济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析

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济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析代杰瑞1*,祝德成1,庞绪贵1,王学2(1.山东省地质调查院,山东济南250013；2.中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101)摘要：在济宁城区采集近地表大气降尘及不同污染端元样品,系统分析了大气降尘和污染端元元素含量特征,并对降尘空间分布及污染来源进行研究.结果表明:燃煤、汽车尾气、交通、建筑等不同污染端元中元素含量差别明显,燃煤尘中As、Cd、Cu、F、Pb、S、Se等元素含量高于其他端元尘,且明显高于降尘,对环境影响最大,而建筑尘对环境影响相对较小.济宁市近地表大气尘中Cd、Pb、Se、Zn、Hg、CaO受到不同程度人为活动影响,相关分析和因子分析结果表明,Cd、Pb、Se、Zn主要来源于企业燃煤,贡献率26.32%,这些元素高含量区与燃煤污染源空间分布相吻合;CaO与交通扬尘产生的二次污染有关,贡献率10.06%,Hg主要源于汽车尾气排放,贡献率8.12%;而降尘中As、Cr、F、Ni基本没有受到人类活动影响,主要来源于土壤粉尘的沉降(自然源),贡献率30%,这4种污染源是济宁市大气降尘的主要来源.自然来源的As、Cr、F、Ni具有较小的富集系数,且相关性较好;而受人类活动影响的Cd、Pb、Se、Hg等元素具有较大富集系数或变异系数,在空间分布上与污染源较为一致.关键词：污染端元；大气降尘；富集程度；因子分析中图分类号：X513文献标识码：A文章编号：1000-6923(2014)01-0040-09Geochemicalcharacteristicsandpollutionsourcesidentificationofthenear-surfaceatmospheredust-fallinJiningCity.DAIJie-rui1*,ZHUDe-cheng1,PANGXu-gui1,WANGXue2(1.ShandongInstituteofGeologicalSurvey,Jinan250013,China；2.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China).ChinaEnvironmentalScience,2014,34(1)：40~48Abstract：Samplesofnear-surfaceatmospheredust-fallanddifferentpollutionend-memberswerecollectedintheurbanareaofJiningCity.Theelementcharacteristicsofthenear-surfaceatmospheredust-fallandpollutionend-memberswereanalyzedsystematicallyandthespatialdistributionofthedust-fallanditspollutionsourceswerestudied.Theresultsshowedthatthecontentsofelementsvariedobviouslyindifferentpollutionend-members.ThecontentsofAs,Cd,Cu,F,Pb,SandSewithincoaldust-fallwerethehighest,higherthanthoseinatmospheredust-fallandexertedgreatinfluenceontheenvironment.ThecontentsofCd,Pb,Se,Zn,HgandCaOwithinnear-surfaceatmospheredust-fallwereaffectedbyhumanactivitiesindifferentdegrees.ResultsofcorrelationanalysisandfactoranalysisshowedthatCd,Pb,SeandZnmainlycamefromenterprisecoalconsumption,withacontributionratioof26.32%.Thecontentsoftheabovefourelementsnearchemicalfactories