天津城市道路灰塵重金屬污染特征

孫宗斌，周 俊，胡蓓蓓，王祖?zhèn)?，孟偉慶，王中良

天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津 300387

天津城市道路灰塵重金屬污染特征

孫宗斌，周 俊，胡蓓蓓*，王祖?zhèn)?，孟偉慶，王中良

天津師范大學(xué)城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，天津 300387

以天津城市道路灰塵重金屬為研究對(duì)象，按照環(huán)線分布將天津市中心城區(qū)劃分為內(nèi)環(huán)以內(nèi)、內(nèi)環(huán)—中環(huán)、中環(huán)以外3個(gè)區(qū)域，總共設(shè)置93個(gè)采樣點(diǎn)。對(duì)表層灰塵進(jìn)行采樣收集，預(yù)處理后測(cè)定樣品的理化性質(zhì)，采用原子吸收光譜儀測(cè)定道路灰塵中重金屬Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的含量，進(jìn)而分析天津市道路灰塵重金屬的含量水平，運(yùn)用ArcGIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析方法內(nèi)插得出其空間分布特征，通過(guò)Pearson相關(guān)分析和主成分分析判析重金屬來(lái)源。研究結(jié)果表明：道路灰塵顆粒粒徑表現(xiàn)為雙峰，主峰對(duì)應(yīng)粒徑較小，且為非正態(tài)分布，大量小粒徑顆粒的存在使重金屬含量增高；市區(qū)和各環(huán)區(qū)有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)較大，道路灰塵中有機(jī)質(zhì)的空間分布差異較大，因而人為因素影響廣泛；市區(qū)道路灰塵中重金屬Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的平均含量依次為0.99、121.41、100.62、43.35和61.48 mg·kg-1，分別為天津土壤環(huán)境背景值的11.00倍、1.44倍、3.49倍、1.30倍和2.93倍；Cd、Cr和Cu的空間分布差異較大，Ni和Pb的空間分布差異較??；Pearson相關(guān)分析表明Pb-有機(jī)質(zhì)（P＜0.05）， Cu-Ni（P＜0.01）和Cr-Cu（P＜0.05）之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，主成分分析人為因素的積累貢獻(xiàn)率為33.050%，自然因素的積累貢獻(xiàn)率為57.315%，因此得出重金屬受人為因素影響較大，交通尾氣排放和工業(yè)污染為天津道路灰塵重金屬污染的重要來(lái)源，且以多因子復(fù)合影響為主。

道路灰塵；重金屬；污染特征；天津

隨著城市化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快以及城市人口的日益劇增，城市環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，已得到政府、學(xué)者和民眾的廣泛關(guān)注。道路灰塵是引發(fā)城市環(huán)境污染的重要來(lái)源，它是由交通運(yùn)輸排放（DE-MIGUEL等，1997；DUZGOREN-AYDIN等，2006；FERREIRA-BAPTISTA和DE MIGUEL E，2005；KARTAL等，2006）、工業(yè)排放（AHMED和ISHIGA，2006；SINDERN等，2007；張菊等，2006）、建筑和道路等表面粒子風(fēng)化剝蝕、大氣沉降以及其他人類活動(dòng)共同作用產(chǎn)生的（AMATO等，2009；FILIZ和HASAN，2010；MORTON-BERMEA等，2008）。由于所攜帶的污染物質(zhì)大部分來(lái)自區(qū)域內(nèi)部短時(shí)間內(nèi)的累積，因此道路灰塵對(duì)區(qū)域環(huán)境狀況有良好的指示作用（王濟(jì)等，2012）。在城市環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間積累的重金屬等有毒元素，具有潛伏性、持久性、難降解性和毒性效應(yīng)等特點(diǎn)（劉培桐等，1995），因此被稱為“化學(xué)定時(shí)炸彈”（CHARLESWORTH和LEES，1999；SHI等，2008； STIGLIANI等，1991；WEI等，2010；WOOD，1974）。環(huán)境中重金屬濃度的增加會(huì)潛在威脅人類的安全和健康，并且嚴(yán)重干擾自然生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)（WEI等，2010；STIGLIANI等，1991）。以灰塵為介質(zhì)攜帶重金屬的傳播方式，一方面極易通過(guò)對(duì)懸浮粒子的攝取、吸收和皮膚接觸吸收直接進(jìn)入人體（AELIONA等，2008；CROSBY，1998；DOCKERY和POPE，1994；KABATA-PENDIAS和PENDIAS，1992；SADIQ和MIAN，1994；WEI等，2010）；另一方面，地表灰塵重金屬還可通過(guò)水循環(huán)和大氣循環(huán)間接影響城市環(huán)境質(zhì)量（張一修等，2012），威脅人類健康。因此，分析道路灰塵重金屬污染特征具有重要的理論價(jià)值。

