（环境科学专业论文）城市植被的滞尘功能和植物监测重金属与大气SOlt2gt的研究.pdf

中山大学博士学位论文 降尘中元素富集因子为1 8 州6 ，主成分分析结果为一个或二个主成分， 反映其主要源于工业污染、交通排放、建筑物腐蚀剥落等人为源。叶面降尘 与路尘以及叶面降尘之间大部分重金属显著相关，表明降尘和路尘重金属均 来自外源输入。 在达到饱和之前，四种绿化乔木叶面滞尘量随时间延长而增长，大叶榕、 高山榕与红花羊蹄甲、小叶榕两组植物的滞尘能力存在显著性差异0 o 0 5 ) ， 滞尘能力差异为1 扣2 “倍，不同植物滞尘量由大到小排列为：高山榕 大叶 榕 小叶榕) 红花羊蹄甲；不同植物滞尘能力的差异尤其与植株的叶面积、叶 倾角、枝条硬度、枝条伸展角度等相关。不同功能区植物滞尘量差异显著 ( p o 0 1 ) ，四种植物在不同功能区的滞尘总量排序为：工业区 商业交通区 居住区 清洁区。惠州建成区植被的地面生物量为3 2 1 0 h ，叶面积总量为 8 0 8 4k m 2 ，全年滞尘量达4 4 3 0 7t ，可去除大气中c r 、c h 、办、c d 、p b 、s 的量分别为1 6 3 t ，2 7 0t ，5 5 4t ，0 0 4t ，1 8 4t ，1 9 5 2t 通过对城市不同功能区植被叶面降尘的粒径和元素特征的研究，反映了 珠江三角洲经济快速发展对城市环境的影响。同时由于叶面降尘的粒径较小， 可富集大量的持久性微量有害元素；通过城市植被的滞尘功能，提供了另一 种去除大气污染物的方法和途径，其净化功能是巨大的。对城市环境保护、 城市绿化政策的制定，及城市人群健康具有重要意义。 关键词：城市植被；滞尘能力；植物监测；重金属：硫 中山大学博士擘位论文 d u s tr e t e n t i o nf u n c t i o no fu r b a nv e g e t a t i o na n dp l a n t s m o n i t o r i n gh e a v ym e t a la n ds 0 2i na t m o s p h e r e s a m p l i n gs i t e si nu r b a na r e a sw e r ed e t e r m i n e db a s e do nt h el a n du s a g ei n h u i z h o ua n dh a i z h ud i s t r i c to fg u a n g z h o u ，g u a n g d o n gp m v i n c c f o l i a g eo f c o m n l o nr o a d s i d et r e es p e c i e s ，f o l i a ra n dr o a dd u s t sw e r es a m p l e d ( c o m m o n t r e e s ，a d o p t e da ss a m p l et r e e s ，w i t h i ns a m p l ea r e a sw e r ef c u sa l t i s s i m a ，f i c u s v i r e n sv a t s u b l a n c e o l a t a , f i c u sm i c r o c a r p aa n db a u h i n i ab 娩a n a ) f r o mt h e s a m p l ea r e a s f o l i a rd u s ts i z ew a st h e na n a l y z e db yp a r t i c l es i z e r c o n c e n t r a t i o n s o f h e a v y m e t a l s 饵m ) ( c r , c u ，z n , c d ，t o ) a n d s u l f u r i n f o l i a r d u s t ， r o a dd u s ta n df o l i a g eo fs a m p l et r e e sw e r ed e t e r m i n e db yi c p - a e s s o zi n a t m o s p h e r ew a sm o n i t o r e db yt h em e t h o do fs t a t i cs u s p e n d i n gp i e c ea b s o r p t i o n d u s t sc o l l e c t e do nt h es a m p l et r e e sl e a v e sw e r ew e i g h e dt od e t e r m i n et h e d u s t - r e t e n t i o na b i l i t yo fu n i tl e a fa r e a , t h et o t a lu r b a nv e g e t a t i o na b o v e g r o u n d b i o m a s si nh u i z h o ua n di