楊宗霖,李章平
(1.西南大學(xué)附屬中學(xué),重慶 400715;2.西南大學(xué)圖書館,重慶 400716)
重慶主城街道灰塵及其浸提物中氮、磷和有機(jī)物的分布特征分析
楊宗霖1,李章平2
(1.西南大學(xué)附屬中學(xué),重慶 400715;2.西南大學(xué)圖書館,重慶 400716)
在重慶市主城區(qū)工業(yè)、商貿(mào)、交通、文教、居民、旅游、農(nóng)業(yè)等7個(gè)功能節(jié)點(diǎn),采集了40個(gè)街道灰塵樣品中,分析了其氮、磷、有機(jī)物含量及其粒徑分配,并通過(guò)純水浸提與酸雨浸提,評(píng)估了街道灰塵中氮、磷和溶解有機(jī)物的溶出風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明,重慶市主城區(qū)街道灰塵中氮、磷、有機(jī)物含量分別為1.28 g/kg、1.69 g/kg和46.98 g/kg,并均呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間變異,表現(xiàn)為旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)。氮、磷、有機(jī)物大多數(shù)分配在0~0.25 mm粒級(jí)中,其中以氮分配最多,其分配比例大小順序?yàn)楣I(yè)點(diǎn)>居民點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>交通點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)。氮、磷和溶解有機(jī)物的酸雨浸提量均高于純水浸提量,以浸提率為考察指標(biāo),各節(jié)點(diǎn)的溶出風(fēng)險(xiǎn)依次為農(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)。
街道灰塵;氮;磷;有機(jī)物;風(fēng)險(xiǎn)
針對(duì)城市街道灰塵的研究至今已有30多年的歷史,但大多數(shù)研究的關(guān)注點(diǎn)集中在灰塵重金屬、持久性有機(jī)污染物,而較少涉及易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化的氮、磷、有機(jī)物[1-2]。作為我國(guó)西南重鎮(zhèn)的重慶市,在城鄉(xiāng)統(tǒng)籌與城市化建設(shè)的浪潮中,城市建設(shè)突飛猛進(jìn),隨之而來(lái)的街道不透水地面迅速增加,灰塵導(dǎo)致的城市地表徑流風(fēng)險(xiǎn)驟增,對(duì)三峽水庫(kù)水質(zhì)構(gòu)成了極大的潛在威脅。國(guó)內(nèi)相繼有成都[3-6]、邯鄲[7]、重慶[8-11]、上海[12-15]、烏魯木齊[13]、杭州[16]、保定[17]、蕪湖[18]、合肥[19]等城市開(kāi)展了街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的研究。街道灰塵是城市生態(tài)環(huán)境的重要細(xì)胞之一,其中氮、磷、有機(jī)物等是城市地表徑流的主要污染物,調(diào)查街道灰塵中氮、磷、有機(jī)物的含量水平及其影響因素,是控制城市地表徑流的主要措施之一。本文根據(jù)城市不同土地利用類型,將重慶市主城9區(qū)按照首要功能劃分為工業(yè)、商貿(mào)、交通、文教、居民、旅游、農(nóng)業(yè)等7個(gè)功能節(jié)點(diǎn),分別采集街道灰塵樣品,研究街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的空間分布格局,并通過(guò)浸提試驗(yàn)探討其溶出風(fēng)險(xiǎn),為制定城市街道灰塵與地表徑流污染控制提供科學(xué)依據(jù)。
1.1 樣品采集
按工業(yè)、商貿(mào)、交通、文教、居民、旅游、農(nóng)業(yè)等7個(gè)功能點(diǎn)位,在重慶市主城區(qū)二環(huán)線以內(nèi)40個(gè)城市節(jié)點(diǎn)(見(jiàn)表1),在至少連晴3d后的無(wú)風(fēng)下午,選取街道兩旁不透水路面邊緣3~5 m處,每處5~10 m2,用細(xì)毛刷和塑料鏟采集500 g左右街道灰塵。在陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干,去雜,分別過(guò)2.0 mm、1.0 mm、0.5 mm、0.25 mm篩。
1.2 浸提處理
取5 g樣品放入離心管中,分別加入30 mL超純水或模擬酸雨,以180 rpm往復(fù)振蕩3 h,以4 000 rpm離心15 min,取上清液,重復(fù)2次,混合均勻,分別作為純水浸提樣和酸雨浸提樣。
1.3 樣品測(cè)試
氮采用半微量凱式法測(cè)定,磷采用鉬銻抗分光光度法,有機(jī)物、溶解有機(jī)物采用重鉻酸鉀氧化法[20]。
表1 重慶市主城區(qū)街道灰塵采樣點(diǎn)布設(shè)
2.1 重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的污染特征
