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摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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基于生物多样性保护的兴安落叶松与白桦最佳混交比例要要要以阿尔山林区为例
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中国能源消费碳排放的时空特征 舒娱琴 渊源怨缘园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区坡面尺度土壤水分空间变异及影响因子 姚雪玲袁傅伯杰袁吕一河 渊源怨远员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
新疆艾比湖流域土壤有机质的空间分布特征及其影响因素 王合玲袁张辉国袁秦摇 璐袁等 渊源怨远怨冤噎噎噎噎噎噎
雅鲁藏布江山南宽谷风沙化土地土壤养分和粒度特征 李海东袁沈渭寿袁邹长新袁等 渊源怨愿员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
一株溶藻细菌对海洋原甲藻的溶藻效应 史荣君袁黄洪辉袁齐占会袁等 渊源怨怨猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
砷形态对黑藻和竹叶眼子菜有机酸含量的影响 钟正燕袁王宏镔袁王海娟袁等 渊缘园园圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
七项河流附着硅藻指数在东江的适用性评估 邓培雁袁雷远达袁刘摇 威袁等 渊缘园员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
杭州湾滨海湿地不同植被类型沉积物磷形态变化特征 梁摇 威袁邵学新袁吴摇 明袁等 渊缘园圆缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎
剪形臂尾轮虫形态的时空变化及其与生态因子间的关系 葛雅丽袁席贻龙袁马摇 杰袁等 渊缘园猿源冤噎噎噎噎噎噎噎
太湖流域河流水质状况对景观背景的响应 周摇 文袁刘茂松袁徐摇 驰袁等 渊缘园源猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
荒漠植物白刺属 源 个物种的生殖分配比较 李清河袁辛智鸣袁高婷婷袁等 渊缘园缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
臭氧浓度升高对香樟叶片光合色素及抗过氧化的影响及其氮素响应 牛俊峰袁张巍巍袁李摇 丽袁等 渊缘园远圆冤噎噎
不同密度下凤仙花重要形态性状与花朵数的关系 田旭平袁常摇 洁袁李娟娟袁等 渊缘园苑员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
五种高速公路边坡绿化植物的生理特性及抗旱性综合评价 谭雪红袁高艳鹏袁郭小平袁等 渊缘园苑远冤噎噎噎噎噎噎
散孔材与环孔材树种枝干尧叶水力学特性的比较研究 左力翔袁李俊辉袁李秧秧袁等 渊缘园愿苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征 戴斯迪袁马克明袁宝摇 乐 渊缘园怨缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
南亚热带米老排人工林碳贮量及其分配特征 刘摇 恩袁 刘世荣 渊缘员园猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
植物生活史型定量划分及其权重配置方法要要要以四棱豆生活史型划分为例 赵则海 渊缘员员园冤噎噎噎噎噎噎噎
半干旱区湿地鄄干草原交错带边界判定及其变化 王摇 晓袁张克斌袁杨晓晖袁等 渊缘员圆员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氮肥运筹对晚播冬小麦氮素和干物质积累与转运的影响 吴光磊袁郭立月袁崔正勇袁等 渊缘员圆愿冤噎噎噎噎噎噎噎
氮肥形态对冬小麦根际土壤氮素生理群活性及无机氮含量的影响 熊淑萍袁车芳芳袁马新明袁等 渊缘员猿愿冤噎噎噎
基于数字相机的冬小麦物候和碳交换监测 周摇 磊袁何洪林袁孙晓敏袁等 渊缘员源远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
黄土高原半湿润区气候变化对冬小麦生长发育及产量的影响 姚玉璧袁王润元袁杨金虎袁等 渊缘员缘源冤噎噎噎噎噎
