【BOB博鱼】大气沉降重金属污染特征及生态风险研究进展

本文摘要：概要：近年来，中国大气环境污染事件时有发生。

概要：近年来，中国大气环境污染事件时有发生。其中大气中重金属因无法被生物降解且具备生物累积性，必要威胁人类身体健康而受到普遍注目。寒带下陷是除去大气中重金属的重要途径。通过搜集大气寒带降尘样品，对其展开重金属含量和形态检测，分析大气中重金属污染特征和时空产于，可以解析研究区内大气下陷中重金属的来源和环境效应。

研究指出，比起其他国家，中国大部分城市大气下陷重金属含量偏高。能源自燃、交通运输、金属冶金等生产生活活动是大气下陷重金属的主要来源。

大气降尘中重金属含量随季节和区域的变化显著。该文总结总结了近年来国内外大气寒带下陷的研究成果，还包括Cd、Pb、Zn、Cu、Cr、Hg和Ni等重金属的来源、污染产于特征、化学形态及其生态风险评价，并回应研究领域明确提出了未来发展。对大气污染防治规划和综合污染防治具备最重要的指导意义。

大气下陷（atmospheric deposition）是指人类活动废气的粉尘和地表风力带上起地表颗粒大自然下陷到地面，或随着雨、雪、雾或雹等降水形式间接下陷到地面上的现象，其分成腊下陷和滑下陷。大气下陷物具备显著的地域性，需要体现该地区大气的污染状况。

重金属是大气下陷污染物的最重要成分之一，可通过呼吸系统直接影响人类身体健康，同时重金属具备不能水解性，在下陷后不会长久积累，对土壤、植物和水体等导致二次污染，并通过食物链危害人体身体健康。国外对大气下陷重金属污染的研究始自20世纪七八十年代，20世纪末超过了顶峰，其研究对象主要有湖泊区、海岸区、重金属矿区以及偏远的山区及海域。我国对大气下陷重金属污染的研究比较较早，始自20世纪末。

目前主要针对一些大中型城市的大气降尘时空产于、特征及来源展开系统分析研究。比起美国和欧洲国家，我国大部分城市大气下陷重金属含量偏高。

大气中的重金属主要源于能源自燃、交通运输、金属冶金等生产生活活动，通过腊、滑下陷转入土壤和水体。影响大气下陷量和下陷速率的因素主要有废气源、距离废气源的距离及取样点的气象条件（流行风向、风频率等）等。近年来，大量研究指出大气下陷是农田生态系统轻金属元素的最重要来源。通过搜集寒带降尘可展开重金属含量分析，辨别研究区大气中重金属污染特征，并解析颗粒粒子中重金属的来源。

本文阐述了近年来大气降尘轻金属元素污染来源、下陷通量、污染产于特征及生态风险研究，为大气下陷重金属污染综合评价和预防获取基础承托。2 大气下陷重金属污染来源及分析方法2.1 大气下陷重金属污染来源分析方法污染物来源分析的数学模型分成蔓延模型（以污染源为对象）和受体模型（以污染区域为对象）。其中，大气污染物来源分析研究主要使用的是受体模型，主要有显微镜法和化学法。显微镜法是通过显微镜仔细观察单个颗粒物粒子的大小、形状、颜色、表面特性等物理特征，融合污染源的标志性矿物构成及颗粒物形貌来判断其来源。

检测方法非常简单，但必须创建可观的显微镜表格，因此分析时间较长。此外，显微镜分析费用便宜、对在颗粒物中占据相当大比例的无定性有机成分不脆弱，且在观测粒子密度和体积时误差较小，所以运用较较少。近年来，化学法研究获得较小进展，明确提出了化学质量均衡法（CMB）、主成分分析法（PCA）、富含因子法（EF）、因子分析法（FA）和多元线性重返（MLR）等。

化学质量均衡法（CMB）是美国环保局引荐的污染物源解析方法，通过对废气源展开分类，自由选择适合的化学质量均衡法模型，创建各废气源与环境质量之间的输出号召关系，定量的评价出有各污染源的贡献率。卢美娇等运用化学质量均衡法分析了长春市大气下陷中重金属来源找到Al主要来自土壤风沙尘；Pb、Zn来自机动车尾气尘。富含因子是用作定量评价污染程度与污染来源的最重要指标，通过样品中元素的实测值与背景质量分数展开对比来辨别表生环境介质中元素的人为影响状况，研究中多以Fe和Ti作为参比。

化学法非常简单不易操作者，且评价结果具备可比性，在国内外获得普遍的应用于。此外，对大气重金属污染来源的研究还有元素同位素示踪技术，如Pb。自然界中Pb有4种平稳同位素208Pb、207Pb、206Pb和204Pb。由于Pb同位素分子的质量大，有所不同同位素分子之间比较质量差小，在自然环境和工业应用于中不产生同位素蒸馏。

