重慶主城街道灰塵及其浸提物中氮、磷和有機物的分布特征分析

楊宗霖，李章平

(1.西南大學附屬中學，重慶 400715；2.西南大學圖書館，重慶 400716)

重慶主城街道灰塵及其浸提物中氮、磷和有機物的分布特征分析

楊宗霖1，李章平2

(1.西南大學附屬中學，重慶 400715；2.西南大學圖書館，重慶 400716)

在重慶市主城區(qū)工業(yè)、商貿、交通、文教、居民、旅游、農業(yè)等7個功能節(jié)點，采集了40個街道灰塵樣品中，分析了其氮、磷、有機物含量及其粒徑分配，并通過純水浸提與酸雨浸提，評估了街道灰塵中氮、磷和溶解有機物的溶出風險。結果表明，重慶市主城區(qū)街道灰塵中氮、磷、有機物含量分別為1.28 g/kg、1.69 g/kg和46.98 g/kg，并均呈現出強烈的空間變異，表現為旅游點>商貿點>居民點>文教點>農業(yè)點>交通點>工業(yè)點。氮、磷、有機物大多數分配在0～0.25 mm粒級中，其中以氮分配最多，其分配比例大小順序為工業(yè)點>居民點>商貿點>交通點>文教點>旅游點>農業(yè)點。氮、磷和溶解有機物的酸雨浸提量均高于純水浸提量，以浸提率為考察指標，各節(jié)點的溶出風險依次為農業(yè)點>交通點>工業(yè)點>文教點>旅游點>商貿點>居民點。

街道灰塵；氮；磷；有機物；風險

針對城市街道灰塵的研究至今已有30多年的歷史，但大多數研究的關注點集中在灰塵重金屬、持久性有機污染物，而較少涉及易導致水體富營養(yǎng)化的氮、磷、有機物[1-2]。作為我國西南重鎮(zhèn)的重慶市，在城鄉(xiāng)統(tǒng)籌與城市化建設的浪潮中，城市建設突飛猛進，隨之而來的街道不透水地面迅速增加，灰塵導致的城市地表徑流風險驟增，對三峽水庫水質構成了極大的潛在威脅。國內相繼有成都[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]等城市開展了街道灰塵氮、磷、有機物的研究。街道灰塵是城市生態(tài)環(huán)境的重要細胞之一，其中氮、磷、有機物等是城市地表徑流的主要污染物，調查街道灰塵中氮、磷、有機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、交通、文教、居民、旅游、農業(yè)等7個功能節(jié)點，分別采集街道灰塵樣品，研究街道灰塵氮、磷、有機物的空間分布格局，并通過浸提試驗探討其溶出風險，為制定城市街道灰塵與地表徑流污染控制提供科學依據。

1 研究方法

1.1 樣品采集

按工業(yè)、商貿、交通、文教、居民、旅游、農業(yè)等7個功能點位，在重慶市主城區(qū)二環(huán)線以內40個城市節(jié)點(見表1)，在至少連晴3d后的無風下午，選取街道兩旁不透水路面邊緣3～5 m處，每處5～10 m2，用細毛刷和塑料鏟采集500 g左右街道灰塵。在陰涼通風處自然風干，去雜，分別過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往復振蕩3 h，以4 000 rpm離心15 min，取上清液，重復2次，混合均勻，分別作為純水浸提樣和酸雨浸提樣。

1.3 樣品測試

氮采用半微量凱式法測定，磷采用鉬銻抗分光光度法，有機物、溶解有機物采用重鉻酸鉀氧化法[20]。

表1 重慶市主城區(qū)街道灰塵采樣點布設

2 結果與討論

2.1 重慶市街道灰塵氮、磷、有機物的污染特征

2.1.1 街道灰塵氮、磷、有機物的空間分布差異

統(tǒng)計分析重慶市主城區(qū)40個街道灰塵的氮、磷、有機物含量(見表2)，發(fā)現重慶市街道灰塵氮、磷、有機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物、磷都處于較高水平，潛在風險較大。

表2 重慶及部分城市街道灰塵中氮、磷、有機物含量的比較

重慶市街道灰塵氮、磷、有機物的變異系數分別為83.35%、35.27%和53.63%。根據變異系數分級的參考文獻[21-22]，小于等于10%為弱變異，10%～30%為中等變異，大于30%為強變異。因此重慶市街道灰塵氮、磷、有機物全部呈現強變異，說明其來源受外界干擾很大，空間變異很強，這種強變異很大程度上是交通、工業(yè)、建筑等強烈人為活動空間分布不均造成的結果。

不同功能節(jié)點氮、磷、有機物的分布基本呈現旅游點>商貿點>居民點>文教點>交通點>農業(yè)點>工業(yè)點(見圖1)，與重慶市2007年結果較為一致[10-11]。這是因為旅游點植被豐富，地表擾動少，氮、磷、有機物積累多；商貿點人員流動大，街邊飲食攤點多，生活垃圾排放的氮、磷、有機物較多[19]。而本次采樣中的工業(yè)點大多為新開發(fā)區(qū)，地表擾動大，氮、磷、有機物積累少，這與合肥市研究結果基本一致[19]。

圖1 不同節(jié)點氮、磷、有機物含量差異Fig.1 The differences of N,P,organic matter content in different functional sites

