基于污染指數(shù)法的東京城市道路重金屬污染特征分析

基于污染指數(shù)法的東京城市道路重金屬污染特征分析

汽車污染是城市環(huán)境的主要問題之一。污染物質(zhì)主要分為氣體污染物和顆粒污染物。在顆粒污染中，重金屬主要來自汽油焦油和汽車零部件的磨損，如pb汽油、zn汽車、cu汽車和其他顆粒污染。此外，許多使用p、rh和pd作為坐車環(huán)境處理裝置使用，這被稱為道路灰塵的重金屬污染。行道樹是城市植被的重要組成部分,不同的行道樹對(duì)氣體狀污染物質(zhì)的凈化能力有明顯的差異.對(duì)于粒子狀污染物質(zhì),行道樹通過吸收、附著,能有效防止重金屬污染物擴(kuò)散.東京市內(nèi)由于汽車行駛產(chǎn)生的氣體狀及粒子狀物質(zhì)的大氣污染在日本最為嚴(yán)重.據(jù)調(diào)查,東京市內(nèi)大氣污染80%以上來源于汽車污染,同時(shí),道路周圍也可能受到污染.本研究測(cè)定了東京市內(nèi)主要道路的粉塵、沿道土壤以及行道樹樹葉的重金屬含量,以分析東京市主要道路的污染狀況,探討行道樹樹葉對(duì)重金屬的捕獲能力以及樹種間的差異,以便選擇行道樹樹種,為防止污染擴(kuò)散提供依據(jù).1材料和方法1.1道路粉塵、行道樹表層土壤和行道樹生長特征在東京都杉并區(qū)內(nèi)的環(huán)狀7號(hào)線選取3點(diǎn)、小金井市內(nèi)的東八道路選取2點(diǎn)以及調(diào)布市內(nèi)的品川道路選取2點(diǎn)作為調(diào)查地點(diǎn).各調(diào)查點(diǎn)12h的交通量平均為:環(huán)狀7號(hào)線為47795輛,東八道路為25054輛,品川道路為14613輛.以非道路環(huán)境的東京都府中市內(nèi)的東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部校園為對(duì)照點(diǎn).本研究采集道路粉塵、行道樹表層土壤及行道樹樹葉進(jìn)行重金屬測(cè)定分析.粉塵采集來自環(huán)狀7號(hào)線的1號(hào)點(diǎn)、東八道路的1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)以及品川道路的1號(hào)和2號(hào)點(diǎn)各2個(gè)樣本.環(huán)狀7號(hào)線的其它2點(diǎn)由于無粉塵堆積,沒有采集到樣本.沿道土壤從環(huán)狀7號(hào)線采集11份樣本,東八道路采集14份樣本,品川道路采集11份樣本.行道樹選取日本國內(nèi)廣泛栽植的櫸樹Zelkovaserrata,銀杏Ginkgobiloba,樟樹CinnamomumCamphoro,三角槭Acerbuergerianum和杜鵑花Rhododendronoomurasaki.粉塵采集是用排筆刷收集沿道路的堆積物;土壤是采集樹木根際附近距地表3cm深處的土壤.行道樹樹葉采樣原則是,采摘當(dāng)年生葉片,樹高的(櫸樹、銀杏、樟樹、三角槭)采集2.5m高度處的樹葉,樹矮的(杜鵑花)采摘0.9m高度處的樹葉.1.2土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、道路樹生長指標(biāo)的測(cè)定粉塵及土壤樣品在105℃的干燥箱中干燥后,粉塵用0.5mm篩,土壤用2.0mm篩,取篩下物為作試驗(yàn)樣品.試驗(yàn)樣品粉塵稱取約2.0g(不足2.0g的取全量),土壤取約5.0g放入容量為300mL的燒杯中,加硝酸30mL和高氯酸10mL,在270℃的砂浴電熱鍋內(nèi)加熱分解,分解結(jié)束后,加1當(dāng)量鹽酸抽提并過濾,其濾液用1當(dāng)量鹽酸定容至50mL,作為待測(cè)溶液.此外,測(cè)定過篩后土壤的pH值.行道路樹樹葉取1/2,用特別配制的洗凈液洗凈,作為洗凈葉,其余1/2作為未洗凈葉.將樹葉放入60℃的干燥箱內(nèi)干燥72h后,稱烘干質(zhì)量約1.0g的樣品進(jìn)行硝化分解,方法同上.待測(cè)定溶液用日立Z-6100型原子吸光光度計(jì)測(cè)定Mn,Fe,Cu,Zn,Cd,Pt和Pb的濃度.2結(jié)果與討論2.1應(yīng)然濃度和相對(duì)濃度試驗(yàn)結(jié)果東京市區(qū)道路粉塵的重金屬濃度見表1(均為烘干質(zhì)量,平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差;下同).從表1可見,道路粉塵的重金屬濃度隨交通量的增加而上升,交通量最大的環(huán)狀7號(hào)線,其重金屬濃度最高.東京市區(qū)道路粉塵的重金屬濃度與輕度污染的日本國內(nèi)山區(qū)道路粉塵的重金屬濃度相比較,分為兩大類型,即Cu,Zn,Pb和Pt為高濃度類型,而Mn,Fe和Cd為低濃度類型.各調(diào)查點(diǎn)重金屬平均濃度的試驗(yàn)結(jié)果與1977年東京23區(qū)道路粉塵的重金屬濃度相比,Pb的濃度顯著降低,這與1975年開始禁止銷售含Pb汽油有關(guān);Zn和Cd的濃度有降下趨勢(shì),這與東京交通量減少有關(guān).2.2重金屬的擴(kuò)散東京市區(qū)沿道土壤的重金屬濃度見表2,沿道土壤中的Cu,Zn,Cd和Pb的濃度是對(duì)照土壤的約2倍.