,steelfactoriesandhighpopulatedregionsweregenerallyhigh,whichwasconsistentwiththespatialdistributionofthecoalpollutionsources.CaOwasrelatedtotrafficpollution,withacontributionratioof10.06%.Hgwasmainlyduetoautomobileemissions,withacontributionratioof8.12%.ThecontentsofAs,Cr,FandNiwithindust-fallwereseldominfluencedbyhumanactivitiesandmainlycamefromsoilsedimentation(naturalsources),withacontributionratioof30%.Theabovefourpollutionsources(enterprisecoalconsumption,trafficpollution,automobileemissionsandsoilsedimentation)werethemainsourcesofatmospheredust-fallinJiningcity.TheenrichmentcoefficientsofAs,Cr,FandNiweresmallerandthespatialcorrelationsofthefourelementswerebetter;whiletheenrichmentcoefficientsandvariablecoefficientsofelementsinfluencedbyhumanactivities,suchasCd,Pb,SeandHgwerelarger,andthespatialdistributionsoftheseelementswereconsistentwiththoseofthepollutionsources.Keywords：pollutionend-member；atmospheredust-fall；enrichmentdegree；factoranalysis收稿日期：2013-05-10基金项目：国家国土资源大调查基金项目(1212010310306)*责任作者,高级工程师,daijierui@souhu.com 1期代杰瑞等：济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析41目前城市环境监测对总悬浮物颗粒、大气颗粒物及浮尘等的研究程度较高[1-3],有关大气干湿沉降方面的研究也甚多.早在20世纪70年代,Andersen等[4]就研究了哥本哈根地区Cu、Pb、Cd、Zn、Ni、Cr等重金属的大气沉降特性,描述了哥本哈根地区的重金属水平的区域差异,发现大气沉降和土壤中的重金属浓度之间呈指数正相关;Morselli等[5]研究了博洛尼亚大气重金属干湿沉降对当地污染的影响.近年来,国内也逐步开展了重金属大气沉降研究,杨忠平等[6]研究了长春市城区重金属大气干湿沉降特征,发现长春市大气沉降中重金属含量明显高于表层土壤,并探讨了Cu、Hg、Pb、Cd等重金属元素的可能来源;周琳等[7]研究发现成都经济区降尘中的镉主要以残渣态形式存在;杨忠芳等[8]对成都经济区的研究表明,大气干湿沉降输入是农田生态系统中重金属的主要来源.上述研究主要集中在大气干湿沉降的污染评价上,而与人体健康直接相关的1.5m高左右近地表大气降尘很少有人做过系统研究.近地表大气降尘是在人体平均呼吸高度(1.5m)的大气尘埃,是大气颗粒物及地表扬尘的混合物[9].随着城市化和工业化的快速发展,人为源成为近地表大气降尘中有毒有害元素的主要泛平原,中部有南四湖(微山湖、南阳湖、昭阳湖、独山湖的总称)贯穿南北.属于暖温带大陆性季风气候,平均气温为13.3~14.1℃,年平均降水量在597~820mm.全市总面积10685km2,市区面积1262km2.济宁市是山东省重点规划建设的三大工业中心城市之一,现已初步形成了门类齐全、结构较完整的工业体系.随着近30年来快速城市化和工业化发展,济宁市区及周边建立了化工厂、化纤厂、水泥厂、砖厂、化肥厂和酿造厂等多家企业;近10年来建筑业也发展迅速,机动车保有量急剧增加,燃煤、工业粉尘、交通扬尘、汽车尾气尘和建筑尘对城市大气质量产生严重影响.近年来有不少科学工作者对济宁市土壤环境质量以及大气质量进行了研究[14-15],但对于市区近地表大气降尘中重金属分布及污染特征的研究未见报道.