t st o t a ll e a fa r e aw e r ee s t i m a t e db yr e m o t es e n s i n g i m a g e s ，a n dt h ea m o u n to fd u s tr e t a i n e do v e ray e a rw e r ec a l c u l a t e d i tw a sf o u n dt h a tp a r t i c u l a t es i z eo ff o l i a rd u s tw a sd i s t r i b u t e ds y m m e t r i c a l l y ( 1 璐st h a nl m ma n dm o r et h a n6 0 o f w h i c hu n d e r1 0 0 p m ) d u s t si nr e s i d e n t i a l a r e a 限a ) a n dc o n t r o la r e a s ( c a ) w e r ef i n e rt h a nt h o s e i nc o n n n e r c i a la n dt r a f f i c ( c t a ) a sw e l l 越i n d u s t r i a la r e a s ( i a ) mh e a v y m e t a lc o n t e n t si nf o l i a rd u s t w f f l eh i g h , e s p e c i a l l yc da n dp b c o n t e n t sf o rc dr a n g e df i n m6 2 - 1 2 8m g k g ， 8 8 - 1 3 0m g k ga n df o rp b , 4 3 4 - 5 1 2 m g k g ，5 8 4 - 1 1 8 2m g k g , i nh n i z h o ua n d h a i z h ur e s p e c t i v e l y d i f f e r e n c eo fc o n t e n t si nf o f i a rd u s t ，r o a dd u s t a n dp l a n t l e a ff o rd i f f e r e n ta r e a sw a ss i g n i f i c a n t t h eh e a v ym e t a la n ds u l f u rp o l l u t i o n m 中山大学博士擘位论文 i n d e xo ff o l i a rd u s t m a dd u s td e c r e a s e di nt h i so r d e ri a c t a r a c a , a n d f u rs a m p l e l e a f , c t a i a ，r a c a h e a v y m e t a l sa n ds u l f u rc o n t e n t si nf o l i a g e ，f u l i a ra n dr o a dd u s t ，a sw e l la ss u l f u r i na t m o s p h e r ev a r i e dw i t ht h et r a f f i cd e n s i t y , w h i l el e v e lo f s u l f u rc o n t e n t d i s p l a y e dd i f f e r e n c eb e t w e e ns e a s o n s r e g r e s s i o na n a l y s i si n d i c a t e dt h a ts u l f u r c o n t e n ti nf o l i a g ew a ss t r o n g l yc o r r e l a t e dt ot h a ti nf o l i a rd u s ta n da t m o s p h e r e t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t so fd u a lm a t h e m a t i c a lm o d e lf o rf o l i a g ea n df o l i a r d u s tb i o m o n i t o r i n ga t m o s p h e r i cs 0 2m e a s u r e db ys u l f a t i o nr a t ew e r er = 0 9 9 5 ( f o rf v i r e n sv a t s u b l a n c e o l a t a ) ，r = 0 9 9 0 ( f u r 且b l a k e a n a ) ，r e s p e c t i v e l y t h em o n i s t i cm a t h e m a t i c a lm o d e lb e t w e e