基于污染指数法的东京城市道路重金属污染特征分析

基于污染指数法的东京城市道路重金属污染特征分析

汽车污染是城市环境的主要问题之一。污染物质主要分为气体污染物和颗粒污染物。在颗粒污染中，重金属主要来自汽油焦油和汽车零部件的磨损，如pb汽油、zn汽车、cu汽车和其他颗粒污染。此外，许多使用p、rh和pd作为坐车环境处理装置使用，这被称为道路灰尘的重金属污染。行道树是城市植被的重要组成部分,不同的行道树对气体状污染物质的净化能力有明显的差异.对于粒子状污染物质,行道树通过吸收、附着,能有效防止重金属污染物扩散.东京市内由于汽车行驶产生的气体状及粒子状物质的大气污染在日本最为严重.据调查,东京市内大气污染80%以上来源于汽车污染,同时,道路周围也可能受到污染.本研究测定了东京市内主要道路的粉尘、沿道土壤以及行道树树叶的重金属含量,以分析东京市主要道路的污染状况,探讨行道树树叶对重金属的捕获能力以及树种间的差异,以便选择行道树树种,为防止污染扩散提供依据.1材料和方法1.1道路粉尘、行道树表层土壤和行道树生长特征在东京都杉并区内的环状7号线选取3点、小金井市内的东八道路选取2点以及调布市内的品川道路选取2点作为调查地点.各调查点12h的交通量平均为:环状7号线为47795辆,东八道路为25054辆,品川道路为14613辆.以非道路环境的东京都府中市内的东京农工大学农学部校园为对照点.本研究采集道路粉尘、行道树表层土壤及行道树树叶进行重金属测定分析.粉尘采集来自环状7号线的1号点、东八道路的1号和2号点以及品川道路的1号和2号点各2个样本.环状7号线的其它2点由于无粉尘堆积,没有采集到样本.沿道土壤从环状7号线采集11份样本,东八道路采集14份样本,品川道路采集11份样本.行道树选取日本国内广泛栽植的榉树Zelkovaserrata,银杏Ginkgobiloba,樟树CinnamomumCamphoro,三角槭Acerbuergerianum和杜鹃花Rhododendronoomurasaki.粉尘采集是用排笔刷收集沿道路的堆积物;土壤是采集树木根际附近距地表3cm深处的土壤.行道树树叶采样原则是,采摘当年生叶片,树高的(榉树、银杏、樟树、三角槭)采集2.5m高度处的树叶,树矮的(杜鹃花)采摘0.9m高度处的树叶.1.2土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、土壤ph值、道路树生长指标的测定粉尘及土壤样品在105℃的干燥箱中干燥后,粉尘用0.5mm筛,土壤用2.0mm筛,取筛下物为作试验样品.试验样品粉尘称取约2.0g(不足2.0g的取全量),土壤取约5.0g放入容量为300mL的烧杯中,加硝酸30mL和高氯酸10mL,在270℃的砂浴电热锅内加热分解,分解结束后,加1当量盐酸抽提并过滤,其滤液用1当量盐酸定容至50mL,作为待测溶液.此外,测定过筛后土壤的pH值.行道路树树叶取1/2,用特别配制的洗净液洗净,作为洗净叶,其余1/2作为未洗净叶.将树叶放入60℃的干燥箱内干燥72h后,称烘干质量约1.0g的样品进行硝化分解,方法同上.待测定溶液用日立Z-6100型原子吸光光度计测定Mn,Fe,Cu,Zn,Cd,Pt和Pb的浓度.2结果与讨论2.1应然浓度和相对浓度试验结果东京市区道路粉尘的重金属浓度见表1(均为烘干质量,平均数±标准差;下同).从表1可见,道路粉尘的重金属浓度随交通量的增加而上升,交通量最大的环状7号线,其重金属浓度最高.东京市区道路粉尘的重金属浓度与轻度污染的日本国内山区道路粉尘的重金属浓度相比较,分为两大类型,即Cu,Zn,Pb和Pt为高浓度类型,而Mn,Fe和Cd为低浓度类型.各调查点重金属平均浓度的试验结果与1977年东京23区道路粉尘的重金属浓度相比,Pb的浓度显著降低,这与1975年开始禁止销售含Pb汽油有关;Zn和Cd的浓度有降下趋势,这与东京交通量减少有关.2.2重金属的扩散东京市区沿道土壤的重金属浓度见表2,沿道土壤中的Cu,Zn,Cd和Pb的浓度是对照土壤的约2倍.