基于土地破坏的矿区生态风险评价院理论与方法 常摇 青袁邱摇 瑶袁谢苗苗袁等 渊缘员远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于生态位的山地农村居民点适宜度评价 秦天天袁齐摇 伟袁李云强袁等 渊缘员苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
氯虫苯甲酰胺对黑肩绿盲蝽实验种群的影响 杨摇 洪袁王摇 召袁金道超 渊缘员愿源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎远 种植物次生物质对斜纹夜蛾解毒酶活性的影响 王瑞龙袁孙玉林袁梁笑婷袁等 渊缘员怨员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
云南元江芒果园桔小实蝇成虫日活动规律及空间分布格局 叶文丰袁李摇 林袁孙来亮袁等 渊缘员怨怨冤噎噎噎噎噎噎
重庆市蝴蝶多样性环境健康指示作用和环境监测评价体系构建 邓合黎袁马摇 琦袁李爱民 渊缘圆园愿冤噎噎噎噎噎
专论与综述
生态系统服务竞争与协同研究进展 李摇 鹏袁姜鲁光袁封志明袁等 渊缘圆员怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
中国沿海无柄蔓足类研究进展 严摇 涛袁黎祖福袁胡煜峰袁等 渊缘圆猿园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
冰雪灾害对森林的影响 郭淑红袁薛摇 立 渊缘圆源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
不同干扰因素对森林和湿地温室气体通量影响的研究进展 杨摇 平袁仝摇 川 渊缘圆缘源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
采石场废弃地的生态重建研究进展 杨振意袁薛摇 立袁许建新 渊缘圆远源冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
研究简报
基于地统计学和 悦云陨样地的浙江省森林碳空间分布研究 张摇 峰袁杜摇 群袁葛宏立袁等 渊缘圆苑缘冤噎噎噎噎噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿源源鄢扎澡鄢孕鄢 预 苑园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员圆鄄园愿
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封面图说院 秋色藏野驴群要要要秋天已经降临在海拔 源圆园园 多米的黄河源区袁红色的西伯利亚蓼渊生于盐碱荒地或砂质含盐碱土
壤冤铺满大地袁间有的高原苔草也泛出了金黄袁行走在上面的藏野驴们顾不上欣赏这美丽的秋色袁只是抓紧时间在严
冬到来之前取食袁添肥增膘以求渡过青藏高原即将到来的漫长冬天遥
彩图提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援 糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援 糟燥皂
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第 32 卷第 16 期
2012 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 32,No. 16
Aug. ,2012
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家科技支撑计划项目(2007BAC28B01);城市与区域生态国家重点实验室自主项目
收稿日期:2011鄄10鄄27; 摇 摇 修订日期:2012鄄06鄄20
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: mkm@ rcees. ac. cn
DOI: 10. 5846 / stxb201110271602
戴斯迪,马克明,宝乐.北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征.生态学报,2012,32(16):5095鄄5102.
Dai S D, Ma K M, Bao L. Distribution and heavy metal character of foliar dust on roadside tree Sophora japonica of urban area in Beijing. Acta Ecologica
Sinica,2012,32(16):5095鄄5102.
