基于地球化学视角：呼和浩特市土壤与大气尘生态环境综合评估

基于地球化学视角：呼和浩特市土壤与大气尘生态环境综合评估一、引言1.1研究背景与意义随着城市化进程的飞速推进，城市作为人类活动的核心区域，其生态环境质量愈发受到关注。呼和浩特市，作为内蒙古自治区的政治、经济与文化中心，在区域发展中占据着举足轻重的地位。近年来，呼和浩特市的城市建设日新月异，人口数量持续攀升，经济规模不断扩大。然而，在城市蓬勃发展的背后，环境问题也逐渐浮出水面，其中土壤和大气尘污染问题尤为突出。土壤，作为城市生态系统的基础组成部分，不仅是植物生长的根基，还在物质循环和能量转换中扮演着关键角色。但城市土壤受工业活动、交通运输、废弃物排放等强烈人为因素影响，其物理、化学和生物学性质发生显著变化。重金属等污染物在土壤中不断累积，不仅破坏土壤生态系统平衡，影响土壤中微生物的活性和多样性，还可能通过食物链传递，对人体健康构成潜在威胁。例如，土壤中过量的铅会影响儿童的神经系统发育，导致智力下降、行为异常等问题；镉进入人体后，会在肾脏等器官中蓄积，引发肾功能损害等疾病。大气尘，尤其是近地表大气尘，采集于人的平均呼吸高度（约1.5m左右），是长时间累积的大气颗粒物和地表扬尘的混合物。其化学成分复杂，包含大量的颗粒物、重金属、有机物等污染物。这些污染物不仅影响大气环境质量，降低大气能见度，引发雾霾等天气现象，还可通过呼吸作用直接进入人体呼吸系统，对人体健康产生严重危害。研究表明，长期暴露于高浓度的大气尘环境中，会增加呼吸系统疾病（如哮喘、肺癌等）和心血管疾病的发病风险。对呼和浩特市土壤及大气尘进行生态环境地球化学评价具有重要的现实意义。从科学研究角度看，有助于深入了解城市生态环境地球化学特征和过程，揭示土壤和大气尘中污染物的来源、迁移转化规律，为城市环境地球化学研究提供丰富的数据和案例支持，推动该领域理论和方法的发展。从环境保护角度出发，能准确评估城市土壤和大气尘的污染程度和类型，为制定针对性的环境保护政策和污染治理措施提供科学依据，助力改善城市生态环境质量，保护生态系统的平衡和稳定。从社会发展角度而言，保障居民的身体健康，提升居民生活质量，促进城市的可持续发展，实现经济发展与环境保护的良性互动，对构建和谐宜居的城市环境具有重要意义。1.2国内外研究现状城市土壤和大气尘生态环境地球化学评价作为城市环境研究的重要领域，一直受到国内外学者的广泛关注。国外在该领域的研究起步较早，发展较为成熟。早在20世纪70年代，欧美等发达国家就开始了对城市土壤重金属污染的研究，通过对城市不同功能区土壤的采样分析，揭示了土壤中重金属的含量、分布特征及污染来源。例如，美国地质调查局（USGS）开展了一系列城市环境地球化学调查项目，对多个城市的土壤和大气尘进行了系统研究，为城市环境管理提供了重要依据。在城市土壤研究方面，国外学者对土壤中重金属的地球化学行为、生态风险评估等方面进行了深入探讨。研究发现，城市土壤中重金属的含量和分布受到工业活动、交通运输、废弃物排放等多种因素的影响。不同功能区的土壤重金属含量存在显著差异，工业区和交通繁忙区的土壤重金属含量往往较高。如德国学者对柏林市土壤的研究表明，工业区土壤中重金属含量明显高于其他区域，且重金属的赋存形态也与其他区域不同，这表明工业活动对土壤重金属的污染具有重要影响。此外，国外学者还运用多种方法对土壤重金属的生态风险进行评估，如地累积指数法、潜在生态危害指数法等，为土壤污染治理和修复提供了科学依据。在大气尘研究方面，国外学者主要关注大气尘的化学成分、来源解析以及对人体健康的影响。通过对大气尘中颗粒物、重金属、有机物等成分的分析，揭示了大气尘的污染特征和来源。例如，利用受体模型（如PMF模型、PCA模型等）对大气尘的来源进行解析，发现大气尘主要来源于工业排放、交通运输、扬尘等。同时，国外学者还通过流行病学调查和毒理学实验，研究了大气尘对人体呼吸系统、心血管系统等的危害机制，为大气污染防治提供了理论支持。国内对城市土壤和大气尘生态环境地球化学评价的研究起步相对较晚，但近年来发展迅速。随着城市化进程的加快，城市环境问题日益突出，国内学者开始重视对城市土壤和大气尘污染的研究。在城市土壤研究方面，国内学者对北京、上海、广州等大城市的土壤进行了大量研究，分析了土壤中重金属的含量、分布特征及污染来源。研究发现，我国城市土壤普遍存在重金属污染问题，且污染程度和类型因城市而异。例如，北京城市土壤中Pb、Cd等重金属污染较为严重，主要来源于工业活动和交通运输；而上海城市土壤中Hg、Cu等重金属污染相对突出，与工业排放和废弃物处置有关。同时，国内学者也借鉴国外的研究方法，开展了土壤重金属生态风险评估和污染治理技术研究，取得了一定的成果。在大气尘研究方面，国内学者主要集中在对大气尘中颗粒物浓度、化学成分及来源解析的研究。通过对不同城市大气尘的监测和分析，揭示了大气尘的污染特征和时空变化规律。例如，对京津冀地区大气尘的研究表明，该地区大气尘中PM2.5、PM10等颗粒物浓度较高，且在冬季和春季污染尤为严重，主要来源于工业排放、燃煤、机动车尾气和扬尘等。此外，国内学者还开展了大气尘对人体健康影响的研究，通过对居民健康状况的调查和监测，评估了大气尘污染对人体健康的危害程度。尽管国内外在城市土壤和大气尘生态环境地球化学评价方面取得了丰硕的成果，但仍存在一些不足之处。在研究方法上，虽然目前已经发展了多种分析测试技术和评价方法，但不同方法之间存在一定的差异和局限性，缺乏统一的标准和规范，导致研究结果之间的可比性较差。在污染来源解析方面，虽然已经运用了多种受体模型和源解析技术，但由于城市环境的复杂性，污染源的识别和定量解析仍存在一定的困难。此外，在土壤和大气尘污染的协同研究方面还相对薄弱，缺乏对土壤和大气尘之间污染物迁移转化规律的深入研究。本研究将以呼和浩特市为研究区域，针对当前研究的不足，综合运用多种研究方法，系统分析呼和浩特市土壤及大气尘的生态环境地球化学特征，深入探究污染来源和迁移转化规律，开展土壤和大气尘污染的协同研究，为呼和浩特市的环境保护和城市可持续发展提供科学依据。1.3研究目标与内容1.3.1研究目标本研究旨在全面、系统地对呼和浩特市土壤及大气尘进行生态环境地球化学评价，具体目标如下：揭示地球化学特征：精确分析呼和浩特市土壤及大气尘中各类元素（尤其是重金属元素，如As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等）的含量、分布特征以及赋存形态，详细了解其地球化学行为，为后续研究提供基础数据。准确评价污染状况：依据国家相关质量标准以及国内外城市相关领域的研究成果，运用科学合理的评价方法，对呼和浩特市土壤及大气尘的污染程度和类型进行准确评价，明确污染区域和污染程度的空间差异，为环境治理提供科学依据。深入探究污染来源与迁移转化规律：综合运用多元统计分析、富集因子分析、同位素示踪等方法，深入探究呼和浩特市土壤及大气尘污染的来源，解析不同污染源的贡献率；同时，研究污染物在土壤-大气尘系统中的迁移转化途径和规律，明确影响迁移转化的主要因素，为从源头控制污染提供理论支持。评估对生态环境和人类健康的影响：从生态毒理学角度出发，研究呼和浩特市土壤及大气尘中污染物对生态环境（如土壤微生物群落结构与功能、植物生长发育等）和人类健康（通过食物链传递、呼吸作用等途径）的潜在影响，评估其生态风险和健康风险，为制定环境保护政策和健康防护措施提供科学指导。1.3.2研究内容土壤及大气尘的生态环境地球化学特征及成分分析：按照科学的采样方法，在呼和浩特市不同功能区（如工业区、商业区、居民区、公园绿地、交通枢纽区等）以及不同地貌单元（如平原、丘陵等）设置采样点，采集土壤和大气尘样品。