元素均为Al、Ca、Zn、Fe、Pb,5种元素总共分别占20种金属元素总量的68%和51%;NH_4~+、SO_4~(2-)和NO_3~-占比均超过水溶性盐离子总量的90%.气象条件与地形条件分别对采暖季和非采暖季的PM_(2.5)局地污染有重要影响;PCA结果发现,新乡市采暖季的PM_(2.5)有3个主要来源,分别为燃煤源(31.86%)、农业源/机动车尾气源(19.34%)和土壤/地面扬尘(22.69%);而非采暖季的3个主要来源分别为机动车尾气源/地壳源(41.67%)、煤炭燃烧源/工业排放源(32.20%)及地面扬尘(12.18%).可见煤炭燃烧、机动车尾气排放对新乡市冬、春季大气污染的贡献较大.     

新乡市夏冬季节PM2.5稳定碳同位素特征分析

为了探究新乡市PM_(2.5)中δ~(13)C比值的季节性变化特征及其对污染来源的指示作用,于2017年夏冬季节采集PM_(2.5)有效样品91个,并测定了样品中的总碳、水溶性离子和稳定碳同位素比值(δ~(13)C).夏季和冬季的TC浓度平均值分别为11.78μg·m~(-3)和26.6μg·m~(-3).夏季δ~(13)C比值为-27.70‰～-25.22‰其中前14 d的δ~(13)C比值波动较大平均值为-26.96‰,而后16d的δ~(13)C比值相对稳定,平均值为-25.69‰,而且前半月和后半月火点数具有较大差异同时K_(nss)~+浓度与TC质量浓度显著相关(R~2=0.62,P0.01)这说明夏收季节生物质燃烧可能对δ~(13)C比值有显著影响.新乡地区冬季RH与TC/PM_(25)质量比值的显著负相关(R~2=0.68,P0.01),揭示了在霾增长初期以SOA增长为主,而污染期以SIA贡献为主.冬季采样期δ~(13)C比值为-26.72‰～-23.49‰,对霾发展过程中稳定同位素组成的研究发现在霾增长过程中δ~(13)C比值以富集为主,而在霾清除阶段δ~(13)C比值以贫化为主.     

叶片大气颗粒物滞纳能力评估方法的定量对比

为探究基于相同实验材料和叶面积测定方法的前提下,5种评估叶片滞尘能力方法的差异,并在此基础上归纳总结各方法的优缺点,本研究以北京市常见、叶片特征区别较大的4个城市绿化树种油松（Pinus tabuliformis）、侧柏（Platycladus orientalis）、银杏（Ginkgo biloba）和一球悬铃木（Platanus occidentalis）为研究对象,采集叶样后,分别用质量差减法（MS）、滤膜法（MF）、气溶胶再发生器法（AR）、电镜扫描法（SEM）和基于超声清洗的洗脱称量粒度分析法（ultrasonic-EWPA）对4个树种叶片的PM滞纳能力及特征进行评估.评估的同时测定每种方法评估所需总时间,并计算其所需总成本.结果表明,虽然不同方法得到的叶面滞尘效率数值的差异巨大,但得到的叶面滞尘效率的树种排序存在重合部分,其中,评估原理相同或类似的方法得到的结果重合部分更多（最多的为AR和SEM）.各方法得到的针对同一指标的相同树种排序中,有89%的排序为侧柏 > 油松 > 一球悬铃木 > 银杏,其余排序为一球悬铃木 > 银杏 > 侧柏 > 油松.5种方法中,得到指标数量最多、成本最高的均为ultrasonic-EWPA,得到指标数量最少、成本最低的均为MS;耗时最长的为MF,最短的为AR.ultrasonic-EWPA和SEM是高投入高产出型方法,即虽然需要较多的实验耗时及成本,但能得到更丰富的评估信息;MS则属于低投入低产出型,得到的信息量较少,适用于只需粗略评估树木总滞尘能力的情况;MF所得信息量中等,成本较低,但耗时过长,使用前需进行权衡;AR对设备和参数的要求严格,需谨慎使用.本研究结果可为今后研究人员选择用于评估植物滞尘能力的具体方法提供全面详实的科学依据.     

郑州-新乡冬季PM2.5中元素浓度特征及其源分析

为了探究郑州-新乡地区PM_(2. 5)中各化学组成的污染特征和可能来源,用中流量大气采样器于2016年冬季分别在郑州、新乡市区进行连续1个月大气PM_(2. 5)膜采集,利用重量法、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和离子色谱法分别进行了PM_(2. 5)浓度、17种金属元素的含量和7种水溶性离子含量的测定,并采用富集因子法和主成分分析法分析元素污染特征及其来源.结果表明,新乡地区2016年冬季PM_(2. 5)的质量浓度日均值为223. 87μg·m~(-3),郑州2016年冬季PM_(2. 5)质量浓度日均值为226. 67μg·m~(-3),两地污染水平相对较高.两地PM_(2. 5)中主要常量元素均为Al、Ca和Fe,约占17种元素总量的50%,而主要重金属含量差异明显,新乡PM_(2. 5)中重金属的含量均高于郑州地区,其中Cd、Ag和Pb富集因子超过1 000,新乡Cd元素富集突出.两地水溶性盐离子均以SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+这3种离子为主,占水溶性离子总量超过94%,(NH_4)_2SO_4和NH_4NO_3是两地PM_(2. 5)中主要存在形式.源解析结果显示,新乡2016年冬季的主要来源是生物质燃烧及二次气溶胶混合源,贡献率为34. 94%.郑州2016年冬季PM_(2. 5)的主要来源是燃煤及交通混合源,贡献率为33. 99%.     

