陳 姣，王 冠

上海理工大學(xué)，環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093

環(huán)境磁學(xué)在城市地表灰塵重金屬污染研究中的應(yīng)用

陳 姣，王 冠

上海理工大學(xué)，環(huán)境與建筑學(xué)院，上海 200093

隨著環(huán)境問(wèn)題日漸突出，地表灰塵重金屬污染日益成為研究熱點(diǎn)。單純采用化學(xué)方法監(jiān)測(cè)重金屬污染具有一定局限性，環(huán)境磁學(xué)方法以其簡(jiǎn)便、快捷、經(jīng)濟(jì)且無(wú)害化的特點(diǎn)在城市重金屬污染研究中廣為應(yīng)用。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，綜述環(huán)境磁學(xué)在城市地表灰塵重金屬污染研究中的應(yīng)用與研究進(jìn)展，闡明重金屬的主要來(lái)源，簡(jiǎn)述環(huán)境磁學(xué)的諸多參數(shù)，分析磁學(xué)參數(shù)與重金屬的關(guān)系，并通過(guò)對(duì)比不同的磁學(xué)分析方法，探討環(huán)境磁學(xué)方法在城市地表灰塵重金屬污染研究中存在的問(wèn)題及其發(fā)展趨勢(shì)。

環(huán)境磁學(xué)；地表灰塵；重金屬

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尤其是重金屬污染，目前對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境已造成嚴(yán)重破壞。近幾年霧霾頻發(fā)，大氣顆粒物污染隨之加重，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)大氣顆粒物貢獻(xiàn)率較大的城市地表灰塵的關(guān)注度也逐漸提高。地表灰塵作為重金屬的重要載體之一，國(guó)外早在20世紀(jì)70、80年代便對(duì)地表灰塵重金屬來(lái)源、研究方法、賦存形態(tài)、分布特征等方面進(jìn)行研究[1-4]。研究過(guò)程中大多采用傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法，操作復(fù)雜，難以快速監(jiān)測(cè)出重金屬污染的狀況，樣本量大，測(cè)樣成本極高，易引起二次污染等缺點(diǎn)限制了傳統(tǒng)物理化學(xué)方法在地表灰塵重金屬污染研究中的應(yīng)用[5]。繼而國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)始利用環(huán)境磁學(xué)方法來(lái)監(jiān)測(cè)重金屬污染，該方法首次提出針對(duì)湖泊沉積物，早期研究對(duì)象較多為黃土、湖泊和海洋沉積物。近10年來(lái)，土壤、沉積物、粉塵、植物等研究對(duì)象不斷引入。與傳統(tǒng)物理化學(xué)重金屬污染研究方法相比，環(huán)境磁學(xué)方法具有快速、靈敏、信息大(包括磁性礦物的種類、含量、粒度等)、經(jīng)濟(jì)、對(duì)樣品無(wú)破壞性等顯著優(yōu)點(diǎn)。

目前，利用磁學(xué)方法監(jiān)測(cè)城市環(huán)境污染程度已成為研究熱點(diǎn)之一，在諸多領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[6-8]。但對(duì)于一些污染物長(zhǎng)期積累、磁性礦物來(lái)源復(fù)雜的地區(qū)，磁學(xué)特征與重金屬含量的關(guān)系解釋起來(lái)相對(duì)困難，需結(jié)合具體的環(huán)境背景進(jìn)行分析。已有的研究中，對(duì)于磁學(xué)參數(shù)與重金屬相關(guān)的解釋仍存在疑問(wèn)，如外源輸入的大顆粒磁性礦物對(duì)不同形式存在的重金屬是否都具有吸附作用，磁學(xué)參數(shù)變化的原因與城市地表灰塵重金屬污染程度是否存在必然關(guān)系。因此，本文通過(guò)查找文獻(xiàn)，探討重金屬的主要來(lái)源，磁學(xué)參數(shù)與重金屬的關(guān)系以及相應(yīng)的磁學(xué)分析方法，以期能對(duì)國(guó)內(nèi)城市地表灰塵重金屬污染研究起到一定的參考與借鑒作用。