笔者在对济宁市污染源及近地表大气降尘污染特征进行研究的基础上,采用相关分析、因子分析法定量计算了各个源对地表大气降尘的贡献,并对可能来源进行了探讨.2样品采集与分析2.1污染端元样品采集详细调查济宁市工业、交通、建筑等分布状况,对废气排放量大、存在污染严重的交通尘、建筑尘、燃煤尘和汽车尾气尘的地方进行布点,每种降尘布设6个采样点(图1).交通尘采样选择在市区汽车交通流量大的地段,建筑尘采样选择城市规模较大的建筑工地,燃煤尘采样考虑主导风向,在燃煤企业的下风地段;采集样点周围1.5~2.0m高人工平台、建筑物等上部的浮降尘;对燃煤尘也可以在烟囱内壁及周围采集样品;汽车尾气尘选择市区中大型停车场、长途车站、加油站布置采样点,直接在汽车尾气管内刮取尾气尘,相同类型的汽车尾气尘合并成一个样品,详细记录汽车类型和所用汽油型号;以上样品量在20~50g,均满足分析量及保存备用量要求.2.2近地表大气降尘样品采集近地表大气降尘样品采用网格(1:5万地形图)布样法采集,采样密度为1件/km2,采用便携式来源[10-13],降尘携带的污染物化学成分也更为复杂,除含有多种重金属、有机污染物外,还有氮氧化物、碳氢化合物等.吸附在降尘颗粒物表面的有害物质不仅会被人体直接吸收,对人们的健康和生活环境产生影响,而且在沉降后会对土壤、植物、水体等造成二次污染,改变地球化学循环,进而通过生物链富集,影响人类健康.因此掌握城市近地表降尘的分布特征和变化规律,研究影响降尘的主要污染因子,对于城市环境治理、城市建设规划和保障人类健康有重要意义.1研究区概况济宁市位于鲁南泰沂低山丘陵与鲁西南黄淮海平原交接地带,地质构造上属华北地区鲁西南断块凹陷区.地形以平原洼地为主,地势东高西低,东部山峦绵亘,丘陵起伏,西部为较平坦的黄 116°32¢116°36¢116°40¢师王营N35°28¢南张乡山东靳庄五里屯济宁市孙家满庄柳行乡田庄35°24¢郭庄八里营十里铺许庄乡接庄镇蔡庄西正桥02km燃煤尘采样位置建筑尘采样位置铁路交通尘采样位置大气尘采样范围市区道路尾气尘采样位置乡(镇)所在地中国环境科学34卷42GPS测定其地理座标,定点误差在图上不大于1mm,即实际距离不大于50m.采样时选取中低层介质,主要是平顶房、居民楼窗户、线杆、树木、公交站牌等,用毛刷扫集、干净塑料袋盛接降落的灰尘,采样时尽量避开直接污染源(如工业污染、民用燃煤、油漆等),采用多点等量混合的方法,每点采集量约20g,共采集样品306件.为与本地土壤对比,在公园、绿化带等与降尘近乎同点位采集表层土壤样品,采样时除去表面杂物,垂直采集地表至20cm深的土壤,保证上下均匀采集,并弃去动、植物残留体、砾石、肥料团块等,装入干净布袋,样品原始重量大于200g;土壤样品风干、敲碎、过20目尼龙筛,取80g送实验室分析.发射光谱法分析;Pb、Cr、Ti、Al2O3、K2O等指标的测定先把样品粉末在35t压力下压制成片,采用X射线荧光光谱法分析;As、Hg、Se等元素的测定采用1+1王水,在沸水浴中进行消解后加入高锰酸钾和草酸进行氧化-还原处理,用原子荧光光谱法分析;Cd元素的测定采用HF+HNO3+HClO4+王水消解,加入基体改进剂,用石墨炉原子吸收法分析;F元素的测定是先把样品与NaOH在700℃下熔融,用水提取,加入离子强度调节剂,直接用氟离子选择性电极在离子活度计上进行测定;S元素的测定采用管式炉燃烧,用碘量法分析.采用了标准样、密码样、监控样等多种监控手段,保证了分析质量,并通过了中国地质调查局专家组的验收.3结果与讨论3.1污染端元元素含量特征由表1可见,交通尘、建筑尘和燃煤尘中绝大多数指标含量基本稳定,而汽车尾气尘中指标含量的变化范围较大,如尾气尘中Zn含量最大值是最小值的35.05倍、Ti含量最大值是最小值的28.33倍,这可能与汽车性能和油品质量有关,但数据均值仍能反映汽车尾气排放元素污染的整体水平.与近地表大气降尘对比,燃煤尘中所有元素含量均偏高(比值大于1.3),其中Se含量是降尘的502.54倍,As含量是降尘的9.61倍,其余元素含量是降尘的1.33倍(Cr)~8.33(Cd)倍;交通尘中除Cr、Ni元素外,其余元素含量是降尘的1.42倍(F)~7.00倍(Cd);建筑尘中的Pb、CaO、Se、As、Zn含量偏高,其中Pb含量是降尘的8.47倍,其余元素含量是降尘的1.63倍(Zn)~5.11倍(CaO);尾气尘中Hg含量是降尘的3.11倍,Cr、Ni、Se、Zn含量是降尘的1.34倍(Cr)~1.78倍(Zn).表明污染端元中这些元素可进入大气增加降尘的重金属积累.不同污染端元间元素含量差别显著.