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开封市某高校校园地表灰尘重金属分布特征及生态风险评估

王洪涛 闫帅腾 武锟鹏 田原 胡文静 姜玉玲 李成蹊

王洪涛, 闫帅腾, 武锟鹏, 田 原, 胡文静, 姜玉玲, 李成蹊. 开封市某高校校园地表灰尘重金属分布特征及生态风险评估[J]. 土壤通报, 2023, 54(1): 171 − 179 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022103
引用本文: 王洪涛, 闫帅腾, 武锟鹏, 田 原, 胡文静, 姜玉玲, 李成蹊. 开封市某高校校园地表灰尘重金属分布特征及生态风险评估[J]. 土壤通报, 2023, 54(1): 171 − 179 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022103
WANG Hong-tao, YAN Shuai-teng, WU Kun-peng, TIAN Yuan, HU Wen-jing, JIANG Yu-ling, LI Cheng-xi. Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface Dust from a University Campus in Kaifeng, China[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(1): 171 − 179 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022103
Citation: WANG Hong-tao, YAN Shuai-teng, WU Kun-peng, TIAN Yuan, HU Wen-jing, JIANG Yu-ling, LI Cheng-xi. Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface Dust from a University Campus in Kaifeng, China[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2023, 54(1): 171 − 179 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022103

开封市某高校校园地表灰尘重金属分布特征及生态风险评估

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2022022103
基金项目: 国家自然科学基金项目(42107138)和中国博士后科学基金项目(2021M701072)资助
详细信息
    作者简介:

    王洪涛(1990−),男,河南登封人,博士,主要研究方向为土壤元素生物地球化学循环。E-mail: wanghongtao90@163.com

    通讯作者:

    E-mail: lcxshr123@163.com

  • 中图分类号: X53

Distribution Characteristics and Ecological Risk Assessment of Heavy Metals in Surface Dust from a University Campus in Kaifeng, China

  • 摘要:   目的  高校校园地表灰尘重金属污染关系到师生健康,探究其地表灰尘重金属环境风险,可为高校校园管理提供数据支持。  方法  采集开封市某高校校园内外地表灰尘52个样品,测定样品中重金属镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、镍(Ni)、铅(Pb)和锌(Zn)的含量,使用地积累指数法和潜在生态风险指数法分析重金属的污染程度和生态风险。  结果   高校地表灰尘重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn平均含量分别为1.05、88.36、47.04、29.76、68.72和328.87 mg kg−1,其中Cd和Zn含量分别为当地灰尘背景值的3.49倍和4.26倍。地积累指数分析表明,地表灰尘重金属污染指数平均值由高到低依次为Zn > Cd > Pb > Cu > Cr > Ni,其中Zn与Cd处于偏中度污染,Pb,Cu和Cr处于轻度污染,Ni处于无污染状态。潜在生态风险评价表明,高校地表灰尘中6种重金属综合潜在生态风险指数为144.53,属于“轻微”生态风险等级,其中Cd是该高校地表灰尘中最主要的生态风险影响因子。正定矩阵因子分析法(PMF)表明,Cr和Ni主要来源于成土母质,Cd、Cu、Pb和Zn主要来源于交通、工业污染、大气沉降等复合源。  结论  该高校道路地表灰尘重金属处于轻度到中度污染水平之间,重金属Cd是高校地表灰尘中最主要的污染因子,这些数据可为今后高校校园管理和环境规划提供一些参考。
  • 图  1  地表灰尘和土壤重金属含量箱线图

    DX,DL,VX,VL,SX和SL分别表示新区校园地表灰尘,老区校园地表灰尘,新区周边道路地表灰尘,老区周边道路地表灰尘,新区校园绿地土壤,老区校园绿地土壤。P < 0.05(0.01)或P > 0.05分别代表不同采样点间重金属之间存在或不存在显著差异。