2.1.1 街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的空間分布差異
統(tǒng)計(jì)分析重慶市主城區(qū)40個(gè)街道灰塵的氮、磷、有機(jī)物含量(見(jiàn)表2),發(fā)現(xiàn)重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物含量有較大的差異,其平均值分別為1.28 g/kg、1.69 g/kg和46.98 g/kg,變化范圍分別為0.34~6.49 g/kg、0.83~4.15 g/kg、10.43~119.60 g/kg。與全國(guó)其他城市比較,重慶市街道灰塵的氮低于保定、蕪湖、合肥,而高于上海與烏魯木齊;磷低于成都、杭州,而高于上海、保定、蕪湖、合肥等;有機(jī)物則高于其他城市,與成都較為接近。表明西部地區(qū)重慶、成都的街道灰塵有機(jī)物、磷都處于較高水平,潛在風(fēng)險(xiǎn)較大。
表2 重慶及部分城市街道灰塵中氮、磷、有機(jī)物含量的比較
重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的變異系數(shù)分別為83.35%、35.27%和53.63%。根據(jù)變異系數(shù)分級(jí)的參考文獻(xiàn)[21-22],小于等于10%為弱變異,10%~30%為中等變異,大于30%為強(qiáng)變異。因此重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物全部呈現(xiàn)強(qiáng)變異,說(shuō)明其來(lái)源受外界干擾很大,空間變異很強(qiáng),這種強(qiáng)變異很大程度上是交通、工業(yè)、建筑等強(qiáng)烈人為活動(dòng)空間分布不均造成的結(jié)果。
不同功能節(jié)點(diǎn)氮、磷、有機(jī)物的分布基本呈現(xiàn)旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>交通點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)(見(jiàn)圖1),與重慶市2007年結(jié)果較為一致[10-11]。這是因?yàn)槁糜吸c(diǎn)植被豐富,地表擾動(dòng)少,氮、磷、有機(jī)物積累多;商貿(mào)點(diǎn)人員流動(dòng)大,街邊飲食攤點(diǎn)多,生活垃圾排放的氮、磷、有機(jī)物較多[19]。而本次采樣中的工業(yè)點(diǎn)大多為新開(kāi)發(fā)區(qū),地表擾動(dòng)大,氮、磷、有機(jī)物積累少,這與合肥市研究結(jié)果基本一致[19]。
圖1 不同節(jié)點(diǎn)氮、磷、有機(jī)物含量差異Fig.1 The differences of N,P,organic matter content in different functional sites
2.1.2 街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的粒徑效應(yīng)
為了比較各級(jí)粒徑顆粒中氮、磷、有機(jī)物的負(fù)荷大小,首先測(cè)定了0~0.25 mm、0.25~0.5 mm、0.5~1.0 mm、1.0~2.0 mm等4種粒徑的氮、磷、有機(jī)物,然后按下式各粒徑顆粒對(duì)氮、磷、有機(jī)物賦存量的分配比例(即貢獻(xiàn)率)公式,即:
分配比例=(某粒徑的質(zhì)量比×該粒徑的營(yíng)養(yǎng)物含量)/∑(某粒徑的質(zhì)量比×該粒徑的營(yíng)養(yǎng)物含量)×100
(1)
由此計(jì)算各功能節(jié)點(diǎn)街道灰塵的氮、磷、有機(jī)物賦存量分配比例(見(jiàn)表3),發(fā)現(xiàn)均以0~0.25mm粒徑的分配量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。街道地表物的粒徑越細(xì),對(duì)氮、磷、有機(jī)物的貢獻(xiàn)率越高。細(xì)粒徑的街道地表物很容易隨水和大氣漂移,因此,它們是地表徑流中氮、磷、COD和大氣顆粒物中氮、磷、有機(jī)物的主要來(lái)源之一。
從圖2可以看出,氮、磷、有機(jī)物大絕大多數(shù)分配在小于0.25mm粒級(jí)中,且又以分配最多,余下依次為P和有機(jī)物。從圖3仍可以得到類似結(jié)論,在小于0.25mm粒級(jí)中,分配比例大小順序?yàn)楣I(yè)點(diǎn)>居民點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>交通點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn),這與一般重金屬粒徑分配不太一致,說(shuō)明物質(zhì)類型(有毒物質(zhì)重金屬與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氮、磷、有機(jī)物)不同,其粒級(jí)效應(yīng)也不同[1]。
表3 街道灰塵中氮、磷與有機(jī)物含量的粒徑分配
