上海城市表土磁性特征对重金属污染的指示作用

选取上海市城市表土作为研究对象,结合磁学方法与传统化学方法,研究了上海市192件表土样品的磁性特征和重金属含量,并探讨了磁学参数指示重金属污染的可行性.结果表明,上海市表土磁化率平均值为187.66×10~(-8)m~3·kg~(-1),亚铁磁性矿物占主导地位,颗粒较粗.上海市表土重金属Zn、Pb、Cu、Cr、Ni、Mn、Fe含量均超过背景值,属于轻度污染.重金属和磁学参数(磁化率、饱和等温剩磁)具有相似的空间分布,高值集中在宝山区和闵行区,低值集中在崇明区.工业生产和交通活动是上海市表土重金属、磁性矿物的主要来源.磁化率χlf指示污染负荷指数的半定量结果为:χlf38.90×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤属于清洁状态,无污染;38.90×10~(-8)m~3·kg~(-1)≤χlf258.69×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受轻度污染;258.69×10~(-8)m~3·kg~(-1)≤χlf793.45×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受中度污染;χlf≥793.45×10~(-8)m~3·kg~(-1)时,土壤遭受重度污染.因此,磁学参数对城市表土重金属污染有着一定的指示意义.     

城市表土磁学特征对污染源的指示

分析徐州市城市表层土壤样品的磁学参数(磁化率、频率磁化率、饱和等温剩磁、非磁滞剩磁磁化率、热磁曲线和磁滞回线)变化特征,结果表明,徐州城市表土主要由单畴(SD)和多畴(MD)的亚铁磁性矿物控制,但也存在一定量的赤铁矿。人类活动导致徐州城市表土磁化率显著增加,交通区、居民区、绿地区的平均磁化率分别为:273.06×10~(-8)、111.02×10~(-8)和65.24×10~(-8)m~3/kg。交通运输是市中心交通区和居民区表土磁化率增加的主要来源,工业区附近道路表土中磁性矿物浓度大于远离工业区的交通道路和居民区,绿地区磁性矿物浓度较低。     

兰州市大气颗粒物生物磁学监测研究

对兰州城区主要交通区、公园和生活区25种阔叶树种和6种针叶树种植物叶片进行环境磁学测试,采用洗脱-抽滤法对叶面滞尘量进行分析,以探讨不同功能区植物叶面滞尘对城市污染的磁学响应。结果显示,植物叶片滞尘能力存在明显的种间差异;0.5 m、1.5 m、2.5 m阔叶树种和1.5 m针叶树种植物叶片平均滞尘量分别在3.07 g/m~2、1.70 g/m~2、1.22 g/m~2和18.88 kg/m~3,叶表颗粒物磁性特征SIRM_(dust)分别为199.56×10~(-6)A、107.08×10~(-6)A、70.66×10~(-6)A和133.88×10~(-2)A/m。滞尘量和磁性参数结果表明,植物叶片表面滞尘量和磁性矿物含量均随距离地面高度的增加而减小,其值在交通区明显高于公园和生活区,且二者之间呈现出明显的相关性;叶片内部颗粒物质贡献了叶片磁性特征的18%~44%;SIRMdust可作为有效指示植物叶表颗粒物污染程度的磁学参数。     

许昌市典型区域土壤磁化率与有机质含量的相关性研究

为探讨土壤磁化率对有机质含量的指示作用,对许昌市典型区域土壤磁化率与有机质含量的相关性进行研究,结果显示:研究区域土壤样品Xlf变化范围在15×10~(-8)~125×10~(-8)m~3/kg,平均值为64×10~(-8)m~3/kg,说明研究区土壤样品中磁性矿物含量较低。Xfd值在4.67%~26.67%之间,平均值为10.02%,反映了样品中超顺磁颗粒含量很高,说明研究区域土壤磁性矿物主要由自然成土作用形成,现代工业生产活动和人类的生活活动贡献较小。土壤有机质含量范围为3.74~31.93 g/kg,均值为17.09 g/kg。研究区域土壤磁化率与有机质含量呈不显著正相关性,反映了在长期人工施肥活动和城市化进程中人类活动导致土壤各理化因子之间发生学联系的弱化。     