有所不同来源的Pb同位素的构成不存在差异，通过测量4种平稳同位素的比率来辨别Pb的来源。Wong等找到Pb的同位素金属量比206Pb/207Pb1.14~1.18、1.14~1.22、1.06~1.08，解释重金属Pb分别来自燃煤飞灰、工业生产和含铅汽油。2.2 大气下陷重金属来源解析研究重金属是地质的天然成分，普遍产于于土壤基质中，因此，大气中金属的主要来自地质（土壤）来源或人类活动。

近年来，更加多的学者对国内外各城市或郊区大气降尘中重金属污染及其来源进行研究，表格3列出了部分学者的研究成果。由表格3可以显现出，大气中重金属的人为来源众多，主要有燃料自燃、工业生产、交通运输、矿业冶金和土壤扬尘。杨丽萍等对兰州市大气降尘污染物来源研究找到，燃煤、风沙扬尘、汽车尾气和建材为主要来源，贡献率大小依序为41.04%、22.97%、18.67%和12.84%。

此外，大气下陷重金属的影响因素还有人口密集度、远源运送、垃圾焚烧和木材、秸秆自燃等。其中重金属Pb、Zn和Cu主要来自燃煤燃油、工业生产、交通工具零件的磨损和尾气的废气；Ni和Cr主要来自燃煤。

Hg污染主要来自燃料的自燃、矿业和废物烧毁。中国是一个燃煤大国，完全67%的能源供应来自燃煤。Streets等研究指出，中国大气中38%的重金属Hg来自燃煤，随着工业化的发展，燃煤量剧增1999年中国重金属Hg的燃煤排放量减少了202t。大气下陷重金属污染的另一个最重要来源是交通工具，综合各学者的研究找到，主要来自以下5个方面：（1）尾气必要废气；（2）富含汽车尾气的灰尘的二次扬尘；（3）含Pb、Mn燃料添加剂；（4）含Zn和Cd的润滑剂添加剂；（5）车轮和刹车系统的磨损。

Mn和Al主要来自土壤扬尘。4 大气下陷对作物的影响大气下陷重金属污染对植物体的影响主要有2种途径：一是通过下陷到植物体茎叶表面，必要被吸取转入植物体内；二是通过污染植物体周围的土壤和水体，被根系吸取而转入植物体内。近年来，大量学者的研究指出，大气下陷是植物重金属污染的最重要来源。

De Temmerman等对胡萝卜和根芹菜2种根茎类蔬菜的叶和储藏器官中的As、Cd和Pb的浓度检测研究，找到储藏器官中的重金属As和Cd含量与大气下陷中的重金属具备很好的相关性。刘绍德等在西南农业大学的盆栽玻璃网室内对蔬菜四季豆、辣椒和莴苣等的六根、茎、叶、果和种子中的重金属研究找到，蔬菜体内的重金属Hg70.4%~90.7%来自大气下陷。

程珂等通过研究天津城郊叶菜类蔬菜（油菜、芹菜、大白菜、生菜、葱）中重金属的含量对比自然界普遍不存在且沉淀态的很低的重金属Ti的浓度，找到在葱、油菜、大白菜中，重金属As、Pb、Cr与Ti含量皆呈现出较显著的线性关系，解释当地蔬菜中As、Pb、Cr等重金属主要来自于大气下陷和土壤扬尘。冯金飞等对沪宁高速公路旁的水稻的叶、秸秆和稻米中的重金属含量展开调查研究，并通过同位素跟踪找到，稻米中46%的Pb和41%的Cd来自大气下陷。

章明奎等对铅锌矿区附近培育的大白菜的研究指出，大气下陷是大白菜地上Cd、Pb、Hg等重金属的主要来源，土奎试验中室外条件下生长的大白菜地上部分轻金属元素Cd、Pb、Hg、Zn和Cu的含量比覆膜条件下平均值低152.63%、129.52%、90.64%、10.01%和0.44%。5 未来发展大气寒带下陷重金属污染对人体和环境的影响不容忽视，目前，已对大气下陷重金属污染的检测、来源辨识、污染特征、化学形态、迁入与转化成及其生物有效性方面积极开展了一些研究，也获得了一定的成果，为以后的研究垫下坚实基础，但依然不存在以下问题必须深入研究。

（1）仍未构成标准的检测方法及标准，有利于有所不同研究结果的较为和统合。在我国对大气寒带下陷重金属污染的关注度还过于低，国家法律标准仅限于部分行业废气标准（如金属冶金工业和火电厂）和2000年施行的空气质量标准。检测的设备和方法各异，检测结果差异性较小，不利用综合统合和评价。

（2）大气下陷重金属在环境中的迁入和转化成及其在动植物和人体中的富含，对生物有机体的生理生态的影响研究较较少，特别是在是大气下陷重金属的生态毒理等方面的研究尚待强化。（3）建立健全的网络化监测系统，从整体和系统的角度研究大气降尘的物质循环。

目前，对大气降尘的研究各部分比较独立国家，缺少系统的网络化监测。大气下陷与环境因子之间是一个相互影响、相互作用的简单对系统关系，因此大气下陷的时空变异与环境因子的时空关系也是一个简单的多尺度过程，必须对其展开时空系统上的研究。

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