n f o l i a g ea n d s u l f a t i o nr a t ef u r b i o m o n i t o r i n gs 0 2w a sa l s oa p p l i c a b l e i tw a ss u g g e s t e dt h a tf o l i a g ea n d f o l i a r d u s tc o u l db ee f f i c i e n ti n d i c a t o r sf u rh e a v ym e t a la n ds 0 2p o l l u t i o ni nu r b a n a r e a s , h e n c et h ei m p a c to ft r a f f i cd e n s i t yo nu r b a ne n v i r o n m e n l t h ee n r i c h m e n tf a c t o r so fe l e m e n t sr a n g e df r o m1 8t o7 4 6a n dt h e r ew e r eo n et o t w op r i n c i p l ec o m p o n e n t sa n a l y z e db yp r i n c i p l ec o m p o n e n tm e t h o d ，i n d i c a t i n g f o l i a rh e a v ym e t a l sc o u l db ea t t r i b u t e dt oi n d u s t r i a lp o l l u t i o n , v e h i c l ee m i s s i o n ， c o r r o s i o no f b u i l d i n gm a t e r i a l ，a n do t h e ra n t h r o p o g e n i co i i g i n s t h ea m o u n to f h e a v ym e t a li nf o l i a rd u s tw a sh i g h l yc o r r e l a t e dt ot h a to fm a dd u s t , s h o w i n g b o t ho r i g i n a t e df r o me x t e r i o rs o u r c e s t h ea m o u n to f f o l i a rd u s tr e t a i n e db ya l lf o u rt r e es a m p l e si n c r e a s e dw i t ht i m e d u s t - r e t e n t i o nc a p a c i t i e sb e t w e e nf a l t i s s i m a j 。v i r e n sv a t s u b l a n c e o l a t aa n d em i c r o c a r p a , 且b l a k e a n a w e r es i g n i f i c a n t l yd i f f e r e n t ( 1 2 - 2 4 4t i m e s ，i nt h e o r d e rf a l t i s s i m a f v i r e n sv a t s u b l a n c e o l a t a f m i c r o c a r p a b b l a k e a n a ) d e p e n d i n go nf a c t o r ss u c ha sl e a fs i z e , i n c l i n a t i o na n g l e ，b r a n c hh a r d n e s s , e x t e n s i o na n g l ee t c t h ea m o u n to ff o l i a rd u s ti nd i f f e r e n tu r b a na r e a sv a r i e di n t h eo r d e ri a c t a r a c a t h eo v e r a l la b o v e g r o u n db i o m a s so fu r b a n v e g e t a t i o n i n h u i z h o u b u i l t u p a r e a w a s e s t i m a t e d t o b e 3 2 l o s t a n d i t s t o t a l l e a fa r e a ，8 0 8 4k m 2 w i t ht h e s ea s s u m p t i o n s ，t h ed u s tr e t e n t i o nc a p a c i t yw a s i v 中山大学博士学位论文 c a l c u l a t e da t4 4 3 0 7tp e r y e a r i tc o u l dp o