西北干旱区农田土壤磁性特征及其环境意义

为探究环境磁学方法在西北干旱区农田土壤污染监测中的可行性,以典型绿洲农业区张掖市(临泽县、甘州区、民乐县和山丹县)为研究区域,采集农田土壤样品102份并对其进行系统的环境磁学分析.结果表明,张掖市农田土壤磁性特征以亚铁磁性的磁铁矿为主导,磁晶颗粒主要为粗粒假单畴(PSD)和多畴(MD),颗粒等效粒径介于0.2~1μm之间;样品磁化率(χlf)变化范围为22.27×10~(-8)~188.36×10~(-8)m~3·kg~(-1),平均值为63.85×10~(-8)m~3·kg~(-1),磁性矿物含量总体较少但空间变化较大;磁参数空间分布表明,磁性矿物含量在甘州区、民乐县和山丹县高于临泽县,并在甘州区的中部、民乐县的西南边和山丹县的西边呈现相对高值;甘州区中部的磁性高值主要受控于工业生产等人类活动,民乐县西南边和山丹县西边的磁性高值主要与较强的自然成土作用有关.综合多种磁学参数的系统分析能够有效区分和划定农田土壤人为污染范围,为农田土壤污染防治工作提供依据.     

西北典型工矿型城市街道尘埃重金属污染的环境磁学响应

以甘肃省白银市为研究区域,系统采集43个城区街道尘埃样品,并对其进行环境磁学和重金属元素特征分析.结果表明,白银市街道尘埃磁性特征以低矫顽力的磁铁矿和磁赤铁矿为主导,磁晶体粒径为较粗的假单畴(PSD)和多畴(MD)颗粒;样品低频磁化率(χlf)变化范围为(43.75~1 340.08)×10-8m3·kg-1,平均值为245.98×10-8m3·kg-1,与国内综合型大城市相比,白银市街道尘埃磁性矿物含量相对较低,但呈现明显的空间分布差异,表现为工业区高于带状交通区,带状交通区高于商业区,新城区磁性矿物含量较低;白银市各功能区污染源相对单一,工业污染对强磁性矿物的贡献占主导,污染程度空间分异显著.白银市街道尘埃样品中Cu、Pb、Zn整体含量较高,污染负荷指数(PLI)与低频磁化率(χlf)、非磁滞剩磁化率(χARM)、饱和等温剩磁(SIRM)、"软"剩磁(SOFT)相关性较高,且空间变化特征较为一致,表明反映磁性矿物含量的参数可以有效监测城市重金属污染,进而圈定重金属综合污染区域和范围,为进一步的城市污染治理工作提供快速有效的证据支持.     

工业区户外儿童游乐场地表灰尘重金属污染的磁学响应

以南京一个工业区为例,采集户外儿童游乐场地表灰尘样品,并对其进行环境磁学测量以及重金属总量和酸可提取态测定,以探究磁学参数对工业区该类环境介质重金属污染的指示作用.结果表明,地表灰尘样品中磁性矿物以亚铁磁性矿物为主,主要以假单畴-多畴颗粒存在;样品低频磁化率和饱和等温剩磁的平均值分别为939.31×10~(-8)m~3·kg~(-1)和16 618.74×10~(-5)A·m~2·kg~(-1),与城市非工业区相比磁性矿物含量较高.地表灰尘样品平均受到中度到高度的重金属污染,部分磁学参数与重金属总量和酸可提取态占比均显著相关,且与总量的相关性较强,其中,Mn、Ni、Cr总量以及污染负荷指数与非磁滞磁化率和饱和等温剩磁的相关性较高(0.69≤r≤0.86,P0.01),并具有一致的空间变化特征,且主成分分析结果表明重金属和磁性矿物均主要来自工业活动.因此,部分磁学参数可作为指示工业区户外儿童游乐场地表灰尘重金属污染状况的有效指标.     

