何小婉，王亞楠

安徽省碭山縣大氣干濕沉降物地球化學(xué)特征研究

何小婉1，王亞楠2

（1.安徽省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查局325地質(zhì)隊，安徽 淮北 235000；2.安徽省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測總站，合肥 230001）

為了解碭山縣大氣環(huán)境中元素的沉降通量特征，以及對碭山縣土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，在該地區(qū)采集20個大氣干濕沉降物樣品，計算As、Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Ni、Zn元素的年沉降通量。結(jié)果顯示：除As和Cr的含量低于碭山縣土壤背景值，Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量平均值均高于本縣表層土壤元素含量。年沉降通量平均值從大到小依次為Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，且均遠(yuǎn)低于全國幾何平均值。大氣干濕沉降物元素和年沉降通量空間分布均有一定的規(guī)律性，高值區(qū)主要分布在Q05、Q09、Q10、Q15這四個樣點(diǎn)位置。碭山縣大氣干濕沉降物環(huán)境Cd、Hg元素地球化學(xué)等級均評價為一等，環(huán)境地球化學(xué)綜合等級為一等，說明碭山縣大氣環(huán)境整體質(zhì)量較好，在短期內(nèi)對土壤環(huán)境質(zhì)量影響不大。

碭山縣；大氣沉降；地球化學(xué)；重金屬；土壤環(huán)境質(zhì)量

大氣作為環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分，對環(huán)境和整個生態(tài)系統(tǒng)均具有重大影響，大氣污染已成為人們關(guān)注的環(huán)境問題之一(楊忠平等，2009)。大氣干濕沉降不僅對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生物理侵害，更嚴(yán)重的是產(chǎn)生化學(xué)危害，并可產(chǎn)生二次污染，如土壤是大氣沉降最終污染對象之一（李璐，2017）。重金屬元素可通過汽車尾氣排放、化石燃料燃燒、工業(yè)廢氣、粉塵、礦山開采、汽車輪胎磨損等進(jìn)入大氣（Loppi S et al.，2004；Sezgin Net al.，2004；Klumpp Aet al.，2003；郭敏，2021；楊婧等，2014），吸附在氣溶膠上（郭敏，2021），再通過干濕沉降的方式進(jìn)入土壤，在表層土壤中不同程度地累積（黃春雷等，2011）。大氣干濕沉降物是元素從外源環(huán)境進(jìn)入土壤環(huán)境的主要途徑之一，并且易被土壤中有機(jī)質(zhì)或黏土等吸附（曾琴琴等，2019）。

1 研究區(qū)概況

碭山縣位于安徽省最北端，與皖、蘇、魯、豫四省六縣交界處，黃淮海平原的南部，東距徐州80公里，西接商丘70km，西和西北距古都開封和水泊梁山僅有100多公里，是安徽省連接歐亞大陸橋的唯一通道。隴海鐵路、310國道貫穿全境，京九、京滬鐵路，105、206國道擦肩而過。鄭徐客運(yùn)專線、濟(jì)祁高速十字交匯貫穿全境，構(gòu)成了碭山新的交通格局?？h境地勢平坦，系黃河沖積而成，境內(nèi)中部略高，南北稍低。百里黃河故道位于碭山縣中部，由西至東橫穿整個碭山縣，在長期的黃泛和人為作用下形成黃泛沖積平原的地貌景觀。由于泛濫洪水的流速不同、沉積速度不同以及人為因素的影響形成了槽狀洼地、泛濫微高地、決口扇形地、扇前（間）洼地等微地貌類型。該區(qū)地層屬華北地層大區(qū)晉冀魯豫地層區(qū)徐淮地層分區(qū)淮北地層小區(qū)，發(fā)育的主要地層有奧陶系中、下統(tǒng)，石炭系上統(tǒng)至三疊系下統(tǒng)，古近系及第四系。土壤類型主要有沙土、飛沙土、兩合土和淤土。碭山縣氣候?qū)儆诩撅L(fēng)半濕潤氣候區(qū)，界于暖溫帶和北亞熱帶之間，屬于暖溫帶和北亞熱帶的過渡帶。多年平均降水量752mm，年最大降水量1334mm（2003年），年最小降水量415mm（1966 年）。每年降水主要集中于6～8三個月，約占全年降水量的57%。多年平均蒸發(fā)量1683mm，年平均無霜期202天。該縣是吉尼斯紀(jì)錄認(rèn)定的世界最大連片果園產(chǎn)業(yè)區(qū)，擁有近百萬畝連片生態(tài)果園，種植的“碭山酥梨”馳名中外。大宗農(nóng)作物有黃桃、油桃、小麥、玉米、大豆及多種蔬菜。碭山縣是生態(tài)名縣，是全國首批33個國家級生態(tài)示范區(qū)、全省林業(yè)發(fā)展十強(qiáng)縣，創(chuàng)造了黃淮海地區(qū)的生態(tài)奇跡。碭山縣境南部地下蘊(yùn)藏煤，其品種有焦煤、瘦煤、貧煤、自然焦等，總儲量為7億噸?？h境北部玄廟一帶地下有儲油、儲氣構(gòu)造，面積約12km2。