1 地表灰塵重金屬的主要來(lái)源

城市地表灰塵重金屬來(lái)源復(fù)雜多樣，主要分為自然來(lái)源和人為來(lái)源。通常自然來(lái)源包括大氣的干濕沉降過(guò)程、周邊土壤的再懸浮以及風(fēng)化產(chǎn)物[9]。研究者發(fā)現(xiàn)，地表灰塵中的Mn、V、Ni、Co、Ba等重金屬大多屬于自然來(lái)源[10]。而人為來(lái)源相對(duì)比較復(fù)雜，這也是導(dǎo)致地表灰塵重金屬暴露差異性的重要原因。人為來(lái)源可分為工業(yè)污染、交通污染、城市建設(shè)3個(gè)方面[11]。工業(yè)污染包括鋼鐵廠、電子廠、橡膠等加工廠產(chǎn)生的廢氣。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)株潭市區(qū)地表灰塵中重金屬污染在工業(yè)區(qū)最為突出，灰塵含量較高的Cd、Cu、Zn主要源于有色金屬工業(yè)生產(chǎn)[12]。交通污染主要表現(xiàn)為汽車(chē)尾氣排放、輪胎破舊磨損、路面材料老化、油類材料使用等。長(zhǎng)春市地表灰塵重金屬含量顯著高于研究區(qū)表層土壤中的重金屬含量，發(fā)現(xiàn)Cu、Pb、Zn主要源于汽車(chē)交通污染，其中Cu、Pb主要來(lái)自于含鉛汽油和柴油燃燒所產(chǎn)生的汽車(chē)尾氣，Zn主要來(lái)源于汽車(chē)輪胎磨損所產(chǎn)生的粉塵[13]。昆明市街道灰塵重金屬在工業(yè)區(qū)含量最高，其次為交通區(qū)，其中內(nèi)城重金屬污染源主要來(lái)自于汽車(chē)交通污染，外城來(lái)源于工業(yè)污染[14]。城市建設(shè)主要表現(xiàn)為建筑施工產(chǎn)生的揚(yáng)塵、建筑材料(金屬類和油漆等涂料類)的脫落和腐蝕等。北京街道灰塵重金屬與建筑施工、建筑材料及廢棄物排放有很大關(guān)系[15]。

2 磁學(xué)參數(shù)與重金屬關(guān)系

2.1 主要的磁學(xué)參數(shù)

環(huán)境磁學(xué)主要通過(guò)對(duì)磁性顆粒物載體(如沉積物、土壤、降塵、植物等)中的磁性物質(zhì)進(jìn)行磁性測(cè)量，用磁學(xué)參數(shù)來(lái)反映相應(yīng)的磁學(xué)性質(zhì)，從而可以探討其中磁性物質(zhì)的來(lái)源、含量、粒徑及其空間分布等特征。常用的磁學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1[16]。

表1 常用環(huán)境磁學(xué)參數(shù)

除了單獨(dú)的磁學(xué)參數(shù)外，不同參數(shù)間的比值也能反映不同的磁學(xué)特性。這些磁學(xué)參數(shù)主要是用來(lái)解決磁性礦物組成、含量及粒度特征等方面的問(wèn)題。其中，S比值和居里溫度可用來(lái)表示磁性礦物的組成，磁化率χ、飽和等溫剩磁SIRM、飽和磁化強(qiáng)度MS可用來(lái)表示磁性礦物的含量，而比值SIRM/χlf、ARM/SIRM、χARM/χlf可表示磁性礦物的粒徑特征[17]。