t e n t i a l l yr e m o v eag r e a ta m o u n to fc f c u ，z n , c a ，p b ，sa p p r o x i m a t e l y1 6 3t ，2 7 0 t ，5 5 4t ，0 0 4t ，1 8 4t ，1 9 5 2t f r o mt h ea t m o s p h e r e t h ei n f l u e n c eo fr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n ti nu r b a np e a r lr i v e rd e l t aw a s r e f l e c t e di nt h i ss t u d yo ff o l i a rd u s t ( i t sc o n t e n ta n d p a r t i c l es i z e ) d u et oi t ss m a l l s i z e ，f o l i a rd u s td i s p l a y e dc o n s i d e r a b l et o x i cp o l l u t a n tr e t e n t i o nc a p a b i l i t y t h i s w a sa l le f f i c i e n tm e t h o dt oe l i m i n a t ea i rp o l l u t a n t s ；i t sc o n 仃i b u t i o n st o e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na n dh u m a nh e a l t hw e r es i g n i f i c a n t k e yw o r d s ：u r b a nv e g e t a t i o n ；d u s t - r e t e n t i o nc a p a c i t y ；b i o m o n i t o r i n g ；h e a v y m e t a l ；s u l f u r v 中山大学博士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 随着城市化步伐加快，土地利用程度加剧，工业、交通发展，改变了城市 的自然环境；粉尘、烟雾、有害气体增多。城市大气污染是当前人类面i 临的日 益严重和亟待解决的环境问题之一。目前，虽然s 0 2 等硫化物污染排放得到一 定的控制。但由于能源结构的调整难于在短时间内完成，s 0 2 污染仍是大气污染 的主要内容之一( c a p e ，2 0 0 6 ) 。大气颗粒物沉降一直被认为是一种潜在的、影响 显著的非点源污染( d a v i s ，2 0 0 1 ) 。地球上每年颗粒物的生成量，仅粒径在1 0 z m 以下的就约为几十亿吨，在城市空气悬浮颗粒物中发现有几十种金属、非金属， 有机化合物达几百种( 赵伦，1 9 9 7 ) 在我国5 0 0 多座城市中，空气质量符合国 家一级标准的不足1 ，1 9 9 8 年全球十大污染严重城市中，中国占了7 个，北 京名列第三，其t s p 浓度为3 4 3 2 9 m 3 ，超过世界卫生组织标准的3 倍以上( 吴 人坚，2 0 0 1 ) 。( 2 0 0 0 年中国环境状况公报指出：在参与监测的3 3 8 个城市 中，空气污染指数高于三级的城市占到了6 3 5 ，其中有1 1 2 个城市的平均污 染指数达到了四级，属重度污染。目前严重影响中国城市空气质量的污染物为 悬浮颗粒物( t s p ) 或可吸入颗粒物( p m ) ( c e r , 2 0 0 2 ) 大气颗粒物和硫化 物等对生态系统的破坏是潜在的、长期的，对人体的危害则是直接的，有时甚至 是致命的。 国内外有关城市绿地系统对各种大气降尘和大气s o z 的滞留、吸附、过滤等 作用，可以减少大气降尘量和飘尘量的研究的研究正在兴起( f r e e r - s m i t h 等，1 9 9 7 ；柴一新等，2 0 0 2 ) 利用植物净化修复技术来治理大气污染，尤其是 近地表层的大气污染，是近年来国际上正在加强研究和迅速发展的课题( b c c k e t t c ta 1 ，1 9 9 8 ：s c h u l ze ta 1 。1 9 9 9 ；k a m m e r b a u e re ta 1 ，2 0 0 0 ) 不同城市绿化植 物，因生态功能上的差异，其修复与监测污染的能力有显著的不同，依据植物对 大气污染的监测与净化修复能力来选择城市绿化植物，从而建立不同类型的人 中山大学博士学位论文 工植物群落，是减轻大气污染的重要途径和手段( j a i k a n e ne ta 1 ，2 0 0 0 ；周志翔 等，2 0 0 4 ) 。 1 1 1 降尘定义 大气中颗粒物的直径一般为0 0 0 1 9 m 一1 0 0 # m 大于l o m 的颗粒能够依其 自身重力作用降落到地面，称为降尘。