大氣降塵中重金屬的時(shí)空分布及其對(duì)土壤和蔬菜的影響研究

大氣降塵中重金屬的時(shí)空分布及其對(duì)土壤和蔬菜的影響研究城市是人口、交通、工業(yè)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)高度集中的場(chǎng)所,因此也成了重金屬等污染物排放的重要聚集地。環(huán)境中的重金屬有許多會(huì)進(jìn)入土壤,并造成蔬菜等農(nóng)作物的污染,通過(guò)食物鏈的傳遞而對(duì)人群健康產(chǎn)生危害或構(gòu)成威脅。在重金屬的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中,大氣降塵時(shí)一個(gè)重要的介質(zhì)和環(huán)節(jié),空氣中的重金屬大多附著在顆粒物上,許多顆粒物會(huì)逐漸降落到地表系統(tǒng),與地表系統(tǒng)的各種環(huán)境介質(zhì)發(fā)生相互作用。有研究表明,大氣降塵是土壤重金屬累積的主要來(lái)源之一。在城市區(qū)域,主要的農(nóng)用土壤類型是菜地,大氣降塵在菜地土壤中的累積會(huì)對(duì)蔬菜重金屬含量產(chǎn)生影響,并進(jìn)而對(duì)居民健康造成影響。另一方面,大氣降塵中的重金屬也可能被植物莖和葉直接吸收,從而影響蔬菜的重金屬含量。目前,關(guān)于大氣降塵對(duì)土壤重金屬累積和蔬菜重金屬含量的研究報(bào)道尚比較少,并且缺少以某一區(qū)域的長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的量化分析。論文以重慶市這一典型的大城市與大農(nóng)村并存的區(qū)域作為研究對(duì)象,對(duì)市售蔬菜的重金屬含量及其健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了每季一次為期一年的調(diào)查和評(píng)價(jià),并結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道和前期研究結(jié)果,分析蔬菜重金屬含量與大氣降塵的可能關(guān)系。另一方面,論文在居住區(qū)、文教區(qū)、商業(yè)區(qū)、郊區(qū)、交通-工業(yè)區(qū)、工業(yè)-居住區(qū)等6類典型功能區(qū)設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)位,對(duì)大氣降塵量及其重金屬含量進(jìn)行了每月一次,持續(xù)一年的定位監(jiān)測(cè)和分析,以了解城市大氣降塵的時(shí)空分布特點(diǎn),并測(cè)算其對(duì)土壤系統(tǒng)重金屬累積的影響。在此基礎(chǔ)上,論文通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)的方式,研究了在是否存在大氣降塵和施加不同劑量大氣降塵等不同條件下,蔬菜中重金屬含量的變化特點(diǎn),并分析了大氣降塵影響蔬菜重金屬含量的可能機(jī)制與規(guī)律。主要研究結(jié)論如下:(1)2016年3月至2017年2月的采樣監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,重慶主城區(qū)市售蔬菜中Cd、Cr、Ni、Pb的平均含量分別為17.5μg/kg、196.9μg/kg、314.0μg/kg、265.6μg/kg,總超標(biāo)率分別為2.9%、3.3%、8.6%、63.5%。秋季蔬菜中這4種重金屬元素的含量相對(duì)較高。(2)蔬菜中單種重金屬Cd、Cr、Ni和Pb對(duì)不同年齡段人群的目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)值(THQ)均小于1,但是兒童及中老年人群的多種重金屬總目標(biāo)危險(xiǎn)系數(shù)(TTHQ)均已超過(guò)1,分別為1.149、1.034,表明蔬菜中的重金屬可能會(huì)對(duì)兒童和中老年人群構(gòu)成健康威脅。(3)2016年11月至2017年10月,重慶主城區(qū)大氣降塵通量的平均值為2.94g/(m~2·30d)。不同季節(jié)的大氣降塵量波動(dòng)較大,秋季的降塵量相對(duì)較低。6類功能區(qū)的降塵量平均值由大到小依次為工業(yè)-居住區(qū)>交通-工業(yè)區(qū)>商業(yè)區(qū)>居住區(qū)>郊區(qū)>文教區(qū)。(4)大氣降塵中Cd、Cr、Ni、Pb的平均含量分別為:Cd2.14mg/kg、Cr66.63mg/kg、Ni27.69mg/kg、Pb98.33mg/kg。冬季降塵中重金屬的含量一般較高。地積累指數(shù)法和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法的評(píng)價(jià)結(jié)果表明,降塵中Cd元素的污染程度較嚴(yán)重。(5)通過(guò)構(gòu)建大氣降塵影響土壤重金屬累積的模型進(jìn)行測(cè)算,以重慶市土壤背景值為基礎(chǔ),假設(shè)土壤中重金屬的輸入全部來(lái)自大氣降塵,且不發(fā)生土壤重金屬的輸出,則按照現(xiàn)有的沉降通量,重慶市主城區(qū)土壤中Cd、、Cr、Ni和Pb等四種重金屬元素的含量在累積100年后仍將低于《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618-1995)中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此,短時(shí)間內(nèi)大氣降塵對(duì)重慶市主城區(qū)土壤重金屬含量累積的影響不大。四種元素中,大氣降塵導(dǎo)致的土壤中Cd濃度的增加最快。(6)盆栽實(shí)驗(yàn)中,向蔬菜(萵筍和生菜)的地上部分施加5g/(m~2·30d)、10g/(m~2·30d)和25g/(m~2·30d)的模擬大氣降塵后,蔬菜中Cd、Cr、Ni和Pb的含量均遠(yuǎn)高于未施加大氣降塵的對(duì)照組,表明大氣降塵可以通過(guò)根外營(yíng)養(yǎng)的方式和