从以上结果可知,Cu,Zn,Cd和Pb已污染沿道土壤.而且,Cu和Zn不仅污染沿道土壤,还可能扩散至非道路的土壤,特别是Zn可能扩散更广.本试验中,Mn,Fe和Pt的污染水平较低,所有土壤中均未检测出Pt.土壤中的各种重金属浓度均以对照点(非行路树土壤)为最低,但与交通量的关系不太明显,这与行道树栽植状况有关.环状7号线的土壤重金属浓度与交通量接近的千叶县国道(12h的交通量约为40000辆)1972年测定的土壤重金属浓度相比,Zn的浓度基本相同,而Pb和Cd的浓度下降.这一趋势与前述的粉尘重金属浓度的测定结果一致.但是,与山区的森林土壤相比,Pb和Cd的浓度仍然较高,说明东京市区沿道土壤的重金属污染依然存在.2.3道路粉尘及沿道土壤重金属污染指数评价道路粉尘的重金属来源有以下途径:一是周边土壤起尘而堆积于道路,其二是汽车排放废气及汽车车体磨损而排放至环境中.品川道路粉尘中,Mn,Fe和Cd的浓度比相同调查点沿道土壤的浓度低,由此推测,粉尘中的这些重金属主要来源于沿道土壤.另一方面,品川道路粉尘中的Cu和Pt,东八道路粉尘中的Cu,Zn和Pt及环状7号线粉尘中Cu,Zn,Pt和Pb的浓度高于其在沿道土壤中的浓度,说明这些重金属主要来源于汽车.本研究中,沿道土壤中未检测出Pt,而粉尘中则检测出Pt,且其浓度随交通量的增加而上升.选择源于汽车行驶产生的重金属污染元素Cu,Zn和Pb,采用单因子污染指数法对道路粉尘和沿道土壤的重金属污染指数进行评价.计算公式为:Ρi=ρiρis‚式中:Pi为重金属污染元素i的污染指数;ρi为道路粉尘或沿道土壤中重金属污染元素i的浓度,mg/kg;ρis为道路粉尘或沿道土壤中重金属污染元素i的评价标准,mg/kg.以东京农工大学农学部校园(对照点)土壤的重金属浓度实测值作为评价标准.道路粉尘或沿道土壤的整体污染状况采用综合污染指数法进行评价,计算公式如下:Ρ=1nn∑i=1Ρi‚式中:P为综合污染指数;Pi为单因子污染指数;n为污染物质的种类数.东京市区道路粉尘和沿道土壤中重金属Cu,Zn和Pb的污染指数PCu,PZn和PPb见表3.可见,PCu,PZn和PPb均大于1;道路粉尘的单因子污染指数最高为5.66,最低为1.47,综合污染指数为2.12～4.97,平均为3.10;沿道土壤的单因子污染指数最高为2.26,最低为1.48,综合污染指数为1.82～2.11,平均为1.90.这进一步表明,东京市区道路粉尘和沿道土壤中Cu,Zn和Pb的平均含量均超过对照点,特别是交通量最大的环状7号线,道路粉尘重金属Cu,Zn和Pb的污染尤为突出,综合污染指数达4.97.2.4行道树树种重金属浓度东京市区行道树树叶中的重金属浓度见表4和表5,行道树树叶中未检测出Pt,6月的洗净叶中未检测出Cd.洗净叶和未洗净叶的重金属浓度均以对照点为最低,3条道路行道树树叶的重金属污染基本上处于同一水平.不同树种行路树树叶的重金属浓度差异大,几乎所有调查点除Mn外的重金属元素,无论洗净叶还是未洗净叶,均以杜鹃花为最高,银杏最低,而Mn的浓度则以树高的种类为高.杜鹃花与其它4种树重金属浓度的比值都较高(表6),说明不同行道树种蓄积重金属的能力是不同的,而杜鹃花蓄积重金属的能力强.原因是,此次调查的5种树中,仅杜鹃花为矮树,叶片的采摘高度及栽植状况与其他4种树均不同.作者认为,具有多层栽植的行道树,中下层的树叶粉尘较多.而杜鹃花为下层树种,同时,其叶面和叶形具有捕捉粉尘能力强的特征.另外,9月与6月行道树树叶的重金属浓度相比,Mn,Fe,Cd和Pb的浓度略有增大,而Cu和Zn的浓度略有减小.其原因可能是Mn,Fe,Cd和Pb易蓄积在树叶上,而Cu和Zn受风雨作用而脱落.3道路粉尘重金属污染随交通量的变化情况根据对东京市城市道路粉尘、土壤及行道树重金属含