自上世紀(jì)70年代中后期以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在道路灰塵重金屬研究領(lǐng)域主要涉及地表灰塵重金屬來(lái)源識(shí)別（張一修等，2012），污染特征與遷移轉(zhuǎn)化探析（田暉等，2006；馬旺海等，2008），重金屬粒級(jí)效應(yīng)與賦存狀態(tài)研究（王麗麗等，2009），道路灰塵重金屬污染現(xiàn)狀和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（HAN等，2007；HE等，2006；SHI等，2008；WEI等，2009；WEI等，2010；劉申等，2010），以及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面（李如忠等，2011；唐榮莉等，2012；鄭小康等，2009）。近兩年，有學(xué)者對(duì)天津城市地表灰塵進(jìn)行污染特征分析，但是其研究對(duì)象僅集中于公園灰塵，且中心城區(qū)采樣點(diǎn)數(shù)量較少，進(jìn)而所得結(jié)論較為片面（吳綻蕾等，2013）。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者在許多大城市展開了道路灰塵重金屬方面的研究，然而作為我國(guó)四大直轄市之一的天津在此領(lǐng)域的研究卻較少。因此開展天津城市道路灰塵重金屬的污染調(diào)查與研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

天津坐落于38°34′ N～40°15′ N、116°43′E～118°04′ E，地處華北平原東部，北靠燕山，東臨渤海，全年平均氣溫13.4℃，屬于溫帶季風(fēng)性氣候類型區(qū)，2012年末全市常住人口為1413.15萬(wàn)人，人口密度為910人·km-2，是中國(guó)四大直轄市之一，也是中國(guó)北方最重要的沿海開放城市。天津市中心城區(qū)位于天津市的中心偏西南部，39°01′ N～39°15′N、117°05′ E～117°19′ E，其中內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)貫穿整個(gè)中心城區(qū)。

1.2 采樣布點(diǎn)

本文選取天津市區(qū)主要道路為研究對(duì)象，其中內(nèi)環(huán)及其內(nèi)部道路設(shè)置12個(gè)采樣點(diǎn)，內(nèi)環(huán)—中環(huán)（包括中環(huán)）設(shè)置39個(gè)采樣點(diǎn)，中環(huán)以外（包括8個(gè)鄰近外環(huán)線的郊區(qū)點(diǎn)）設(shè)置93個(gè)采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)布點(diǎn)均勻，且各采樣點(diǎn)之間無(wú)干擾。天津道路灰塵采樣點(diǎn)分布如圖1所示。

圖1 道路灰塵采樣點(diǎn)分布圖Fig.1 The sampling sites map of street dust

1.3 樣品采集

于2011年12月—2012年1月期間選擇晴朗無(wú)風(fēng)的干燥天氣，用軟毛刷和塑料小鏟采集天津市區(qū)自內(nèi)環(huán)至外環(huán)的144個(gè)道路采樣點(diǎn)的地表灰塵（設(shè)立平行樣），每個(gè)采樣點(diǎn)采取多點(diǎn)采樣方法采集表層灰塵，并均勻混合約300 g置于聚乙烯塑料袋中密封保存。每個(gè)采樣點(diǎn)均利用GPS定位，準(zhǔn)確記錄采樣點(diǎn)經(jīng)緯度地理坐標(biāo)，并記錄周邊的環(huán)境狀況和樣品編號(hào)。采樣過(guò)程盡量避開外界各種環(huán)境因素的干擾。