在上述磁參數(shù)中，磁化率χ應(yīng)用最為廣泛。它主要指樣品的感應(yīng)磁化強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度在弱磁場(chǎng)中的比值，反映在外磁場(chǎng)作用下物質(zhì)磁化的能力[18]。頻率磁化率χfd%是另一個(gè)重要參數(shù)，它以低頻磁化率與高頻磁化率的相對(duì)差值來(lái)表示，即(χfd%=(χlf-χhf)/χlf×100%)，χfd%常用來(lái)指示細(xì)小的超順磁礦物顆粒的多少，兩者呈正比關(guān)系[19]。在環(huán)境磁學(xué)研究中，磁化率χ和頻率磁化率χfd%常作為城市污染監(jiān)測(cè)重要的替代指標(biāo)。有學(xué)者對(duì)許昌市路塵磁化率的空間分布特征進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)路塵中磁化率值高，頻率磁化率低，表明路塵中超順磁顆粒含量較少。同時(shí)該路塵磁化率從西北向東南遞減，且在商業(yè)中心、交通環(huán)島和高速公路入口處磁化率出現(xiàn)高出周?chē)貐^(qū)的現(xiàn)象，證明了利用路塵的磁化率特征可以直觀地反映出城市的污染狀況[20]。在不同的背景條件下，其他的磁學(xué)參數(shù)也可作為污染監(jiān)測(cè)的替代指標(biāo)。對(duì)福州市公園灰塵的磁學(xué)參數(shù)綜合分析發(fā)現(xiàn)，χ、χfd%、IRM及其組合參數(shù)、磁滯回線可作為福州市城市污染物監(jiān)測(cè)的重要替代指標(biāo)[21]。西安市地表灰塵樣品的環(huán)境磁學(xué)研究顯示，磁化率χ、χARM、SIRM可作為該地區(qū)污染的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，這些磁學(xué)參數(shù)值均較高，表明樣品中磁性礦物含量較高，其中χ主要受人類活動(dòng)影響,而SIRM、非磁滯磁化率(χARM)則受到人為活動(dòng)和磁性礦物種類的共同影響。由上可知，綜合磁性礦物的含量、種類和粒徑可辨別污染及污染來(lái)源，并可對(duì)污染來(lái)源進(jìn)行初步劃分[22]。

2.2 磁學(xué)參數(shù)與重金屬相關(guān)關(guān)系

目前，環(huán)境磁學(xué)在土壤、沉積物、大氣和水環(huán)境重金屬污染研究中的應(yīng)用較多，而地表灰塵作為來(lái)源復(fù)雜的各種污染物復(fù)合體，其與大氣污染和水環(huán)境污染密切相關(guān)。動(dòng)力條件下，地表灰塵和大氣顆粒物會(huì)互相轉(zhuǎn)化；降雨作用下，地表灰塵中所含的重金屬污染物會(huì)在徑流的作用下對(duì)城市水環(huán)境造成間接污染。因此，更多學(xué)者開(kāi)始將環(huán)境磁學(xué)應(yīng)用于地表灰塵重金屬的污染研究中，并得知地表灰塵重金屬污染和磁學(xué)參數(shù)之間存在密切的關(guān)系。實(shí)際上，目前這些研究主要是建立在磁性礦物與重金屬具有相同來(lái)源的基礎(chǔ)上，在參數(shù)的選取上多以磁化率χ、飽和等溫剩磁SIRM作為重金屬污染的代用指標(biāo)[23]。一些研究結(jié)果顯示，并不是所有的磁學(xué)參數(shù)均與重金屬含量之間存在很好的相關(guān)性，不同的磁學(xué)參數(shù)與重金屬之間的關(guān)系存在差異性。王學(xué)松等[24]探討了徐州市表層土壤重金屬元素與磁學(xué)參數(shù)χ、χfd、SIRM、χARM的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)χ與重金屬Fe、Se、Mo呈明顯的正相關(guān)關(guān)系，而與As、Sb、Ni相關(guān)性很差；SIRM與Cu、Pb、Li存在顯著相關(guān)，而Se、Mo、Cu與χARM的相關(guān)系數(shù)卻顯著大于SIRM。當(dāng)然，并非磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量之間存在的相關(guān)性均是正相關(guān)，王博等[25]在蘭州市表層土壤研究中發(fā)現(xiàn)，磁參數(shù)χlf、SOFT、SIRM、ARM與Pb、Zn、Fe、As、Cu、Cr、Ni均存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，而χfd%、ARM/SIRM、χARM/χ與這些重金屬含量之間卻多呈負(fù)相關(guān)。