圖2 街道灰塵中氮、磷、有機(jī)物的質(zhì)量粒徑分配Fig.2 The mass distribution of N,P,OM in different granular street dust
圖3 不同節(jié)點(diǎn)氮、磷、有機(jī)物的質(zhì)量粒徑分配Fig.3 The mass size distribution of N,P,OM in different functional sites
2.2 重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物的溶出風(fēng)險(xiǎn)
由于街道灰塵是城市徑流污染的主要來(lái)源之一,因此有必要研究重慶地區(qū)街道灰塵因降雨造成的氮、磷、溶解有機(jī)物的徑流風(fēng)險(xiǎn)特征。本文通過(guò)純水和酸雨兩種浸提方法,模擬研究街道灰塵氮、磷、有機(jī)物與浸出液氮、磷、溶解有機(jī)物的關(guān)系,旨在分析灰塵氮、磷、有機(jī)物對(duì)徑流的潛在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。從浸提量結(jié)果中可以發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)表4),氮、磷、有機(jī)物在酸雨條件下,浸提量均高于純水,兩者差距越大,則溶出污染風(fēng)險(xiǎn)越大,而重慶市屬于酸雨區(qū)域之一,由灰塵帶來(lái)的溶出風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)予以重視。所有浸提量的變異系數(shù)均大于30%,呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間變異,說(shuō)明可溶性氮、磷、有機(jī)物與其來(lái)源有密切的關(guān)系。
進(jìn)一步比較各功能節(jié)點(diǎn)浸提量(見(jiàn)表5),發(fā)現(xiàn)所有節(jié)點(diǎn)都是在酸雨浸提條件下的浸提量高于純水,鑒于重慶地區(qū)屬于酸雨區(qū),在此僅討論酸雨浸提。氮的酸雨浸提量排序?yàn)檗r(nóng)業(yè)點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn),磷為旅游點(diǎn)>居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>交通點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn),溶解有機(jī)物為旅游點(diǎn)>文教點(diǎn)>居民點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>交通點(diǎn)≈農(nóng)業(yè)點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn),磷和溶解有機(jī)物的浸提量順序較為相似,說(shuō)明磷與有機(jī)物有一定相關(guān)性。
為了討論城市街道灰塵的溶出風(fēng)險(xiǎn),提出浸提率概念,即:
浸提率(%)=浸提量/灰塵中含量×100%
(2)
由此計(jì)算出氮、磷、有機(jī)物在不同浸提條件下的浸提率(見(jiàn)表4),同浸提量一樣,氮、磷、有機(jī)物的浸提率也是在酸雨條件下大于純水。
進(jìn)一步比較各功能點(diǎn)浸提率(見(jiàn)表5),發(fā)現(xiàn)所有功能點(diǎn)都是在酸雨提條件下的浸提率高于純水。氮酸雨浸提率由高至低的功能點(diǎn)排序?yàn)檗r(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn),磷為旅游點(diǎn)>居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn),有機(jī)物為居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>交通點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn),這個(gè)順序與浸提量順序并不完全一致。
比較氮、磷、有機(jī)物的浸提率(見(jiàn)圖4),可以進(jìn)一步描述各功能點(diǎn)的溶出風(fēng)險(xiǎn),發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)最高的屬于農(nóng)業(yè)點(diǎn),以下依次為交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)。
表4 街道灰塵中氮、磷、有機(jī)物浸提的統(tǒng)計(jì)參數(shù)
表5 不同功能節(jié)點(diǎn)的灰塵氮、磷、有機(jī)物浸提
圖4 不同節(jié)點(diǎn)氮、磷、溶解有機(jī)物的的平均浸提率Fig.4 The average extraction rate of N,P,DOM in different functional sites