從以上結(jié)果可知,Cu,Zn,Cd和Pb已污染沿道土壤.而且,Cu和Zn不僅污染沿道土壤,還可能擴(kuò)散至非道路的土壤,特別是Zn可能擴(kuò)散更廣.本試驗(yàn)中,Mn,Fe和Pt的污染水平較低,所有土壤中均未檢測(cè)出Pt.土壤中的各種重金屬濃度均以對(duì)照點(diǎn)(非行路樹土壤)為最低,但與交通量的關(guān)系不太明顯,這與行道樹栽植狀況有關(guān).環(huán)狀7號(hào)線的土壤重金屬濃度與交通量接近的千葉縣國道(12h的交通量約為40000輛)1972年測(cè)定的土壤重金屬濃度相比,Zn的濃度基本相同,而Pb和Cd的濃度下降.這一趨勢(shì)與前述的粉塵重金屬濃度的測(cè)定結(jié)果一致.但是,與山區(qū)的森林土壤相比,Pb和Cd的濃度仍然較高,說明東京市區(qū)沿道土壤的重金屬污染依然存在.2.3道路粉塵及沿道土壤重金屬污染指數(shù)評(píng)價(jià)道路粉塵的重金屬來源有以下途徑:一是周邊土壤起塵而堆積于道路,其二是汽車排放廢氣及汽車車體磨損而排放至環(huán)境中.品川道路粉塵中,Mn,Fe和Cd的濃度比相同調(diào)查點(diǎn)沿道土壤的濃度低,由此推測(cè),粉塵中的這些重金屬主要來源于沿道土壤.另一方面,品川道路粉塵中的Cu和Pt,東八道路粉塵中的Cu,Zn和Pt及環(huán)狀7號(hào)線粉塵中Cu,Zn,Pt和Pb的濃度高于其在沿道土壤中的濃度,說明這些重金屬主要來源于汽車.本研究中,沿道土壤中未檢測(cè)出Pt,而粉塵中則檢測(cè)出Pt,且其濃度隨交通量的增加而上升.選擇源于汽車行駛產(chǎn)生的重金屬污染元素Cu,Zn和Pb,采用單因子污染指數(shù)法對(duì)道路粉塵和沿道土壤的重金屬污染指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià).計(jì)算公式為:Ρi=ρiρis?式中:Pi為重金屬污染元素i的污染指數(shù);ρi為道路粉塵或沿道土壤中重金屬污染元素i的濃度,mg/kg;ρis為道路粉塵或沿道土壤中重金屬污染元素i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),mg/kg.以東京農(nóng)工大學(xué)農(nóng)學(xué)部校園(對(duì)照點(diǎn))土壤的重金屬濃度實(shí)測(cè)值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn).道路粉塵或沿道土壤的整體污染狀況采用綜合污染指數(shù)法進(jìn)行評(píng)價(jià),計(jì)算公式如下:Ρ=1nn∑i=1Ρi?式中:P為綜合污染指數(shù);Pi為單因子污染指數(shù);n為污染物質(zhì)的種類數(shù).東京市區(qū)道路粉塵和沿道土壤中重金屬Cu,Zn和Pb的污染指數(shù)PCu,PZn和PPb見表3.可見,PCu,PZn和PPb均大于1;道路粉塵的單因子污染指數(shù)最高為5.66,最低為1.47,綜合污染指數(shù)為2.12～4.97,平均為3.10;沿道土壤的單因子污染指數(shù)最高為2.26,最低為1.48,綜合污染指數(shù)為1.82～2.11,平均為1.90.這進(jìn)一步表明,東京市區(qū)道路粉塵和沿道土壤中Cu,Zn和Pb的平均含量均超過對(duì)照點(diǎn),特別是交通量最大的環(huán)狀7號(hào)線,道路粉塵重金屬Cu,Zn和Pb的污染尤為突出,綜合污染指數(shù)達(dá)4.97.2.4行道樹樹種重金屬濃度東京市區(qū)行道樹樹葉中的重金屬濃度見表4和表5,行道樹樹葉中未檢測(cè)出Pt,6月的洗凈葉中未檢測(cè)出Cd.洗凈葉和未洗凈葉的重金屬濃度均以對(duì)照點(diǎn)為最低,3條道路行道樹樹葉的重金屬污染基本上處于同一水平.不同樹種行路樹樹葉的重金屬濃度差異大,幾乎所有調(diào)查點(diǎn)除Mn外的重金屬元素,無論洗凈葉還是未洗凈葉,均以杜鵑花為最高,銀杏最低,而Mn的濃度則以樹高的種類為高.杜鵑花與其它4種樹重金屬濃度的比值都較高(表6),說明不同行道樹種蓄積重金屬的能力是不同的,而杜鵑花蓄積重金屬的能力強(qiáng).原因是,此次調(diào)查的5種樹中,僅杜鵑花為矮樹,葉片的采摘高度及栽植狀況與其他4種樹均不同.作者認(rèn)為,具有多層栽植的行道樹,中下層的樹葉粉塵較多.而杜鵑花為下層樹種,同時(shí),其葉面和葉形具有捕捉粉塵能力強(qiáng)的特征.另外,9月與6月行道樹樹葉的重金屬濃度相比,Mn,Fe,Cd和Pb的濃度略有增大,而Cu和Zn的濃度略有減小.其原因可能是Mn,Fe,Cd和Pb易蓄積在樹葉上,而Cu和Zn受風(fēng)雨作用而脫落.3道路粉塵重金屬污染隨交通量的變化情況根據(jù)對(duì)東京市城市道路粉塵、土壤及行道樹重金屬含