    Figure  1.  Box plot of heavy metal concentrations in surface dusts and soils

    图  2  灰尘重金属Cd的潜在生态风险等级

    Figure  2.  Grades of potential ecological risk for Cd in surface dusts

    表  1  地表灰尘和土壤采样信息

    Table  1.   Detailed information of collected samples in surface dusts and soils

    来源
    Source
    采样位置
    Location
    采样校区
    Campus
    采样编号
    Number
    周边环境情况
    Surrounding environment
    灰尘 校园道路 新区 D1 ~ D10 紧邻主干路,伴有餐厅,教学楼,图书馆等教学生活区
    老区 D11 ~ D18
    校周边道路 新区 V1 ~ V10 紧邻城市主干路,靠近学校大门口,师生主要通过路口,
    其中老区在城市老城区
    老区 V11 ~ V16
    土壤 校园绿地 新区 S1 ~ S10 远离主干道,靠近水体,宿舍,
    伴有大量绿色植被(如灌木和乔木)
    老区 S11 ~ S18
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    表  2  国内不同城市地表灰尘含量比较

    Table  2.   Comparison of heavy metal concentrations in surface dusts from different cities of China

    城市体系
    Urban System
    重金属含量
    Concentrations of heavy metals (mg kg−1)
    参考文献
    References
    CdCrCuNiPbZn
    西安校园 145.1 93.5 35.8 158.6 665.9 [25]
    新疆昌吉 0.21 59.33 26.35 46.83 [26]
    漳州公园 61.74 77.89 25.20 71.74 77.89 [27]
    兰州城区 59.85 22.94 26.52 21.98 67.06 [28]
    郑州道路 5.1 90.4 39.0 42.5 72.8 627 [29]
    开封幼儿园 82.13 38.92 52.57 242.99 297.32 [30]
    开封公园 1.05 53.11 36.40 23.87 36.71 164.03 [31]
    开封高校 1.05 88.36 47.04 29.76 68.72 328.87 本研究
      注:−, 无数据。
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    表  3  地表灰尘与土壤重金属地积累指数均值(Igeo)和划分等级

    Table  3.   The average (Igeo) of accumulation index and classification of heavy metals in surface dusts and soils

    来源位置
    Source
    CdCrCuNiPbZn
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    Igeo
    Value
    等级
    Grade
    DX 1.18 a 2 0.46 a 1 0.42 b 1 −0.27 a 0 1.05 a 2 1.74 a 2
    DL 1.01 a 2 0.16 ab 1 0.14 bc 1 −0.50 a 0 0.60 a 1 1.47 ab 2
    VX 0.68 a 1 0.26 a 1 0.54 b 1 −0.50 a 0 0.83 a 1 1.20 b 2
    VL 1.38 a 2 0.41 a 1 1.22 a 2 −0.61 a 0 0.86 a 1 1.40 ab 2
    SX 1.53 a 2 −0.24 bc 0 −0.41 c 0 −0.36 a 0 0.68 a 1 0.18 c 1
    SL 1.09 a 2 −0.50 c 0 −0.25 bc 0 −0.36 a 0 0.89 a 1 0.29 c 1
      注:各个数字右上角字母(a,b和c)表示不同区域采样点间重金属的地积累指数数值之间存在显著差异(P < 0.05)。
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    表  4  不同生态风险级别样点数占总样点的百分数及生态风险指数

    Table  4.   Percentages of sites at different risk levels in the total sample sites and potential ecological risk index of heavy metals in surface dusts

    评价指标
    Evaluating indicator
    风险指数
    Risk index
    轻微风险(%)
    Light
    中等风险(%)
    Medium
    较强风险(%)
    Strong
    很强风险(%)
    Very strong
    极强风险(%)
    Extremely strong
    E Cd 105.36 8.82 41.18 35.29 14.71 0
    Cr 3.80 100 0 0 0 0
    Cu 11.45 100 0 0 0 0
    Ni 5.68 100 0 0 0 0
    Pb 13.98 100 0 0 0 0
    Zn 4.26 100 0 0 0 0
    RI 144.53 64.71 35.29 0 0
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    表  5  地表灰尘重金属污染源贡献率

    Table  5.   Source contribution ratios of heavy metals in surface dusts

    重金属
    Heavy metal
    因子1
    Factor 1
    因子2
    Factor 2
    因子3
    Factor 3
    Cd 16.39% 50.46% 33.15%
    Cr 65.10% 21.10% 13.80%
    Cu 24.76% 26.33% 48.91%
    Ni 63.08% 29.36% 7.56%
    Pb 11.49% 21.48% 67.03%
    Zn 11.87% 22.19% 65.93%
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-03-09
  • 录用日期:  2022-05-19
  • 修回日期:  2022-05-02
  • 网络出版日期:  2023-02-02
  • 刊出日期:  2023-02-06

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