北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征
戴斯迪,马克明*,宝摇 乐
(中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室, 北京摇 100085)
摘要:叶面尘分布范围广、累积时间长,能够较好地指示近地面大气颗粒物污染特征和累积状况。 为揭示城市道路交通的大气
颗粒物污染特征,研究了北京城区不同类型道路两侧行道树国槐(Sophora japonica)的叶面滞尘量,分析了叶面尘主要重金属的
浓度和污染特征,采用相关分析和主成分分析法探讨了颗粒物重金属的主要来源。 结果表明:国槐叶面滞尘量在快速路、主干
路、次干路、支路上的比值为 100颐84颐75颐75,受车流量影响较大。 行道树国槐的平均叶面滞尘量为 0. 68 g / m2,庭院树国槐(远离
交通)叶面滞尘量是 0. 51 g / m2,两者差异显著。 行道树叶面尘重金属元素 Cu、Zn、Pb 在叶面尘中的浓度达到土壤背景值的 6
倍,空间分布较均匀,主要来自交通排放,庭院树叶面尘重金属污染也受到交通排放的重要影响。
关键词: 北京;国槐;叶面尘;重金属;主成分分析;交通排放
Distribution and heavy metal character of foliar dust on roadside tree Sophora
japonica of urban area in Beijing
DAI Sidi, MA Keming*, BAO Le
State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco鄄Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China
Abstract: Foliar dust is an important indicator of particulate matter (PM) in the near ground atmosphere, it can provide
valuable information about the accumulation and characteristic of PM. The study on distribution and pollution characteristics
of foliar dust is important for identifying the airborne particle source. With the rapid increase of traffic flow in cities,
emission from traffic has become one of the main sources of the air PM pollution, and led to the deterioration of air quality
in urban area. However, characteristics of road鄄based particle emissions and their effects on PM pollution have not been
well studied. Sophora japonica is the main species of roadside trees of the urban area of Beijing and also serves as a good
indicator species for mornitoring PM pollution. In this study, we collect 105 samples of foliar dust on Sophora japonica,
which contains 91 samples along different types of road and 14 samples in parks and gardens as background. Foliar dust is
obtained by elution and filtration, and the dust retention is classified according to road type and analyzed by one鄄way
Analysis of Variance(ANOVA). The total concentrations of main heavy metals Mn, Ni, Cu, Zn, Pb and Cr in foliar dust
are determined by Inductively Coupled Plasma鄄Optical Emission Spectrometry(ICP鄄OES). The possible pollution sources of
these metals are identified by Pearson correlation and Principal component analysis ( PCA). The result shows that the
highest foliar dust retention, mainly affected by the traffic volume, is found on roadside trees of freeways, followed by major
arterial, minor arterial and collector road, with a ratio of 100颐84颐75颐75. Foliar dust retention by the roadside trees (0. 68 g /
m2) is significantly higher (with P=0. 054) than that of the garden trees (0. 51g / m2). The concentrations of Cu, Zn and
Pb in foliar dust of roadside trees are 6 times higher than the soil background values, indicating that traffic emission is a
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significant source of metal pollution. The concentrations of heavy metals may affected by a number of factors and have a
generally uniform spatial distribution on traffic area. The correlation among Mn, Ni, Cu, Zn, Pb and Cr is significant in
traffic areas, which means they are mainly originated from particle emissions from on鄄road vehicles. Lots of heavy metal
pollutants are generated from vent鄄pipe emission, tyre abrasion, brake wear abrasion, road surface abrasion and
resuspension in the wake of passing traffic. More than one source of particulate heavy metals is identified for foliar dust of
garden trees and traffic emissions accounts for a large proportion. The major heavy metal pollutant Pb, Cu and Zn are
mainly derived from traffic emissions. By comparing the concentrations of Pb, Cu and Zn between garden samples and
roadside samples, we find that Pb is most likely to transport, followed by that of Cu and Zn. This study implies that traffic
emission has become the major anthropogenic source of PM and heavy metal pollution in the urban area in Beijing,
corresponding measures should be adopted for the pollution control.