燃煤尘中As、Cd、Co、Cu、F、Ni、Pb、S、Se、Ti、Al2O3高于其他端元尘,交通尘中MgO含量最高,此外Cd、Co、Hg、Ti、Zn和CaO、K2O、Na2O含量也较高.尾气尘中Hg、Cr含量最高,其中Hg图1济宁市污染端元及近地表大气尘采样点位示意Fig.1Samplingsitesofthepollutionend-membersandnear-surfaceatmospheredust-fallinJining2.3样品分析污染端元样品分析测试As、Cd、Co、Cu、Cr、F、Hg、Mn、Ni、Pb、S、Ti、Zn、Se、NaO、Al2O3、CaO、K2O、MgO等19项指标;近地表大气降尘和土壤样品分析As、Cd、Cr、Hg、Ni、Pb、Zn、F、Se、CaO等10项指标.样品测试由山东省地质科学实验研究院完成,Co、Mn、Ni、Zn、MgO、CaO等指标的测定采用HF+HNO3+HClO4+王水消解,等离子体 1期代杰瑞等：济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析43含量是其他端元尘的1.14倍(燃煤尘)~8.21倍(建筑尘),而As、Cd、Co、F、Mn、Pb、Ti以及氧化物是所有端元尘中最低的.建筑尘中元素呈现两极分化的趋势,与其他端元尘相比Cr、Hg、Ni、S、Se、Zn含量最低,Mn、CaO、K2O、Na2O含量最高.从整体来看,燃煤尘(As、Cd、Co、Cu、F、Ni、Pb、S、Se、Ti、Al2O3)对环境影响最大,汽车尾气尘(Hg、Cr、S等)和交通尘(Cd、Co、Hg、Ti、Zn及氧化物)居中,而建筑尘(Mn、CaO、K2O、Na2O)对环境影响最小,同时这些元素组合可作为不同污染端元的标识性元素.表1济宁市污染端元元素含量参数统计Table1Parametricstatisticsofthecontentsofpollutionend-memberelementsinJining交通尘建筑尘燃煤尘尾气尘指标大气降尘含量范围平均值含量范围平均值含量范围平均值含量范围平均值AsCdCoCrCuFHgMnNiPbSSeTiZnAl2O3CaOK2OMgONa2O13.50~20.090.71~1.7411.30~13.5464.0~91.1849.80~90.48533~940335~722446~51822.10~29.49116.0~268.04.0~6.12.21~5.493.51~3.92307~1813102.6~113.196.2~191.315.3~17.614.3~20.616.0~18.216.021.2611.9876.8972.30669460.848726.52172.35.03.363.74425107.9170.716.517.516.814.40~22.880.12~0.348.11~14.0838.99~80.8227.21~190.62272~45147~118259~14729.64~26.3941.0~1231.22.3~5.31.68~5.891.91~2.6259~29290.7~110.8138.8~270.115.0~20.910.6~27.121.0~23.319.130.209.9751.9173.3538469.468116.15272.83.92.852.1014097.5181.518.215.722.413.00~222.050.36~2.6114.31~27.9975.0~123.5076.32~288.74336~9511274~830220~130533.24~99.4147.1~613.44.6~126.428.85~852.073.10~7.24158~46595.9~237.840.5~144.76.1~11.70.5~5.37.8~15.382.401.5022.1592.37164.72334449858763.23362.135.8296.504.40306148.390.08.42.012.42.48~9.040.06~0.232.46~16.7036.06~156.3218.99~143.3880~178240~84045~1357.70~201.006.0~17.513.6~22.510.83~2.960.03~0.8537~12971.8~6.64.3~15.80.4~1.10.7~2.20.8~1.76.040.156.2992.8977.8313457010443.4211.318.70.980.221533.89.80.61.31.38.570.18-69.20-471183-27.1432.2-0.59-86.1-35.5---注:Hg的含量单位为mg/kg,S、Ti和氧化物为g/kg,其余元素含量单位为mg/kg;-表示未统计3.2大气降尘元素含量特征由表2可见,在0.01的显著水平下,近地表大气降尘与土壤中元素均呈显著正相关关系,说明降尘与土壤间关系密切.