黄土高原及周边地区土壤有机质对现代土壤磁化率的影响

磁化率是黄土-古土壤序列古气候研究的一个重要指标。本文调查了黄土高原及周边地区三种类型土壤的磁化率、土壤有机碳含量、有机碳同位素组成和碳氮比值等指标。样品采集自黄土-沙漠过渡区、黄土塬面和森林地区,代表了黄土高原地区主要的土壤类型。结果显示:黄土塬面、林区、黄土-沙漠过渡区土壤的磁化率变化区间分别为26.6×10~(-8)—61.4×10~(-8) m~3?kg~(-1)、68.6×10~(-8)—107.5×10~(-8) m~3?kg~(-1)、8.5×10~(-8)—44.4×10~(-8) m~3?kg~(-1)。黄土塬面土壤有机碳含量在0.05%到0.62%之间变化,而林区土壤的有机碳含量在1.19%到3.35%间变化。黄土塬面的土壤C/N比值也较低,在0.6到6.1之间变化,林区样品C/N比值在6.2到11.83之间变化。黄土-沙漠过渡区土壤磁化率较低,森林地区土壤磁化率较高,土壤磁化率与有机碳含量、C/N比值呈正相关关系。笔者认为有机质含量增加对土壤的磁化率增强有明显贡献。有机质含量较高时,更适宜土壤中磁性细菌的生长。同时,较高的有机质含量指示着较高植被覆盖,这也对土壤中磁性矿物增加有一定贡献。燃烧有机质还会使非磁性矿物更易转化为磁性矿物。这些因素都会增强土壤的磁化率。     

宝鸡市滨河路不同植被环境污染的磁学响应

为理解城市道路绿化带不同植被叶片附尘对污染的磁学响应,对宝鸡市滨河路不同类型的植被叶片进行系统的环境磁学实验分析.结果表明,植被叶片中磁性矿物含量相对较低,主要的载磁矿物为假单畴和多畴的亚铁磁性矿物,同时含有赤铁矿,灌木植被叶片的磁性矿物浓度与粒径均大于乔木,其中χ_lf值平均值为6.49×10^-8m³/kg,相比较校园清洁区的植被叶片,表现出较高的浓度.滨河路植被叶片的饱和等温剩磁（SIRM）和非磁滞剩磁磁化率（χ_ARM）的变化范围分别为（964~1226）×10^-6Am²/kg和（9.9~44.7）×10^-8m³/kg,同样也都远高于校园植被叶片（453~771）×10^-6Am²/kg和（6.8~15.1）×10^-8m³/kg,表明亚铁磁性矿物的相对含量较高.磁学参数表现出一定的空间变化规律,随着高度的增大,植被叶片含有的磁性矿物浓度和粒径逐渐递减.随着高度逐渐递减.同一高度内不同种类植被记录的环境污染各有差异,灌木植被紫金叶女贞的叶片样品中含有较高的磁性矿物浓度,指示其具有更好的滞尘和防治污染的能力.植被叶片的磁性矿物浓度在滨河路东段十字路口与西段路口呈现两个高值中心,指示两个污染相对较为严重的区域.     

宝鸡市街道尘埃磁学特征空间分布及环境意义

对宝鸡市街道尘埃样品进行详细系统环境磁学实验分析并结合扫描电子显微镜研究表明,宝鸡市街道尘埃中磁性矿物含量高,主要的磁性矿物为多畴和假单畴的低矫顽力亚铁磁性矿物,同时含有少量的赤铁矿等高矫顽力的硬磁性矿物.污染来源主要以工业和交通等人为污染为主.街道尘埃的磁学特征表现出一定的空间变化规律揭示出污染的空间分布,划分为6个主要区域:A(创新路到高新八路区域)和B(东风路和马营路区域),磁性物质含量整体很高,揭示污染相对较重,污染源主要为"工业+交通";C区(火炬路到医康区域)磁性物质含量相对较高,是中度污染的区域,污染源主要为"交通";D(经二路与人民路区域)、E(清姜路和姜谭路西部区域)和F(陈仓区虢镇),磁性物质含量相对较低,揭示轻度污染,污染源主要为"交通".     