Key Words: Beijing; Sophora japonica; foliar dust; heavy metal; principal component analysis; traffic emissions
城市近地面大气颗粒物(Particulate matter, PM) 携带着多种污染物,会引起各种人类疾病甚至人体机能
障碍[1],直接危害人群健康,近年来广受关注。 城区中,道路交通排放和二次扬尘等是大气颗粒物污染的重
要来源[2]。 以北京为例,截至 2011 年 4 月,北京市机动车保有量达 489. 2 万辆,交通排放已经跃居为城市空
气污染的主要来源。 而严重的拥堵,又加剧了交通污染排放[3]。 因此,了解城市道路交通区大气颗粒物的污
染特征与分布规律,对于城市大气污染治理具有重要意义。
研究城市大气颗粒物污染,选择合适的取样方法非常重要。 目前的研究大多采用大流量空气采样
器[4鄄9],这种方法有两个局限性:一是由于该方法对监测站点和监测仪器的硬件设备要求较高,采样点少,只
能代表较小区域内的状况。 如段菁春等选取 3 个采样点研究了北京市大气细粒子的分布特征[7],一些对杭
州、北京、广州 PM特征的研究也只选取一个采样点[4鄄6, 8, 10];二是只能反映短时间内的大气 PM 状况,空气采
样器的采样时间一般少于 48 h,而大气 PM 日变化比较大,短时间的测量不能准确反映 PM 长期总体污染
水平。
行道树叶片具有滞尘作用[11],且叶片高度与人的呼吸带相近,叶面尘与人群可吸入的 PM 特征相似。 相
对于环境监测站点的仪器测量,行道树的覆盖面广、取样简单,而且叶面尘能反映 PM的累积污染情况。 选取
行道树叶片作为 PM载体,在一定程度上突破了大气采样器的局限性,能够大范围布点,研究 PM 长期累积污
染的情况,从空间和时间上增大了 PM的研究尺度,提高了取样的可靠性。
本文以国槐(Sophora japonica)为例,探讨北京城区行道树叶面尘的空间分布特征和重金属污染浓度,为
研究城市近地面大气环境对居民健康的风险提供参考。
1摇 研究方法
1. 1摇 样品采集与分析
国槐是北京市高频度应用的行道树树种,分布广泛,选择国槐开展行道树叶面尘研究具有代表性和典
型性。
(1)样品采集
采样区域在北京市六环以内,从市中心向 8 个方向放射状等距布设采样点,选择距样点最近的道路采集
叶片样品,部分样点周围分布有不同类型的道路,则作为不同道路级别的样点,尽量使不同类型道路的采样点
数量相近、分布均匀,样点分布如图 1 所示。
此次调查共得到快速路 24 个、主干路 25 个、次干路 22 个、支路 20 个行道树样点。 作为对照,在公园和
生活区选择 14 个庭院树的样点。 在 2010 年 8 月 27—30 日,9 月 10—15 日进行样地调查和样品采集(8 月 31
日、9 月 1 日有阵雨,一般认为雨后 5d以上叶面尘量变化不大)。 样点设在道路中段,避开交叉路口,行道树
面朝道路,背向道路一侧多为人行道,硬质地面。 在道路的两侧选择长势相同的 5 棵树,用高枝剪剪下朝向道
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图 1摇 北京城区样点位置图
Fig. 1摇 A sketch map showing the sampling sites in Beijing
路和背向道路的健康叶片,取样高度距地面 3 m 左右,将同一道路采集的所有叶片混合成一个样本(约 200
g),装入自封袋后放入冰盒保存后运回实验室,共计 105 个样本。
(2)样品处理
滞尘量测定摇 叶面积测定采用扫描分析法。 每个样本中取 20 片健康叶片,用去离子水冲洗干净,擦干称
重得到叶片质量 m,扫描仪扫描后用 WinFOLIA软件分析叶面积 s,计算单位质量叶面积 f= s / m。
叶面尘提取采用洗脱法。 从每个样本中称取 50 g 叶片,用去离子水超声振荡 4 min,洗涤液用已烘至恒
重的混纤微孔滤膜(渍0. 45 滋m)抽滤,得到载尘滤膜,烘至恒重,滤膜两次烘干后均称重,得到质量差 驻m,单位
质量的叶面尘质量 M=驻m / 50。 叶面滞尘量计算:D=M / f。