降尘中As、Cr、Ni、F含量范围变化较小,变异系数小于0.4,且与土壤中相应元素的相关系数均大于0.3,其散点分布大致呈直线,且含量近乎相等或土壤略偏高(图2),可以认为上述元素相对于土壤基本没有富集,主要来源于土壤粉尘.虽然降尘中Pb、Zn与上述元素相似,即都具有与土壤间相关系数大、含量近乎相等和变异系数小的特点,但从降尘与表层土壤Pb元素含量分布图对比来看(图3),Pb异常同出现在市区,降尘中Pb含量大于40×10-6的区域范围与市区企业空间分布较吻合,且这一范围比土壤略大,充分体现了人为活动导致降尘中Pb、Zn等污染并对土壤中相关元素分布产生影响.降尘中Hg的平均含量虽然也与土壤背景值接近(富集系数0.92),但变异系数高达1.35,说明降尘中Hg元素分布不均,特别人口密集的市区污染严重.与土壤背景值相比,降尘中Se、Cd、CaO含量显著偏高,元素富集程度由高到低依次为 中国环境科学34卷44Se(2.07)、CaO(1.67)、Cd(1.32),且与土壤中相应元素的相关系数均小于0.3,从Se、Cd散点图(图4)来看,其分布形态上表现为降尘中有呈现少数特高含量点现象,这些高含量点可能是人为强烈点源污染叠加所致.通过以上分析可见,降尘中Hg、Se、Cd、Pb、Zn、CaO等可能受到人为活动影响,而As、Cr、Ni、F元素可能主要来源于土壤粉尘(自然来源).表2济宁市近地表大气降尘中元素含量参数统计Table2Parametricstatisticsofthecontentsofthenear-surfaceatmospheredust-fallelementsinJining元素含量范围平均值中值标准离差变异系数土壤背景值富集系数相关系数AsCdCrFHgNiPbSeZnCaO3.07~17.790.08~0.7633.03~186.98146~78116~218812.92~46.9614.01~99.620.14~6.4642.4~301.811.9~290.78.570.1869.2047118327.1432.210.5986.135.58.310.1667.5845911025.8329.700.3977.325.62.440.0916.971042486.5210.520.6234.328.00.290.490.250.221.350.240.331.050.400.798.560.1474.2554819932.9931.290.2984.021.61.001.320.930.860.920.821.032.071.021.640.3430.2090.3420.3880.5190.5140.6200.2080.3450.295注:Hg的含量单位为ng/g,CaO为g/kg,其余元素含量单位为mg/kg;统计样本数为306个,置信度α=0.01时,显著相关临界值约为0.207256020451530101550001530降尘Ni含量(×10-6)45600510降尘As含量(×10-6)152010001508001206009040060y=0.4221x+349.09R2=0.15083020000030609012015002004006008001000降尘F含量(×10-6)降尘Cr含量(×10-6)图2济宁市近地表降尘与表层土壤As、Ni、F、Cr相关性Fig.2ScatterdiagramsofAs、Ni、FandCrinnear-surfaceatmospheredust-fallandinsurfacesoilinJining表土As含量(×10-6)表土F含量(×10-6)表土Ni含量(×10-6)表土Cr含量(×10-6)y=0.243x+57.439R2=0.117y=0.589x+17.009R2=0.2639y=0.3644x+5.4318R2=0.1178 