福州市公园灰尘磁学特征及其环境意义

以福州市公园灰尘为研究对象,对其进行了磁学参数特征研究,结果表明,福州市公园灰尘χ、χfd%、SIRM、S-ratio、SIRM/χ平均值分别为269.80×10-8m3/kg、0.73、6175.07×10-5(A?m2)/kg、0.91、30.82A/m.综合分析发现,福州市公园灰尘磁性矿物含量较高,部分样品的主要磁性矿物为铁磁性矿物,部分样品为反铁磁性矿物,且Day图反映了其磁性矿物粒径主要以单畴(SD)和假单畴(PSD)为主,这些均受控于交通、城市建设等人类活动的干扰、由西向东倾斜的地形条件和夏季台风的滞留效应的影响;福州市二环内外受不同的城市化过程中人类活动、土地利用格局、季风等影响,其磁学参数特征所表征的环境意义不同;福州市公园灰尘磁学特征(χ、χfd%、IRM及其组合参数、磁滞回线)可以作为福州市城市污染物监测的一种重要的替代指标.     

兰州城市土壤磁性特征及其对环境污染的指示

对兰州市城区117个表土样品和11个土壤剖面的磁学特征进行系统分析,结果表明:兰州市表土磁化率平均值为219.23×10-8m3/kg,低矫顽力的亚铁磁性矿物为主要载磁矿物.磁铁矿的高值主要集中在以下4个区域:(1)以兰州铝厂、西固火电厂为中心的工业区域;(2)以水上公园为中心的区域;(3)西北物资市场-西站-小西湖-西关-城关大桥沿线的狭长条带状区域;(4)以雁儿湾和兰东建材市场、皮革厂为中心的区域.对不同功能区而言,西固区和城关区磁性矿物浓度最高,安宁区磁性矿物浓度最低.土壤剖面结果显示,上部20cm,clf和SIRM显著升高;20cm以下,clf和SIRM稳定且较低,说明兰州市土壤污染的纵向迁移深度在20cm以内.兰州市表土、街道尘埃、大气降尘和河道沉积物相对无污染样品而言,都具有磁性矿物类型单一,以磁铁矿为主导的特征;并且都随着磁化率的升高,出现百分频率磁化率降低的趋势,显示出与无污染样品不同的特性.因此,运用环境磁学方法在城市环境下开展大规模、高分辨率的污染研究,可以快速、便捷、有效的提供污染分布信息.     

磁化率对城郊耕地土壤重金属污染的指示研究——以许昌市为例

为探讨磁化率对土壤重金属污染的指示作用,利用磁化率仪和X射线荧光光谱仪对许昌市的城郊耕地土壤样品磁化率和重金属含量进行定量分析。结果显示,许昌城郊耕地土壤磁化率为35×10~(-8)~126×10~(-8)m~3/kg,平均值为94×10~(-8)m~3/kg,频率磁化率变化范围在4.7%~11.6%之间,平均值为7.9%。土壤中Pb、Cu、Zn、Cr含量分别为18.35~53.29、18.66~43.86、55.88~169.81和60.28~82.13μg/g,平均值分别超过背景值1.31、1.23、1.41、1.11倍。磁化率与Pb和Cu呈显著正相关,与Zn和Cr相关性不显著,表明磁化率可以指示Pb和Cu含量。土壤的污染负荷指数为0.95~2.03,平均值为1.24,表明许昌城郊耕地土壤重金属污染主要为中度污染水平,土壤磁化率与重金属污染负荷指数呈显著正相关,磁化率可以指示土壤重金属污染水平。     

