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本论文以珠江三角洲城市(广州、深圳、东莞、佛山、中山和惠州)为研究对象,采集了每个城市的居民区、商业区、工业区和交通区的积尘样品,测定了其积尘中重金属元素Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn和Ni的含量,研究了积尘重金属的时空分布特征,在此基础上,对积尘重金属的污染水平、潜在生态风险和人体健康风险进行了评价;并运用BCR提取法对积尘重金属Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的形态进行分析,评价其生物活性;得到以下主要结论:
(1)6个城市均以Cd、Cu和Zn的富集水平为较高,积尘重金属平均含量的总体水平按照由高到低的顺序依次为佛山>广州>深圳,这3个城市的重金属平均含量较高,佛山积尘中Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn和Ni的平均含量分别是166.25、248.27、0.74、13.87、0.11、203.82、968.29和65.98mg·kg-1,广州的是184.81、122.47、0.73、15.04、0.11、181.10、775.48和40.48mg·kg-1,深圳的是122.02、143.60、0.56、8.28、0.16、143.97、681.96和41.95mg·kg-1。
(2)总体来看,广州、东莞、中山和惠州商业区重金属平均含量最高,广州市商业区积尘中Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn和Ni的平均含量分别是188.00、137.81、0.84、18.62、0.13、180.59、1048.08和46.91mg·kg-1,东莞的是98.64、128.64、0.89、12.53、0.13、126.80、1122.46和38.16mg·kg-1,中山的是112.43、151.89、0.47、9.18、0.07、216.48、573.36和45.32mg·kg-1,惠州的是62.75、90.35、0.32、7.82、0.03、64.04、292.92和18.80mg·kg-1;深圳市工业区最高,重金属的平均含量分别是236.57、273.73、0.83、9.77、0.12、317.55、1424.31和78.37mg·kg-1;佛山市居民区最高,重金属的平均含量分别是176.00、258.38、0.80、12.22、0.17、218.10、1174.15和87.14mg·kg-1。
(3)广州市季节变化对积尘重金属含量影响最大的元素是Cd,Cd冬季与夏季平均含量的冬/夏比值R为1.62;深圳、东莞、中山和惠州是Hg,冬/夏比值R分别为2.46、1.64、1.42和0.36;佛山市是Pb,冬/夏比值R为1.58。广州市和东莞市积尘重金属含量受季节变化影响较大的功能区是交通区和商业区,冬/夏比值R分别为1.60、1.31(广州)和1.30、1.44(东莞);深圳市和惠州市是居民区和商业区,冬/夏比值R分别为1.56、1.52(深圳)和0.70、0.83(惠州);佛山市是居民区和交通区,冬/夏比值R分别为1.41和1.32;中山市是居民区和工业区,冬/夏比值R分别为1.31和1.25。
(4)广州市积尘中Pb和Cu主要以可还原态和残渣态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Zn主要以弱酸提取态为主;深圳市和东莞市积尘中Pb主要以可还原态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Cu主要以可还原态和可氧化态为主,Zn主要以弱酸提取态为主;佛山市、中山市和惠州市积尘中Pb和Cu主要以可还原态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Zn主要以弱酸提取态为主。广州市和中山市积尘重金属的生物有效性顺序由大至小为Zn>Ni>Pb>Cu>Cr;深圳市、东莞市和惠州市为Zn>Ni>Cu>Pb>Cr;佛山市为Zn>Cu>Ni>Pb>Cr。
(5)采用地积累指数法评价珠江三角洲城市积尘中重金属的污染水平,6个城市冬季与夏季均以Zn、Cd和Cu的污染程度较严重,地积累指数分别为3.39、3.11、2.83(广州冬季)、2.81、2.42、2.31(广州夏季)、3.23、2.66、2.43(深圳冬季)、3.18、2.02、2.23(深圳夏季)、3.18、2.56、2.00(东莞冬季)、2.62、2.18、2.33(东莞夏季)、3.73、3.12、3.02(佛山冬季)、3.19、2.68、2.61(佛山夏季)、2.57、2.54、2.34(中山冬季)、2.56、2.22、2.26(中山夏季)和1.54、2.00、1.11(惠州冬季)、1.72、1.83、1.27(惠州夏季)。且不同功能区受不同重金属的污染程度不同。
(6)运用潜在生态风险指数法评价珠江三角洲城市积尘中重金属的潜在生态风险,珠江三角洲城市积尘中8种重金属都存在不同程度的生态危害,其中,6个城市冬季与夏季均以Cd、Hg和Cu的生态危害最大,潜在生态危害系数Ei分别为389.73、55.46、53.27(广州冬季)、242.41、52.26、37.80(广州夏季)、306.70、85.03、48.18(深圳冬季)、188.84、35.20、36.97(深圳夏季)、286.61、49.24、32.17(东莞冬季)、204.91、28.61、38.40(东莞夏季)、399.11、57.35、61.21(佛山冬季)、291.96、94.10、46.57(佛山夏季)、266.52、32.88、39.94(中山冬季)、218.30、24.10、37.21(中山夏季)和182.15、10.48、16.29(惠州冬季)、162.06、28.58、18.52(惠州夏季)。各功能区的综合潜在生态危害水平都达到了中等以上。