0.00.01期代杰瑞等：济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析45116°32¢116°36¢师王营116°40¢0116°32¢116°36¢师王营116°40¢02km2km35°28¢35°28¢南张乡南张乡靳庄靳庄NN五里屯五里屯含量-6含量(´10)田庄806350403225(´10-6)孙家满庄孙家柳行乡满庄柳行乡田庄80635040322535°24¢35°24¢八里营八里营郭庄郭庄十里铺十里铺BA接庄接庄许庄乡许庄乡蔡庄蔡庄西正桥西正桥图3济宁市近地表降尘Pb与表层土壤Pb分布GeochemicaldistributionofPbinnear-surfaceatmospheredust-fallandinsurfacesoilinJiningA-近地表降尘Pb元素分布;B-表层土壤Pb元素分布Fig.30.81.51.20.60.90.40.60.20.30000.20.4降尘Cd含量(×10-6)0.60.802.04.06.0降尘Se含量(×10-6)图4济宁市近地表降尘与表层土壤Se、Cd相关性Fig.4ScatterdiagramsofSeandCdinnear-surfaceatmospheredust-fallandinsurfacesoilinJining3.3大气降尘元素间相关性分析(表3)可见,富集系数小于1.0可能来源于土壤颗粒的As、Cr、Ni、F非富集(非污染)元素间的相关性较好,其中Ni与As、Cr、F,Cr与F相关系数均在0.55以上,相关系数分别达到0.556、0.776、0.744、0.579;As与F、Cr相关系数分别为0.448、0.450.富集系数大于1.0可能来源于人为污染的Cd、Pb、Se、Zn、Hg、CaO富集(污染)元素间的相关关系一般.其中Cd、Pb、Se、Zn元素间相关性相对较高,Pb与Zn相关系数为0.606,其他元素间相关系数在0.216(Se与Cd)~0.454(Cd与Zn)之间;CaO与Cr、F、Ni等元素呈负相关,相关系数在-0.4以下.这说明上述污染元素的来源具有一定的相关性,但相关性并没有非污染元素明显,其来源更为复杂.而Hg与其它元素相关性表3济宁市近地表大气尘中元素含量相关系数表Table3Correlationcoefficientsoftheelementcontentsinnear-surfaceatmospheredust-fallinJining项目AsCdCrFHgNiPbSeZnCaOAsCdCrFHgNiPbSeZnCaO10.13010.450-0.10310.448-0.1610.57910.0860.192-0.013-0.04410.556-0.1530.7760.744-0.12110.4400.004-0.0410.184-0.00910.216-0.128-0.2010.125-0.0680.3770.4540.0610.0160.1660.1000.6060.181-0.393-0.223-0.001-0.3980.1290.2590.1080.3200.00810.38110.2330.3861由济宁市大气降尘元素含量的相关系数表表土Cd含量(×10-6)表土Se含量(×10-6) 中国环境科学34卷46均较差(相关系数小于0.2),主要来源与其他元素差别明显.3.4污染端元对大气降尘的贡献解析为分析济宁市大气降尘中元素之间的相互关系,进一步确定其来源与控制因素,通过SPSS软件对数据进行主成分分析得到初始因子负载矩阵,为了消除不同元素含量数量级带来的影响,采用最大方差正交旋转还原得到因子负载矩阵,结果(表4)可见,4个因子的累计成因率为74.50%,即选定了4个污染源类型.从以上分析可见,第一个因子主要代表自然来源,来自于本地或邻近地区的土壤粉尘的沉降,贡献率为30%.第二因子与Cd、Pb、Se、Zn显著相关.相关分析表明,济宁市大气降尘中Cd、Pb、Se、Zn可能具有相同来源,与土壤背景值对比,他们都具有较高的含量或较大的变异系数.从元素含量的空间分布来看,Cd、Pb、Se等与燃煤活动有关,研究发现在市中心、钢铁厂和化工厂附近的降尘样点具有最高的Cd含量(0.76×10-6)和较高的Se(4.16×10-6)、Zn(252×10-6)含量,因此证实了这些元素主要来源于工业燃煤.认为燃煤是第二污染因子,其贡献率达26.32%.据相关研究资料[18-20],Pb是汽车尾气排放的示踪元素,但本次研究表明,汽车尾气尘中Pb含量最低,降尘中Pb受代表燃煤源的F2因子控制,这说明随着强制无铅汽油的使用与普及,工业燃煤已逐渐成为大气降尘Pb的主要来源.第三因子与CaO显著相关,与Zn也具有相对较大的因子系数,推断主要来源于交通二次污染.交通尘取自交通流量大的路面尘土,主要是土壤颗粒物与汽车尾气尘的混合物.前面分析表明,Zn是燃煤排放的主要元素,CaO在建筑尘中含量最高,土壤中也含有一定量的CaO,来源不同的两元素相关系数达0.386,推断降尘中两元素来源于二次污染的交通尘;另外CaO/Zn比也可加以证实,大气降尘中CaO/Zn为412.3,与交通尘(CaO/Zn为401.6)较为接近,而与建筑尘(1296.4)、燃煤尘(294.1)和尾气尘(14.6)都相差甚远.