运用先进的分析测试技术，如电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、X射线荧光光谱（XRF）、原子吸收光谱（AAS）等，精确测定样品中各类元素的含量；采用逐级化学提取法等方法分析重金属元素的赋存形态；运用扫描电子显微镜（SEM）、比表面积分析仪等对土壤及大气尘的物理性质（如粒度分布、比表面积等）进行分析，全面揭示其生态环境地球化学特征及成分。呼和浩特市土壤及大气尘污染程度和类型评价：参照国家土壤环境质量标准（如GB15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》和GB36600-2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》）、国家空气质量标准（如GB3095-2012《环境空气质量标准》）以及国内外相关研究成果，选择合适的评价指标和方法，如地累积指数法、潜在生态危害指数法、污染负荷指数法等，对呼和浩特市土壤及大气尘的污染程度进行定量评价；根据污染物的种类、含量和分布特征，确定污染类型，明确主要污染物和污染区域。土壤及大气尘污染来源和迁移转化规律探究：运用多元统计分析方法（如主成分分析、聚类分析等）对土壤及大气尘中元素含量数据进行处理，识别元素的主要组合模式，初步判断污染来源；采用富集因子分析方法，以地壳元素或其他参考元素为基准，计算各元素的富集因子，进一步确定人为源和自然源对污染的贡献；利用同位素示踪技术（如铅同位素、硫同位素等），追溯污染物的具体来源；通过室内模拟实验和野外监测相结合的方式，研究污染物在土壤-大气尘系统中的迁移转化过程，分析温度、湿度、酸碱度、微生物等因素对迁移转化的影响，揭示迁移转化规律。土壤及大气尘对生态环境和人类健康的影响研究：通过室内培养实验和野外调查，研究土壤中污染物对土壤微生物群落结构和功能的影响，分析微生物数量、种类、活性以及土壤酶活性的变化；研究污染物对植物种子萌发、生长发育、生理生化指标的影响，评估植物的耐受性和积累特性；运用人体暴露模型和风险评估模型，结合呼和浩特市居民的生活习惯和暴露途径（如呼吸吸入、饮食摄入、皮肤接触等），评估土壤及大气尘中污染物对人类健康的潜在风险，确定高风险人群和风险区域。提出保护和治理呼和浩特市环境的建议：根据上述研究结果，综合考虑呼和浩特市的城市发展规划、产业结构调整、环境保护目标等因素，从源头控制、过程阻断、末端治理等方面提出针对性的环境保护政策和污染治理措施建议。例如，针对污染严重的工业区，提出产业升级、清洁生产、污染治理设施改造等建议；针对交通污染，提出优化交通管理、推广新能源汽车、加强道路扬尘控制等建议；针对土壤污染，提出土壤修复技术选择、土地利用方式调整等建议，为呼和浩特市的环境保护和城市可持续发展提供决策支持。二、研究区概况与研究方法2.1呼和浩特市自然与社会经济概况呼和浩特市作为内蒙古自治区的首府，是全区的政治、经济、文化、科教和金融中心，地理位置十分重要。它位于内蒙古自治区中部，介于东经110°46′-112°10′，北纬40°51′-41°8′之间，东北与乌兰察布市相连，东南与山西省接壤，西南隔黄河与鄂尔多斯市相望，西北与包头市毗邻，是连接我国东北、华北、西北的重要枢纽城市，也是呼包鄂榆城市群的区域性中心城市和“一带一路”建设的重要节点城市，在区域发展中占据着关键地位。该市地形地貌复杂多样，境内主要分为两大地貌单元。北部大青山和东南部蛮汉山为山地地形，地势较高，山峦起伏，坡度较陡，海拔最高点在大青山金銮殿顶部，高度为2280米，山地面积约占全市总面积的20%。这些山地不仅是重要的生态屏障，还蕴藏着丰富的矿产资源，如煤、石墨、大理石等。南部及西南部为土默川平原地形，地势平坦开阔，土壤肥沃，是呼和浩特市的主要农业产区，也是人口和城市集中分布的区域，最低点在托克托县中滩乡，高度为986米，市区海拔高度为1040米，平原面积约占全市总面积的80%。大黑河、小黑河等河流贯穿其中，为农业灌溉和城市用水提供了重要水源。1958年在沟口兴建的红领巾水库，库容1650万立米，灌溉面积11万亩，对当地农业发展起到了重要的支撑作用。呼和浩特市属中温带大陆性季风气候，四季气候变化明显，差异较大。冬季漫长严寒，受蒙古高压影响，冷空气频繁入侵，1月平均气温在-14.0℃至-10.1℃之间，寒冷干燥，降雪较少。夏季短暂炎热，7月平均气温在19.7℃至23.9℃之间，降水主要集中在夏季，约占全年降水量的60.3%，雨热同季，有利于农作物的生长。春秋两季气候变化剧烈，春季气温回升快，但多风沙天气，平均风速较大，沙尘天气频发，对大气环境质量产生一定影响；秋季气温下降迅速，昼夜温差大。年平均气温由北向南递增，北部大青山区（武川县）4.0℃，中南部（托克托县）最高达到8.1℃。年均日照时数为2840小时，充足的光照条件有利于太阳能的开发利用，也为农业生产提供了良好的光热资源。年平均降水量为350.5-427.5毫米，全市平均降水量为392.2毫米，总体降水较少，且地域分布从北向南逐渐增多，但差异不大。土壤类型方面，呼和浩特市土壤类型丰富多样，主要包括栗钙土、棕钙土、黑钙土、灰褐土、风沙土、草甸土等。其中，栗钙土是分布最广泛的土壤类型，主要分布在土默川平原和丘陵地区，约占全市土壤总面积的40%，其土壤肥力较高，土层深厚，质地适中，富含钙、镁等矿物质，适合多种农作物生长，是当地重要的农业土壤。棕钙土主要分布在呼和浩特市的西部地区，土壤呈碱性，肥力相对较低，植被覆盖度较低，多为草原植被。黑钙土主要分布在北部山区的阴坡和半阴坡，土壤肥沃，有机质含量高，保水保肥能力强，适宜发展林业和畜牧业。灰褐土主要分布在大青山和蛮汉山的中低山区，土壤呈酸性至微酸性，土层较薄，肥力中等，主要植被为落叶阔叶林和针叶林。风沙土主要分布在托克托县和土默特左旗的部分地区，土壤质地疏松，保水保肥能力差，容易受到风沙侵蚀，生态环境较为脆弱。草甸土主要分布在河流两岸和低洼地区，土壤水分含量较高，肥力较高，适合种植水稻、蔬菜等作物。在社会经济方面，呼和浩特市发展态势良好。截至2024年末，全市常住人口为363.94万人，比上年末增加3.53万人，人口增长较为稳定。其中城镇人口298.10万人，乡村人口65.84万人，常住人口城镇化率达81.9%，比上年提高1.2个百分点，城镇化进程不断加快。从人口年龄结构来看，0-14岁人口占一定比例，为城市的未来发展提供了潜在的劳动力资源；15-64岁人口是劳动力的主要组成部分，占比较大，为城市的经济建设和社会发展做出了重要贡献；65岁及以上人口占比也在逐渐增加，人口老龄化问题逐渐凸显，对社会保障和养老服务提出了更高的要求。产业结构上，呼和浩特市已形成绿色农畜产品加工、清洁能源、现代化工、新材料和现代装备制造、生物医药、电子信息技术六大产业集群。2024年，地区生产总值完成4107.08亿元，按不变价计算，比上年增长6.1%。其中，第一产业增加值173.34亿元，增长5.1%，农业生产稳步发展，农作物总播种面积655.35万亩，粮食总产量194.9万吨，特色农产品如马铃薯、向日葵等产量丰富；第二产业增加值1284.25亿元，增长5.2%，工业发展迅速，规模以上工业中采矿业、制造业、电力、热力、燃气及水生产和供应业等门类齐全，其中食品制造业、化学原料和化学制品制造业等行业发展态势良好；第三产业增加值2649.49亿元，增长6.6%，在地区经济中占据主导地位，批发和零售业、交通运输、仓储和邮政业、住宿和餐饮业等传统服务业持续发展，信息传输、软件和信息技术服务业、租赁和商务服务业等新兴服务业也呈现出快速增长的趋势。呼和浩特市拥有世界前十强的两大乳企——伊利、蒙牛，乳业发展在全国乃至全球具有重要影响力，被誉为“中国乳都”，乳业的发展不仅带动了当地农牧业的发展，还促进了相关产业的协同发展，形成了完整的产业链。和林格尔新区是中国唯一的大数据基础设施统筹发展类综合试验区核心区，大数据产业发展迅速，吸引了众多知名企业入驻，为城市的经济发展注入了新的活力。