上海城市公园灰尘重金属污染及其潜在生态风险评价.pdf

上海城市公园灰尘重金属污染及其潜在生态风险评价 史贵涛 陈振楼 王 利 张 菊 李海雯 许世远 华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室 上海200062 摘要 通过对上海城市公园灰尘重金属含量的调查 发现上海城市公园灰尘重金属Pb Zn Cu Cr Cd和Ni含量的 平均值分别为416 63 mg kg 906 29 mg kg 235 89 mg kg 162 59 mg kg 1 58 mg kg和92 19 mg kg 同上海市土壤环境 背景值相比 均处于较高的积累水平 公园灰尘重金属空间上的分布特征表现为 内外环线之间公园灰尘各重金属 元素含量平均值均高于内环线内公园 通过分析判定公园灰尘中较高的重金属含量可能主要源于交通和工业造成的 污染 运用潜在生态危害指数法来评价上海城市公园灰尘重金属污染状况 发现单种重金属造成的潜在生态危害表 现为 Cd Pb Cu Ni Zn Cr 公园灰尘6种重金属潜在生态危害达到一个相当高的水平 在所调查的公园中 63 6 的公园灰尘重金属生态危害达到极高水平 29 5 的公园达到高水平 6 8 的公园处于较高水平 关键词 城市公园 灰尘 重金属 潜在生态危害指数 上海 中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 K 05259 原1002 1264 2006 04 0040 04 Heavy Metal Pollution and the Ecological Risk in Dust of Shanghai Urban Parks SHI Gui2tao CHEN Zhen2lou WANGLi ZHANGJu LI Hai2wen XU Shi2yuan Key Laboratory of Geographic Information Science of Ministry of Education East China Normal University Shanghai 200062 China Abstract Heavy metal concentrations of dust taken from the parks in Shanghai urban area were studied The results showed that the average concentrations of Pb Zn Cu Cr Cd and Ni were 416 63 906 29 235 89 162 59 1 58 and 92 19 mg kg respectively Compared with the backgrounds of soils in Shanghai the heavy metal concentrations of the dust got higher values The spatial distribution of heavy metals in the dust of urban parks was regular The average concentrations of heavy metals in the inner ring parks were lower than the parks between outer ring and inner ring which may due to the distribution of the industry The higher concentrations of heavy metals in the dust may come from the pol2 lutants produced by traffic and industry The potential ecological risk of heavy metal pollution were assessed by Las Hakanson and the results indicated that 63 6 of the researched parks from parks got to sky high ecological hazards 29 5 got to high ecological hazards and only 6 8 were upper level Different heavy metals caused various ecological hazards and the effect of the ecological hazards was Cd Pb Cu Ni Zn Cr Key words urban park dust heavy metal potential ecological risk index Shanghai 近年来 对城市灰尘重金属污染的研究逐渐成 为一个热点 1 3 城市灰尘主要源于建筑工地 裸 露地表 各种沉降在路面上的气溶胶粒子 路面及交 通工具的磨损等 在一定的外动力条件下较易再次 扬起 从而通过呼吸道和皮肤被人体吸收或直接摄 入 在人体内被消化 吸收 产生积累 对人体健康产 生危害 另一方面 城市灰尘在降水的冲刷作用下进 入河道 对城市水环境造成了直接的污染 随着上海城市公园的免费开放 进入公园的游 客数量大量增加 公园成为城市居民重要的休闲娱 乐场所 对于游园的游客来说 