故第三因子代表交通尘来源,贡献率为10.06%.第四因子只与Hg显著相关.Hg除了作为汽车排放元素外,燃煤也会产生一定浓度的Hg,但Hg与燃煤特征元素As、Se、Pb等之间的相关性都很差.鉴于以上原因,认为第四个因子是汽车排放因子,对大气降尘的贡献率有8.12%.3.5大气降尘元素的空间分布特征利用MapGIS软件的DTM模块,采用空间插值的方法制作元素分布图,发现济宁市不同区域大气降尘中元素含量差别较大.从F2因子得分图(图5)可以看出,与Cd、Pb、Se、Zn等元素有关的第表4济宁市近地表大气尘因子负载矩阵表Table4Factorloadmatrixoftheelementsinnear-surfaceatmospheredust-fallinJining因子负载元素变量因子1因子2因子3因子4AsCdCrFHgNiPbSeZn0.727-0.1440.8060.823-0.0800.9330.073-0.0170.1900.2010.889-0.019-0.080.194-0.0550.6700.6060.7030.204-0.007-0.299-0.108-0.151-0.1430.1460.2060.2790.046-0.0290.042-0.1010.817-0.0230.1760.2060.103CaO-0.2760.1690.794-0.167特征值成因率(%)累计成因率(%)3.0030.0030.002.6326.3256.321.0110.0666.380.818.1274.50第一因子中,As、Cr、F、Ni具有较大的因子系数,在0.01的置信水平下,相关系数临界值为0.207,所以这4种元素均与第一因子显著相关.前面研究表明F、Ni、Cr为煤燃烧排放的主要元素,他们在燃煤尘中的平均含量高达3344×10-6、63.23×10-6、92.39×10-6;Se是燃煤指示元素[16-17]其平均含量为269.50×10-6,如果Se与As、F、Ni、Cr4元素同时出现,4元素可能源于燃煤,有Se而无As、F、Ni、Cr,则燃煤不是4元素的主要来源,研究区Se与F、Ni、Cr相关系数分别为-0.201、-0.068、-0.128,Se与As相关性也较差(相关系数0.108).另外降尘中4元素含量与土壤值接近或略偏小,且相互之间呈显著正相关,具有相同来源. 1期代杰瑞等：济宁市近地表大气降尘地球化学特征及污染来源解析47二因子高分值区与市区企业分布范围及其吻合,充分体现了与污染源地域分布的一致性;特别在化工厂、钢铁厂以及人口密集的市区得分最高,远远高于济宁市其他地区,这与居民及企业长期燃煤有关.受区域土壤粉尘的影响,虽然不同区域大气降尘中F1因子(As、Cr、F、Ni)得分没有显著差别,但在城区西部砖厂、东部化工厂和炼钢厂附近相对较高,这可能与该地区污染排放有关.降尘中CaO在济宁汽车总站附近平均含量高达8.4%,最大值20.4%,并以总站为中心向四周含量逐渐降低,与该地段较大的车流量有关.降尘中Hg元素高含量区与市区人口密集区范围较吻合,另外在汽车站以及市区主要道路沿线含量最高,市区其他地区含量相对稳定,郊区含量偏低.116°32¢116°36¢116°40¢师王营2km035°28¢南张乡卞厂因子得分靳庄N五里屯3.062.000.910.42-0.03-0.41-0.62-0.96火葬厂孙家柳行乡炼钢厂化工厂化工厂机械厂水泥厂汽车北站砖厂电化厂化纤厂传送履带厂化工厂酿造厂化工厂化工厂洗涤剂厂机床厂35°24¢汽车总站火车站锅炉厂车辆厂八里营郭庄钢铁厂化肥厂污水处理厂十里铺接庄镇许庄乡化工厂蔡庄西正桥主要污染源位置等值线乡镇所在地村庄所在地图5济宁市近地表降尘F2因子得分分布Fig.5SpatialdistributionofF2factorscoresinnear-surfaceatmospheredust-fallinJining4结论尘对环境的影响居中.在过去Pb是汽车尾气排放的示踪元素,但随着强制使用无铅汽油的普及,工业燃煤排放已逐渐代替汽车尾气成为大气降尘Pb的主要来源.4.2降尘中基本没有受到人类活动影响的As、Cr、F、Ni等元素在空间分布上较一致,相关性较好,且具有较小的富集系数,降尘中这些元素含量主要受土壤粉尘沉降的影响(自然源).