從重金屬元素的角度總結(jié)眾多磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，χ與Cu、Zn、Pb等重金屬含量顯著相關(guān)；χfd主要與Mn、Li、Fe、Al、V、Co、Ti等金屬含量高度相關(guān)，他們均來(lái)自土壤母質(zhì)；χARM、SIRM、SOFT則主要與交通污染釋放的金屬元素相關(guān)，與As、Hg、Sb等燃煤釋放的金屬元素相關(guān)性較差。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量之間的關(guān)系非常復(fù)雜，在不同的規(guī)模、不同工業(yè)性質(zhì)和氣象條件下的城市，其磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量的關(guān)系會(huì)存在差異，這導(dǎo)致了通過(guò)測(cè)定磁學(xué)參數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)重金屬污染的局限性，故如何快速判斷并挑選出最適合的磁學(xué)參數(shù)作為重金屬污染的替代指標(biāo)顯得尤為重要，這還需進(jìn)一步探討。

3 重金屬污染的磁學(xué)分析方法

3.1 主成分分析

當(dāng)用磁學(xué)方法估測(cè)地表灰塵重金屬污染狀況時(shí)，會(huì)出現(xiàn)眾多磁學(xué)參數(shù)指標(biāo)，如何篩選出具有代表性的磁學(xué)參數(shù)指標(biāo)成為探討磁學(xué)參數(shù)與重金屬內(nèi)在關(guān)系的關(guān)鍵所在。在磁學(xué)領(lǐng)域中，通常利用主成分分析對(duì)不同的指標(biāo)進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)，該方法將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到相關(guān)矩陣，矩陣變換后，再將標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的主成分，整個(gè)結(jié)果通過(guò)一維、二維或三維平面坐標(biāo)圖標(biāo)示，從而可以直觀地觀察出不同磁學(xué)參數(shù)與重金屬相關(guān)關(guān)系。在蘭州街道灰塵的研究中，WANG G等[26]通過(guò)主成分分析發(fā)現(xiàn)，磁學(xué)參數(shù)指標(biāo)χlf、SIRM、SOFT、HIRM、S-300與As、Ba、Mn、Cu、Pb等金屬在第1主成分中有較高表現(xiàn)，表明了這些磁學(xué)參數(shù)表征的磁性礦物與這些重金屬相互伴隨產(chǎn)生，主導(dǎo)了街道降塵的磁性，同時(shí)得出重金屬主要來(lái)源于人類活動(dòng)的結(jié)論。ZHU Z M等[27]利用主成分分析研究了貴陽(yáng)市電子廢棄廠室內(nèi)灰塵，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于χ，磁參數(shù)SIRM與重金屬呈現(xiàn)出更為明顯的相關(guān)關(guān)系，所以可以采用SIRM作為該地區(qū)重金屬污染的代用指標(biāo)。

為進(jìn)一步確定磁學(xué)參數(shù)與重金屬的定量關(guān)系，有學(xué)者通過(guò)主成分分析方法構(gòu)造線性回歸模型，快速測(cè)量出污染程度和范圍。在上海崇明島沉積物重金屬的研究中，呂達(dá)等[28]以χARM/SIRM作為自變量建立了Cu的線性回歸模型，只要依據(jù)磁測(cè)的結(jié)果，就可以根據(jù)回歸模型評(píng)估崇明島Cu的污染狀況。王博等[29]在研究蘭州表層土壤磁學(xué)參數(shù)與重金屬關(guān)系時(shí)，通過(guò)對(duì)污染負(fù)荷指數(shù)、內(nèi)梅羅指數(shù)、χlf、χfd%和χARM/SIRM的回歸分析，建立環(huán)境磁學(xué)參數(shù)評(píng)價(jià)重金屬污染的初步定量模型，發(fā)現(xiàn)用此模型對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行定量分析并不可靠，只能推斷其相應(yīng)的磁化率閾。說(shuō)明在不同的污染區(qū)域，僅靠主成分分析和建立回歸模型定量分析磁學(xué)參數(shù)與重金屬關(guān)系遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