儿童是一个较为特 殊的群体 其在玩耍过程中 极易通过口 手途径摄 入大量灰尘 灰尘中所吸附的重金属进而进入儿童 体内 因此 研究上海城市公园灰尘中重金属的污 染状况对于城市生态环境和居民的身体健康都具有 重要意义 1 材料与方法 以上海城市公园 外环线以内 为研究对象 图 1 在公园门口附近用毛刷扫取表面灰尘样品若干 然后用四分法组成一个混合样品 共得44个样品 样品在低温下烘干后 过40目尼龙网筛测定pH值 过65目尼龙网筛测定有机质含量 过120目尼龙网 筛测定重金属含量 重金属的测定项目有Cu Zn 04 第19卷4期 2006年8月 城市环境与城市生态 URBAN ENVIRONMENT 上海市基础研究重点项目 05JC14059 上海市重大科技攻关项目 05DZ12007 上海 市环保局招标项目 44031590 收稿日期 2006 03 13 修订日期 2006 05 11 Pb Cr Cd和Ni pH值的测定采用玻璃电极法 有 机质含量的测定采用重铬酸钾氧化 外加热法 灰 尘样品经采用酸溶法 HNO3 HClO4 HF 加热消解 后 采用Perkin Elmer公司生产的AANALYST800型 原子吸收光谱仪 其中Cu Zn Pb Cr Cd和Ni的测 定采用火焰法 Cd的测定采用石墨炉法 在重金属 元素的分析测定中采用国家标准土壤样品 GSS 6 进行全过程的分析质量控制 图1 采样点分布示意图 2 结果与讨论 2 1 公园灰尘基本理化性质 上海城市公园灰尘pH值和有机质含量如表1 所示 公园灰尘pH值的平均值为8 53 呈现出明显 的碱性 其中最大值为10 36 公园灰尘的pH值除 了受到城市土壤的影响外 更多受到灰尘中碱性物 质的影响 含有碱性物质的大气颗粒物的沉降 各种 建筑材料 如石灰 的脱落等进入到公园灰尘中 导 致了其pH值的升高 4 公园灰尘有机质含量处于 一个较高水平 其平均值为7 21 最大值达14 根据样品的采集 处理过程的观测 推测公园灰尘中 较高含量的有机质可能主要源于城市垃圾 植物残 体 土壤颗粒等 表1 公园灰尘pH值和有机质 项目平均值最小值最大值变异系数 pH值8 536 8710 360 11 有机质 7 211 7714 000 36 2 2 公园灰尘重金属含量 上海城市公园灰尘中6种重金属元素全量的分 析结果见表2 重金属Pb Zn Cu Cr Cd和Ni含量 的平均值分别为416 63 mg kg 906 29 mg kg 235 89 mg kg 162 59 mg kg 1 58 mg kg和92 19 mg kg 从表中可以看出各种重金属空间分布差异 较大 这可能是灰尘中重金属来源的复杂性所决定 的 从各个区的统计情况来看 闸北区公园灰尘Pb 含量最高 为625 52 mg kg Zn和Cu的含量以卢湾 区平均值为最高 分别为198 51 mg kg和404 17 mg kg Cd的最高含量在浦东新区 为1 75 mg kg Cr和Ni最高值分别出现在宝山区和长宁区 因各只 有1个样品 不具有区域代表性 表2 上海城市公园灰尘重金属含量 采样区 公园个数 Pb 平均值 mg kg 变异系数 Zn 平均值 mg kg 变异系数 Cu 平均值 mg kg 变异系数 Cr 平均值 mg kg 变异系数 Cd 平均值 mg kg 变异系数 Ni 平均值 mg kg 变异系数 徐汇 n 5 527 370 361 057 250 40253 420 35125 730 321 630 2294 910 37 卢湾 n 2 597 91 1 198 51 404 17 99 39 1 65 127 44 普陀 n 5 284 060 18746 710 20201 350 14100 040 521 400 28114 200 49 浦东 n 9 432 501 60739 090 52270 571 30136 830 531 750 71113 220 63 杨浦 n 8 393 530 961 192 450 34254 810 50209 810 381 470 3383 220 64 黄浦 n 3 359 260 79966 490 40241 440 46155 750 601 610 1075 380 59 虹口 n 4 256 740 70677 000 23182 520 42226 910 591 680 2966 780 30 闸北 n 5 625 521 32898 140 34180 410 29216 130 571 690 0668 010 16 宝山 n 1 350 73 834 68 167 64 303 39 1 71 79 13 长宁 n 1 371 94 1 037 57 231 32 103 66 1 49 130 88 静安 n 1 83 00 298 00 68 00 54 00 0 64 28 00 总计 n 44 416 631 09906 290 41235 890 77162 590 561 580 4092 190 55 注 n表示公园个数 上海城市公园灰尘重金属含量与上海市土壤背 景值的比较如图2 5 发现各种重金属元素的含量 均远远超出背景值 尤其以Pb Zn Cu和Cd 4种元 素最为显著 分别超出背景值的15 4倍 9 5倍 7 3 倍和10 9倍 Cr和Ni 2种元素超出背景值则相对 较小 分别为背景值的2 2倍和2 9倍 通过与上 海市土壤背景值的对比发现 重金属元素在城市公 园灰尘中积累已达到相当严重的程度 图2 