重金属含量测定摇 用酸溶法(HCl鄄HNO3 鄄HF鄄HClO4)在电热板上加热消解载尘滤膜,用全谱直读等离子
体发射光谱仪(Prodigy ICP鄄OES,美国 Leeman公司)测定重金属元素浓度。
1. 2摇 数据处理
通过 Grubbs法剔除异常值后,用单样本 K鄄S(Kolmogorov鄄Smirnov)法检验发现,叶面尘中 Mn、Ni、Cu、Zn、
Pb、Cr均服从对数正态分布。 数据计算用 Excel2007 完成,统计分析用 SPSS13. 0 软件完成,图像由 ArcGIS9. 3
完成。
2摇 结果
2. 1摇 不同道路类型的滞尘量
实验数据显示北京市行道树国槐的叶面滞尘量的均值为 0. 68 g / m2,庭院树国槐(生活区)作为城区背景值,
其滞尘量为 0. 51 g / m2,二者在 P=0. 054水平上差异显著,行道树叶面滞尘量显著高于庭院树。 不同类型道路的
行道树滞尘量有差异(表 1),快速路、主干路、次干路、支路的叶面滞尘量分别为 0. 81、0. 68、0. 61、0. 61 g / m2。
2. 2摇 叶面尘的重金属浓度
2. 2. 1摇 行道树叶面尘的重金属浓度
行道树样点共 91 个,剔除异常值后 Mn、Ni、Cu、Cr、Pb、Zn服从对数正态分布。 行道树叶面尘重金属浓度
7905摇 16 期 摇 摇 摇 戴斯迪摇 等:北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征 摇
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见表 2。 以北京市土壤背景值[12]作为参照分析各元素的污染程度(表 2),发现叶面尘重金属 Cu、Zn、Pb 的浓
度远高于背景值,分别是土壤背景值的 18. 7 倍、6. 2 倍、5. 9 倍, Ni、Cr略高于背景值,Mn略低于背景值,可见
叶面尘中 Cu、Zn、Pb的污染程度最高,其次是 Ni、Cr。
表 1摇 不同道路类型的行道树和庭院树(城市背景)的叶面滞尘量
Table 1摇 Foliar dust retention of different types of road and residential area / (g / m2)
样本数
No. samples
均值
Mean
最小值
Minimum
中值
Median
最大值
Maximum
标准差
Std. Deviation
快速路 Freeways 24 0. 813 0. 257 0. 580 2. 812 0. 629
主干路 Major arterial 25 0. 675 0. 229 0. 554 1. 552 0. 314
次干路 Minor arterial 22 0. 611 0. 307 0. 515 1. 539 0. 313
支路 Collector roads 20 0. 615 0. 294 0. 499 1. 660 0. 341
交通区(行道树)总体
Total of roadside trees 91 0. 683 0. 229 0. 544 2. 812 0. 426
城市背景值(庭院树)
Total of garden trees 9 0. 505 0. 226 0. 375 1. 352 0. 370
表 2摇 行道树叶面尘的重金属浓度
Table 2摇 The heavy metal content of foliar dust on roadside trees / (mg / kg)
Mn Ni Cu Cr Pb Zn
样本数 No. Samples 90 91 91 89 91 90
均值 Mean 579. 94 48. 54 442. 29 184. 16 150. 63 632. 15
标准差 Std. Deviation 203. 13 17. 90 206. 87 98. 72 45. 99 183. 64
土壤背景值 Soid background value 705. 00 29. 00 23. 60 68. 10 25. 40 102. 60