重慶市街道灰塵氮、磷、有機(jī)物含量分別為1.28、1.69、46.98 g/kg,且均呈現(xiàn)出強(qiáng)烈的空間變異。不同功能點(diǎn)氮、磷、有機(jī)物賦存量分布趨勢(shì)為旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)>文教點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)。
氮、磷、有機(jī)物等大多數(shù)分配在0~0.25 mm粒級(jí)中,其中又以氮分配最多;在<0.25 mm粒級(jí)中,分配比例大小順序?yàn)楣I(yè)點(diǎn)>居民點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>交通點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>農(nóng)業(yè)點(diǎn)。
氮、磷、有機(jī)物的酸雨浸提量均高于純水浸提量,對(duì)于酸雨嚴(yán)重區(qū)域之一的重慶市而言,更應(yīng)關(guān)注由灰塵帶來(lái)的潛在徑流污染風(fēng)險(xiǎn)。以浸提率為考察指標(biāo),各功能點(diǎn)的溶出風(fēng)險(xiǎn)依次為農(nóng)業(yè)點(diǎn)>交通點(diǎn)>工業(yè)點(diǎn)>文教點(diǎn)>旅游點(diǎn)>商貿(mào)點(diǎn)>居民點(diǎn)。
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Analysis on Distribution Characteristics of Nitrogen, Phosphorus and Organic Matter in Street Dust and its Extracts within Core Zone of Chongqing
YANG Zong-lin1, LI Zhang-ping2
(1.High School Affiliated to Southwest University, Chongqing 400715, China; 2.College of Resources & Environment, Southwest University, Chongqing 400716, China)
In the seven functional areas of industry, commerce, transportation, education, residential, tourism, and agriculture in Chongqing, 40 street dust samples were collected to analyzed the N, P, organic matter content and particle size distribution. Through water extraction and acid rain leaching, this paper assessed the leaching risk of N, P, and DOM in streets dust. The results showed that nitrogen, phosphorus and organic matter content were 1.28 g/kg, 1.69 g/kg and 46.98 g/kg respectively in street dust of Chongqing, and detected strong spatial variability, as tourism>commercial>residential>education>agricultural>transportation > industrial. N, P, and most organic matter were distributed in the 0~0.25 mm particles, the nitrogen distribution ratio was the highest, and the order was industrial>residential>commercial>transportation>education>tourism>agricultural. The acid rain leaching amount of N, P, and DOM was higher than that of water leaching amount. For the extraction rate, the order of dissolution risk in each site was agricultural>transportation>industrial>tourism>commercial>residential.
street dust; nitrogen; phosphorus; organic matter; risk
2017-02-19
西南大學(xué)博士基金項(xiàng)目(100112)
楊宗霖(2000—),男,重慶人,E-mail:1124759266@qq.com
李章平(1968—),女,副研究館員,博士,研究方向?yàn)榄h(huán)境生態(tài)學(xué),E-mail:853346112@qq.com
10.14068/j.ceia.2017.02.021
X511
A
2095-6444(2017)02-0084-06