1.4 樣品處理與分析

樣品采集后，在實(shí)驗(yàn)室調(diào)節(jié)35 ℃恒溫條件烘干24 h，過(guò)35目（＜500 μm）尼龍網(wǎng)篩去除樹葉等雜質(zhì)后，用以作為檢測(cè)灰塵理化性質(zhì)與重金屬濃度的樣品保存。首先，利用預(yù)處理過(guò)的樣品檢測(cè)粒度；其次，將樣品過(guò)60目（＜250 μm）尼龍網(wǎng)篩測(cè)定有機(jī)質(zhì)含量；再次，由于美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)表明大氣的物質(zhì)來(lái)源主要是通過(guò)粒徑小于75 μm地表灰塵的再懸浮作用，而小粒徑顆粒是重金屬的主要富集場(chǎng)所，因此結(jié)合相關(guān)研究，選取粒徑小于63 μm的樣品用以檢測(cè)重金屬濃度；最后，樣品過(guò)240目（＜63 μm）尼龍網(wǎng)篩進(jìn)行重金屬消解，并在聚乙烯袋中密封保存。

1.4.1 樣品粒度的測(cè)定

每份樣品準(zhǔn)確稱量1 g過(guò)35目篩（＜500 μm）置于50 mL燒杯中，加入5 mL0.05 mol·L-1六偏磷酸鈉(NaPO4)6溶液進(jìn)行分散靜置，利用超聲波儀100 ℃下超聲15 min，最后采用LS13320型激光粒度儀測(cè)定道路灰塵樣品的粒度分布。天津城市道路灰塵顆粒物粒徑分布如圖2所示。

圖2 天津城市道路灰塵顆粒粒徑分布曲線Fig.2 Particle Size Distribution in urban street dust of Tianjin

1.4.2 樣品有機(jī)質(zhì)的測(cè)定

每份樣品準(zhǔn)確稱量0.2 g過(guò)60目篩（＜250 μm）置于硬質(zhì)試管中，采用重鉻酸鉀—外油浴加熱方法，樣品經(jīng)HNO3-HClO4-HF加熱消解后，外部油浴加熱，利用指示劑滴定測(cè)算道路灰塵樣品中有機(jī)質(zhì)的含量。天津城市道路灰塵有機(jī)質(zhì)含量水平如表1所示。

表1 天津城市道路灰塵有機(jī)質(zhì)含量水平（g·kg-1）Table1 Organic Matter Contents in urban street dust of Tianjin (g·kg-1)

表2 天津道路灰塵重金屬含量（mg·kg-1）Table2 Heavy metals concentrations in urban street dust of Tianjin (mg·kg-1)

表3 國(guó)內(nèi)外其他城市道路灰塵重金屬的含量水平（mg·kg-1）Table3 Mean concentration of heavy metals in street dust in several other cities (mg·kg-1)

1.4.3 樣品重金屬的測(cè)定

每份樣品準(zhǔn)確稱量0.5 g過(guò)240目篩（＜63 μm）置于聚四氟乙烯燒杯中，分別依次加入HNO3溶液、HF溶液和HClO4溶液置于通風(fēng)櫥內(nèi)的電熱板上加熱消解，后移至50 mL容量瓶中定容，轉(zhuǎn)移密封保存。采用Perkin Elmer公司生產(chǎn)的AANALYST800型原子吸收光譜儀測(cè)定道路灰塵中重金屬的含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本文研究區(qū)域采樣點(diǎn)示意圖以及道路灰塵中Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的空間分布特征圖采用ArcGIS 10.1軟件繪制而成，表格數(shù)據(jù)采用Excel 2007完成，灰塵粒徑分布圖應(yīng)用Origin 8.0軟件繪制，運(yùn)用SPSS 19.0軟件對(duì)灰塵重金屬進(jìn)行來(lái)源判析。

2 結(jié)果與討論

2.1 天津城市道路灰塵基本理化性質(zhì)