(7)6个城市冬季和夏季积尘中的8种重金属均不会对成人产生非致癌健康风险,致癌重金属Cr、Cd、As和Ni也不产生致癌风险。综合风险指数HI表明:广州市冬季的居民区(1.01)、商业区(1.18)、交通区(1.05)和夏季的商业区(1.07),深圳市冬季的工业区(1.45),东莞市夏季的工业区(1.17),佛山市冬季的居民区(1.34)、商业区(1.04)、工业区(1.44)、交通区(1.48)及夏季的居民区(1.01)、工业区(1.42)、交通区(1.15)和中山市夏季的商业区(1.01),这些功能区会对儿童产生不利的非致癌健康风险,应引起人们足够的重视。
(1)6个城市均以Cd、Cu和Zn的富集水平为较高,积尘重金属平均含量的总体水平按照由高到低的顺序依次为佛山>广州>深圳,这3个城市的重金属平均含量较高,佛山积尘中Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn和Ni的平均含量分别是166.25、248.27、0.74、13.87、0.11、203.82、968.29和65.98mg·kg-1,广州的是184.81、122.47、0.73、15.04、0.11、181.10、775.48和40.48mg·kg-1,深圳的是122.02、143.60、0.56、8.28、0.16、143.97、681.96和41.95mg·kg-1。
(2)总体来看,广州、东莞、中山和惠州商业区重金属平均含量最高,广州市商业区积尘中Pb、Cr、Cd、As、Hg、Cu、Zn和Ni的平均含量分别是188.00、137.81、0.84、18.62、0.13、180.59、1048.08和46.91mg·kg-1,东莞的是98.64、128.64、0.89、12.53、0.13、126.80、1122.46和38.16mg·kg-1,中山的是112.43、151.89、0.47、9.18、0.07、216.48、573.36和45.32mg·kg-1,惠州的是62.75、90.35、0.32、7.82、0.03、64.04、292.92和18.80mg·kg-1;深圳市工业区最高,重金属的平均含量分别是236.57、273.73、0.83、9.77、0.12、317.55、1424.31和78.37mg·kg-1;佛山市居民区最高,重金属的平均含量分别是176.00、258.38、0.80、12.22、0.17、218.10、1174.15和87.14mg·kg-1。
(3)广州市季节变化对积尘重金属含量影响最大的元素是Cd,Cd冬季与夏季平均含量的冬/夏比值R为1.62;深圳、东莞、中山和惠州是Hg,冬/夏比值R分别为2.46、1.64、1.42和0.36;佛山市是Pb,冬/夏比值R为1.58。广州市和东莞市积尘重金属含量受季节变化影响较大的功能区是交通区和商业区,冬/夏比值R分别为1.60、1.31(广州)和1.30、1.44(东莞);深圳市和惠州市是居民区和商业区,冬/夏比值R分别为1.56、1.52(深圳)和0.70、0.83(惠州);佛山市是居民区和交通区,冬/夏比值R分别为1.41和1.32;中山市是居民区和工业区,冬/夏比值R分别为1.31和1.25。
(4)广州市积尘中Pb和Cu主要以可还原态和残渣态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Zn主要以弱酸提取态为主;深圳市和东莞市积尘中Pb主要以可还原态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Cu主要以可还原态和可氧化态为主,Zn主要以弱酸提取态为主;佛山市、中山市和惠州市积尘中Pb和Cu主要以可还原态为主,Cr和Ni主要以残渣态为主,Zn主要以弱酸提取态为主。广州市和中山市积尘重金属的生物有效性顺序由大至小为Zn>Ni>Pb>Cu>Cr;深圳市、东莞市和惠州市为Zn>Ni>Cu>Pb>Cr;佛山市为Zn>Cu>Ni>Pb>Cr。
(5)采用地积累指数法评价珠江三角洲城市积尘中重金属的污染水平,6个城市冬季与夏季均以Zn、Cd和Cu的污染程度较严重,地积累指数分别为3.39、3.11、2.83(广州冬季)、2.81、2.42、2.31(广州夏季)、3.23、2.66、2.43(深圳冬季)、3.18、2.02、2.23(深圳夏季)、3.18、2.56、2.00(东莞冬季)、2.62、2.18、2.33(东莞夏季)、3.73、3.12、3.02(佛山冬季)、3.19、2.68、2.61(佛山夏季)、2.57、2.54、2.34(中山冬季)、2.56、2.22、2.26(中山夏季)和1.54、2.00、1.11(惠州冬季)、1.72、1.83、1.27(惠州夏季)。且不同功能区受不同重金属的污染程度不同。
(6)运用潜在生态风险指数法评价珠江三角洲城市积尘中重金属的潜在生态风险,珠江三角洲城市积尘中8种重金属都存在不同程度的生态危害,其中,6个城市冬季与夏季均以Cd、Hg和Cu的生态危害最大,潜在生态危害系数Ei分别为389.73、55.46、53.27(广州冬季)、242.41、52.26、37.80(广州夏季)、306.70、85.03、48.18(深圳冬季)、188.84、35.20、36.97(深圳夏季)、286.61、49.24、32.17(东莞冬季)、204.91、28.61、38.40(东莞夏季)、399.11、57.35、61.21(佛山冬季)、291.96、94.10、46.57(佛山夏季)、266.52、32.88、39.94(中山冬季)、218.30、24.10、37.21(中山夏季)和182.15、10.48、16.29(惠州冬季)、162.06、28.58、18.52(惠州夏季)。各功能区的综合潜在生态危害水平都达到了中等以上。
(7)6个城市冬季和夏季积尘中的8种重金属均不会对成人产生非致癌健康风险,致癌重金属Cr、Cd、As和Ni也不产生致癌风险。综合风险指数HI表明:广州市冬季的居民区(1.01)、商业区(1.18)、交通区(1.05)和夏季的商业区(1.07),深圳市冬季的工业区(1.45),东莞市夏季的工业区(1.17),佛山市冬季的居民区(1.34)、商业区(1.04)、工业区(1.44)、交通区(1.48)及夏季的居民区(1.01)、工业区(1.42)、交通区(1.15)和中山市夏季的商业区(1.01),这些功能区会对儿童产生不利的非致癌健康风险,应引起人们足够的重视。