2.1.2 街道灰塵氮、磷、有機物的粒徑效應

為了比較各級粒徑顆粒中氮、磷、有機物的負荷大小，首先測定了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、有機物，然后按下式各粒徑顆粒對氮、磷、有機物賦存量的分配比例(即貢獻率)公式，即：

分配比例=(某粒徑的質量比×該粒徑的營養(yǎng)物含量)/∑(某粒徑的質量比×該粒徑的營養(yǎng)物含量)×100

(1)

由此計算各功能節(jié)點街道灰塵的氮、磷、有機物賦存量分配比例(見表3)，發(fā)現均以0～0.25mm粒徑的分配量占絕對優(yōu)勢。街道地表物的粒徑越細，對氮、磷、有機物的貢獻率越高。細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、有機物的主要來源之一。

從圖2可以看出，氮、磷、有機物大絕大多數分配在小于0.25mm粒級中，且又以分配最多，余下依次為P和有機物。從圖3仍可以得到類似結論，在小于0.25mm粒級中，分配比例大小順序為工業(yè)點>居民點>商貿點>交通點>文教點>旅游點>農業(yè)點，這與一般重金屬粒徑分配不太一致，說明物質類型(有毒物質重金屬與營養(yǎng)物質氮、磷、有機物)不同，其粒級效應也不同[1]。

表3 街道灰塵中氮、磷與有機物含量的粒徑分配

圖2 街道灰塵中氮、磷、有機物的質量粒徑分配Fig.2 The mass distribution of N,P,OM in different granular street dust

圖3 不同節(jié)點氮、磷、有機物的質量粒徑分配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、有機物的溶出風險

由于街道灰塵是城市徑流污染的主要來源之一，因此有必要研究重慶地區(qū)街道灰塵因降雨造成的氮、磷、溶解有機物的徑流風險特征。本文通過純水和酸雨兩種浸提方法，模擬研究街道灰塵氮、磷、有機物與浸出液氮、磷、溶解有機物的關系，旨在分析灰塵氮、磷、有機物對徑流的潛在環(huán)境風險。從浸提量結果中可以發(fā)現(見表4)，氮、磷、有機物在酸雨條件下，浸提量均高于純水，兩者差距越大，則溶出污染風險越大，而重慶市屬于酸雨區(qū)域之一，由灰塵帶來的溶出風險應予以重視。所有浸提量的變異系數均大于30%，呈現出強烈的空間變異，說明可溶性氮、磷、有機物與其來源有密切的關系。

進一步比較各功能節(jié)點浸提量(見表5)，發(fā)現所有節(jié)點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為農業(yè)點>文教點>旅游點>交通點>工業(yè)點>商貿點>居民點，磷為旅游點>居民點>文教點>商貿點>交通點>農業(yè)點>工業(yè)點，溶解有機物為旅游點>文教點>居民點>商貿點>交通點≈農業(yè)點>工業(yè)點，磷和溶解有機物的浸提量順序較為相似，說明磷與有機物有一定相關性。

為了討論城市街道灰塵的溶出風險，提出浸提率概念，即：

浸提率(%)=浸提量/灰塵中含量×100%

(2)

由此計算出氮、磷、有機物在不同浸提條件下的浸提率(見表4)，同浸提量一樣，氮、磷、有機物的浸提率也是在酸雨條件下大于純水。

進一步比較各功能點浸提率(見表5)，發(fā)現所有功能點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排序為農業(yè)點>交通點>工業(yè)點>文教點>旅游點>商貿點>居民點，磷為旅游點>居民點>文教點>商貿點>農業(yè)點>交通點>工業(yè)點，有機物為居民點>文教點>旅游點>交通點>農業(yè)點>商貿點>工業(yè)點，這個順序與浸提量順序并不完全一致。

比較氮、磷、有機物的浸提率(見圖4)，可以進一步描述各功能點的溶出風險，發(fā)現風險最高的屬于農業(yè)點，以下依次為交通點>工業(yè)點>文教點>旅游點>商貿點>居民點。

表4 街道灰塵中氮、磷、有機物浸提的統(tǒng)計參數

表5 不同功能節(jié)點的灰塵氮、磷、有機物浸提

圖4 不同節(jié)點氮、磷、溶解有機物的的平均浸提率Fig.4 The average extraction rate of N,P,DOM in different functional sites

3 結論與討論

重慶市街道灰塵氮、磷、有機物含量分別為1.28、1.69、46.98 g/kg，且均呈現出強烈的空間變異。不同功能點氮、磷、有機物賦存量分布趨勢為旅游點>商貿點>居民點>文教點>農業(yè)點>交通點>工業(yè)點。

氮、磷、有機物等大多數分配在0～0.25 mm粒級中，其中又以氮分配最多；在<0.25 mm粒級中，分配比例大小順序為工業(yè)點>居民點>商貿點>交通點>文教點>旅游點>農業(yè)點。

氮、磷、有機物的酸雨浸提量均高于純水浸提量，對于酸雨嚴重區(qū)域之一的重慶市而言，更應關注由灰塵帶來的潛在徑流污染風險。以浸提率為考察指標，各功能點的溶出風險依次為農業(yè)點>交通點>工業(yè)點>文教點>旅游點>商貿點>居民點。

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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

西南大學博士基金項目(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，研究方向為環(huán)境生態(tài)學，E-mail：853346112@qq.com

10.14068/j.ceia.2017.02.021

X511

A

2095-6444(2017)02-0084-06