2.1.1 天津城市道路灰塵粒徑特征

粒度是表征顆粒物行為的主要參數(shù)，顆粒物的性質(zhì)均與粒徑密切相關(guān)（杜佩軒等，2004）。由圖2可以看出，在144個(gè)道路灰塵樣品中，既有表現(xiàn)為單峰的顆粒，又有表現(xiàn)為雙峰的顆粒。而從整體上觀察，主峰分布在粒徑80～100 μm范圍內(nèi)，且呈非正態(tài)分布。由于表面積較大的小粒徑顆粒吸附重金屬的能力更強(qiáng)，因此大量小粒徑顆粒的存在使重金屬含量增高（常靜等，2007；王麗麗等，2009）。

2.1.2 天津城市道路灰塵有機(jī)質(zhì)含量

如表1所示市區(qū)有機(jī)質(zhì)的平均含量為42.70 g·kg-1，處于較高水平，且由于在樣品處理時(shí)已將垃圾等外界因素的影響控制到最低，因此灰塵顆粒對(duì)有機(jī)質(zhì)的直接吸附可能是有機(jī)質(zhì)含量水平較高的最主要原因（吳綻蕾等，2013）。而整個(gè)天津市區(qū)和不同環(huán)區(qū)的有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)均超過(guò)0.30，說(shuō)明道路灰塵有機(jī)質(zhì)的空間分布差異較大，灰塵來(lái)源和物質(zhì)組成具有多元性特點(diǎn)，且容易受人為因素影響。

2.2 天津城市道路灰塵重金屬含量與空間分布特征

2.2.1 天津城市道路灰塵重金屬含量水平

通過(guò)測(cè)定分析，天津城市道路灰塵重金屬的含量水平如表2所示。市區(qū)道路灰塵中重金屬Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的平均含量依次為0.99、121.41、100.62、43.35和61.48 mg·kg-1，均超過(guò)天津土壤背景值和中國(guó)土壤背景值。其中重金屬Cd的平均含量為天津土壤環(huán)境背景參考值的11倍，超標(biāo)嚴(yán)重，其余重金屬含量均在背景值的4倍以下。

變異系數(shù)可判斷重金屬來(lái)源主要取決于人為干擾因素還是自然因素。人類活動(dòng)越頻繁，干擾作用越大，污染越嚴(yán)重，最終導(dǎo)致變異系數(shù)越大。從表2可知，重金屬Ni和Pb的變異系數(shù)分別為0.42和0.49，相對(duì)較小，人為污染作用較??；而Cd、Cr和Cu的變異系數(shù)卻分別高達(dá)0.90、0.89和0.74，人為作用攜帶重金屬污染現(xiàn)象顯著。依據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，從總體上看，導(dǎo)致天津城市道路灰塵重金屬污染現(xiàn)象主要是人為因素，其中重金屬Cd濃度較大，污染嚴(yán)重。

國(guó)內(nèi)外其他城市道路灰塵重金屬的含量水平如表3所示。通過(guò)與國(guó)內(nèi)外其他城市對(duì)比，發(fā)現(xiàn)天津城市道路灰塵中Cd較貴陽(yáng)、上海、多倫多和渥太華等城市的含量高，低于保定、重慶和伯明翰等城市；Cr、Cu和Ni含量在國(guó)內(nèi)外城市中處于中等水平；Pb含量低于大部分國(guó)內(nèi)外城市。不同城市重金屬含量差異可能主要與城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和發(fā)展現(xiàn)狀有關(guān)。例如加拿大的多倫多和渥太華等城市，由于城市發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了較為穩(wěn)定的階段，且環(huán)境保護(hù)與治理工作效果突出，因此重金屬含量均處于較低水平。

2.2.2 天津城市道路灰塵重金屬空間分布特征

如表2所示，在采集的所有樣品中，5種重金屬的含量均超過(guò)了天津土壤環(huán)境背景值。重金屬Cd、Cr、Cu的變異系數(shù)依次為0.90、0.89、0.74，整體變異系數(shù)強(qiáng)度大，與史貴濤等人研究結(jié)論一致（史貴濤等，2006）。其中，Cd在內(nèi)環(huán)及其以內(nèi)區(qū)域變異系數(shù)最大，Cr和Cu則在外環(huán)及其以外區(qū)域最大。而各環(huán)線以內(nèi)Ni和Pb的變異系數(shù)基本上均小于0.50，變異強(qiáng)度較小，詳見表4。因此可以得出結(jié)論，天津城市道路灰塵重金屬Cd、Cr和Cu的空間分布差異較大，Ni和Pb的空間分布差異較小。