圖1 大氣干濕沉降采樣點(diǎn)位圖

2 樣品采集及分析測試方法

2.1 樣品采集

按照《區(qū)域生態(tài)地球化學(xué)評價技術(shù)要求(試行)》（DD2005-02）規(guī)范要求，采集大氣干濕沉降物樣品19處20個（包括1件空白桶校正樣）（圖1）。放置周期為一年。采集點(diǎn)均選擇在四周（25m×25m）無遮擋雨、雪、風(fēng)的高大樹木或建筑物，并考慮了風(fēng)向（順風(fēng)、背風(fēng)）、地形因素，上風(fēng)口避開了煙囪、交通道路等點(diǎn)、線污染源。接塵缸口徑45.9cm、缸底內(nèi)徑39.8cm、高62.5cm，材質(zhì)為塑料。接塵缸安裝了支架、防護(hù)網(wǎng)，在放置前用10%HC1浸泡24h，再用純水洗凈。每個點(diǎn)布設(shè)2個接塵缸，放置在距地面約10～15m的民房、學(xué)校屋頂平臺上，且接塵缸口距平臺約1～1.5m，安排專人定期巡查。采用虹吸法抽取靜置的集塵缸中上部澄清溶液至另一容器，測定上清液的總體積或重量。野外采集的渾濁液樣品送實驗室進(jìn)行固態(tài)樣品分離、稱重處理，應(yīng)保證固態(tài)樣品不低于20g，液態(tài)樣品不低于1L。送樣單需注明原始樣品總體積，總重量，并要求實驗室提供固態(tài)物質(zhì)總重量。如果采樣時加入了蒸餾水或去離子水，同時送該批次純蒸餾水或去離子水做空白分析，對液態(tài)樣品含量進(jìn)行校正。

2.2 樣品分析測試方法及質(zhì)量評述

2.2.1 樣品分析測試方法

大氣干濕沉降樣品由江蘇地質(zhì)礦產(chǎn)設(shè)計研究院分析測試，共測砷（As）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、汞（Hg）、鉛（Pb）、銅（Cu）、鎳（Ni）、鋅（Zn）、pH 9項指標(biāo)。樣品測試方法及質(zhì)量監(jiān)控按照《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（試行）》（DD2005-03）及補(bǔ)充規(guī)定、《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 0130-2006）的規(guī)定及有關(guān)要求執(zhí)行。各指標(biāo)測試方案見表1所示。

大氣干濕沉降物上清液樣品共18件，干樣樣品共19件，重復(fù)性檢驗分析樣品數(shù)均為3件，插入國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2件與樣品同時分析（上清液中Cr、Zn、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn元素插入標(biāo)樣號為200930、200933，As元素插入標(biāo)樣號為200443，Hg元素插入標(biāo)樣號為202047，pH插入標(biāo)樣號為202167；干樣各元素插入標(biāo)樣號為GSS-30、GSS-33；pH插入標(biāo)樣號為ASA-1、ASA-9）。各元素的相對誤差均在允許限內(nèi)，分別統(tǒng)計各元素合格率均為100%。大氣沉降上清液重復(fù)性檢驗相對誤差極小，干樣重復(fù)性檢驗相對誤差范圍在-16.216%～15.059%，各元素合格率均為100%。大氣沉降物上清液樣品一次總報出率為16.0%，干樣報出率為100%。