3.2 聚類分析

聚類分析方法與磁學(xué)方法結(jié)合起來(lái)能夠定量劃分不同的污染區(qū)，并能起到有效的溯源作用。與主成分分析方法不同，聚類分析是直接比較樣品之間的性質(zhì)，將性質(zhì)相近的歸為一類，將性質(zhì)差別較大的歸入不同的類。該方法主要是將樣品中所含的元素(重金屬含量和磁學(xué)參數(shù)指標(biāo))進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后通過(guò)計(jì)算不同數(shù)據(jù)間的距離大小判斷其親疏關(guān)系，相關(guān)性與距離大小成反比，距離越近，相關(guān)性越高，最后會(huì)利用不同的歸類方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行不同的分類。分到同一類的重金屬和磁學(xué)參數(shù)指標(biāo)則會(huì)呈現(xiàn)出極大的相關(guān)性，他們必然是受相同污染源的影響。ZHANG C X等[30]對(duì)婁底市地表灰塵進(jìn)行研究，通過(guò)聚類分析將3種磁參數(shù)(χ、SIRM、χARM/χ)和多種重金屬分成兩大類，即自然來(lái)源和人類活動(dòng)來(lái)源，并發(fā)現(xiàn)同一類中的地表灰塵所含的磁性礦物與重金屬具有相同的來(lái)源。有學(xué)者在研究北京土壤垂向剖面重金屬污染時(shí)，利用模糊聚類分析分辨出土壤上部污染物堆積層和下部未污染土壤背景的兩種不同特征段，這主要是由于上下部樣品的磁性礦物含量、種類及重金屬含量的差異造成的[31]。

3.3 因子分析

因子分析方法是主成分分析方法的延伸，通常也多用于多指標(biāo)問(wèn)題的研究。與主成分分析相比，該方法應(yīng)用于重金屬磁學(xué)診斷研究時(shí)，是將磁學(xué)方法與重金屬含量在總體上進(jìn)行比較，而主成分分析主要是將多個(gè)指標(biāo)化為少數(shù)指標(biāo)，當(dāng)需要尋找潛在的因子，并對(duì)這些因子進(jìn)行解釋時(shí)，會(huì)更加傾向使用因子分析。因此，因子分析法既可以簡(jiǎn)化指標(biāo)，又可以反映污染程度和類別，找出優(yōu)先控制指標(biāo)。楊蘋(píng)果等[32]在研究山西煤焦工廠土壤磁化率和重金屬含量空間變異性時(shí)，對(duì)磁學(xué)參數(shù)和重金屬的原數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析后，繼續(xù)進(jìn)行因子分析發(fā)現(xiàn)，第一主因子主要代表磁化率性狀，它對(duì)各變量的方差貢獻(xiàn)較大，Cu、Zn在第二因子上有較高正載荷，Mn在第三主因子上具有較高的正載荷，故得出主因子1變量中的土壤磁化率可代表土壤中磁性礦物的含量，受土壤母質(zhì)影響的結(jié)論。王學(xué)松等[33]對(duì)5種磁學(xué)參數(shù)和30種元素進(jìn)行因子分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e、Cd、Ba、Ni等元素在因子1、因子2中均占有一定的負(fù)荷，表明表層土壤中這些元素來(lái)源比較復(fù)雜。

在重金屬污染研究方面，以上3種方法屬于應(yīng)用較為廣泛的多元統(tǒng)計(jì)方法。近幾年除了探討重金屬含量與磁化率相關(guān)關(guān)系外，研究學(xué)者們開(kāi)始探討重金屬與富集因子、內(nèi)梅羅指數(shù)、Tomlinson污染負(fù)荷指數(shù)的相關(guān)關(guān)系。學(xué)者們通常將這些方法得出的結(jié)果與磁化率結(jié)合起來(lái)，綜合評(píng)判重金屬的污染情況。有學(xué)者對(duì)上海寶山區(qū)土壤樣芯進(jìn)行磁性測(cè)量與重金屬含量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)重金屬含量與磁化率、富集因子、Tomlinson污染負(fù)荷指數(shù)等數(shù)值顯著相關(guān)，磁性礦物含量與樣芯深度成反比，且與重金屬污染密切相關(guān)。綜合分析得知，磁性測(cè)量可用來(lái)快速、經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測(cè)研究區(qū)域的重金屬污染狀況[34]。宣威街道灰塵研究中利用暴露風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)重金屬進(jìn)行健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)重金屬的致癌風(fēng)險(xiǎn)與重金屬的含量、磁化率在采樣點(diǎn)的分布情況呈現(xiàn)出相似的空間變化趨勢(shì)[35]。目前，應(yīng)用較多的仍是將傳統(tǒng)的化學(xué)方法與磁學(xué)分析手段相結(jié)合，同時(shí)采用相應(yīng)的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，這能夠更加簡(jiǎn)便、快捷的識(shí)別出地表灰塵重金屬來(lái)源和進(jìn)一步了解重金屬污染特征，對(duì)研究該區(qū)域的污染狀況起到了良好的指示作用。