郑州市大气细颗粒物中水溶性离子季节性变化特征及其源解析

为探究郑州市PM_2.5的污染水平,水溶性离子组成特征并进行来源分析,于2016年四季进行PM_2.5周年膜采样,每个季节连续采集30 d共采集有效样品170个.分别采用重量法测定PM_2.5的质量浓度,离子色谱法测定水溶性离子浓度,并使用主成分分析法对其进行来源解析.结果表明,在采样期间郑州市PM_2.5年均质量浓度为150.72μg·m^-3,季节性特征明显,冬季最高,夏季最低,秋季略高于春季.NH₄⁺、NO₃^-、SO₄^2-是郑州PM_2.5中最主要的无机水溶性离子,三离子之和占所测7种水溶性离子总含量的比例分别为92.55%（春）、92.94%（夏）、93.06%（秋）和93.15%（冬）.阴阳离子电荷当量年均值为0.886,PM_2.5呈弱碱性.春、夏季节铵盐的存在形态为NH₄NO₃和（NH₄）₂SO₄,秋季铵盐的存在形式可能为NH₄NO₃、（NH₄）₂SO₄和NH₄HSO₄,冬季NH₄⁺除上述3种存在形式外,可能还以NH₄Cl或其他形式存在.郑州市大气中存在较强的SO₂、NO₂二次转化过程,水溶性离子的主要来源是二次转化过程,化石燃料和生物质燃烧、矿尘、农业活动以及土壤和建筑尘等.     

新乡冬季PM2.5中金属元素与水溶性离子年际变化及其来源解析

为了探究新乡地区年际间冬季PM_(2.5)组分的变化特征和污染来源,于2015年冬季和2016年冬季分别在新乡市区进行连续1个月的膜采样,测定PM_(2.5)质量浓度、金属元素含量及其水溶性离子成分含量,并结合气象因素进行分析.结果表明,新乡地区2015年和2016年冬季采样期间PM_(2.5)的质量浓度日均值分别为226μg·m~(-3)和224μg·m~(-3),污染水平较高.观测期间,新乡冬季PM_(2.5)中Cd和Pb金属元素富集明显,富集因子超过1000.且与2015年相比,2016年金属元素(除Ag和Ni)浓度下降约7. 83%～73. 33%,富集程度均趋于降低.水溶性离子以SO_4~(2-)、NO_3~-和NH_4~+这3种为主,2016年在PM_(2.5)中占比上升25. 1%.综合两种成分分析,新乡地区的PM_(2.5)污染呈现出金属污染向二次水溶性离子污染转移的趋势.综合PCA和PMF源解析结果显示,新乡市冬季有4种主要排放源,即尘土、二次源、工业源和化石燃料燃烧源,2015年冬季主要来源是土壤和建筑扬尘混合源,贡献率37. 46%,2016年主要来源是交通及工业生产中的二次气溶胶污染源,贡献率为34. 94%.     

淡水湖泊营养状态监测新方法——叶绿素比值模型

选取铜绿微囊藻、鱼腥藻、蛋白核小球藻、汉氏菱形藻、薄甲藻和小定鞭金藻作为湖泊水体从富营养状态到贫营养状态的代表藻种,用热乙醇-反复冻融-分光光度法测定其叶绿素a、b、c的浓度,通过分析叶绿素(chl)的比值、藻类种群组成和水体营养水平之间的响应关系,建立了叶绿素比值模型作为评价水体营养状态的一种新方法.在计算单种藻类chlb/chla、chlc/chla比值的基础上,结合目前我国湖泊水体不同营养水平藻类种群组成的统计数据,得到不同营养状态下多种藻类同时存在时水体chlb/chla和chlc/chla比值的变化曲线.结果表明,在中营养和贫营养水体中,chlc/chla值随营养水平的降低呈明显单调上升的趋势;在富营养化水体中,chlb/chla值随营养水平的降低而呈明显单调上升的趋势.根据这个规律,提出了判断水体营养水平的新标准,即:当chlc/chla0.30时,水体为贫营养;当0.18chlc/chla0.30时,水体为中营养;当chlc/chla0.18时,水体为富营养,此时,需要借助chlb/chla的值进行进一步的判断:当chlb/chla0.14时,水体为轻度富营养化;当0.08chlb/chla0.14时,水体为中度富营养化;当chlb/chla0.08时,水体为重度富营养化.以白洋淀为研究案例,分析结果表明,叶绿素比值模型判断和综合营养状态指数法判断结果相符.因此,叶绿素比值模型可以作为简单、快捷、准确的评价我国淡水湖泊营养状态的方法.