表4 天津市各環(huán)區(qū)道路灰塵重金屬含量（mg·kg-1）Table4 Heavy metals concentrations in urban street dust of Tianjin rings (mg·kg-1)

圖3 天津城市道路灰塵重金屬的空間分布特征Fig.3 Spatial distribution maps of heavy metals in urabn street dust of Tianjin

通過(guò)對(duì)采樣點(diǎn)特異值進(jìn)行相關(guān)處理，運(yùn)用ArcGIS軟件中的地統(tǒng)計(jì)分析方法（Geostatistical Analysis），采用以空間相關(guān)性為基礎(chǔ)，采樣數(shù)據(jù)和半方差函數(shù)的結(jié)構(gòu)性為依據(jù)，對(duì)區(qū)域未知采樣點(diǎn)進(jìn)行無(wú)偏估數(shù)值Kriging空間差值分析方法，內(nèi)插出天津城市道路灰塵中重金屬空間分布圖，內(nèi)插結(jié)果如圖3所示。

圖3中內(nèi)插出的5種重金屬的空間分布規(guī)律與之前的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果相吻合，且與王利等人的研究結(jié)果相一致（王利等，2009）。如圖所示，重金屬Cd表現(xiàn)為內(nèi)環(huán)區(qū)域和中心城區(qū)西北部濃度較高，整體呈現(xiàn)由中心向外部濃度降低的態(tài)勢(shì)；Cr和Cu在中環(huán)中東部和外環(huán)區(qū)域含量較多，內(nèi)環(huán)以內(nèi)地區(qū)含量較少；Ni含量較少，全市分布均勻，中心城區(qū)東南部區(qū)域濃度稍高；Pb在中心城區(qū)分布較為分散，無(wú)明顯規(guī)律性。分析其原因：其一，由于內(nèi)環(huán)—外環(huán)區(qū)域處于通往市中心商業(yè)繁華地帶以及中心城區(qū)外緣的環(huán)形地帶，道路人流量和車流量大，頻繁的人類擾動(dòng)和汽車尾氣排放導(dǎo)致灰塵中重金屬濃度升高；其二，中心城區(qū)道路擁有吸附能力極強(qiáng)的細(xì)粒徑灰塵，因此大量重金屬被吸附于灰塵中；其三，車流量大的道路會(huì)致使車輛在行駛過(guò)程中運(yùn)行不暢，而運(yùn)行中車輛的停車和怠速都會(huì)引發(fā)汽車尾氣附加排放量（DE-MIGUEL等，1997；程紫潤(rùn)和傅大放，1993），造成道路灰塵重金屬含量增高（LAN等，2011；SHI等，2010）；其四，中心城區(qū)西北部布局大量冶金、化學(xué)醫(yī)藥和建材等工業(yè)，東部則是天津老工業(yè)基地，其排放的氣體和顆粒物會(huì)吸附攜帶大量重金屬，因此距離污染源較近的道路灰塵中重金屬的含量會(huì)較高；其五，由于采樣時(shí)間為12月份和1月份，因此在強(qiáng)大的亞洲高壓與阿留申低壓之間，形成了勢(shì)力強(qiáng)大、干燥寒冷的偏北風(fēng)，其對(duì)灰塵粒子的遷移具有一定的影響。根據(jù)研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)重金屬污染最為嚴(yán)重的區(qū)域主要分布在商業(yè)區(qū)、交通密集區(qū)和工業(yè)區(qū)，這與鄭小康等人的研究結(jié)果一致（鄭小康等，2009）。