叶面尘 /土壤 Foliar dust / Soil 0. 82 1. 67 18. 74 2. 70 5. 93 6. 16
ANOVA方差分析表明不同道路类型的叶面尘中 Mn、Ni、Cu、Cr、Pb、Zn的浓度差异不显著(P>0. 05)。 说
明行道树叶面尘中重金属浓度在空间上较均匀。
2. 2. 2摇 行道树叶面尘与庭院树叶面尘的重金属浓度比较
比较行道树与庭院树叶面尘的 Cu、Zn、Mn、Ni、Cr、Pb浓度(表 3),并计算庭院树 /行道树的重金属浓度比
(C(庭院树 /行道树)),发现 Zn(庭院树 /行道树)最小,Pb(庭院树 /行道树)最大,Cu(庭院树 /行道树)抑1,说明 Zn在行道树叶面尘中浓度
高于庭院树,Pb反之。
表 3摇 行道树与庭院树的叶面尘重金属浓度比较
Table 3摇 Comparison of heavy metal content of foliar dust in roadside trees and garden trees / (mg / kg)
Mn Ni Cu Cr Pb Zn
庭院树 Garden trees 526. 99 53. 32 435. 42 159. 50 175. 55 541. 33
行道树 Roadside trees 579. 94 48. 54 442. 29 184. 16 150. 63 632. 15
庭院树 /行道树 Garden trees / Roadside trees 0. 91 1. 10 0. 98 0. 87 1. 17 0. 86
2. 3摇 重金属元素的相关性分析
对行道树和庭院树的叶面尘重金属浓度分别进行相关分析(表 4),结果表明行道树叶面尘的所有重金属
元素显著相关,而庭院树叶面尘中 Cu与 Mn、Ni、Cr不相关,Cr与 Pb、Cu、Zn不相关,Pb鄄Mn、Ni鄄Zn弱相关。 这
说明行道树叶面尘重金属的同源性较大,而庭院树的叶面尘重金属来源不止一个。
2. 4摇 重金属元素的主成分分析
行道树和庭院树叶面尘中各重金属元素浓度均服从对数正态分布,经对数转换后进行主成分分析(表
5),按累积百分比大于 85%的要求抽取主成分。 结果显示:行道树叶面尘中,Cu、Pb、Zn 在第一主成分有较大
8905 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 32 卷摇
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载荷量(贡献率 35. 2% ),Mn在第二主成分有较大载荷量(贡献率 26. 5% ),Cr、Ni在第三主成分载荷量大(贡
献率 23. 5% );非交通叶面尘中 Cr、Mn、Ni是第一主成分的主要元素(贡献率 44. 7% ),Cu、Zn、Pb 在第二主成
分的载荷量较大(贡献率 41. 2% )。
表 4摇 行道树和庭院树叶面尘重金属元素的 Pearson相关系数矩阵
Table 4摇 Pearson correlation coefficients of heavy metals of doliar dust on roadside trees and garden trees
行道树 Roadside trees
Mn Ni Cu Cr Pb Zn
庭院树 Garden trees
Mn Ni Cu Cr Pb Zn
Mn 1 1
Ni 0. 528** 1 0. 794** 1
Cu 0. 371** 0. 493** 1 0. 475 0. 471 1
Cr 0. 456** 0. 475** 0. 329** 1 0. 839** 0. 775** 0. 435 1
Pb 0. 583** 0. 638** 0. 713** 0. 374** 1 0. 579* 0. 814** 0. 690** 0. 513 1
Zn 0. 612** 0. 681** 0. 579** 0. 306** 0. 726** 1 0. 716** 0. 660* 0. 755** 0. 529 0. 749** 1
摇 摇 *在 5%水平显著相关,**在 1%水平显著相关
表 5摇 行道树和庭院树叶面尘重金属来源的因子载荷量矩阵