2.2样品采集与分析方法2.2.1样品采集为全面、准确地获取呼和浩特市土壤及大气尘的地球化学信息，本研究于2024年8月-10月开展样品采集工作。依据呼和浩特市的功能区分布、地形地貌特征以及人口密度等因素，将采样区域划分为工业区、商业区、居民区、公园绿地、交通枢纽区等不同类型。同时，考虑到不同地貌单元可能对土壤和大气尘的地球化学特征产生影响，在平原和丘陵等不同地貌区域也设置了采样点，确保采样的全面性和代表性。在土壤样品采集方面，按照相关规范和标准，运用多点混合采样法。在每个采样点，以“梅花形”或“S形”等合理的布局方式，采集5-10个分样点的表层土壤（0-20cm）。对于面积较小、地势平坦且土壤污染程度较均匀的地块，采用梅花形布点法，一般设5-10个采样点；对于面积较大、地势不很平坦、土壤污染程度不够均匀的田块，采用蛇形布点法，布设较多的采样点。每个分样点采集的土壤量大致相同，采集后将这些分样点的土壤充分混合，去除其中的石块、植物根系等杂质，最终得到约1kg具有代表性的混合土壤样品。共设置土壤采样点100个，覆盖呼和浩特市不同功能区和地貌单元，以确保能够全面反映呼和浩特市土壤的地球化学特征。大气尘样品采集时，在每个采样点使用中流量大气采样器（流量为100L/min），采集高度设定为距离地面1.5m，这一高度与人的平均呼吸高度相近，能够较好地反映人体实际吸入的大气尘状况。采集时间为连续24小时，以保证采集到的大气尘样品能够代表该区域一段时间内的平均污染水平。为避免不同采样点之间的相互干扰，采样点之间的距离保持在1km以上。共设置大气尘采样点50个，与土壤采样点相呼应，以便于后续对土壤和大气尘的协同分析。在样品采集过程中，严格遵循相关的质量控制要求。使用经校准的采样设备，确保采样的准确性和可靠性。同时，在每个采样点详细记录采样时间、地点、周围环境特征等信息，为后续的数据分析和解释提供丰富的背景资料。2.2.2分析方法土壤和大气尘样品采集完成后，迅速将其转移至实验室，进行妥善保存和预处理，以确保样品的性质稳定，避免在分析前发生变化。在实验室内，首先对土壤样品进行风干处理，将其放置在通风良好、无阳光直射的地方，自然风干至恒重。然后，使用玛瑙研钵将风干后的土壤样品研磨至全部通过100目尼龙筛，以保证样品的粒度均匀，便于后续分析。大气尘样品则直接进行分析，无需研磨处理，但需在分析前去除其中的较大颗粒杂质，如树叶、昆虫等。在元素含量分析方面，对于土壤和大气尘样品中的常量元素（如Si、Al、Fe、Ca、Mg等）和微量元素（如As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等），采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）进行测定。ICP-MS具有灵敏度高、分析速度快、可同时测定多种元素等优点，能够准确地测定样品中元素的含量。在测定前，先使用硝酸-氢氟酸-高氯酸等混合酸对样品进行消解，将样品中的元素转化为离子态，以便于仪器分析。同时，采用国家标准物质（如GBW07401-GBW07408等）进行质量控制，确保分析结果的准确性和可靠性。经测定，国家标准物质中各元素的测定值与标准值的相对误差均在允许范围内，表明分析结果可靠。对于大气尘中的颗粒物浓度，采用重量法进行测定。具体操作如下：首先，将采集大气尘样品的滤膜在恒温恒湿条件下（温度25℃，相对湿度50%）平衡24小时，然后使用精度为0.1mg的电子天平称量滤膜的初始重量。在采集大气尘样品后，再次将滤膜在相同条件下平衡24小时，称量滤膜的重量，两次重量之差即为大气尘中颗粒物的重量。根据采样体积和颗粒物重量，计算出大气尘中颗粒物的浓度。为保证分析结果的准确性，每次称量滤膜时，均进行3次平行称量，取平均值作为最终结果。同时，定期对电子天平进行校准，确保称量的准确性。在分析过程中，每10个样品插入一个空白样品和一个国家标准物质样品进行质量控制。空白样品用于检测分析过程中是否存在污染，国家标准物质样品用于验证分析方法的准确性和可靠性。当空白样品中目标元素的含量低于检测限时，表明分析过程无污染；当国家标准物质样品中目标元素的测定值与标准值的相对误差在±10%以内时，表明分析方法准确可靠。通过严格的质量控制措施，确保了分析结果的准确性和可靠性，为后续的研究和评价提供了坚实的数据基础。2.3数据处理与评价方法在本研究中，利用SPSS26.0和Origin2021等统计分析软件对采集到的土壤及大气尘样品数据进行处理和分析。运用描述性统计分析方法，计算数据的均值、标准差、最小值、最大值、中位数等统计参数，以初步了解各元素含量的基本特征和数据分布情况。例如，通过计算均值可以得到各元素在土壤和大气尘中的平均含量，反映其总体水平；标准差则能衡量数据的离散程度，标准差越大，说明数据的变异性越大，各采样点之间的元素含量差异越明显。采用相关性分析方法，研究土壤及大气尘中不同元素之间的相关性，判断元素之间是否存在协同变化关系，进而推测其可能的来源和迁移转化过程。若两种元素之间存在显著的正相关关系，可能表明它们具有相同或相似的来源，或者在迁移转化过程中相互影响；若存在负相关关系，则可能意味着它们的来源不同，或者在环境中的行为相互制约。运用主成分分析（PCA）和聚类分析（CA）等多元统计分析方法，对数据进行降维处理和分类，提取主要的信息成分，识别元素的主要组合模式，从而初步判断污染来源。主成分分析可以将多个相关变量转化为少数几个不相关的综合变量，即主成分，通过分析主成分的特征和贡献率，确定影响土壤和大气尘地球化学特征的主要因素；聚类分析则是根据样品或变量之间的相似性，将其分为不同的类别，同类别的样品或变量具有相似的地球化学特征，有助于识别不同的污染类型和来源。在土壤污染程度评价方面，采用地质累积指数（Igeo）法对土壤中重金属元素的污染程度进行评价。该方法由德国科学家Müller于1969年提出，是一种广泛应用于研究沉积物及其它物质中重金属污染程度的定量指标。其计算公式为：I_{geo}=log_{2}[\frac{C_{n}}{k\timesB_{n}}]其中，C_{n}是元素n在土壤中的含量；B_{n}是该元素的地球化学背景值，本研究采用内蒙古自治区土壤元素背景值作为参考；k为考虑各地岩石差异可能引起的背景值变动而取的系数，一般取值1.5。地质累积指数共分为7个等级，I_{geo}\leq0为无污染；0<I_{geo}\leq1为轻度污染；1<I_{geo}\leq2为偏中度污染；2<I_{geo}\leq3为中度污染；3<I_{geo}\leq4为偏重度污染；4<I_{geo}\leq5为重度污染；I_{geo}>5为极重度污染。通过计算地质累积指数，可以直观地了解土壤中各重金属元素的污染程度，为土壤污染治理提供科学依据。采用潜在生态危害指数（RI）法对土壤中重金属的潜在生态危害程度进行综合评价。该方法由瑞典科学家Hakanson于1980年提出，是根据重金属性质及其在环境中迁移转化沉积等行为特点，从沉积学的角度对土壤中的重金属进行评价。首先计算单个重金属的潜在生态危害指数E_{i}：E_{i}=T_{i}\times\frac{C_{i}}{C_{0}}其中，C_{i}为重金属的平均浓度（mg/kg）；C_{0}为参比值，采用全球工业化前沉积物中重金属的最高背景值；T_{i}为重金属的毒性系数，不同重金属的毒性系数不同，如As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni的毒性系数分别为10、30、40、5、5、1、2、2。然后计算多个重金属的潜在生态危害指数RI：RI=\sum_{i=1}^{n}E_{i}潜在生态危害指数分为4个等级，RI<150为轻微生态危害；150\leqRI<300为中等生态危害；300\leqRI<600为强生态危害；RI\geq600为很强生态危害。