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人类活动或自然过程产生的气体和颗粒释放到大气中,经一系列的迁移转化和化学过程后,最终以降尘、降雨或者降雪的形式沉降到地球表面。大气沉降包括干沉降和湿沉降,是大气毒害污染物质从空中降落到地表土壤和水面,对土壤和水体等造成污染的重要途径之一。大气沉降颗粒物中污染物质在大气中的存在形式、迁移、扩散和消除过程的研究,对于有效控制污染物来源,大气污染防治,减少大气颗粒物的对城市居民及生态系统的危害性具有重要的现实意义。
珠江三角洲位于中国南部,是我国第二大三角洲。改革开放30多年来,珠江三角洲已成为我国经济增长最快、最发达的地区之一。近年来,能源消耗增加,交通和工业迅猛发展,珠江三角洲的环境空气质量已经遭到严重破坏,如灰霾天气笼罩整个珠江三角洲,特别是冬春季节,日益恶化的环境给该地区稠密的人群带来了健康压力。针对珠江三角洲大气中重金属、多环芳烃(PAH)、有机氯农药(OCP)的污染问题,已有学者进行了系统研究,并取得了许多成果。然而,这些研究主要集中在珠江三角洲的某个城市或某个位点,不能全面反映珠江三角洲区域内大气沉降中污染物质水平。
本研究主要集中在珠江三角洲大气总沉降和干沉降水溶性离子、重金属、多环芳烃和有机氯农药的研究。为了更好地了解这些污染物在珠江三角洲地区的沉降过程,我们在珠三角不同生态系统设置了十个采样点,包括大城市生态系统,中小城市生态系统,郊区和自然保护区,进行了持续16个月的采样监测。对其中主要阴阳离子、微量金属元素、多环芳烃和有机农药等典型无机和有机污染物的含量特征,沉降通量、时空变化及物质来源等进行了探讨,研究结果对于环境管理部门了解整个珠江三角洲环境空气污染水平和来源,制定污染控制策略具有重要的意义。以下为本研究所获得的主要结论及认识:
1)水溶性阴阳离子:干沉降浓度范围为23.7-334mg/g,平均为116mg/g,其中SO42-浓度最高,占总水溶性离子的40.0±8.6%,其次为Ca2+和NO3-,分别占25.4±4.0和18.0±6.9%;干沉降水溶性总离子通量范围为0.02-337mg/m2/month,总沉降通量范围为294-10300mg/m2/month,总沉降水溶性离子通量是干沉降水溶性离子通量的7-56倍;水溶性离子沉降通量地区分布表现为近海采样点相对较高;干沉降水溶性离子浓度湿季高于干季,干沉降通量除从化、中山、南沙和顺德外,也主要表现为湿季高于干季,总沉降湿季高于干季;水溶性离子Cl-和Na+主要为海洋来源,Ca2+主要为土壤建筑扬尘来源,NO3-和SO42-主要为二次气溶胶来源。
2)金属元素:金属元素含量高低依次为Fe>Zn>Mn>Pb>Cu>(Ni,Cr,Rd)>V>(Li,Y)>Co>(Cd,Cs)>T1,其中Fe浓度最高为31600μg/g,T1浓度最低为1.0μg/g;微量金属元素区域通量受周边环境和发展类型影响明显,工业发展地区>城市居民区和近郊区>远离城市和工业的地区;Rb、Cs、Y、Mn、Ni、Li、Co主要受到土壤扬尘来源的影响,Pb、Cu、Cd及Ni、Cr与当地工业化和城市化过程密切相关,其中Pb元素主要受到燃煤和交通扬尘的污染,Cu和Cd元素主要来源于工业生产中产生的重金属污染。
3)多环芳烃:24种多环芳烃总浓度范围:0.790~17.9μg/g,平均浓度为:6.21±3.91μg/g,其中强致癌物BaP的平均浓度为0.388±0.238μg/g,占总PAH的6.3±1.2%;总沉降中PAH通量(3.61-141μg/m2/month)明显高于干沉降通量(0.077-27.9μg/m2/month),总沉降PAH是干沉降的4-28倍,低环芳烃更明显;PAH通量的空间分布表现为大城市>中小城市>郊区和远离城市地区;干沉降PAH通量表现为干季高于湿季,而总沉降PAH干季低于湿季;PAH主要来源为机动车排放、石油化石燃料燃烧,生物质和废弃物燃烧等也是珠江三角洲PAH的污染来源。
4)有机氯农药:总有机氯农药浓度范围为2.2-1250ng/g,平均值为95.5ng/g,其中DDT及其异构体占804±17%,其浓度范围从1.1ng/g到1240ng/g,平均值为87.5ng/g;干沉降∑OCP通量范围0.02-521ng/m2/month,平均值为50.4ng/m2/month,总沉降∑OCPs通量范围为3.19-1050ng/m2/month,其平均值为180ng/m2/month;DDTs为代表的有机氯农药大气沉降残留浓度空间分布特征为以珠三角中心采样点高,近海和边远采样点较低,同时干沉降通量空间差异比总沉降通量的空间差异大;干沉降OCP通量表现为干季高于湿季,而总沉降OCP干季低于湿季;有机氯农药的污染来源主要为土壤扬尘和残留挥发的再沉降以及可能的现存使用输入。