农村村落地表灰尘磁化率特征及环境意义——以商丘市毛堌堆镇为例

通过对商丘市毛堌堆镇若干村落地表灰尘磁化率进行测试,对比自然村落和集聚村落地表灰尘磁化率、集聚村落与城市地表灰尘磁化率,以及探究集聚村落内部地表灰尘磁化率差异,定量研究农村村落的地表灰尘磁化率特征。结果表明:灰尘磁化率(Xlf)变幅为50.12×10~(-8)~266.97×10~(-8) m~3/kg,平均值为115.51×10~(-8) m~3/kg;频率磁化率(Xfd%)变幅为0.93%~5.97%,平均值为2.73%;磁化率与频率磁化率呈负相关关系,表明地表灰尘磁化率升高主要受人为活动影响;集聚村落地表灰尘磁化率大于自然村落但小于城市;集聚村落中心地表灰尘磁化率大于外围;灰尘磁化率值与村落规模呈正相关。农村地表灰尘磁化率可以揭示各农村村落地表灰尘污染状况。     

漳州市城市绿地表土磁性特征及其环境意义

为揭示土壤磁性物质的来源和成因,对漳州市城区4个不同绿地功能区土壤进行了环境磁学测定,并探讨其环境意义. 结果表明,土壤样品的磁化率(χ)平均值为302.77×10-8 m3/kg,频率磁化率(χ_fd)平均值为1.45%,不同绿地功能区土壤磁化率变化趋势为居住区绿地＞道路绿地＞单位附属绿地＞公园绿地.分析4种绿地功能区的频率磁化率可以得知,公园绿地存在超顺磁颗粒. 对单个采样点进行分析发现,磁化率与频率磁化率呈负相关,饱和等温剩磁(SIRM)和软剩磁(Soft IRM)呈极显著正相关,饱和等温剩磁和硬剩磁(Hard IRM)的相关性不强,表明土壤磁化率的变化主要受亚铁磁性矿物控制,但也存在不完整反铁磁性物质的贡献,土壤磁化率的增强与工业排放、机动车尾气等人类活动有关.      

基于BP神经网络的城市公园土壤重金属磁学诊断分析——以上海市莘庄公园为例

在上海市莘庄公园采集公园绿地表层土壤,结合磁学方法和化学方法,通过地统计学分析土壤重金属、土壤磁学特征的空间变异特征,对基于非线性BP神经网络和偏最小二乘法建立的土壤重金属磁学诊断模型的稳定性和精确性进行了比较分析。结果表明,土壤中Cu、Mn、Pb和Zn含量平均值分别为27.31、651.91、26.05和96.20 mg/kg,皆超过上海土壤重金属背景值,公园绿地土壤重金属存在富集现象。土壤低频磁化率、饱和等温剩磁和非磁滞剩磁磁化率平均值分别为27.39×10^-8 m³/kg、3 480.67×10^-6 Am²/kg和182.01×10^-8 m³/kg,也不同程度超出上海土壤背景值,公园绿地土壤存在磁性增强现象。土壤低频磁化率、饱和等温剩磁与Cu、Pb和Zn呈极显著正相关(p<0.01),与Mn呈显著正相关(p<0.05),通过非线性BP神经网络土壤重金属磁学诊断建模的稳定性和精确性均优于偏最小二乘法。     