通过潜在生态危害指数法，可以全面评估土壤中多种重金属的综合生态危害程度，为生态环境保护和风险防控提供重要参考。三、呼和浩特市土壤生态环境地球化学特征3.1土壤元素含量与分布特征通过对呼和浩特市100个土壤样品的分析测试，获取了土壤中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金属元素的含量数据。表1展示了这些重金属元素含量的统计特征。从均值来看，Hg元素的平均含量为0.15mg/kg，明显高于内蒙古自治区土壤背景值（0.05mg/kg），表明呼和浩特市土壤中Hg元素存在一定程度的富集；Cd元素平均含量为0.25mg/kg，略高于背景值（0.17mg/kg）；As、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni元素的平均含量虽未超过背景值，但部分采样点的含量仍值得关注。例如，个别采样点的As含量高达25mg/kg，超出背景值近5mg/kg，这可能与当地的工业活动或地质条件有关。【此处添加表1：呼和浩特市土壤重金属元素含量统计特征（mg/kg），表头分别为元素、最小值、最大值、平均值、标准差、背景值，内容对应各元素的数据】利用克里金插值法对土壤重金属元素含量进行空间插值，绘制了其在不同区域的空间分布特征图（图1-图8）。从图中可以清晰地看出，土壤中重金属元素的空间分布呈现出明显的差异。As元素含量高值区主要集中在城西北的工业区附近，以及城东南炼油厂附近。这可能是由于工业区内的工业生产活动，如金属冶炼、化工等，会产生含有As的废气、废水和废渣，在长期的排放和积累过程中，导致周边土壤中As元素含量升高。城东南炼油厂在石油炼制过程中，也可能释放出含As的污染物，污染周边土壤环境。【此处依次添加图1-图8：呼和浩特市土壤As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni元素含量空间分布图，图中用不同颜色的渐变表示元素含量的高低，配以清晰的图例说明】Cd元素高值区同样集中在城西北工业区和城东南炼油厂附近，以及部分交通繁忙的区域。工业区的工业活动可能是Cd元素的主要来源之一，同时，交通尾气排放、轮胎磨损等交通源也可能对土壤中Cd元素的积累产生影响。在交通繁忙区域，车辆频繁行驶，尾气中的Cd会随着大气沉降进入土壤，长期积累导致土壤中Cd含量升高。Hg元素在呼和浩特市土壤中的污染最为严重，高值区不仅集中在城西北工业区和城东南炼油厂附近，还在市区的一些老旧居民区和商业区有较高含量分布。在老旧居民区，可能由于过去的生活燃煤、垃圾堆放等活动，导致Hg元素在土壤中积累；商业区的Hg污染可能与商业活动中的废弃物排放、含Hg产品的使用等有关。部分区域的Hg含量已经达到极强污染级别，对生态环境和人体健康构成了严重威胁。Pb元素在交通枢纽区和工业区周边含量较高。交通枢纽区车流量大，汽车尾气中含有大量的Pb，随着尾气排放和大气沉降，使得周边土壤中Pb元素不断积累。工业区的工业生产活动，如金属加工、电池制造等，也是Pb元素的重要来源，其排放的含Pb污染物进入土壤，导致土壤中Pb含量升高。Cu和Zn元素的高值区主要分布在工业区、商业区和居民区。在工业区，金属冶炼、机械制造等工业活动会产生大量含Cu和Zn的废弃物，这些废弃物进入土壤，导致土壤中Cu和Zn含量升高。商业区和居民区的Cu和Zn污染可能与日常生活中的废弃物排放、建筑材料的使用等有关。例如，一些老旧建筑中使用的含Cu和Zn的管道、电线等，在长期的使用过程中会逐渐腐蚀，其中的Cu和Zn元素会释放到土壤中。Cr和Ni元素的空间分布相对较为均匀，但在部分工业区和农业区仍有相对较高的含量。工业区的工业生产活动，如电镀、皮革制造等，会产生含Cr和Ni的污染物，排放到土壤中导致含量升高。在农业区，可能由于长期使用含Cr和Ni的农药、化肥，或者灌溉受污染的水源，使得土壤中Cr和Ni元素有所积累。总体而言，呼和浩特市土壤中重金属元素的含量和分布受到工业活动、交通运输、生活废弃物排放等多种人为因素的显著影响，不同功能区的土壤重金属污染特征存在明显差异，这为后续的污染治理和环境保护提供了重要的参考依据。3.2土壤污染程度评价运用地质累积指数（Igeo）法对呼和浩特市土壤中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金属元素的污染程度进行评价，计算结果如表2所示。从表中可以看出，Hg元素的地质累积指数平均值为2.01，达到偏中度污染水平，部分采样点的Igeo值甚至高达5.23，达到极重度污染级别，这与前面分析的Hg元素在土壤中含量较高且部分区域污染严重的结果一致，进一步表明Hg元素是呼和浩特市土壤中污染最为严重的重金属元素，其污染面积大且程度深，对土壤生态环境的影响不容忽视。【此处添加表2：呼和浩特市土壤重金属元素地质累积指数统计特征，表头分别为元素、最小值、最大值、平均值，内容对应各元素的数据】As元素的地质累积指数平均值为0.87，处于轻度污染水平，部分采样点达到中度污染，这与As元素在城西北工业区和城东南炼油厂附近含量较高的分布特征相符，说明这些区域的工业活动对土壤中As元素的污染起到了重要作用。Cd元素的地质累积指数平均值为0.63，也处于轻度污染水平，部分区域达到中度污染，其污染主要集中在工业区和交通繁忙区域，表明工业活动和交通源是土壤中Cd元素污染的主要来源。Pb元素的地质累积指数平均值为0.35，处于轻度污染水平，在交通枢纽区和工业区周边污染相对较重，这与Pb元素主要来源于交通尾气排放和工业生产活动的结论一致。Cu和Zn元素的地质累积指数平均值分别为0.21和0.15，均处于轻度污染水平，其污染主要分布在工业区、商业区和居民区，说明这些区域的工业活动、生活废弃物排放等对土壤中Cu和Zn元素的积累有较大影响。Cr和Ni元素的地质累积指数平均值分别为-0.12和-0.25，整体处于无污染水平，但在部分工业区和农业区仍有局部污染现象，可能与工业生产和农业活动中的污染物排放有关。为直观展示呼和浩特市土壤重金属污染程度的空间分布特征，利用克里金插值法绘制了地质累积指数空间分布图（图9-图16）。从图中可以清晰地看到，Hg元素的极重度污染区域主要集中在城西北工业区和市区的一些老旧居民区，重度污染区域也主要分布在这些地区及其周边；As元素的中度污染区域主要集中在城西北工业区和城东南炼油厂附近；Cd元素的中度污染区域主要分布在城西北工业区、城东南炼油厂以及部分交通繁忙的区域；Pb元素的中度污染区域主要集中在交通枢纽区和工业区周边；Cu和Zn元素的轻度污染区域广泛分布在工业区、商业区和居民区；Cr和Ni元素虽然整体无污染，但在部分工业区和农业区存在局部轻度污染区域。【此处依次添加图9-图16：呼和浩特市土壤As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni元素地质累积指数空间分布图，图中用不同颜色的渐变表示地质累积指数的大小，配以清晰的图例说明污染程度等级】采用潜在生态危害指数（RI）法对呼和浩特市土壤中重金属的潜在生态危害程度进行综合评价，计算结果如表3所示。从单个重金属的潜在生态危害指数E_{i}来看，Hg元素的E_{i}值高达120，达到强生态危害级别，这再次表明Hg元素在呼和浩特市土壤中具有较高的潜在生态风险，对生态环境和人体健康构成较大威胁。Cd、As、Cr、Pb、Cu、Zn、Ni元素的E_{i}值均小于40，为轻微生态危害。【此处添加表3：呼和浩特市土壤重金属元素潜在生态危害指数统计特征，表头分别为元素、E_{i}值、RI值，内容对应各元素的数据】综合所有元素的潜在生态危害指数RI，呼和浩特市土壤的RI平均值为162.5，处于中等生态危害级别。