单位面积的降尘量可作为评价大气污染 程度的指标之一( 唐永銮，1 9 9 2 ) 日本学者( e a e a ，1 9 8 9 ) 早在六十年代就 给城市烟尘提出了如下定义：烟尘一般指大气污染物质中除气体以外部分的总 称，它的内容因污染源而不同，主要有：烟尘、焦油状有机物、各种碳氢化合 物、无机化合物和重金属等。也有研究定义大气颗粒物中的降尘即为大气灰尘， 是城市大气粉尘的一个组成部分，主要是由风扬起的街道地表灰尘组成( 杜佩 轩等，2 0 0 2 ) 1 1 2 大气颗粒物、s 0 2 对人体、植物健康和大气环境影响 1 1 2 1 对人体健康危害 联合国最近发布的一项报告中称，目前全球只有2 0 的城市居民呼吸的空 气达到可接受的标准，而有约1 8 亿城市居民呼吸着含有过度s 0 2 、烟尘的空气 ( 吴跃辉，1 9 9 7 ) 。大气中颗粒物和s 0 2 均可对人体健康造成直接和间接的危害， 刺激腐蚀呼吸道，引发呼吸道和心血管等疾病( 王曼，2 0 0 0 ；杨建军等，2 0 0 3 ) 。 ( 1 ) 颗粒物对人体健康的危害 由于颗粒物的粒径不同，在人体的沉积部位不同，并因其表面积大，可携 带的多种有毒有害物质，也可作为其他污染物的载体，因此对人体的危害是多 方面的。 据流行病学调查( 赵伦，1 9 9 7 ) ，大气中微粒可引起呼吸道疾病、支气管 炎、支气管收缩和肺功能降低，增加气喘发病率和死亡率。 颗粒物直径大小与其危害程度密切相关。早在1 9 7 8 年一些著名学者就指出， 2 中山大擘博士学位论文 空气动力学尺度直径大于1 0 z m 的粒子基本上被阻止于人的鼻腔和咽喉，粒径 在2 - 1 0 | t m 之问的，9 0 被吸入并沉积于肺部，粒径小于2 m 的可1 0 0 被吸 入肺，其中0 2 - 2 伽l 的全部沉积到肺中( f u c h se ta l ，1 9 6 4 ：s t o c k e r , e ta l ，1 9 7 6 ： l a n ，e ta 1 ，1 9 7 8 ) 。李烈勋( 1 9 9 0 ) 指出，导致矽肺的主要因子为粒径2 m 以下 的粉尘；当气溶胶粒子通过呼吸道进入人体时，有部分粒子可以附着在呼吸道 上，甚至进入肺部沉积下来；可被吸入的飘尘因粒径不同而滞留在呼吸道的不 同部位；大于5 9 m 的飘尘，多滞留在上呼吸道。d a v i s 等也研究表明颗粒物中 对人体健康危害最大的是直径小于1 0 m m 的可直接吸入肺的粒子，其中还携带 有重金属和病毒细菌等致病因子( d a v i s , e ta l , 1 9 9 8 ) 。 人体吸入颗粒物引起呼吸道炎症，与颗粒物的结构无关，而与颗粒物浓度 及暴露时间相关，每增加1 0 g m 3 的吸入量，将导致婴儿早产死亡率增加1 ( c o s t a , c ta l ，1 9 9 7 ) 。低浓度的环境污染物长期作用于人体，可使机体的免疫功 能受损，导致免疫球蛋白水平发生改变( s c h a f f l ec ta 1 ，1 9 9 6 ：肖纯凌等，2 0 0 1 ) 。 大气颗粒物对人体健康的危害因其化学组成不同而异。如当长期吸入高浓 度的二氧化硅尘粒时，硅肺的发病率明显增加。长期生活在一定浓度的汞、砷、 铍、铬、铊及其它游离硅尘的空气中，可引起纤维肺、硅肺甚至恶性肿瘤( 李 烈勋，1 9 9 0 ) 。据动物试验及流行病学调查结果表明，污染区的喉头炎、支气管 炎、末稍支气管炎的发病率明显高于非污染区，且与污染程度正相关( 崔九思 等，1 9 9 7 ) 由于机动车排放的尾气及颗粒物，使呼吸道疾病发病率增加，并影响儿童 行为发育和体格生长和儿童智商( 郑达等，2 0 0 6 ) 。车流量大的公路边空气及 灰尘中含铅量高( s a m a r a , 2 0 0 4 ) ，铅尘直接经呼吸道进入体内，同时空气中的 铅尘沉淀于室内环境及食品上，被小儿直接食用，使家居交通繁忙区的儿童铅 的吸入和摄入量较高而危害健康。当车流量达3 3 0 0 辆时，生活在道路两侧4 5 米内的青少年患哮喘的可能性增加一倍。交通干线附近小学生和广州交警的血 铅浓度为1 4 2 - 1 6 7 芦g , u ，超过目前国际公认的铅中毒标准1 0 - 1 4 乒g d l 和儿童标 准1 0 g d l ( 唐孝炎等，2 0 0 5 ) 。 3 中山大学博士学位论文 ( 2 ) 颗粒物与s 0 2 的联合作用 颗粒物作为一种载体，可与s 0 2 一起进入人体；若s 0 2 与颗粒物中m n 、f e 等重金属反应，可催化生成刺激作用强4 - - - 2 0 倍的s 0 3 ，产生腐蚀作用，形成肺 气肿，肺纤维变性、哮喘等致敏作用( 郭新彪，2 0 0 6 ) 。英国环境工作者( 唐永 銮，1 9 9 2 ) 根据伦敦硫酸烟雾及影响的大量资料，提出硫酸烟雾引起死亡人数 之间的关系经验公式：d = o 6 p s ，式中d 为由硫酸烟雾引起的死亡人数，p 为 烟尘浓度( m g m 3 ) ，s 为s 0 2 浓度( p p m ) ；当烟尘浓度超过0 7 5 m g m 3 时，死 亡率会上升 1 1 2 2 对植物的危害 大气颗粒物和s 0 2 等硫化物影响植物的生长发育，改变群落种类组成；s 0 2 等污染物浓度超过其可忍受的阀值时j 植物甚至发生死亡( 刘燕云等，1 9 8 9 ； f a r m e re ta l ，1 9 9 3 ；a u e r b a c he ta l ，1 9 9 7 ；k a m m e r b a u e re ta l ，2 0 0 0 ) 。 ( 1 ) 颗粒物对植物的危害 颗粒粉尘附集在植物叶片表面，增加对光合光谱区段的反射，降低光合作 用效率，并使叶表面温度升高，气孔堵塞，c 0 2 交换受阻，妨碍新陈代谢和水 分平衡，使植物生长发育不良( 孔再德，1 9 8 6 ) 。粉尘还危害花粉和花柱，使花 粉粒败育，导致受精不良( 包维楷等，1 9 9 7 ) ，造成植物开花不结果或少结果， 种子空粒与秕粒增多。生长于石灰厂附近的植物，其含c a o 粉尘可植物表面形 成一个强碱性反应覆盖区，叶子水分被大量夺走，细胞质受伤害，表皮细胞与 栅栏细胞萎缩。在足够高的空气湿度时，水泥粉尘可形成硅酸三钙，在植物上 形成一个粘附层，使气孔封闭，阻碍呼吸和光合作用( s m i t h ，1 9 8 6 ) 。 颗粒物中可溶的化学成分及重金属也可直接破坏植物组织，造成生理损伤 ( f a r m e re ta l 。1 9 9 3 ) 。一些可溶性毒物或是较多的可溶性盐分，与水作用后从气 孔浸入叶组织，使细胞受害，发生类似“腐蚀”的情况，使植株形成坏死斑点。 用尘埃露水处理的菜豆叶表皮角质层瓦解( s m i t h ，1 9 8 6 ) 。冶炼厂附近的莴苣、 洋葱等会出现黑色水浸状斑，并发展成组织坏死。同时，工业排放增加周围土 4 中山大学博士学位论文 壤的污染。土壤重金属能通过改变细胞渗透力，破坏细胞酶活性，使植物细胞 蛋白质变性，自由基生成，影响土壤微生物的效应( k o r i c h e v a , 1 9 9 7 ) 。 ( 2 ) 颗粒物与s 0 2 的共同作用对植物的危害 颗粒物粉尘与s 0 2 等同时作用于植物，其危害更大，污染的复合危害表现 为增效作用，其危害程度可增加34 倍( 包维楷，1 9 9 9 ) 。马尾松林木受粉尘、 s 0 2 、n o x 等的复合污染后，林相呈灰绿色，蒙尘量大，林冠不整齐，衰弱、 死亡木增加3 1 4 4 7 8 ；针叶纤细部分有泛黄斑和坏死斑等( 包维楷，1 9 9 9 ) 。 1 1 2 3 对大气环境的影响 大气颗粒物由于其强大的比表面积，可吸附或溶解大气中微量气体，产生 化学反应，污染大气，形成酸雾，导致城市雾岛产生，降低能见度，影响交通， 危害健康。如燃烧产生n o 、n 0 2 、s 0 2 等在紫外线照射下产生光化学反应，并 吸湿生成硝酸、亚硝酸、硫酸等，并导致酸雾形成。并且大气中细颗粒物增多 时，云量会增加，使日照时数与太阳辐射减少，不利于居民健康，( 宋宇等，2 0 0 3 a ： 刘新罡，2 0 0 6 ) 。p m 。o 大量吸收太阳紫外短波，散射和吸收光线，导致能见度降 低。当空气中颗粒物浓度为0 1 m g m 3 时，紫外线减少4 2 7 ，浓度为1 时， 紫外线减少7 1 4 ，严重影响儿童发育，儿童佝偻病发病率增加，同时也影响 植物生长( 宋宇，2 0 0 3 b ) 。 在降水条件下，大气中s 0 2 还以颗粒物为凝结核，聚结形成酸性沉降，酸 化大气环境，对酸雨的形成起着不可忽视的作用，进一步影响生态系统健康( 王 玮，1 9 9 5 ) 。大气中颗粒物中不同组分对降水起着缓冲和强化其酸度的作用；随 颗粒物粒径的减小，s o ? 与c a 2 * 苣r 量的比值增大，小粒径颗粒的p h 值和缓冲 能力小于大颗粒( 文兴，1 9 9 4 ) 。 5 中山大学博士学位论文 1 2 研究进展 1 2 1 颗粒物粒径组成 颗料物的粒径分布不但影响粒子中元素及各种成分的分布，也影响颗粒物 的传播距离和传播速度( a l l e ne ta 1 ，2 0 0 1 ) 许多研究表明，城市植被叶面降 尘或城市灰尘等颗粒物的粒径分布大体为对称分布、呈双蜂型或正态分布等， 并且粒径都较小，叶面降尘大多小于1 0 0 胛，并且p m l o 占多数；细颗粒的比 重大于粗颗粒。城市灰尘则粒径稍大，多在2 0 0 a n 以下( f r e e r s m i t he ta 1 ， 1 9 9 7 ：杜佩轩，2 0 0 2 ；焦杏春，2 0 0 4 ) 。 c a n u e f i 和w h i t b y ( 1 9 7 8 ) 研究了美国一家电厂的烟尘，提出了颗粒物的 三模态分布模型，即爱根核模( a i k e nn u c l e im o d e ，o p 犁n 1 ) ；前两者合称为细粒子，粗模为粗粒子。希腊人口密度最大的城市之一的 t h e s s a l o n i k i 市其大气颗粒物的粒径全都小于l o p m ，且粒径两端分布较多，呈 双峰型；小于0 8 舢n 和大于6 7 a n 的组分分别占5 4 2 和2 3 畅( s a m a r ae t a 1 ，2 0 0 5 ) 。焦杏春等( 2 0 0 4 ) 研究北京冬青卫矛的叶面降尘也为双峰型，粒径多集 中在2 8 ，u m 一1 0 0 ”m 之间，2 0 0 z m 以上有一偏峰。 