4 問(wèn)題與展望

目前，人們熱衷于應(yīng)用環(huán)境磁學(xué)方法來(lái)研究城市地表灰塵重金屬污染狀況。近幾年重金屬污染研究由以往的單純實(shí)驗(yàn)研究，逐漸發(fā)展成為多元化研究，如今較多采用一些典型的數(shù)據(jù)分析方法和建立相關(guān)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析。相對(duì)而言，環(huán)境磁學(xué)用于重金屬的研究，同樣也從最開(kāi)始單一的相關(guān)性分析，逐漸發(fā)展成現(xiàn)如今的多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析手段。雖然磁學(xué)方法相對(duì)于化學(xué)方法而言，具有方便、快速、經(jīng)濟(jì)、無(wú)害化等優(yōu)點(diǎn)，但就目前學(xué)者們的研究進(jìn)展而言，仍存在一些問(wèn)題需進(jìn)一步研究與探討。

就城市地表灰塵研究本身而言，因其來(lái)源復(fù)雜，在環(huán)境中的停留時(shí)間很短，所以，地表灰塵中的重金屬污染物只能代表短期內(nèi)的污染狀況，且外在因素對(duì)地表灰塵的停留時(shí)間也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，如天氣晴朗的時(shí)間長(zhǎng)短、人工清掃、風(fēng)力大小以及降雨沖刷等作用。不同的停留時(shí)間可能會(huì)累積不同含量的環(huán)境物質(zhì)，所以從一定程度上間接影響了地表灰塵中的磁性物質(zhì)。同時(shí)磁性礦物的粒徑大小、磁性礦物的成分，甚至人類活動(dòng)均會(huì)對(duì)磁學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響。磁學(xué)參數(shù)與重金屬存在一定關(guān)系，但不同的背景環(huán)境下磁學(xué)參數(shù)對(duì)重金屬的敏感程度有所差異，如何正確的闡釋磁學(xué)參數(shù)變化的原因，對(duì)利用磁學(xué)參數(shù)指示城市地表灰塵中重金屬污染程度很有必要。目前，有研究探討過(guò)季節(jié)變化對(duì)地表灰塵重金屬含量的影響程度，但對(duì)日變化的影響探討很少，是否可以利用每日的空氣污染指數(shù)間接判斷地表灰塵的污染程度，空氣污染指數(shù)是否與地表灰塵中的重金屬含量存在某種關(guān)系，這還需進(jìn)一步研究。此外，關(guān)于地表灰塵重金屬不同的賦存形態(tài)對(duì)磁性的影響程度大小的研究甚少，今后可多開(kāi)展這方面的研究工作。

就環(huán)境磁學(xué)方法而言，可以看出在磁學(xué)參數(shù)方面，它已經(jīng)從單一的磁化率擴(kuò)展到多種磁學(xué)參數(shù)的研究，新的研究分析方法開(kāi)始不斷加入，同時(shí)較多探討磁學(xué)參數(shù)與重金屬含量的相關(guān)性分析。目前，環(huán)境磁學(xué)方法較多應(yīng)用于土壤、沉積物、大氣等方面，擴(kuò)大其研究區(qū)域和研究對(duì)象，是環(huán)境磁學(xué)未來(lái)的研究趨勢(shì)之一。同時(shí)磁學(xué)參數(shù)相對(duì)較多，不同地區(qū)不同的磁學(xué)參數(shù)與重金屬的相關(guān)性具有一定的差異，如何找出重金屬污染程度的磁學(xué)代用指標(biāo)相對(duì)困難，需要開(kāi)展更深入的磁性機(jī)理研究，探討出簡(jiǎn)單有效的新磁學(xué)參數(shù)和磁學(xué)參數(shù)組合。另外，還需進(jìn)一步利用磁學(xué)方法溯源，結(jié)合其他的研究手段和數(shù)據(jù)處理方法，探討不同污染來(lái)源的磁學(xué)特征，以期能夠?qū)Τ鞘械乇砘覊m重金屬的污染研究提供參考。

[1] MASSADEH A M,SNOOK R D.Determination of Pb and Cd in road dusts over the period in which Pb was removed from petrol in the UK[J].Journal of Environmental Monitoring:JEM,2002,4(4):567-572.