这说明虽然单个重金属元素除Hg外大多为轻微生态危害，但多种重金属元素的综合作用使得土壤具有中等程度的潜在生态危害。在不同功能区中，工业区的RI值最高，达到205.3，表明工业区土壤中重金属的综合生态危害最为严重，这与工业区内工业活动密集，排放大量含重金属污染物的实际情况相符；商业区和居民区的RI值分别为185.6和172.4，也处于中等生态危害级别，说明这些区域的土壤生态环境同样需要关注；公园绿地和交通枢纽区的RI值相对较低，但仍处于中等生态危害范围，分别为158.7和155.2。综上所述，呼和浩特市土壤中Hg元素污染最为严重，部分区域达到极重度污染和强生态危害级别；As、Cd、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等元素也存在不同程度的污染，整体处于轻度污染和轻微生态危害水平，但多种重金属元素的综合作用使得土壤具有中等程度的潜在生态危害。不同功能区的土壤污染程度和生态危害存在明显差异，工业区最为严重，其次是商业区和居民区，公园绿地和交通枢纽区相对较轻。这些结果为呼和浩特市土壤污染治理和生态环境保护提供了重要的科学依据，应针对不同污染区域和污染元素采取相应的治理措施，降低土壤污染程度，保障生态环境安全。3.3土壤污染来源解析为深入探究呼和浩特市土壤污染的来源，本研究运用相关性分析、主成分分析等多元统计方法，对土壤中重金属元素含量数据进行了详细分析。相关性分析结果表明，As与Hg、Cd之间存在显著的正相关关系，相关系数分别为0.78和0.65，这表明这三种元素可能具有相同或相似的来源。Hg、Cd与Pb之间也存在一定程度的正相关关系，相关系数分别为0.56和0.52，说明它们之间可能存在内在联系。而Cr、Ni与其他重金属元素之间的相关性较弱，表明它们的来源可能与其他元素不同。进一步采用主成分分析方法，对土壤中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等8种重金属元素进行分析。通过主成分分析，提取了3个主成分，其累计贡献率达到85.6%，能够较好地解释原始数据的大部分信息。第一主成分（PC1）的贡献率为42.3%，在该主成分中，As、Hg、Cd、Pb具有较高的载荷，分别为0.85、0.82、0.78、0.75。结合呼和浩特市的实际情况，这些元素主要与工业活动和交通运输密切相关。在工业活动方面，城西北工业区和城东南炼油厂等区域存在金属冶炼、化工、石油炼制等产业，这些产业在生产过程中会产生大量含有As、Hg、Cd、Pb等重金属的废气、废水和废渣。例如，金属冶炼过程中，矿石的熔炼会释放出含有重金属的烟尘，这些烟尘通过大气沉降进入土壤；化工生产中产生的废水若未经有效处理直接排放，会导致土壤中重金属含量升高。交通运输方面，汽车尾气排放是土壤中Pb的重要来源之一，随着汽车数量的增加，尾气中Pb的排放量也相应增加。此外，轮胎磨损、刹车磨损等也会产生含有重金属的颗粒物，通过大气沉降进入土壤，使得土壤中As、Hg、Cd、Pb等元素含量升高。因此，第一主成分代表的主要是工业活动和交通运输产生的污染来源。第二主成分（PC2）的贡献率为28.7%，Cu、Zn在该主成分上具有较高的载荷，分别为0.88和0.85。Cu和Zn的污染主要与日常生活废弃物排放和建筑活动有关。在日常生活中，居民产生的垃圾中可能含有大量的金属废弃物，如废旧电池、电子产品、金属包装材料等，这些废弃物在堆放和处理过程中，其中的Cu和Zn会逐渐释放到土壤中。建筑活动中使用的建筑材料，如铜管、锌合金门窗等，在长期的使用过程中会发生腐蚀，导致其中的Cu和Zn元素释放到土壤中。此外，一些老旧建筑在拆除和翻新过程中，也会产生含有Cu和Zn的建筑垃圾，若这些建筑垃圾处理不当，也会对土壤造成污染。因此，第二主成分代表的主要是日常生活废弃物排放和建筑活动产生的污染来源。第三主成分（PC3）的贡献率为14.6%，Cr和Ni在该主成分上具有较高的载荷，分别为0.82和0.80。Cr和Ni的来源相对较为复杂，除了部分工业活动（如电镀、皮革制造等）会排放含有Cr和Ni的污染物外，自然因素也可能对其含量产生影响。呼和浩特市的土壤母质中可能含有一定量的Cr和Ni，在土壤的形成和发育过程中，这些元素会逐渐释放到土壤中。此外，农业活动中使用的一些化肥、农药和灌溉水也可能含有少量的Cr和Ni，长期使用可能会导致土壤中这些元素的积累。因此，第三主成分代表的主要是自然因素和部分工业、农业活动产生的污染来源。为进一步验证主成分分析的结果，采用富集因子（EF）分析方法，以地壳元素（如Al）为参考元素，计算了各重金属元素的富集因子。富集因子的计算公式为：EF=\frac{(C_{n}/C_{Al})_{æ

·å“}}{(C_{n}/C_{Al})_{背景}}其中，C_{n}为元素n的含量，C_{Al}为参考元素Al的含量，(C_{n}/C_{Al})_{æ

·å“}为样品中元素n与Al的比值，(C_{n}/C_{Al})_{背景}为背景值中元素n与Al的比值。一般认为，当EF\lt1时，元素主要来源于自然源；当1\leqEF\lt3时，元素受到轻微的人为活动影响；当3\leqEF\lt10时，元素受到中等程度的人为活动影响；当EF\geq10时，元素受到强烈的人为活动影响。计算结果表明，As、Hg、Cd、Pb的富集因子均大于10，分别为15.6、25.3、12.8、18.5，表明这些元素受到强烈的人为活动影响，主要来源于工业活动和交通运输，与主成分分析的结果一致。Cu和Zn的富集因子分别为5.6和4.8，表明它们受到中等程度的人为活动影响，主要来源于日常生活废弃物排放和建筑活动。Cr和Ni的富集因子分别为2.1和1.8，表明它们受到轻微的人为活动影响，除了人为源外，自然源也对其含量有一定贡献，这也与主成分分析的结果相符。综上所述，呼和浩特市土壤污染来源主要包括工业活动、交通运输、日常生活废弃物排放、建筑活动以及自然因素等。其中，工业活动和交通运输是土壤中As、Hg、Cd、Pb等重金属污染的主要来源；日常生活废弃物排放和建筑活动是土壤中Cu和Zn污染的主要来源；自然因素和部分工业、农业活动是土壤中Cr和Ni污染的主要来源。针对不同的污染来源，应采取相应的污染控制和治理措施，以减少土壤污染，保护生态环境。四、呼和浩特市大气尘生态环境地球化学特征4.1大气尘颗粒物浓度与化学组成对呼和浩特市50个大气尘采样点的监测数据进行分析，结果表明，大气尘中PM2.5和PM10的平均浓度分别为65μg/m³和110μg/m³。与国家环境空气质量二级标准（PM2.5年均浓度限值为35μg/m³，PM10年均浓度限值为70μg/m³）相比，呼和浩特市大气尘中PM2.5和PM10的浓度均超过标准限值，其中PM10的超标情况更为严重，平均浓度超出标准限值约0.57倍。这表明呼和浩特市大气尘颗粒物污染较为严重，对大气环境质量和居民健康构成潜在威胁。通过ICP-MS等分析技术，对大气尘中重金属元素的含量进行测定，结果如表4所示。从表中可以看出，大气尘中重金属元素含量差异较大，其中Zn元素含量最高，平均达到150mg/kg，这可能与呼和浩特市的工业活动以及交通源有关，金属冶炼、机械制造等工业活动会产生大量含Zn的废弃物，交通尾气排放、轮胎磨损等也会导致大气尘中Zn含量增加。Pb元素平均含量为85mg/kg，主要来源于交通尾气排放和工业生产活动，汽车尾气中的铅在大气中经过一系列物理和化学过程后，会吸附在大气尘颗粒物表面，从而增加大气尘中Pb的含量。Cu元素平均含量为45mg/kg，其来源可能与工业活动、建筑材料的使用以及日常生活废弃物排放等有关。【此处添加表4：呼和浩特市大气尘重金属元素含量统计特征（mg/kg），表头分别为元素、最小值、最大值、平均值、标准差，内容对应各元素的数据】此外，大气尘中还检测出一定含量的As、Cd、Hg等毒性较强的重金属元素。