【摘要】： 城市街道塵埃是污染物質(zhì)在城市環(huán)境中傳播的重要介質(zhì),是室內(nèi)灰塵污染物和城市大氣顆粒物的主要來(lái)源,對(duì)城市土壤、水環(huán)境等生態(tài)系統(tǒng)和人體健康造成各種潛在的、直接的危害,是城市環(huán)境污染研究中的重要對(duì)象。蘭州市是我國(guó)建國(guó)后首批重點(diǎn)建設(shè)的工業(yè)城市之一,工業(yè)污染源、生活污染源排放量大,加上特殊地理位置、地形條件和氣象條件及不盡合理的工業(yè)布局、城市化、交通等多元化人類活動(dòng)的綜合影響,使蘭州市大氣污染問(wèn)題尤為嚴(yán)重,成為國(guó)內(nèi)外空氣污染最嚴(yán)重的城市之一。 本文選擇蘭州市城區(qū)為研究靶區(qū),以街道塵埃作為研究載體,開(kāi)展了大范圍野外調(diào)查,采集了不同季節(jié)、不同功能區(qū)域內(nèi)的178個(gè)街道塵埃樣品,進(jìn)行高分辨率的磁學(xué)、地球化學(xué)研究;對(duì)上述樣品進(jìn)行磁學(xué)、粒度、元素含量、有機(jī)質(zhì)含量等一系列實(shí)驗(yàn)分析,利用地學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件(ArcGIS)對(duì)蘭州市地區(qū)街道塵埃顆粒物的磁學(xué)特征、地球化學(xué)元素特征、粒度及有機(jī)質(zhì)含量的時(shí)空分布特征進(jìn)行了探討,分析了城市街道塵埃的污染來(lái)源、主要污染物、污染特征等,同時(shí)結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)軟件(SPSS)分析了有機(jī)質(zhì)含量及重金屬污染的磁學(xué)響應(yīng)特點(diǎn),認(rèn)識(shí)了解環(huán)境磁學(xué)參數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量、重金屬含量之間的內(nèi)在聯(lián)系。 主要獲得如下認(rèn)識(shí): 對(duì)研究區(qū)街道塵埃的粒度分析揭示了粒度的基本特征,發(fā)現(xiàn)蘭州城市街道塵埃主要為粉砂和粉砂級(jí)以下(＜63μm)的顆粒,粒徑分布主要表現(xiàn)為雙峰和多峰非正態(tài)分布。風(fēng)動(dòng)力較大的區(qū)域平均粒徑較粗,分選性較差;反之,在風(fēng)動(dòng)能小的區(qū)域,則主要以細(xì)顆粒物為主。空間分布特征表現(xiàn)為,東西部地區(qū)街道塵埃樣品粒徑較粗,中間地段相對(duì)較細(xì)。 元素含量分析結(jié)果表明蘭州市街道塵埃中主要含有Si、Al、Ca、Fe、Na、Mg、K、S、Ti、Cl、P、Mn和Ba等元素,前七種元素的平均含量占總含量的79.22%;其余元素含量相對(duì)較低。元素含量季節(jié)差異顯著;冬季采暖期間燃煤量增加、蘭州市特殊的地理特征以及冬季強(qiáng)逆溫現(xiàn)象是造成污染元素含量升高的主要原因。街道塵埃中土壤來(lái)源的元素含量增加與春季的大風(fēng)及沙塵暴天氣有著密不可分的關(guān)系�？臻g分析結(jié)果表明,市區(qū)街道塵埃元素含量的空間分布差異較大,局部污染嚴(yán)重:城關(guān)區(qū)和西固區(qū)為燃煤污染嚴(yán)重區(qū)域,安寧區(qū)內(nèi)污染相對(duì)較輕;在人口密集,車流量較大的城關(guān)區(qū)內(nèi)交通污染相對(duì)嚴(yán)重;大型貨運(yùn)車輛造成的汽車尾氣污染更為嚴(yán)重。西固區(qū)為未知來(lái)源元素Bi和Cs的高值區(qū),初步推斷它們主要來(lái)自工業(yè)污染。 通過(guò)對(duì)研究區(qū)街道塵埃的有機(jī)質(zhì)含量分析,揭示出蘭州市街道塵埃有機(jī)質(zhì)平均含量較高,季節(jié)和空間分布差異較大,冬季最高,春季次之,秋季最低;城關(guān)區(qū)、西固區(qū)、七里河區(qū)及安寧區(qū)內(nèi)街道塵埃中有機(jī)質(zhì)含量由高到低。上述結(jié)果表明,蘭州市街道塵埃中的有機(jī)質(zhì)組分除來(lái)自于土壤顆粒的貢獻(xiàn)外,可能還來(lái)源于工業(yè)污染,汽車尾氣以及人類日常生活所排放的各種污染物的貢獻(xiàn)。 環(huán)境磁學(xué)分析表明蘭州市區(qū)內(nèi)街道塵埃磁性礦物含量總體較高,主要磁性礦物是磁鐵礦,并伴有少量的赤鐵礦和順磁性礦物;樣品磁學(xué)性質(zhì)主要受到亞鐵磁性礦物和少量不完全反鐵磁性礦物的控制;亞鐵磁性礦物多為準(zhǔn)單疇顆粒和多疇顆粒。與磁性礦物含量有關(guān)的磁參數(shù)(X_(1f)、SIRM、X_(ARM)、HIRM,SOFT及SOFT%)變化趨勢(shì)相同,同時(shí)存在較大的季節(jié)差異,表現(xiàn)為冬春季磁性礦物含量明顯高于秋季:而X_(fd)%、S-ratio、X_(ARM)/SIRM、SIRM/X_(1f)及X_(ARM)/X_(1f)等反映磁性礦物晶粒特征和類型的參數(shù)變化較小�？臻g分布上,工業(yè)區(qū)、密集街區(qū)以及交通要道等受到人為因素影響的區(qū)域,磁性礦物含量較高。