[2] ACOSTA J A,FAZ A,KALBITZ K,et al.Partitioning of heavy metals over different chemical fraction in street dust of Murcia (Spain) as a basis for risk assessment[J].Journal of Geochemical Exploration,2014,144(Part B):298-305.

[3] El-HASAN T M,BATARSEH M I,Al-OMARI H S M,et al.The distribution of heavy metals in urban street dusts of karak city,jordan[J].Soil & Sediment Contamination,2006,15:357-365.

[4] SUTHERLAND R A,TACK F M G,ZIEGLER A D,et al.Metal extraction form road-deposited sediments using nine partial decomposition procedures[J].Applied Geochemistry,2004,19:974-955.

[5] 常靜,劉敏,侯立軍,等.城市地表灰塵的概念、污染特征與環(huán)境效應(yīng)[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2007,18(5):1 153-1 158.

[7] 王博,夏敦勝,余曄,等.環(huán)境磁學(xué)在監(jiān)測(cè)城市河流積物污染中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(9):1 979-1 991.

[8] 王學(xué)松,秦勇.徐州鋼鐵廠附近土壤中重金屬及硫的垂向分布特征與磁學(xué)響應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2005,25(12):1 669-1 675.

[9] HAN Y M,DU P X,CAO J J,et al.Multivariate analysis of heavy metal contamination in urban dusts of Xi’an,Central China[J].The Science of the Total Environment,2006,355(1/3):176-186.

[10] MEZA-FIGUEROA D,O-VILLANUEVA M D,PARRA M L D.Heavy metal distribution in dust from elementary schools in Hermosillo,Sonora,México[J].Atmospheric Environment,2007,41(2):276-288.

[11] HARRISON R M,TILLING R,ROMERO M S C,et al.A study of trace metals and polycyclic aromatic hydrocarbons in the roadside environment[J].Atmospheric Environment,2003,37(17):2 391-2 402.

[12] 龍永珍,鄒海洋,戴塔根.長(zhǎng)株潭市區(qū)近地表灰塵中重金屬分布污染研究[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2010,41(4):1 633-1 638.

[13] 楊忠平,盧文喜,劉新榮,等.長(zhǎng)春市城市近地表灰塵重金屬污染來(lái)源解析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2010,24(12):155-160.

[14] 梁濤,史正濤,吳楓,等.昆明市街道灰塵重金屬污染及潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].熱帶地理,2011,31(2):164-170.

[15] LIU C H,CEN K.Chemical composition and possible sources of elements in street dusts in Beijing[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2007,27(7):1 181-1 188.

[16] Evans M E,Heller F.Environmental magnetism-principles and applications of environmag-netics[M].USA:Academic Press,2003:20-21.

[17] 王冠.蘭州市街道塵埃磁性特征研究[D].蘭州:蘭州大學(xué),2008:14-17.

[18] 滕飛,葉瑋,朱麗東.風(fēng)塵沉積的磁學(xué)參數(shù)與環(huán)境意義[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2012,26(5):52-58.

[19] 王金海,孟軍海,霍成勝,等.環(huán)境磁學(xué)參數(shù)簡(jiǎn)介[J].工程地球物理學(xué)報(bào),2012,9(4):423-427.

[20] 閆慧,吳國(guó)璽,李京忠,等.許昌市路塵磁化率空間分布特征及其污染指示意義[J].熱帶地理,2013,33(2):219-223.

[21] 郭利成,陳秀玲,賈麗敏.福州市公園灰塵磁學(xué)特征及其環(huán)境意義[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2013,33(5):775-785.

[22] 李鵬,強(qiáng)小科,徐新文,等.西安市道路灰塵磁學(xué)特征及其對(duì)環(huán)境的響應(yīng)[J].地球物理學(xué)報(bào),2010,53(1):156-163.