表1 大氣干濕沉降物樣品分析方法

2.2.2 質(zhì)量評述

樣品的監(jiān)測與監(jiān)控方案嚴(yán)格按照《多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查規(guī)范（1∶250000）》(DZ/T 0258-2014)、《生態(tài)地球化學(xué)評價樣品分析技術(shù)要求（試行）》 （DD2005-03）及補(bǔ)充規(guī)定、《地質(zhì)礦產(chǎn)實驗室測試質(zhì)量管理規(guī)范》（DZ/T 0130-2006）的規(guī)定及有關(guān)要求和監(jiān)控辦法進(jìn)行，各類樣品所采用分析方法的精密度、準(zhǔn)確度、檢出限均滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。各監(jiān)測項目重復(fù)分析質(zhì)量控制合格率均達(dá)到了100%；標(biāo)準(zhǔn)樣品的質(zhì)量控制合格率均達(dá)到100%，大氣沉降物干樣報出率為100%，各類樣品報出的實驗測試數(shù)據(jù)是準(zhǔn)確可靠的。

3 結(jié)果與分析

3.1 大氣環(huán)境地球化學(xué)特征

3.1.1 大氣干濕沉降物元素含量

通過大氣干濕沉降物樣品中Cd、Cu、Pb、Ni、Cr、Zn、As、Hg、pH共9項指標(biāo)的分析測試可知,大氣沉降元素含量在一定程度會受到土壤背景值的影響，同時大氣沉降也是土壤重金屬的一個重要來源。碭山縣大氣沉降物中除 As和Cr的含量低于碭山縣土壤背景值，元素Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量平均值均高于本縣表層土壤元素含量（表2），尤其是Cd和Hg，表明大氣干濕沉降可能是土壤中Cd和Hg的重要來源，同時也表明區(qū)內(nèi)大氣沉降在一定程度上受到了人為活動的影響。

表2 碭山縣大氣干沉降物元素含量特征統(tǒng)計

各重金屬元素變異系數(shù)由高到低為As> Zn>Cu>Pb>Hg>Cd>Ni>Cr，其中Cr變異系數(shù)小于0.25，表明各采樣點(diǎn)大氣降塵中Cr含量變化不大，Ni、Cd、Hg變異系數(shù)介于0.25～0.50之間，含量變化較大，Pb、Cu、Zn變異系數(shù)介于0.50～0.75之間，含量變化大，As的變異系數(shù)大于0.75，含量變化極大（表2）。

表3 碭山縣大氣干濕沉降物元素的相關(guān)性

從表3中可以看出，大氣干濕沉降物元素的相關(guān)性較簡單。分析了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn八個元素，其中，As與Cu、Ni、Cr、Zn之間，Cr與Zn、Ni之間，Zn與Hg、Ni之間相關(guān)性呈顯著水平，Cd與Ni之間，Cu與Pb之間相關(guān)性呈極顯著水平（在95%置信度，n=20情況下，臨界值為0.444，大于0.444可認(rèn)為相關(guān)）。

3.1.2 大氣干濕沉降物元素空間分布

從圖2可以看出，碭山縣大氣干濕沉降物中As與Cr地球化學(xué)分布大致相似，高背景區(qū)主要分布在碭山縣東北部，低背景區(qū)主要分布在碭山縣西部及南部，總體呈現(xiàn)東北高西南低的趨勢；Cd與Ni地球化學(xué)分布具有相似的趨勢，高背景區(qū)主要分布在碭山縣北部、南部，低背景區(qū)主要分布在碭山縣西部、東部，總體呈現(xiàn)南北高東西低的趨勢；Cu、Zn與Pb地球化學(xué)分布具有相似的趨勢，高背景區(qū)主要分布在碭山縣東北部、西南部，低背景區(qū)主要分布在碭山縣西部、東南部，總體呈現(xiàn)東北、西南高和西北、東南低的趨勢；Hg與其它元素地球化學(xué)分布存在差異性，高背景區(qū)主要分布在碭山縣西南及東部地區(qū)，低背景區(qū)主要分布在碭山縣南部及西部地區(qū)。

總結(jié)以上結(jié)果，可以得出，碭山縣大氣干濕沉降物中重金屬高值區(qū)主要集中在Q05、Q09、Q10、Q15這四個樣點(diǎn)位置。結(jié)合野外實地調(diào)查情況，樣點(diǎn)Q05位置距離縣道100m左右，樣點(diǎn)Q15在鄉(xiāng)鎮(zhèn)道路旁邊，推測交通塵或汽車尾氣排放為這兩個地區(qū)出現(xiàn)高值區(qū)的原因。樣點(diǎn)Q10位于開發(fā)區(qū)，且旁邊有一發(fā)電廠，推測該地區(qū)大氣干濕沉降重金屬元素含量較高的原因是人類活動密集和工礦業(yè)廢氣的排放。樣點(diǎn)Q09旁邊有高鐵路線，是否是形成高值區(qū)的原因有待進(jìn)一步分析研究。