而受到不同程度人为活动污染的Cd、Pb、Se、Zn、Hg、4.1不同污染端元中元素含量差别明显,燃煤尘中As、Cd、Co、Cu、F、Ni、Pb、S、Se等多数元素含量最高,其中Se、F、As含量是其他端元尘的4倍以上,Se是其他端元尘的81.91(尾气尘)~104.04倍(建筑尘),对环境影响较大;而建筑尘中多数元素含量为所有端元中最低,仅氧化物和Mn元素含量偏高,对环境影响小,其它端元 中国环境科学34卷48CaO等元素(指标)具有较大的富集系数或变异系数,相关性较差,在空间分布上与污染源较吻合;研究表明,Cd、Pb、Se、Zn主要来源于企业燃煤;CaO与交通污染有关,Hg主要源于汽车尾气排放.以上4种污染源是济宁市大气降尘的主要来源,按贡献率大小依次为土壤粉尘30%,燃煤26.32%,交通10.06%,汽车尾气8.12%.4.3通过本次研究认为,城市不同污染端元和大气降尘元素含量分析、相关分析和因子分析是指示城市大气降尘污染元素来源的有效研究方法.鉴于济宁市目前的现状,防治煤烟型污染是一业科学,2008,36(1):302-303.[14]司美茹,苏涛,李桂芝.济宁市土壤放线菌资源调查研究[J].山东农业科学,2008,21(4):68-71.[15]李燕,王友强,刘强.春季大风对济宁市空气质量的影响[J].安徽农业科学,2009,37(3):1212-1213.[16]杨丽萍,陈发虎.兰州市大气降尘污染物来源研究[J].环境科学学报,2002,22(4):499-502.[17]HeB,LiangLN,JiangGB.DistributionsofarsenicandseleniuminselectedChinesecoalmines[J].ScienceoftheTotalEnvironment,2002,296:19-26.[18]LewisJ.Leadpoisoning:Ahistoricalperspective[J].EPAJournal,1985,11:15-18.[19]姚青,韩素芹,蔡子颖.天津采暖期大气PM2.5中重金属元素污染及其生态风险评价[J].中国环境科学,2013,33(9):1596-1600.[20]姚志良,张明辉,王新彤,等.中国典型城市机动车排放演变趋势[J].中国环境科学,2012,32(9):1565-1573项重要的任务;随着汽车保有量的迅速增加,车尾气污染不也不容忽视.汽参考文献：[1]韩力慧,庄国顺,程水源,等.北京地面扬尘的理化特性及其对大气颗粒物污染的影响[J].环境科学,2009,30(1):1-8.滕恩江,胡伟,吴国平,等.中国四城市空气中粗细颗粒物元素组成特征[J].中国环境科学,1999,19(3):238-242.王红斌,陈杰,刘鹤,等.西安市夏季空气颗粒物污染特征及来源分析[J].气候与环境研究,2000,5(1):51-57.AndersenA,HovmandMF,JohnsenI.AtmosphericheavymetaldepositionintheCopenhagenarea[J].EnvironmentalPollution,1970,17(2):133-15.MorselliL,0livieriP,BarbaraB,eta1.SolubleandinsolublefractionsofheavymetalsinwetanddryatmosphericdepositionsinBologna,Italy[J].EnvironmentalPollution,2003,124(3):23-30.杨忠平,卢文喜,龙玉桥.长春市城区重金属大气干湿沉降特征[J].环境科学研究,2009,22(1):28-34.周琳,曾英,倪师军,等.成都经济生态区大气降尘中镉赋存形态的研究[J].广东微量元素科学,2006,13(2):44-48.杨忠芳,侯青叶,余涛,等.农田生态系统区域生态地球化学评价的示范研究:以成都经济区土壤Cd为例[J].地学前缘,2008,15(5):23-35.奚旦立,孙裕生,刘秀英.环境监测[M].北京:高等教育出版社,2002:116-120.刘海婷,于瑞莲,胡恭任,等.泉州市街道灰尘重金属污染评价[J].矿物岩石,2010,30(3):116-120.杨孝智,陈扬,徐殿斗,等.北京地铁站灰尘中重金属污染特征及健康风险评价[J].中国环境科学,2011,31(6):944-950.林啸,刘敏,侯立军,等.上海城市土壤和地表灰尘重金属污染现状及评价[J].中国环境科学,2007,27(5):613-618.胡星明,王丽平,毕建洪.城市大气重金属污染分析[J].安徽农作者简介：代杰瑞(1977-),男,黑龙江萝北人,高级工程师,主要从事生态地球化学和环境地质方面的研究.发表论文50余篇.[2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13]