准噶尔盆地南缘黄土磁化率变化规律及影响因素

准噶尔盆地南缘柏杨河典型风成黄土剖面的岩石磁学与粒度研究结果指示该地区黄土磁 性矿物以亚铁磁性矿物为主,主要载磁矿物为粗粒原生强磁性矿物,同时含有少量细粒磁性矿物, 磁性矿物含量远低于黄土高原黄土。磁性矿物磁晶粒度以假单畴和多畴（PSD/MD）为主,后期 成壤过程对磁性矿物颗粒的改造作用很小。柏杨河黄土磁化率增强机制较为复杂,磁学与粒度 的曲线对比表明风动力强度对含磁性矿物较粗颗粒具有分选作用,是导致磁化率变化的重要因 素,但二者的低相关性又暗示了风动力强度在解释磁化率增强机制中的局限性。古尔班通古特 沙漠在末次间冰期以来的收缩与扩张导致的物源变化可能是影响磁化率变化的又一重要因素。     

西安城市不同功能区街道灰尘磁学特征及环境污染分析

为了解西安城市不同功能区的环境现状,通过采集西安城市不同功能区街道灰尘的样品,进行系统的环境磁学实验分析并结合扫描电子显微镜研究表明,街道灰尘中磁性矿物含量相对较高,多畴和假单畴的低矫顽力软磁性矿物为主要的载磁矿物,还含有赤铁矿等高矫顽力的硬磁性矿物.磁化率、饱和等温剩磁、低矫顽力软磁性矿物和非磁滞剩磁磁化率与饱和等温剩磁比值等磁性参数揭示出街道灰尘的磁学特征在西安城市不同功能区的差异以及污染的主要来源,根据污染程度划分为重度污染区、中度污染区和轻度污染区并对应西安市7个城市功能区:浐灞生态区(F区)为重度污染区,磁性物质含量较高,表明环境污染相对较重,污染的主要来源为"工业+交通";高新技术产业开发区(A区)和中心商务区(B区)磁性物质含量相对较高,粗颗粒物质相对较少,是中度污染的区域,其污染源分别为"工业"和"交通";经济技术开发区(C区)、科教商业区(D区)、科教文化产业区(E区)和教育科技产业区(G区)城市主要功能具有相似性,是轻度污染的区域,污染源主要为"交通".     

城市道路绿化带不同植物叶片附尘对大气污染的磁学响应

对上海市金沙江路两侧绿化带内24个常绿植物叶片样品进行了磁性与重金属测试,以探讨城市道路绿化带不同植物叶片附尘对大气污染的磁学响应.结果表明,χ、SIRM值分别在（4～59）×10-8m3.kg-1和（496～6 114）×10-6Am2.kg-1之间变化,S-300 mT在89%～98%之间变动.所有植物样品中χARM/χ〈4,χARM/SIRM〈30×10-5mA-1.磁性参数表明,植物叶片附尘以亚铁磁性矿物为主,磁性矿物颗粒以假单畴（PSD）-多畴（MD）为主.重金属元素Zn、Cu、Pb含量与反映亚铁磁性矿物含量的χ、SIRM、χARM呈显著正相关,可以将磁性参数SIRM作为叶片重金属元素的替代指标.推荐在上海地区广泛种植的广玉兰作为道路植物污染的指示植物。     

兰州市街道尘埃磁学特征及其环境意义

兰州市是全球大气污染最为严重的城市之一,为城市颗粒物污染研究的理想场所.分析了兰州市街道尘埃样品的磁学参数(包括磁化率、无磁滞磁化率、等温剩磁、磁滞回线和热磁曲线)变化特征.结果表明,兰州市街道尘埃中磁性矿物含量较高,主要磁性矿物是铁磁矿、磁赤铁矿和赤铁矿,并伴有少量顺磁性矿物;磁性矿物粒度主要是准单畴（PSD）;市区污染春季较夏季严重,春季高频率的强沙尘暴可能带来了更多的磁性矿物;兰州市污染物的沉积和分布在很大程度上受到气象条件和地形地貌格局的影响,市区每个盆地东端高于其它地区;兰州市污染以人为活动产物为主,人为活动贡献约为81.9%,其中包含交通约22.6%的贡献,自然降尘贡献约为18.1%;特殊的地形和气象条件,使得兰州市区的大气环境容量比平原城市的环境容量小得多,进而导致严重的大气污染.