[23] 孔維翰,李永化.簡(jiǎn)述磁學(xué)參數(shù)在城市土壤重金屬污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].科技視界,2013,19:84-86.

[24] 王學(xué)松,秦勇.徐州城市表層土壤中金屬元素的磁學(xué)響應(yīng)[J].科技導(dǎo)報(bào)(北京),2006,24(5):39-43.

[25] 王博,夏敦勝,余曄,等.蘭州城市表層土壤重金屬污染的環(huán)境磁學(xué)記錄[J].科學(xué)通報(bào),2012,57(32):3 078-3 089.

[26] WANG G,OLDFIELD F,XIA D S,et al.Magnetic properties and correlation with heavy metals in urban street dust:a case study from the city of Lanzhou,China[J].Atmospheric Environment,2012,46:289-298.

[27] ZHU Z M,HAN Z X,BI X Y,et al.The relationship between magnetic parameters and heavy in e-waste recycling impacted area,Southeast China[J].Science of the Total Environment,2012,433:302-308.

[28] 呂達(dá),鄭祥民,周立旻,等.上海崇明島沉積物重金屬污染的磁學(xué)研究[J].海洋環(huán)境科學(xué),2009,28(2):159-163.

[29] 王博,夏敦勝,余曄,等.蘭州城市表層土壤重金屬污染的環(huán)境磁學(xué)記錄[J].科技通報(bào),2012,57(32):3 078-3 089.

[30] ZHANG C X,QIAO Q Q,APPEL E,et al.Discriminating sources of anthropogenic heavy metals in urban street dusts using magnetic and chemical methods[J].Journal of Geochemical Exploration,2012,119:60-75.

[31] 沈明潔,胡守云,BLAHA U,等.北京東郊722土壤垂向剖面重金屬污染的磁學(xué)響應(yīng)及其統(tǒng)計(jì)意義[J].地球科學(xué),2006,31(3):399-404.

[32] 楊萍果,楊苗,張桂杰,等.山西臨汾煤焦鐵鑄工廠周邊土壤磁化率和有效態(tài)微量重金屬含量的空間變異性[J].地球環(huán)境學(xué)報(bào),2013,4(1):1 215-1 221.

[33] 王學(xué)松,孫成,秦勇,等.徐州市表層土壤中金屬、S、Br等元素與磁學(xué)參數(shù)的多元統(tǒng)計(jì)解析[J].科技導(dǎo)報(bào)(北京),2008,26(4):60-65.

[34] 王冠.上海工業(yè)區(qū)表土重金屬污染的磁學(xué)診斷[C]∥地理學(xué)核心問(wèn)題與主線-中國(guó)地理學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)年會(huì)暨中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所建所五十年慶典論文摘要集.北京:中國(guó)科學(xué)院出版社，2011:60-61.

[35] 張文超,呂森林,劉丁彧,等.宣威街道塵中重金屬的分布特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué),2015,36(5):1 810-1 817.

Environmental Magnetism Used in Heavy Metal Pollution in the Street Dust Study

CHEN Jiao，WANG Guan

Department of Environment and Architecture, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China

Since the environmental problem is more and more prominent, it has become a hot issue to research heavy metal pollution in the street dust. There are some certain limitations to monitor the heavy metal pollution simply by chemical method. With the characteristics of simple, rapid, low-cost and non-destructive, environmental magnetic method is widely used in the urban metal pollution research. Through numbers of literature researches, it mainly presented an overview of the application and research development of environmental magnetic method in the heavy metal pollution in urban street dust study. Then it illustrated the main source of heavy metal, briefly described the various parameters of environmental magnetism, and analyzed the relationship between these parameters and heavy metals. Finally, through the comparison of different magnetism analysis method, it clearly discussed and analyzed the main problems and development trend of heavy metal pollution in the street dust by using environmental magnetism.

environmental magnetism;street dust;heavy metal

2015-06-04;

2015-06-24

國(guó)家自然科學(xué)基金(41001331)；上海市自然基金(15ZR1428700)

陳 姣(1991-)，女，安徽安慶人，碩士。

王 冠

X830.2

A

1002-6002(2016)03- 0099- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2016.03.15