Table 5摇 Factor load of the heavy metals on the former three principal components
行道树 Roadside trees
PC1 PC2 PC3
庭院树 Garden trees
PC1 PC2
Cu 0. 914 0. 066 0. 200 Cr 0. 917 0. 207
Pb 0. 773 0. 468 0. 209 Mn 0. 876 0. 345
Zn 0. 627 0. 580 0. 288 Ni 0. 816 0. 444
Mn 0. 171 0. 896 0. 270 Cu 0. 165 0. 911
Cr 0. 190 0. 230 0. 923 Zn 0. 429 0. 814
Ni 0. 472 0. 419 0. 564 Pb 0. 440 0. 787
因子贡献率% of variance 35. 249 26. 531 23. 498 因子贡献率% of variance 44. 657 41. 179
累积贡献率 cumulative % 35. 249 61. 780 85. 278 累积贡献率 cumulative % 44. 657 85. 836
3摇 讨论
3. 1摇 行道树国槐叶面尘分布与道路等级密切相关
道路交通可能是影响行道树国槐叶面尘的主要因素,而车流量越大的道路行道树的滞尘量可能越大。 道
路类型是车流量的间接体现,据统计[13],快速路、主干路、次干路、支路的车流量比例为 100颐29颐10颐9。 樊守彬
等[13]报道了 2007 年 8—9 月间北京市不同类型道路的降尘量,快速路 颐主干路 颐次干路 颐支路 = 100颐85颐76颐66。
本研究中,不同道路类型的行道树叶面滞尘量为快速路 颐主干路 颐次干路 颐支路 = 100颐84颐75颐75,与道路降尘情
况相似,说明道路降尘与行道树叶面尘有相同的影响因素,即道路降尘主要受车流量影响,因此叶面滞尘量的
主要影响因素是车流量。
交通主要可能通过 3 种方式影响行道树叶面滞尘量:车辆行驶造成气流扰动,将路面积尘再次扬起形成
二次扬尘;汽车尾气排放大量 PM,且在汽车加速、减速、停止时会排放更多尾气[14],车流量大时加速、减速、停
止等行为更频繁;制动磨损、轮胎磨损、路面磨损等非尾气排放也增加行道树 PM[3, 15]。 这些交通排放的 PM
使大气 PM含量增加,部分 PM通过沉降、附着等方式滞留在行道树的叶片上形成叶面尘,在未达到饱和之前
随空气 PM浓度的增加而增大。 因此车流量越大的道路其行道树滞尘量也越大。
行道树滞尘量显著大于庭院树,可能归结于两个原因:一是行道树的阻滞作用拦截了近地面大气 PM 的
迁移,被叶面滞留的 PM难以重新扬起;二是由于重力作用,较大粒径的 PM 都在道路及路侧区域沉降,只有
粒径较小的 PM能够随气流迁移到距道路较远的庭院树。
3. 2摇 行道树国槐叶面尘的重金属主要来源于道路交通
大气中的重金属元素主要借助风力迁移,车辆行驶形成的气流扰动会使重金属元素沿道路均匀分布。 本
9905摇 16 期 摇 摇 摇 戴斯迪摇 等:北京城区行道树国槐叶面尘分布及重金属污染特征 摇
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研究中,国槐叶面尘中 Mn、Ni、Cu、Cr、Pb、Zn的浓度在不同道路类型的差异不显著,说明它们具有很高的同源
性,与以往的研究结论相符[16鄄17]。
通过比较行道树叶面尘与土壤背景值的重金属浓度可以辨识出交通排放产生的主要污染元素。 叶面尘
中 Cu、Zn、Pb的浓度达到土壤背景值的 6 倍以上, Ni、Cr约为背景值的 2 倍,Mn略低于土壤背景值,说明交通
区的首要重金属污染物是 Cu、Zn、Pb,其次是 Ni、Cr。 Cu是制动磨损的标志元素、Zn 是轮胎磨损的典型代表,
它们代表非尾气排放水平。 本研究发现 Cu、Zn 显著高于土壤背景值,说明非尾气排放对交通排放的影响很
大。 据估算,北京典型道路交通高峰时机动车尾气排放 PM10为 1. 14 t / h(2009 年) [18],非尾气排放 PM10为 0.