2.3 天津城市道路灰塵重金屬來(lái)源判析

相關(guān)性分析是判析道路灰塵中單一重金屬以及復(fù)合重金屬的污染來(lái)源的常用方法（張一修等，2012；史貴濤等，2006；林俊杰等，2011）。在國(guó)內(nèi)外的研究成果中，道路灰塵重金屬的來(lái)源主要取決于人類活動(dòng)、交通運(yùn)輸和工業(yè)污染排放等。本文采用SPSS19.0軟件對(duì)天津城市道路灰塵中重金屬和有機(jī)質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，進(jìn)一步探討道路灰塵中重金屬的可能性來(lái)源（康丹，2010；王利，2007；許宇慧等，2010）。

在進(jìn)行SPSS相關(guān)性分析和主成分分析前，先做因素分析的適合度檢驗(yàn)（KMO and Bartlett's Test）。適合度檢驗(yàn)結(jié)果KMO＝0.598，通過(guò)KMO理論要求大于0.50的標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)達(dá)到顯著性相關(guān)水平，說(shuō)明原變量之間存在顯著的結(jié)構(gòu)性和相關(guān)關(guān)系。根據(jù)Kaiser給出的KMO度量標(biāo)準(zhǔn)，本研究的變量可以進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析。

表5 天津城市道路灰塵中有機(jī)質(zhì)和重金屬含量的相關(guān)性系數(shù)Table 5 Correlation coefficients of organic matter and heavy metals contents in urban street dust of Tianjin

圖4 天津城市道路灰塵重金屬含量主成分分析箱線圖Fig.4 Boxplot of enrichment factors for heavy metals in urabn street dust of Tianjin

2.3.1 Pearson相關(guān)系數(shù)分析法

通過(guò)對(duì)天津城市道路灰塵中重金屬和有機(jī)質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，得出Pearson相關(guān)系數(shù)，如表5所示。由表5得知，Pb-有機(jī)質(zhì)（P＜0.05）， Cu-Ni（P＜0.01）和Cr-Cu（P＜0.05）之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系，分析得出Cu、Ni、Cr可能有相同的污染來(lái)源，來(lái)自于工業(yè)排放以及金屬制造業(yè)污染等；而灰塵中有機(jī)質(zhì)的含量也會(huì)對(duì)Pb的污染行為產(chǎn)生一定的影響。不同重金屬之間均存在一定的相關(guān)性，說(shuō)明道路灰塵中重金屬污染已不再是單一因子的行為，而是由多因子復(fù)合影響的結(jié)果，而相關(guān)的非顯著性又表明道路灰塵重金屬污染來(lái)源的復(fù)雜性。

2.3.2 主成分分析法

通過(guò)對(duì)重金屬和有機(jī)質(zhì)含量進(jìn)行相關(guān)性分析，可初步得出不同單一重金屬和有機(jī)質(zhì)之間可能的共同污染來(lái)源。為了進(jìn)一步探析，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行特異值標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)上，利用SPSS19.0軟件對(duì)重金屬含量做主成分分析，結(jié)果如圖4和圖5所示。

數(shù)據(jù)分析得出平均主成分分析中的第一主成分的積累貢獻(xiàn)率為33.050%，第二主成分的積累貢獻(xiàn)率為57.315%。如圖5可知，重金屬Cu、Ni、Pb在旋轉(zhuǎn)空間成分圖的第一主成分上呈顯著正負(fù)荷；Cr在第二主成分上呈現(xiàn)明顯的正負(fù)荷，Cd則呈明顯負(fù)負(fù)荷。眾所周知，由于Pb主要來(lái)源于工業(yè)排放等人類活動(dòng)，因此分析得出第一主成分主要是人為因素（交通運(yùn)輸污染以及工業(yè)污染因素等）影響，第二主成分即以自然因素為主。由圖4可知，重金屬Cr、Cu、Pb和Ni的四分位距大小適中，不同采樣點(diǎn)灰塵中重金屬濃度分布較為均勻；而Cd和Cr則存在明顯的異常值，其異常值主要是由于采樣點(diǎn)位于南開三馬路、新開路、黃河道等交通主要干道，汽車尾氣排放以及交通運(yùn)輸攜帶物污染導(dǎo)致Cd和Cr等重金屬濃度增加（WEI等，2009）。