圖2 大氣干濕沉降物元素地球化學(xué)圖

3.1.3 大氣干濕沉降通量密度特征

大氣干濕沉降通量計算公式如下：

式中，F(xiàn)為年沉降通量[mg·（m2·a）-1]；Qt為年總沉降量（mg·a-1）；S為采樣面積（m2）；Qs為濕沉降年沉降量（mg）；Qi為干沉降年沉降量（mg）；V為溶液總體積（m3）；cs為溶液濃度（mg·m-3）；M為干沉降總量（kg）；Ci為干樣部分樣品元素含量（mg·kg-1）。

從表4中可以看出，大氣干濕沉降物樣品中As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 8個重金屬元素年沉降通量密度平均值從大到小依次為Zn＞Pb＞Cr＞Cu＞Ni＞As＞Cd＞Hg，其中，Zn、Pb年沉降通量相對最高，年沉降通量均大于10mg，As、Cd、Hg 年沉降通量相對最低，年沉降通量小于1mg，表明該地區(qū)大氣干濕沉降物中重金屬元素Zn、Pb通量較高。Zn、Pb是化石燃料燃燒、有色金屬冶煉和汽車尾氣排

表4 碭山縣大氣干濕沉降元素通量密度特征統(tǒng)計

放等過程中產(chǎn)生的特征性較強(qiáng)的元素（湯奇峰等，2007；焦君杰等，2018），推測該地區(qū)Zn和Pb元素的高沉降密度值可能由這三種因素引起。但由表5可以看出該地區(qū)8種重金屬元素年沉降通量密度幾何平均值均遠(yuǎn)低于全國。說明碭山縣汽車尾氣的排放、化石燃料的燃燒和冶金塵的釋放對大氣環(huán)境的影響不大。

通過與北京平原區(qū)（叢源等，2008）、河北南部（李隨民等，2010）和長江三角洲地區(qū)（Huang S S et al,2009）大氣干濕沉降通量對比分析可以得出（表4），研究區(qū)內(nèi)除Cd和Hg的沉降通量略高于北京平原區(qū)，其他重金屬元素均低于以上3個地區(qū)。說明相對于我國工業(yè)發(fā)達(dá)的地區(qū)、中部平原區(qū)和人口眾多的經(jīng)濟(jì)區(qū)，碭山縣大氣沉降中重金屬對土壤的污染程度極低。相比較其他三個地區(qū)，碭山縣工業(yè)發(fā)展較慢，該地區(qū)燃煤量較少；此外，該地區(qū)人類活動密集程度也較低，汽車尾氣的排放量較其他地區(qū)也會更低。這些都是碭山縣大氣重金屬元素干濕沉降通量較低的原因。

3.1.4 大氣干濕沉降物元素年沉降通量密度空間分布

從大氣干濕沉降物元素年沉降通量密度柱狀圖（圖3）可以看出，樣點(diǎn)Q05、Q09和Q15各元素年沉降通量總量最高，該趨勢與大氣干濕沉降物元素含量空間分布類似。

圖3 大氣干濕沉降物元素年沉降通量密度柱狀圖

3.2 大氣干濕沉降環(huán)境地球化學(xué)評價

根據(jù)土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范（DZ/T 0295-2016），大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)等級劃分指標(biāo)為鎘（Cd）和汞（Hg）的年沉降通量密度。

表5 大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)大氣干濕沉降物中評價指標(biāo)年沉降通量密度小于或等于該值時為一等，表示大氣干濕沉降物沉降對土壤環(huán)境質(zhì)量影響不大；當(dāng)大氣干濕沉降物中評價指標(biāo)年沉降通量密度大于該值時為二等，表示大氣干濕沉降物沉降對土壤環(huán)境質(zhì)量影響較大（表5）。每個評價單元的大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境地球化學(xué)等級最差的等級。

研究區(qū)樣品中Cd和Hg元素年沉降通量密度均遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)值（圖4），Cd、Hg元素地球化學(xué)等級均評價為一等，大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級為一等，說明碭山縣大氣環(huán)境質(zhì)量良好，干濕沉降物對土壤環(huán)境質(zhì)量影響不大。