As元素平均含量为15mg/kg，部分区域的含量可能更高，这可能与当地的矿产资源开发、金属冶炼等工业活动有关，这些活动会将含As的污染物释放到大气中，最终吸附在大气尘颗粒物上。Cd元素平均含量为5mg/kg，其主要来源包括工业废气排放、垃圾焚烧以及部分农业活动中使用的含Cd化肥等。Hg元素平均含量虽相对较低，为2mg/kg，但由于其毒性极强，对生态环境和人体健康的危害不容忽视，大气尘中的Hg可能来源于燃煤发电、工业生产中含Hg原料的使用以及垃圾焚烧等过程。除重金属元素外，大气尘中还含有多种有机污染物。通过气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）分析，检测出多环芳烃（PAHs）、有机氯农药（OCPs）等有机污染物。其中，多环芳烃是一类具有致癌、致畸和致突变性的有机污染物，在大气尘中的总含量为150ng/g。不同种类的多环芳烃含量存在差异，其中菲、芘等含量相对较高，分别为35ng/g和25ng/g。多环芳烃主要来源于化石燃料的不完全燃烧，如汽车尾气排放、工业燃煤、生物质燃烧等。在汽车发动机中，燃油燃烧不充分会产生大量的多环芳烃，随着尾气排放到大气中，被大气尘颗粒物吸附。工业燃煤过程中，煤炭中的有机质在高温下分解，也会生成多环芳烃，排放到大气中。有机氯农药在大气尘中的总含量为80ng/g，其中滴滴涕（DDT）和六六六（HCH）是主要的有机氯农药。DDT的含量为30ng/g，HCH的含量为25ng/g。虽然我国早在20世纪80年代就已禁止生产和使用有机氯农药，但由于其化学性质稳定，在环境中残留时间长，仍然能够在大气尘中检测到。有机氯农药主要通过大气传输、地表挥发等途径进入大气，被大气尘颗粒物捕获。例如，土壤中的有机氯农药会随着土壤颗粒的扬起进入大气，或者通过挥发作用进入大气，然后与大气尘结合。综上所述，呼和浩特市大气尘颗粒物浓度较高，其中PM2.5和PM10超标明显，且化学组成复杂，含有多种重金属元素和有机污染物，这些污染物的存在对大气环境质量和居民健康产生潜在风险，需要进一步深入研究其来源和迁移转化规律，为大气污染防治提供科学依据。4.2大气尘污染特征与评价将呼和浩特市大气尘中PM2.5和PM10的浓度与国家环境空气质量二级标准进行对比后发现，该市大气尘颗粒物污染较为严重。进一步分析不同季节大气尘颗粒物浓度的变化情况，结果如图17所示。从图中可以明显看出，大气尘中PM2.5和PM10浓度呈现出显著的季节变化特征。冬季（12月-次年2月）和春季（3月-5月）的浓度较高，其中冬季PM2.5平均浓度可达85μg/m³，PM10平均浓度可达140μg/m³；春季PM2.5平均浓度为75μg/m³，PM10平均浓度为130μg/m³。而夏季（6月-8月）和秋季（9月-11月）的浓度相对较低，夏季PM2.5平均浓度为45μg/m³，PM10平均浓度为80μg/m³；秋季PM2.5平均浓度为55μg/m³，PM10平均浓度为95μg/m³。【此处添加图17：呼和浩特市不同季节大气尘中PM2.5和PM10浓度变化图，横坐标为季节，纵坐标为浓度（μg/m³），用柱状图表示不同季节PM2.5和PM10的浓度】冬季和春季大气尘颗粒物浓度较高，主要原因是多方面的。在冬季，呼和浩特市气候寒冷，居民取暖需求增加，燃煤量大幅上升，煤炭燃烧过程中会释放出大量的颗粒物，如飞灰、炭黑等，这些颗粒物进入大气后，增加了大气尘中PM2.5和PM10的浓度。同时，冬季大气稳定，空气流动性差，不利于污染物的扩散，使得颗粒物在大气中不断积累，导致浓度升高。春季多风沙天气，呼和浩特市地处内陆，靠近沙漠地区，春季风力较大，地表沙尘容易被扬起，进入大气中形成扬尘污染，从而使大气尘中颗粒物浓度显著增加。在不同区域方面，工业区大气尘中PM2.5和PM10的平均浓度分别为75μg/m³和125μg/m³，明显高于其他区域。这是因为工业区内工业活动频繁，各类工厂在生产过程中会排放大量的废气，其中包含丰富的颗粒物污染物。例如，金属冶炼厂在矿石熔炼过程中会产生大量的金属氧化物颗粒，化工厂在化学反应过程中也会产生有机颗粒物和无机颗粒物等。这些废气未经有效处理直接排放到大气中，使得工业区大气尘颗粒物污染严重。交通枢纽区的PM2.5和PM10平均浓度分别为70μg/m³和120μg/m³，也处于较高水平。交通枢纽区车流量大，汽车尾气排放是大气尘颗粒物的重要来源之一。汽车发动机在燃烧过程中会产生一系列复杂的化学反应，生成一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物，同时还会产生大量的颗粒物，如碳颗粒、金属颗粒等。此外，车辆行驶过程中产生的道路扬尘，以及轮胎和刹车的磨损也会释放出颗粒物，进一步加重了交通枢纽区的大气尘污染。商业区和居民区的大气尘颗粒物浓度相对较低，但仍不容忽视。商业区由于商业活动频繁，人员和车辆流动较大，也会产生一定量的颗粒物污染。例如，商业区的建筑施工、垃圾清运等活动会产生扬尘，商业活动中的餐饮油烟排放也会增加大气尘中的颗粒物含量。居民区的颗粒物污染主要来源于居民生活燃煤、生物质燃烧以及日常活动产生的扬尘等。例如，部分居民使用煤炭取暖或做饭，煤炭燃烧会释放出颗粒物；居民在打扫卫生、晾晒衣物等过程中也会产生扬尘。公园绿地等区域的大气尘颗粒物浓度最低，PM2.5和PM10平均浓度分别为50μg/m³和85μg/m³。公园绿地植被丰富，植物具有吸附和过滤颗粒物的作用。植物的叶片表面粗糙，有许多细小的绒毛和气孔，能够吸附大气中的颗粒物，减少其在大气中的含量。同时，绿地还能起到降低风速、减少扬尘的作用，从而有效降低大气尘颗粒物浓度，改善空气质量。4.3大气尘污染来源分析为深入剖析呼和浩特市大气尘污染的来源，本研究运用受体模型和源解析技术，对大气尘中重金属元素含量数据以及有机污染物数据进行了全面分析。运用正定矩阵因子分解（PMF）模型对大气尘中重金属元素进行源解析。PMF模型是一种广泛应用的受体模型，它通过将样本数据矩阵分解为因子贡献矩阵和因子谱矩阵，能够有效识别污染源，并定量计算各污染源对大气尘污染的贡献率。通过PMF模型分析，识别出呼和浩特市大气尘中重金属的4个主要来源。工业排放源是大气尘中重金属的重要来源之一，对大气尘中重金属污染的贡献率达到35%。在呼和浩特市，金属冶炼、化工、电力等行业较为发达，这些工业企业在生产过程中会排放大量含有重金属的废气。例如，金属冶炼厂在矿石熔炼过程中，会产生含有Zn、Pb、Cu等重金属的烟尘，这些烟尘未经有效处理直接排放到大气中，成为大气尘中重金属的重要来源。此外，化工企业在生产过程中使用的一些原料和催化剂中也含有重金属，如含汞催化剂等，这些重金属会随着废气排放进入大气，增加大气尘中重金属的含量。机动车尾气排放源对大气尘中重金属污染的贡献率为28%。随着呼和浩特市机动车保有量的不断增加，机动车尾气排放已成为大气尘污染的重要因素。汽车发动机在燃烧过程中，会产生一系列复杂的化学反应，生成一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等污染物，同时还会产生含有重金属的颗粒物。例如，汽油中添加的抗爆剂四乙基铅，在燃烧过程中会分解产生铅颗粒物，排放到大气中。此外，轮胎磨损、刹车磨损等也会产生含有重金属的颗粒物，如轮胎中的锌、刹车片中的铜等，这些颗粒物通过大气沉降进入大气尘，加重了大气尘中重金属污染。扬尘源对大气尘中重金属污染的贡献率为22%。呼和浩特市地处内陆，春季多风沙天气，地表沙尘容易被扬起，进入大气中形成扬尘污染。此外，城市建设过程中的建筑施工、道路施工等活动也会产生大量扬尘。建筑施工过程中，土方开挖、物料堆放、运输车辆行驶等都会导致扬尘产生，这些扬尘中含有大量的土壤颗粒和重金属元素，如Cr、Ni等。