英格兰w a l s a l l 城树木叶面降尘中p m l o 占了5 7 - 8 9 。1 9 9 4 年平均粒径 为8 4p m ，1 9 9 5 年6 月为7 0 p m ，7 月则为1 0 9p m ；粒径大小与距公路远近没 有明显相关性( f r e e r - s m i t h ，1 9 9 7 ) 坐落在贝尔格莱德繁华商业交通区旁植 物园的叶面降尘中5 0 - 6 0 颗粒小于2 a n ，其最大值为5 0 | 【t m ( t o m a s e v i ce t a 1 ，2 0 0 5 ) 。印度t a t a 城n o a m u n d i 铁矿附近的源于路边扬尘的颗粒物约有6 0 的可悬浮颗粒物粒径在0 1 0 m ，即6 0 为p m ，大于7 0 m 的占4 4 ，5 3 p r o - - 7 o , u m 占2 8 ( s i n h as u b r a t o e ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 但有些城市的灰尘粒径较大，不易附着在植物叶片上。如西安市的城市灰 尘中，粒径小于2 0 0 z m 的占8 4 0 8 ，小于1 0 0 z m 的约占3 0 ( 杜佩轩等，2 0 0 4 ) 。 6 中山大学博士学位论文 1 2 2 颗粒物化学组成 从2 0 世纪6 0 年代开始，国外就使用光学显微镜、电子显微镜、电子探针和 x 射线衍射仪等对烟尘颗粒、大气飘尘等进行形态、光学特性、无机化学元素 组成及矿物学特征的表达( 高连存等，1 9 9 5 ；t o m a s e v i ce ta 1 ，2 0 0 5 ；g a u t a me ta 1 ， 2 0 0 5 ) 。大气颗粒物在环境条件下的不同物相、不同化学组分可以以各种化合价 态、复合离子、活性基团等化学状态出现，因而不同的污染物在环境中的不同 存在状态，具有不同的物理化学特征和相应的不同的环境影响和生态效应，毒 性作用( j h j i se ta 1 ，2 0 0 5 ；h e e r d e ne ta 1 ，2 0 0 6 ) 。颗粒物的化学组成非常复 杂，不同粒径颗粒，其组成差异很大，主要包括无机物和有机物两大类。无机 物多为各种大量与微量元素；有机物多为花粉、孢子、烃类等。如，英格兰w a l s a l l 城叶面降尘在显微镜下形状各异，颗粒组分有p m l 0 、有机粒子、无机粒子，而 有机质含量大于无机物：有机质多为种子、孢子、叶绒毛等：并发现无机质主 要源于土壤、电厂，或附近的冶炼厂等( f r e e r - s m i t hc ta 1 ，1 9 9 7 ) 。亚特兰大 p m 2 5 化学组成中：细颗粒物中硫化合物占4 7 6 ，是主要化学成分，不挥发性 有机物占3 1 8 ，氮化合物占1 7 ，其他化学元素组分的含碳物质的浓度差异 很大，而土壤元素( s i ，、c a 、f e 、) 及痕量元素( v 、m n 、n i 、p 、p b 、a s 、 s c 、s r c r 等) 的浓度差异很小( m o d e y e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。l i m 等( 2 0 0 6 ) 测定洛杉 矶城市区域颗粒物中c d 、c u 、p b 、z n 平均浓度为4 9n g m 3 ，5 2n g m 3 ，1 4 n g m 3 ， 8 4n g m 3 印度t a t a 的n o a m u n d i 铁矿附近的源于路边扬尘的颗粒物中重金属 含量较高，z n 、c u 、p b 、m n 、n i 、c d 、f c 浓度分别为1 5 1 3 g m 3 ，0 0 8 t g m 3 ， 0 7 5 # g m 3 ，0 1 5 # g m 3 ，o 1 6 p g m 3 ，0 0 0 3 ，t g m 3 ，3 9 5 6 z g m 3 ( s i n h a s u b r a t o e t a 1 ，1 9 9 7 ) 。 国内对大气颗粒物的研究起始于2 0 世纪7 0 年代。研究发现无机物多含于 粗粒子中，多源于土壤及燃煤或燃油直接排放，属一次颗粒物，主要由s i 、f c 、 础、n a 、c a 、m g 等3 0 种元素组成，细粒子主要是s 0 4 2 、n 0 3 、n i j j 4 + 、痕量金 属、炭黑等( 朱立新等，2 0 0 4 ；朱易等，2 0 0 4 ；滕恩江等，1 9 9 9 ) 。魏复盛等( 2 0 0 1 ) 研究了我国广州、武汉、重庆、兰州四城市的大气，细颗粒物中，s e 、a s 、s 等富集因子大，反映我国大气颗粒物中由于燃煤燃烧引起的污染元素相对富集 7 中山大学博士学位论文 的特征，地壳元素a 1 ，s i 、啊、f e 、s i 等含量相对减少。李德禄等研究上海吴淞 工业区大气颗粒物，结果表明f c 、办、n i 、c u 等占主要成分，属典型的钢铁 排放源，来自于冶金工业。另有其他元素如s 、c a 、k 等，主要是煤炭燃烧所致 ( 李德禄等，2 0 0 5 ) 。