圖4 碭山縣大氣干濕沉降物Cd、Hg元素年沉降通量密度地球化學(xué)圖

4 結(jié)論

（1）碭山縣大氣沉降物中除 As和Cr的含量低于碭山縣土壤背景值，元素Cd、Cu、Hg、Ni、Pb和Zn的含量平均值均高于本縣表層土壤元素含量，尤其是Cd和Hg,表明大氣干濕沉降可能是土壤中Cd和Hg的重要來源，且區(qū)內(nèi)大氣沉降在一定程度上受到了人為活動的影響。

（2）8個重金屬元素年沉降通量平均值從大到小依次為Zn ＞ Pb＞ Cr ＞ Cu ＞ Ni ＞ As ＞ Cd ＞ Hg，表明Zn、Pb是該地區(qū)大氣干濕沉降重金屬元素中最主要的元素。推測該地區(qū)Zn和Pb元素的高沉降密度值可能是由化石燃料燃燒、有色金屬冶煉和汽車尾氣排放這三種因素引起。但該地區(qū)8種重金屬元素年沉降通量密度幾何平均值均遠(yuǎn)低于全國，說明碭山縣化石燃料燃燒、有色金屬冶煉和汽車尾氣排放對大氣環(huán)境的影響不大。

（3）大氣干濕沉降物元素和年沉降通量空間分布均有一定的規(guī)律性，高值區(qū)主要分布在Q05、Q09、Q10、Q15這四個樣點(diǎn)位置。推測原因是這幾個樣點(diǎn)區(qū)人類活動較密集，汽車尾氣和工礦業(yè)廢氣的排放相對較多。

（4）大氣干濕沉降物Cd、Hg元素地球化學(xué)等級均評價為一等，得出大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級為一等，說明碭山縣大氣環(huán)境質(zhì)量良好，大氣干濕沉降物對土壤環(huán)境質(zhì)量影響不大。

（5）通過對碭山縣大氣干濕沉降物元素的相關(guān)性分析可以得出，As與Cu、Ni、Cr、Zn之間，Cr與Zn、Ni之間，Zn與Hg、Ni之間相關(guān)性呈顯著水平，Cd與Ni之間，Cu與Pb之間相關(guān)性呈極顯著水平。說明大氣環(huán)境中這幾種重金屬之間有一定的相互作用關(guān)系，各元素之間會產(chǎn)生直接或者間接的影響。

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Geochemical Characteristics of Atmospheric Dry and Wet Precipitation in Dangshan County, Anhui Province

HE Xiao-wan1WANG Ya-nan2

(1-The 325th Geological Team, Anhui Bureau of Geology and Mineral Exploration, Huaibei, Anhui 235000; 2- Anhui Institute of Geo-Environment Monitoring, Hefei 230001 )

This study collects 20 atmospheric dry and wet sediment samples in Dangshan County for analyzing and calculating the annual deposition fluxes for elements As, Cd, Cr, Hg, Pb, Cu, Ni, Zn in order to understand the characteristics of element deposition fluxes in the atmospheric environment and their impact on the soil environmental quality in Dangshan. The results show that contents of As and Cr are lower than the soil background value, whereas contents of Cd, Cu, Hg, Ni, Pb and Zn are higher than those in the surface soil. The annual deposition flux from large to small in turn is Zn, Pb, Cr, Cu, Ni, As, Cd and Hg, and is much lower than the national geometric average. The spatial distribution of the atmospheric dry and wet settling elements and the annual sinking flux has certain regularities, and the high value zone is mainly distributed in four sampling sites such as Q05, Q09, Q10, Q15. The environmental Cd and Hg of the atmospheric dry and wet sediments are all evaluated as first-class and the comprehensive environmental geochemistry is first-class which indicate that the overall quality of Dangshan county’s atmospheric environment is relatively good, with little impact on the soil environment quality in the short term.

Dangshan County; atmospheric precipitation; geochemistry; heavy metals; soil environmental quality

P595

A

1006-0995（2022）02-0296-06

10.3969/j.issn.1006-0995.2022.02.022

2021-12-02

安徽省公益性地質(zhì)工作項目“碭山縣酥梨產(chǎn)地土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查與評價”（2019-g-1）

何小婉（1988— ），女，安徽省亳州市人，碩士研究生，工程師，主要從事地球化學(xué)勘查工作