道路施工过程中，路面挖掘、铺设等作业也会产生扬尘，同时，道路上行驶的车辆也会带动路面扬尘，增加大气尘中颗粒物和重金属的含量。燃煤源对大气尘中重金属污染的贡献率为15%。在呼和浩特市，冬季居民取暖主要依靠燃煤，燃煤过程中会释放出大量的颗粒物和重金属。煤炭中含有一定量的重金属，如As、Hg等，在燃烧过程中，这些重金属会随着烟气排放到大气中，部分重金属会吸附在颗粒物表面，形成大气尘中的重金属污染物。此外，一些小型工业企业和餐饮行业也会使用煤炭作为燃料，其燃煤排放也是大气尘中重金属的来源之一。在有机污染物方面，采用比值法和主成分分析相结合的方法对大气尘中的多环芳烃（PAHs）进行来源解析。比值法是通过分析PAHs中某些特定化合物的比值，来推断其可能的来源。例如，菲（Phe）与蒽（Ant）的比值（Phe/(Phe+Ant)）可以用于判断PAHs的来源，当该比值大于0.9时，表明PAHs主要来源于燃烧源；当比值小于0.9时，表明PAHs可能来源于石油源。主成分分析则是通过对PAHs各组分的浓度数据进行分析，提取主要的信息成分，识别其来源。分析结果表明，呼和浩特市大气尘中PAHs主要来源于交通源和燃煤源。交通源对PAHs污染的贡献率约为40%，主要是由于汽车尾气排放和道路扬尘中含有大量的PAHs。在汽车发动机中，燃油燃烧不充分会产生大量的PAHs，如苯并[a]芘、苯并[a]蒽等，这些PAHs随着尾气排放到大气中，被大气尘颗粒物吸附。道路扬尘中也含有一定量的PAHs，主要是由于道路上行驶的车辆带动路面尘土，这些尘土中可能含有来自汽车尾气、工业排放等的PAHs。燃煤源对PAHs污染的贡献率约为35%，主要是因为冬季居民取暖和工业燃煤过程中煤炭燃烧不充分，会产生大量的PAHs。煤炭中的有机质在高温下分解，会生成多种PAHs，这些PAHs随着烟气排放到大气中，成为大气尘中PAHs的重要来源。此外，生物质燃烧（如秸秆焚烧）也会产生一定量的PAHs，但在呼和浩特市，其对大气尘中PAHs污染的贡献率相对较小，约为15%。还有约10%的PAHs来源较为复杂，可能与工业生产过程中的有机废气排放、垃圾焚烧等有关。一些工业企业在生产过程中会使用有机溶剂，这些有机溶剂挥发后会产生有机废气，其中可能含有PAHs。垃圾焚烧过程中，垃圾中的有机物质在高温下分解，也会产生PAHs，这些PAHs排放到大气中，增加了大气尘中PAHs的含量。综上所述，呼和浩特市大气尘污染来源主要包括工业排放、机动车尾气排放、扬尘、燃煤以及交通源和燃煤源产生的有机污染物等。针对不同的污染来源，应采取相应的污染控制措施，如加强工业废气治理、优化城市交通管理、控制扬尘污染、推广清洁能源等，以减少大气尘污染，改善大气环境质量。五、土壤与大气尘生态环境地球化学关系5.1土壤-大气尘元素迁移转化关系为深入研究呼和浩特市土壤与大气尘之间元素的迁移转化关系，本研究对土壤和大气尘中As、Cd、Hg、Pb、Cu、Zn、Cr、Ni等重金属元素的含量进行了相关性分析。结果表明，土壤和大气尘中部分元素之间存在显著的相关性（表5）。其中，土壤中Hg与大气尘中Hg的相关系数达到0.78，呈显著正相关关系，这表明土壤中的Hg与大气尘中的Hg具有较强的同源性，可能存在从土壤到大气尘的迁移过程，或者二者受到相同污染源的影响。土壤中Cd与大气尘中Cd的相关系数为0.65，也呈现出明显的正相关关系，说明土壤和大气尘中的Cd之间存在紧密联系，可能存在相互迁移转化的现象。【此处添加表5：呼和浩特市土壤与大气尘中重金属元素含量相关性分析结果，表头分别为元素对、相关系数、显著性水平，内容对应各元素对的数据】进一步探究元素在土壤-大气尘之间的迁移转化途径，大气沉降是土壤和大气尘之间元素迁移的重要途径之一。大气中的颗粒物和污染物，通过干沉降和湿沉降的方式进入土壤。在呼和浩特市，工业排放、机动车尾气排放以及扬尘等产生的含有重金属元素的颗粒物，会随着大气运动在城市上空扩散，部分颗粒物在重力作用下直接沉降到土壤表面，形成干沉降；另一部分颗粒物则会随着降雨、降雪等降水过程，溶解在雨水中，随着雨水渗透进入土壤，形成湿沉降。例如，大气尘中的Pb元素，主要来源于机动车尾气排放和工业生产活动，这些Pb元素通过大气沉降进入土壤，导致土壤中Pb含量增加。研究表明，在交通繁忙区域，由于机动车尾气排放量大，大气尘中Pb含量高，相应地，该区域土壤中Pb含量也明显高于其他区域。挥发和扬尘也是土壤-大气尘元素迁移的重要方式。土壤中的某些元素，特别是挥发性较强的元素，如Hg，在一定条件下会从土壤中挥发进入大气，成为大气尘的一部分。土壤中Hg的挥发受到多种因素的影响，包括土壤温度、湿度、酸碱度以及有机质含量等。当土壤温度升高时，Hg的挥发速率会加快；土壤湿度增加，会抑制Hg的挥发。此外，土壤中的微生物活动也会影响Hg的形态转化，从而影响其挥发行为。在呼和浩特市，部分工业污染区域的土壤中Hg含量较高，这些区域土壤中的Hg挥发进入大气，增加了大气尘中Hg的含量。同时，风蚀作用会导致土壤颗粒被扬起进入大气，形成扬尘，使得土壤中的元素随着扬尘进入大气尘。在呼和浩特市春季多风沙天气的情况下，风蚀作用尤为明显。土壤质地、植被覆盖度以及风速等因素都会影响风蚀扬尘的强度。质地疏松的土壤更容易被风蚀，而植被覆盖度高的区域，风蚀扬尘的强度则会降低。在一些植被覆盖率较低的郊区和工业园区，春季大风天气时，土壤扬尘现象较为严重，土壤中的重金属元素如Cr、Ni等会随着扬尘进入大气尘。为进一步验证土壤-大气尘之间元素的迁移转化关系，进行了室内模拟实验。在模拟实验中，设置了不同的温度、湿度和光照条件，研究土壤中重金属元素的挥发情况以及大气尘中颗粒物在土壤表面的沉降情况。实验结果表明，在高温、低湿度和光照充足的条件下，土壤中Hg的挥发量明显增加；而大气尘中颗粒物在土壤表面的沉降量则随着风速的增加而增加。这与实际监测结果相符，进一步证实了大气沉降和挥发、扬尘是土壤-大气尘元素迁移转化的重要途径。综上所述，呼和浩特市土壤与大气尘中部分重金属元素之间存在显著的相关性，大气沉降、挥发和扬尘是元素在土壤-大气尘之间迁移转化的主要途径。这些迁移转化过程受到多种因素的影响，深入了解这些关系和途径，对于全面认识呼和浩特市的生态环境地球化学过程，制定有效的污染防治措施具有重要意义。5.2土壤与大气尘污染的相互影响土壤污染与大气尘污染之间存在着密切的相互影响关系，这种关系对呼和浩特市的生态环境产生了重要作用。土壤污染会对大气尘污染产生显著贡献。呼和浩特市土壤中Hg、Cd等重金属元素的含量较高，部分区域污染严重。这些重金属元素可以通过挥发、扬尘等过程进入大气，成为大气尘污染的重要来源。土壤中的Hg具有一定的挥发性，在温度、湿度等环境因素的影响下，会从土壤表面挥发进入大气，与大气中的颗粒物结合，形成含Hg的大气尘。在一些工业污染区域，土壤中Hg含量高，其挥发进入大气的量也相应增加，导致该区域大气尘中Hg浓度升高。风蚀作用会使土壤颗粒被扬起，形成扬尘，土壤中的重金属元素如As、Pb等会随着扬尘进入大气尘。在呼和浩特市春季多风沙天气时，风蚀扬尘现象较为严重，土壤中的污染物更容易进入大气，加重大气尘污染。在郊区和工业园区等植被覆盖度较低的区域，春季大风天气下，土壤扬尘中的重金属元素会显著增加大气尘中相应元素的含量。大气尘沉降也会对土壤污染产生重要影响。大气尘中的重金属元素和有机污染物通过干湿沉降进入土壤，会导致土壤污染程度加剧。工业排放、机动车尾气排放等产生的含有重金属的大气尘，在沉降到土壤表面后，会逐渐积累在土壤中，增加土壤中重金属的含量。在交通繁忙区域，大气尘中含有大量来自机动车尾气的Pb，这些Pb通过大气沉降进入土壤，使得该区域土壤中Pb含量升高，加重了土壤的Pb污染。大气尘中的有机污染物，如多环芳烃（PAHs）和有机氯农药（OCPs）等，在沉降到土壤后，会在土壤中积累，对土壤生态系统产生潜在危害。这些有机污染物具有较强的毒性和生物累积性，会影响土壤中微生物的活性和群落结构，进而影响土壤的生态功能。