一方面是由于蘭州市特殊的地理位置、地形條件、氣象條件使其區(qū)域內(nèi)不同季節(jié)、不同樣點(diǎn)街道塵埃中磁性礦物含量和粒度不同;另一方面,不盡合理的工業(yè)布局,人類活動(dòng)對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生不同的影響,導(dǎo)致街道塵埃中的磁性礦物發(fā)生不同形式的遷移、轉(zhuǎn)化、溶解,從而也影響了其磁性特征的變化。對(duì)磁參數(shù)的單元素方差(ANOVA)分析顯示:眾多磁學(xué)參數(shù)中,x_(1f)和SOFT%能夠更有效的指示塵埃污染物磁性礦物含量的季節(jié)差異。 通過(guò)磁參數(shù)與有機(jī)質(zhì)含量的相關(guān)分析表明,六個(gè)主要反映磁性礦物濃度的磁性參數(shù)X_(1f)、SIRM、HIRM、SOFT、XARM和S_(-20)與有機(jī)質(zhì)含量之間存在十分顯著的正相關(guān)關(guān)系;而與其他磁性參數(shù)之間并不具有相關(guān)關(guān)系。與XARM的正相關(guān)性指示了單疇磁性顆粒對(duì)有機(jī)物質(zhì)的貢獻(xiàn);同時(shí)與SIRM,HIRM及SOFT的顯著相關(guān)表明了亞鐵磁性顆粒物對(duì)街道塵埃中有機(jī)質(zhì)的貢獻(xiàn)。說(shuō)明磁性參數(shù)可用作街道塵埃中有機(jī)質(zhì)含量的代用指標(biāo)。 街道塵埃中砷(As)、鉍(Bi)、鉻(Cr)、銅(Cu)、錳(Mn)、鎳(Ni)、鉛(Pb)、鈦(Ti),鋅(Zn),鐵(Fe)等10種重金屬元素含量的分析結(jié)果顯示,Bi和Cr兩種重金屬含量變化趨勢(shì)相對(duì)一致,西部地區(qū)總體含量較高,東部地區(qū)逐漸降低,進(jìn)一步證實(shí)其與工業(yè)活動(dòng)關(guān)系密切;As、Cu、Pb及Zn四種重金屬元素也表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì)且變化波動(dòng)較大,推斷主要由道路交通環(huán)境的變化所引起;其余重金屬元素(Mn、Ni、Ti、Fe)分別表現(xiàn)出不同的變化趨勢(shì)。 蘭州市街道塵埃磁參數(shù)和重金屬元素的相關(guān)分析結(jié)果顯示,重金屬元素(As、Cu、Mn、Ni、Pb、Zn、Fe)含量與反映磁性顆粒含量的磁性參數(shù)(X_(1f))、SIRM、HIRM、SOFT、X_(ARM))之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系;比值參數(shù)(XARM/X1f,XARM/SIRM)與重金屬含量之間的負(fù)相關(guān)關(guān)系反映了沉積物粒度組成對(duì)重金屬含量的影響。Xfd%與Cu、Ni、Zn及Pb元素之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與其余重金屬之間的相關(guān)關(guān)系不明顯。S-ratio與Cu、Pb、Zn和Fe四種重金屬元素呈正相關(guān)關(guān)系,但與其他重金屬元素之間的相關(guān)關(guān)系不明顯。表明街道塵埃中磁性組分與一些重金屬元素相互依存,磁學(xué)參數(shù)可作為這些重金屬分布變化的代用指標(biāo)進(jìn)行污染調(diào)查,用來(lái)指示工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境污染和監(jiān)測(cè)道路交通的污染狀況,追蹤重金屬污染變化趨勢(shì)及其污染分布狀況。 研究表明,在獲得大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,借助多元統(tǒng)計(jì)方法、地統(tǒng)計(jì)學(xué)技術(shù)與適量的地球化學(xué)分析,磁學(xué)參數(shù)的綜合分析應(yīng)用能夠揭示街道塵埃污染分布狀況,判別其污染來(lái)源,分析不同人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的響應(yīng)程度,有效地提取污染信息。此外,街道塵埃與其它載體相比,所記錄的環(huán)境信息具有空間尺度較大,時(shí)間尺度相對(duì)較小的特點(diǎn)。因此,周期性地采集分析街道塵埃的環(huán)境磁學(xué)信息,能夠靈敏地反映城市環(huán)境污染的變化特征。 總之,該項(xiàng)研究顯示,對(duì)街道塵埃進(jìn)行系統(tǒng)的磁學(xué)、地球化學(xué)等研究,是在城市環(huán)境下開(kāi)展大規(guī)模、高分辨率的、以磁學(xué)為主污染研究的一種經(jīng)濟(jì)、快速、有效的新方法,可以快速便捷經(jīng)濟(jì)地提供污染分布信息。
【圖文】：

本次調(diào)查研究以蘭州市區(qū)(城關(guān)、七里河、安寧、西固四個(gè)區(qū))及其周圍近郊為研究的重點(diǎn)區(qū)域，地理位置大約在36002‘35”~36006吟8”N，，103035‘13”~103“55’34，，E之間(圖2一l)。

蘭州市城區(qū)空氣污染呈揚(yáng)塵、煤煙和機(jī)動(dòng)車尾氣混合型污染特征，冬季以煤煙型污染為主，春季以沙塵、浮塵污染為主，二氧化硫、煙塵和氮氧化物構(gòu)成蘭州市大氣污染物中的主要污染物。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號(hào)】：X513

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本文編號(hào)：2631265