大氣降塵中重金屬的時空分布及其對土壤和蔬菜的影響研究

大氣降塵中重金屬的時空分布及其對土壤和蔬菜的影響研究城市是人口、交通、工業(yè)和經(jīng)濟活動高度集中的場所,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進入土壤,并造成蔬菜等農(nóng)作物的污染,通過食物鏈的傳遞而對人群健康產(chǎn)生危害或構成威脅。在重金屬的生物地球化學循環(huán)過程中,大氣降塵時一個重要的介質和環(huán)節(jié),空氣中的重金屬大多附著在顆粒物上,許多顆粒物會逐漸降落到地表系統(tǒng),與地表系統(tǒng)的各種環(huán)境介質發(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對蔬菜重金屬含量產(chǎn)生影響,并進而對居民健康造成影響。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,關于大氣降塵對土壤重金屬累積和蔬菜重金屬含量的研究報道尚比較少,并且缺少以某一區(qū)域的長期定位監(jiān)測為基礎的量化分析。論文以重慶市這一典型的大城市與大農(nóng)村并存的區(qū)域作為研究對象,對市售蔬菜的重金屬含量及其健康風險進行了每季一次為期一年的調查和評價,并結合文獻報道和前期研究結果,分析蔬菜重金屬含量與大氣降塵的可能關系。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)設置了監(jiān)測點位,對大氣降塵量及其重金屬含量進行了每月一次,持續(xù)一年的定位監(jiān)測和分析,以了解城市大氣降塵的時空分布特點,并測算其對土壤系統(tǒng)重金屬累積的影響。在此基礎上,論文通過盆栽實驗的方式,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,并分析了大氣降塵影響蔬菜重金屬含量的可能機制與規(guī)律。主要研究結論如下:(1)2016年3月至2017年2月的采樣監(jiān)測結果表明,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較高。(2)蔬菜中單種重金屬Cd、Cr、Ni和Pb對不同年齡段人群的目標危險系數(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危險系數(shù)(TTHQ)均已超過1,分別為1.149、1.034,表明蔬菜中的重金屬可能會對兒童和中老年人群構成健康威脅。(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)的大氣降塵量波動較大,秋季的降塵量相對較低。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)風險指數(shù)法的評價結果表明,降塵中Cd元素的污染程度較嚴重。(5)通過構建大氣降塵影響土壤重金屬累積的模型進行測算,以重慶市土壤背景值為基礎,假設土壤中重金屬的輸入全部來自大氣降塵,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)境質量標準》(GB15618-1995)中的二級標準。因此,短時間內大氣降塵對重慶市主城區(qū)土壤重金屬含量累積的影響不大。四種元素中,大氣降塵導致的土壤中Cd濃度的增加最快。(6)盆栽實驗中,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的含量均遠高于未施加大氣降塵的對照組,表明大氣降塵可以通過根外營養(yǎng)的方式和