公园灰尘重金属含量平均值与土壤背景值对比 注 对元素Cd 灰尘平均含量 1 58 mg kg 上海土壤背景值 0 13 mg kg 14史贵涛 等 上海城市公园灰尘重金属污染及其潜在生态风险评价 2 3 公园灰尘重金属的空间分布特征及来源判断 根据公园与城市环线的相对位置 将公园划分 为2个部分 内环线内公园和内外环线之间公园 内 环线内共有公园17个 内外环线之间有27个 2个 区域公园灰尘重金属含量的对比如图3 从图中可 以看出内外环线之间公园灰尘重金属含量均高于内 环线内公园 尤其以Pb Cr 2种元素最为明显 重 金属含量空间上的差异可能受工业活动的影响 城 市公园灰尘重金属一方面来自于交通 另一方面来 自于工业活动 内外环线之间公园除了接受来自于 交通所产生的污染 因其更接近一些大型的工业区 同内环线内公园相比 更容易接受来自于工业活动 所产生的污染 监测发现 上海市在闸北电厂 上钢 三厂 宝钢等工业区附近有多处降尘高浓度中心存 在 而这些高浓度的降尘中心均远离市中心区 因此 推测工业污染造成了内外环线间公园灰尘重金属含 量较内环线内高 图3 公园灰尘重金属含量比较 注 对元素Cd 内外环线间公园灰尘平均含量 1 65 mg kg 内 环线内公园灰尘平均含量 1 48 mg kg 通过计算各重金属含量间的相关系数 表3 发现各重金属同有机质和pH值基本上不存在显著 的相关性 说明灰尘重金属含量受其理化性质的影 响较小 各重金属元素含量间仅Cu Ni Cd Cr 和Cd Ni存在较显著的相关性 说明这几种重金 属元素在接受外界污染时可能存在一定的相似性 其它重金属元素含量间均不存在显著性相关 同时 又说明城市公园灰尘在接受外来污染时存在的复 杂性 表3 公园灰尘各重金属相关系数表 因素PbZnCuCrCdNi pH值 0 127 0 253 0 178 0 130 0 247 0 3153 有机质0 1900 1700 1120 2450 2570 233 Pb1 Zn0 2481 Cu0 1400 0441 Cr0 2200 2610 0371 Cd0 1090 1590 1980 35531 Ni0 1600 2200 6403 30 0670 35531 3 3相关系数在0 01概率水平上显著 3相关系数在 0 05概率 水平上显著 3 公园灰尘重金属污染潜在生态风险 评价 潜在生态危害指数法是一种应用较为广泛的重 金属污染评价方法之一 它结合生物毒理 环境化学 及生态学等方面的内容 以定量的方法区分重金属 元素的潜在生态危害程度 6 7 因此本文选择 Hakanson建立的潜在生态危害指数法来评价上海城 市公园灰尘重金属的污染状况 其具体的评价方法 如下 1 单个重金属污染系数Cif的确定 Cif Cin Ci0 1 式中 Cif为某一种重金属的污染系数 Cin为灰尘重 金属浓度的实测值 Ci0为计算所需的参比值 由于 目前还未制定出针对城市生态环境的灰尘重金属含 量标准 因此为了更好的反映灰尘中重金属的污染 水平 本文选择上海市土壤环境背景值作为参比的 标准 2 某一种重金属的潜在生态危害系数Eir的确定 Eir Tir Cif 2 Tir为重金属毒性响应系数 Hakanson根据各 种污染物含量水平 确定了各污染物的毒性水平 并 通过规范化处理后给出各污染物Tir的值 Zn 1 Cr 2 Cu Pb Ni 5 Cd 30 3 灰尘中多种重金属潜在生态危害指数RI值 的确定 RI n i 1 Eir 3 Hakanson对Eir和RI的范围进行了划定并确定 了污染等级 本文根据所分析污染物的数量及各污 染物的毒性相应系数所占比率进行转换 对RI值 的范围进行了相应调整 调整后的具体数值及分级 如表4 表4 重金属污染潜在生态危害指数与污染程度的划分标准 单种重金属潜在生态 危害系数范围 多种重金属潜在生态 危害指数RI范围 重金属的潜在 生态风险程度 40 Pb Cu Ni Zn Cr 灰 尘中6种重金属造成的潜在生态危害 28个公园达到 极高水平 达到高和较高水平的分别为13和3个 参考文献 1 杜佩轩 马智民 韩永明 等 城市灰尘污染及治理 J 城市问 题 2004 2 46 49 2 Li XD Poon CS Liu P S Heavy Metal Contamination of Urban Soils and Street Dusts in Hong K ong J Appl Geochem 2001 16 1361 1368 3 K im N FergussonJ Concentrations and Sources of Cadmium Copper Lead and Zinc in House Dust in Christchurch New Zealand J Sci T otal Environ 1993 138 1 21 4 Sutherland R A T olosa C A Multi element Analysis of Road deposited Sediment in An Urban Drainage Basin Honolulu Hawaii J Environmental Pollution 2000 110 3 483 495 5 王云 上海市土壤环境背景值 M 北京 中国环境科学出版 社出版 1992 37 6 Lars Hakanson An Ecological Risk Indexfor Aquatic Pollution Control a SedimentoLogical A