吴烨等用p a r t 5 模式研究了北京机动车尾气管颗粒物，这些 颗粒物主要由p m ”组成颗粒物中大多为可溶性有机物，残余碳等，铅、硫酸 盐比例较低( 吴烨等，2 0 0 2 ) 。 研究检测出的颗粒物中有机物有烷烃、多环芳烃、烯烃、亚硝胺、杂氮环 化物、醌类、酚类、有机酸、芳香族化合物等( 李军等，2 0 0 4 ) 中日友好环境 保护中心研究发现北京大气颗粒物的多环芳烃( p a i l s ) 浓度分别是东京、筑波 的6 7 和1 0 倍( 崔九思等，1 9 9 7 ) 汪安璞等研究也发现北京大气颗粒中有近2 8 0 多种有机物，多环芳烃1 3 1 种，环烃5 6 种，各种醛、酮、醇、酯、醚、酚、卤 化物、杂环、多环物质以及硫、磷等化合物达3 0 0 多种；另外还有6 硝基苯并 芘、9 j 醋基葸、3 硝基萤蒽和卜硝基芘等致畸致突变物。而华南地区，广州的 大气颗粒物中有机物相对较少，多环芳烃占5 0 0 0 9 6 ，正构烷烃占3 0 - 5 0 ( 汪 安璞等，1 9 9 4 ；2 0 0 1 ) 。济南市大气t s p 和p m l o 样品中共检出有机污染物1 6 9 种， 其中p a i l s4 8 种，杂环类化合物2 4 种，在有机物的粒径分布上呈现出粒径越小， 有机污染物种类越多的规律，t s p 中8 0 b a l 吸附在p m l o - 上，且1 0 0 的p a h s 都 分布在粒径小于o 3 s p m 的细尘上( 李大秋等，1 9 9 6 ) 。 1 2 3 颗粒物化学组成与粒径关系 国内外许多研究认为，颗粒粒径越小，表面自由能越大，比表面积也越 大，吸附的元素量越多( 高连存等，1 9 9 5 ；s a m a r ae ta 1 ，2 0 0 5 ) 。降尘中痕量金属 元素含量随粒径减小而增加，在小粒径中相对富集( n a t u s c he ta 1 ，1 9 7 4 ) 。希 腊人口密度最大的城市之一的t h e s s a l o n i k i 市大气颗粒物中富集有大量重金 属，如p b 、c a 、c r 、n i 、v 、c u 、f e 等，其含量随粒径的减少而增加。在小 于0 8 p m 和大于6 7 “m 的粒径中p b 、c d 、q 、n i 、v 、c u 、f c 含量分别为： 2 2 9 n g m 3 和6 6 5 n g m 3 ，0 1 5 和o 0 n g m 3 , 0 7 2 和0 6 8 n g m 3 ，1 5 1 和0 7 0 n g m 3 ， 3 6 6 和1 4 9n g m 3 ，8 8 0 和3 7 4n g m 3 , 7 7 7 和1 2 0n g m 3 ( s a m a r ae ta 1 ，2 0 0 5 ) 。 b 中山大学博士学住论文 国内研究也认为元素含量与颗粒物直径负相关。济南市交通繁忙区降尘 样品中c u 、p b 、q 等元素含量也随粒径减少而增加，其在小于5 0 m m 降尘中 含量甚至达到1 5 4 # m 一2 8 0 z m 径级颗粒的5 倍( 高连存，1 9 9 5 ) 广州、武汉、 兰州、重庆4 个城市的颗粒物体积浓度中，细颗粒物是粗颗粒的1 1 以1 倍， s 在细颗粒物中富集量是粗颗粒的1 8 3 3 倍，s 0 2 易吸附在细颗粒物上( 滕恩 江等，1 9 9 9 ) 。其他研究表明：随粒径的降低，颗粒物中源于道路扬尘的离子 和元素( c a 2 4 、n a + 、c i 、c a 、m g 、n a 、f e 、a i 等) 排放因子减小，源于 地面的大颗粒贡献相对降低；源于机动车排放的小颗粒贡献增加，而大颗粒 物主要来自于土壤扬尘或风沙尘等自然变化( 张晶，1 9 9 8 ：王玮等，2 0 0 1 ) 。 1 2 4 颗粒物和s 0 2 源解析 1 2 a 1 颗粒物和s o s 源解析模型 源解析就是利用各种源的特征，找到源与颗粒物之间的定性或定量的关 系，为环境治理提供科学依据。目前源解析的主要方法有：受体模型和扩散模 型。污染物扩散模型的主要影响因子有污染物排放的数量、组成、排放方式、 源的几何何形状及气象条下垫面状况等，参数复杂且不易把握( 蒋维楣，2 0 0 3 ) 。 与扩散模型相比，受体模型不依赖于污染源排放条件、气象、地形等因素，不 追踪颗粒物和s 0 2 的迁移过程，而获得广泛应用( 王平利等，2 0 0 5 ) 。受体模型 假定前提条件是研究对象在输送过程中分裂和转化过程是不相关的，污染物模 式在输送和扩散过程中一会改变，二次颗粒物的二次转化物质难以引入模型， 在应用于超细颗粒物的源解析上有一定的局限性( 王帅杰，2 0 0 2 ) 根据受体模式及运用多元统计方法对颗粒物和可能的源进行相似性量度， 目前国内处已开发出1 0 余种受体模型，包括化学质量平衡法( c m b ) 、富集因 子分析法( e f ) 、主成分分析法( p c a ) 、目标识别因子法等( 谢骅等，1 9 9 9 ：李 德禄等。2 0 0 5 ) 。其中c m b 和p c a 两种受体模型受到美国环保局的认可和推荐 倬蝎华，2 0 0 2 ) 。还有运用矿物学研究和磁学研究，应用显微镜、电镜扫描、x r f 等，尤其利用磁学参数诊断技术，从另一方面有效地标记污染程度和证明生产 9 中山大学博士学位论文 过程、