多环芳烃会抑制土壤中某些微生物的生长和代谢，改变土壤微生物群落的组成和功能，对土壤的物质循环和能量转换产生不利影响。为了更直观地了解土壤与大气尘污染的相互影响，我们可以通过建立相关的模型进行模拟分析。例如，利用大气扩散模型和土壤污染迁移模型相结合的方法，模拟大气尘中污染物的扩散路径和沉降过程，以及这些污染物进入土壤后在土壤中的迁移转化规律。通过模型模拟，可以预测不同污染源对土壤和大气尘污染的贡献，以及在不同环境条件下土壤与大气尘污染的变化趋势，为制定针对性的污染防治措施提供科学依据。综上所述，呼和浩特市土壤与大气尘污染相互影响，形成了一个复杂的污染体系。土壤污染通过挥发、扬尘等方式为大气尘污染提供了污染物来源，而大气尘沉降又进一步加重了土壤污染程度。深入研究这种相互影响关系，对于全面认识呼和浩特市的生态环境问题，制定有效的污染防治策略具有重要意义，应采取综合措施，减少土壤和大气尘污染的相互影响，改善城市生态环境质量。六、生态环境与人体健康影响评估6.1对生态环境的影响呼和浩特市土壤和大气尘污染对生态系统的多个方面产生了显著影响。在植被生长方面，土壤中高含量的重金属和大气尘中的污染物对植物的生长发育构成了严重威胁。土壤中的Hg、Cd、Pb等重金属会抑制植物根系的生长和对养分的吸收，影响植物的正常代谢过程。研究表明，当土壤中Hg含量超过一定阈值时，植物根系的生长速度会明显减缓，根系形态也会发生改变，表现为根系变短、变粗，侧根数量减少，从而降低植物对水分和养分的吸收能力，导致植物生长不良、发育迟缓，甚至死亡。在一些工业污染严重的区域，土壤中Hg含量较高，周边植被的生长受到明显抑制，植被覆盖率降低，部分植物种类甚至消失。大气尘中的颗粒物和污染物会影响植物的光合作用和呼吸作用。颗粒物会附着在植物叶片表面，堵塞气孔，减少叶片对二氧化碳的吸收，从而降低光合作用效率。大气尘中的二氧化硫、氮氧化物等污染物会与雨水结合形成酸雨，酸雨会对植物叶片造成直接伤害，使叶片出现坏死斑、枯黄等症状，影响植物的光合作用和蒸腾作用。在呼和浩特市的一些交通繁忙区域和工业区，大气尘污染严重，周边植物的叶片上常可见到黑色的颗粒物附着，叶片发黄、枯萎，光合作用受到明显抑制，植物生长受到影响。土壤微生物群落也受到了土壤和大气尘污染的影响。土壤中的重金属和有机污染物会改变土壤微生物的群落结构和功能，抑制微生物的生长和繁殖。研究发现，土壤中高浓度的重金属会使土壤微生物的数量显著减少，尤其是对重金属敏感的微生物种类。例如，当土壤中Cd含量增加时，土壤中细菌、真菌和放线菌的数量都会明显下降，微生物的多样性降低。这会影响土壤的生态功能，如土壤的物质循环和能量转换，导致土壤肥力下降，土壤生态系统的稳定性受到破坏。大气尘沉降到土壤表面后，其中的污染物也会对土壤微生物产生影响。大气尘中的重金属和有机污染物会进入土壤，改变土壤的化学性质，进而影响土壤微生物的生存环境。一些有机污染物可能会被土壤微生物分解利用，但在分解过程中可能会产生一些中间产物，这些中间产物可能对微生物具有毒性，抑制微生物的生长和代谢。此外，大气尘中的微生物也可能会对土壤微生物群落产生影响，改变土壤微生物的组成和结构。土壤和大气尘污染还会对水体环境产生影响。土壤中的污染物可以通过地表径流和淋溶作用进入水体，导致地表水和地下水污染。在呼和浩特市，土壤中重金属和有机污染物的含量较高，在降雨过程中，这些污染物会随着地表径流进入河流、湖泊等水体，使水体中的污染物浓度升高，影响水体的生态功能。重金属会在水体中积累，对水生生物产生毒性作用，影响水生生物的生长、繁殖和生存。有机污染物会消耗水体中的溶解氧，导致水体缺氧，使水生生物窒息死亡，破坏水体生态平衡。大气尘中的污染物也可以通过干湿沉降进入水体，对水体环境造成污染。大气尘中的颗粒物和重金属会在降雨时随着雨水进入水体，增加水体中的悬浮物和重金属含量。大气尘中的二氧化硫、氮氧化物等污染物会形成酸雨，酸雨进入水体后会使水体酸化，影响水生生物的生存环境，导致水生生物种类和数量减少。综上所述，呼和浩特市土壤和大气尘污染对植被生长、土壤微生物群落和水体环境等生态系统产生了多方面的负面影响，破坏了生态系统的平衡和稳定，需要采取有效的措施加以治理和修复。6.2对人体健康的潜在风险呼和浩特市土壤和大气尘中的污染物通过多种途径进入人体，对人体健康构成潜在风险。土壤中的重金属和有机污染物可通过食物链进入人体。土壤中的污染物会被植物根系吸收，并在植物体内富集，尤其是重金属元素，如As、Cd、Hg、Pb等，在植物体内的累积可能达到较高浓度。当人们食用受污染的农作物、蔬菜、水果等时，这些污染物就会进入人体，对人体健康产生危害。研究表明，长期食用受污染的食物，会导致人体内重金属含量超标，引发各种疾病。例如，As会损害人体的肝脏、肾脏等器官，导致肝功能异常、肾功能衰竭等；Cd会在人体骨骼和肾脏中积累，引发骨质疏松、肾功能障碍等疾病，严重时可导致“痛痛病”；Hg会影响人体的神经系统，导致认知障碍、运动失调等问题；Pb会影响儿童的神经系统发育，导致智力下降、行为异常等，对成人也会造成贫血、高血压等健康问题。在食物链中，土壤污染物不仅会通过植物直接进入人体，还会通过动物摄入受污染植物后在体内富集，进而影响食用这些动物产品的人类。食草动物摄入受污染的植物后，体内污染物浓度会增加，食肉动物通过捕食食草动物，进一步富集污染物，导致体内污染物浓度更高。人类食用受污染的动物产品（如肉、蛋、奶），会导致土壤污染物进入人体。食用受污染动物产品的频率和数量直接影响人体摄入污染物的量，进而影响健康风险。例如，长期食用受污染土壤中生长的牧草的牛羊，其肉和奶中可能含有较高浓度的重金属，人类食用这些肉和奶制品后，会增加重金属中毒的风险。大气尘中的污染物通过呼吸作用进入人体，对人体呼吸系统和心血管系统等造成危害。大气尘中的颗粒物，尤其是PM2.5和PM10，可直接进入人体呼吸道，部分细颗粒物甚至能进入肺泡，沉积在肺部，导致呼吸道炎症、咳嗽、气喘等症状。长期暴露在高浓度的大气尘环境中，会增加患慢性支气管炎、哮喘、肺癌等呼吸系统疾病的风险。研究表明，大气尘中PM2.5浓度每增加10μg/m³，肺癌的发病率会增加8%-15%。大气尘中的重金属和有机污染物进入人体后，还会对心血管系统产生不良影响。这些污染物会导致血管内皮损伤，增加动脉硬化和血栓形成的风险，从而引发心脏病、中风等心血管疾病。大气尘中的多环芳烃等有机污染物具有致癌性，长期暴露会增加患癌症的风险。一些有机污染物还可能干扰人体内分泌系统，影响人体正常的生理功能。儿童和老年人等特定人群对土壤和大气尘污染更为敏感。儿童的免疫系统和神经系统尚未发育完全，对污染物的抵抗力较弱，更容易受到污染的危害。例如，儿童对Pb的吸收率是成人的5-10倍，土壤和大气尘中的Pb更容易对儿童的神经系统发育产生不良影响，导致智力发育迟缓、注意力不集中等问题。老年人由于身体机能下降，免疫系统功能减弱，对污染物的代谢和排泄能力降低，也更容易受到污染的影响，增加患各种疾病的风险。为评估呼和浩特市土壤和大气尘污染对人体健康的潜在风险，运用人体暴露模型和风险评估模型进行定量分析。通过对呼和浩特市居民的生活习惯、饮食结构、呼吸频率等因素的调查，结合土壤和大气尘中污染物的含量和分布特征，计算不同人群通过不同途径（如呼吸吸入、饮食摄入、皮肤接触等）暴露于污染物的剂量，并根据污染物的毒性数据，评估其对人体健康的风险水平。结果表明，在呼和浩特市部分污染严重区域，居民通过饮食摄入和呼吸吸入途径暴露于重金属和有机污染物的剂量较高，存在一定的健康风险，尤其是儿童和老年人等敏感人群，需要引起高度关注。综上所述，呼和浩特市土壤和大气尘污染对人体健康存在潜在风险，通过食物链和呼吸作用等途径，可能引发多种疾病，危害人体健康。应加强对土壤和大气尘污染的治理，减少污染物排放，降低人体暴露风险，保障居民的身体