圖5 天津城市道路灰塵重金屬平均主成分分析Fig.5 Illustration of total metal concentrations in urabn street dust of Tianjin in the system of two principal components

3 結(jié)論

（1）天津市區(qū)和不同環(huán)區(qū)有機(jī)質(zhì)變異系數(shù)較大，道路灰塵中有機(jī)質(zhì)的空間分布差異較大。道路灰塵顆粒粒徑表現(xiàn)為雙峰，主峰對(duì)應(yīng)粒徑較小，且為非正態(tài)分布。

（2）天津城市道路灰塵重金屬Cd、Cr、Cu、Ni和Pb的平均含量依次為0.99、121.41、100.62、43.35和61.48 mg·kg-1，均超過(guò)天津土壤環(huán)境背景值；其中Cd、Cr和Cu的空間分布差異較大，Ni和Pb的空間分布差異較小。

（3）通過(guò)對(duì)天津道路灰塵中重金屬和有機(jī)質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析和主成分分析，辨析出重金屬受人為因素影響較大，交通尾氣排放和工業(yè)污染為其重要來(lái)源，且以多因子復(fù)合影響為主。

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Characteristics of heavy metal pollution in urban street dust of Tianjin

SUN Zongbin, ZHOU Jun, HU Beibei*, WANG Zuwei, MENG Weiqing, WANG Zhongliang
College of Urban and Environment Science, Tianjin Normal University, Tianjin 300387, China;

Dust samples were collected from 93 sites of urban streets in Tianjin for the heavy metals (Cd, Cr, Cu, Ni and Pb) pollution study. Atomic absorption spectrometer was applied for heavy metal content determination, and Kriging analysis of ArcGIS was applied to analyze the spatial distribution of heavy metals in street dust of urban area. Pearson correlative analysis and principal component analysis were used to distinguish the main sources of heavy metals. Results showed that the particle size of road dust presented two peaks distribution, main of the street dust was fine and the particle size was non-normal distribution which led to high contents of heavy metals. The coefficient of variance and the difference in the spatial distribution of organic matter was large because of the influence of intense human activities. The average contents of Cd (0.99 mg·kg-1), Cr (121.41 mg·kg-1), Cu (100.62 mg·kg-1), Ni (43.35 mg·kg-1), Pb (61.48 mg·kg-1) in street dust of urban area were 11.00 times, 1.44times, 3.49 times, 1.30 times and 2.93 times higher than them of the soil background in Tianjin city respectively. The spatial distribution of Cd, Cr and Cu had large deviation. Pearson correlative analysis indicated that there were significant positive correlation between Cu and Ni (P＜0.01), Cr and Cu (P＜0.05), Pb and organic matter (P＜0.05). Principle component analysis indicated that human activities contributed 33.050% of the heavy metals accumulation in street dust, and nature factors contributed 57.315%. Heavy metals pollution in urban street dust of Tianjin mainly affected by the multi-factors, traffic and industrial activities were the important pollution sources of them.

street dust; heavy metal; pollution characteristics; Tianjin

X14

A

1674-5906（2014）01-0157-07

孫宗斌，周俊，胡蓓蓓，王祖?zhèn)ィ蟼c，王中良. 天津城市道路灰塵重金屬污染特征[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(1): 157-163.

SUN Zongbin, ZHOU Jun, HU Beibei, WANG Zuwei, MENG Weiqing, WANG Zhongliang. Characteristics of heavy metal pollution in urban street dust of Tianjin [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(1): 157-163.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41372373；40973078）；國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目（41301221；41301096）；教育部新世紀(jì)人才計(jì)劃（NCET-10-0954）；國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAC07B02）；天津市高?！皟?yōu)秀青年教師資助計(jì)劃”（ZX110QN006）

孫宗斌(1990年生)，男，碩士研究生，主要從事生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究，E-mail：1046667880@qq.com。

*通信作者：胡蓓蓓(1979年生)，女，講師，博士，主要從事生態(tài)環(huán)境與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)研究，E-mail：hubeibei0328@163.com

2013-10-15