67 t / h(2008 年) [19],非尾气排放已超过交通 PM 总排放量的三分之一。 一些欧洲城市的研究者也发现尾气
排放量持续减小,但非尾气排放有增无减[15]的情况,例如英国繁忙道路上尾气排放和非尾气排放的贡献几乎
相同[20]。 可见,非尾气排放在现代城市交通污染中所占比例呈现不断增加的趋势。
主成分分析进一步证实了交通区叶面尘的同源性。 3 个主因子中,Cu、Pb、Zn 在第一主成分有较大载荷
量,是典型街道灰尘的污染组合[21]。 Zn是轮胎硬化剂的材料,叶面尘 Zn 主要来自轮胎磨损[15, 22],润滑油泄
漏[23],镀锌护栏、灯柱的腐蚀[3]也有一定贡献。 Cu 主要来自汽车金属部件,尤其是刹车里衬的磨损[24]。 Pb
来自尾气排放、路面磨损、油漆涂料腐蚀等。 Mn 是第二主成分的主要元素,Zn、Pb、Ni 也有一定的载荷量。
Mn是合金材料和建筑材料的特征元素,路面材料和油漆涂料中含有少量的 Zn、Pb,据此推测第二主成分主要
是路面扬尘,主要由路面磨损、建筑材料风化、路边裸土等共同产生。 Cr、Ni 在第三主成分有较大载荷量,与
刹车制动[25]、燃料燃烧、建筑材料的风化、天然降尘等相关,为非特定源污染。
Pearson相关性分析发现庭院树叶面尘的来源不止一个,这与交通区的情况形成对比。 由于样点附近没
有显著工业源,推测庭院树叶面尘来源主要有大气降尘和交通排放。 主成分分析发现,庭院树叶面尘中 Cr、
Ni、Mn是第一主成分的主要元素,Pb和 Zn也有一定的载荷量,可以认为第一主成分主要来自大气降尘,是融
合了交通、工业、建筑材料、岩石风化等多种来源的混合源 PM;Cu、Zn、Pb在第二主成分的载荷量较大,Cu鄄Zn鄄
Pb的组合是交通排放的典型识别标志,这说明交通排放已经成为北京市居民区 PM 重金属污染物的重要来
源,某些欧洲城市[26]的研究也得到类似结果。
Pb、Zn、Cu虽然都主要来自交通排放,但它们在大气环境中的扩散能力不同。 本研究比较发现,典型交通
源重金属的扩散能力为 Pb > Cu > Zn。 Pb 在庭院树叶面尘中浓度高 ( Pb(庭院树 /行道树) > 1), Zn 刚好相反
(Zn(庭院树 /行道树) <1),这种差异可能与重金属的扩散能力有关。 研究表明,粒径越小的 PM 越容易长时间停留
在大气中,并且随气流远距离迁移[27]。 陈同斌等[28]研究发现香港海拔 800 m 人类活动很少的山地土壤 Pb
浓度也受到人类排放影响,Pb能以大气为媒介传输到很远的地方。 徐宏辉等[8]在北京研究发现,Pb 主要在
粒径<1. 1 滋m的颗粒中被富集,且垂直分布比较均匀,而 Zn、Cu 在粒径<5. 8 滋m 的颗粒中富集较多,在近地
面浓度更高,较难扩散到高空,对污染源周边区域影响更大。
4摇 结论
(1)行道树国槐的平均叶面滞尘量为 0. 68 g / m2,庭院树国槐(远离交通)叶面滞尘量是 0. 51 g / m2,两者
差异显著。 交通排放是路域 PM浓度显著高于庭院树的主要原因。
(2)行道树叶面滞尘量在快速路、主干路、次干路、支路的滞尘量比值为 100颐84颐75颐75,滞尘量与车流量正
相关。
(3)交通排放产生的首要重金属污染物是 Cu、Zn、Pb,在叶面尘中的浓度达到土壤背景值的 6 倍,重金属
主要来自尾气排放、制动磨损、轮胎磨损、路面磨损等,非尾气交通排放对交通环境影响越来越显著。
(4)行道树叶面尘中的重金属元素具有很高的同源性,道路交通排放是主要贡献者,其中尾气排放、制动
磨损、轮胎老化的贡献较大。 交通排放也是庭院树叶面尘的重要来源。
(5)首要交通源重金属 Cu、Zn、Pb的扩散能力由大到小依次为 Pb、Cu、Zn。
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