徐磊,李俊,瞿鏹,文方平,趙萌生,程琰勛,徐杰,王浩宇

(1. 中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局 昆明自然資源綜合調(diào)查中心,云南 昆明 650100; 2. 自然資源部 自然生態(tài)系統(tǒng)碳匯工程技術(shù)創(chuàng)新中心,云南 昆明 650100)

0 引言

大氣作為環(huán)境系統(tǒng)的重要組成部分,對(duì)環(huán)境和整個(gè)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(wèn)題之一[1]。大氣降塵不僅反映空氣質(zhì)量狀況,其攜帶的重金屬物質(zhì)最終通過(guò)干濕沉降的方式進(jìn)入土壤[2]。大氣干濕沉降輸入是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中重金屬的主要來(lái)源[3-4],因此土壤是大氣沉降最終污染對(duì)象之一[5]。此外,大氣中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素沉降對(duì)維持陸地生態(tài)系統(tǒng)中的植物生產(chǎn)力具有積極的作用[6-7],但是過(guò)量的氮、磷沉降促進(jìn)了水體中藍(lán)藻等微生物的生長(zhǎng),加劇了滇池等湖泊[8-9]以及長(zhǎng)江等河流[10]的富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。因此,通過(guò)對(duì)一個(gè)地區(qū)大氣干濕沉降物質(zhì)的研究,可以揭示大氣環(huán)境對(duì)該地區(qū)土壤重金屬元素、養(yǎng)分元素輸入影響,為評(píng)價(jià)與判斷土壤重金屬環(huán)境質(zhì)量和養(yǎng)分質(zhì)量狀況及其變化趨勢(shì)提供科學(xué)依據(jù)。

近年來(lái),許多學(xué)者對(duì)大氣降塵中元素來(lái)源進(jìn)行了研究,隨著城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展,燃煤、冶煉及汽車(chē)尾氣等人為源成為大氣降塵中有毒有害元素的主要來(lái)源[11]。湯奇峰等[12]在成都經(jīng)濟(jì)區(qū)大氣干濕沉降中發(fā)現(xiàn)Hg、Pb、Cd、Zn、As等有害元素主要來(lái)源于冶金、化工等工廠污染,Ca來(lái)源于建筑塵埃,K、Na、B、Mn、Mg等與道路交通和土壤揚(yáng)塵等密切相關(guān),并且Hg和Pb的輸入已經(jīng)引起土壤中Hg、Pb含量的明顯變化。楊新明等[13]對(duì)典型工業(yè)城市濟(jì)南市大氣降塵研究得出,重金屬Co、Cu、Fe主要來(lái)自于土壤源,Mn主要來(lái)自于土壤源和工業(yè)源,Ni主要來(lái)自于土壤源和混合源,交通源對(duì)降塵中Pb和Zn的貢獻(xiàn)率較高,As主要來(lái)自于工業(yè)源。王增輝[14]對(duì)魯西南平原區(qū)大氣干濕沉降進(jìn)行研究,認(rèn)為燃煤塵是大氣沉降物及當(dāng)?shù)赝寥?S、Se的主要來(lái)源,Ni、Cr、As主要源自土壤揚(yáng)塵,Ca和Mg與區(qū)內(nèi)石材開(kāi)采或水泥制造密切相關(guān)。大氣干濕沉降物中元素來(lái)源存在顯著的區(qū)域差異,與當(dāng)?shù)刈匀画h(huán)境、地質(zhì)背景、氣候及人類(lèi)活動(dòng)密切相關(guān),研究表明西南地區(qū)大氣降塵中重金屬污染較為嚴(yán)重[15]。二十大提出深入推進(jìn)環(huán)境污染防治,持續(xù)深入打好藍(lán)天、碧水、凈土保衛(wèi)戰(zhàn),加強(qiáng)污染物協(xié)同控制,基本消除重污染天氣。因此,本文依托中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查項(xiàng)目,以云南滇中大姚、姚安、南華為代表的中高山丘陵區(qū)為研究區(qū),通過(guò)研究區(qū)內(nèi)大氣干濕沉降物地球化學(xué)特征,揭示研究區(qū)大氣干濕沉降對(duì)表層土壤質(zhì)量的影響,探討大氣干濕沉降中元素的來(lái)源,為生態(tài)環(huán)境保護(hù)、大氣污染治理提供技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省中部楚雄州境內(nèi)的大姚縣、姚安縣和南華縣,屬云貴高原西部、滇中高原的主體部位,地勢(shì)大致由西北向東南傾斜,山高谷深,地形復(fù)雜,區(qū)內(nèi)以中高山丘陵為主,素有“九分山水一分壩”之稱(chēng)。研究區(qū)屬亞熱帶低緯高原季風(fēng)氣候,由于山高谷深,氣候垂直變化明顯,有明顯的立體氣候和區(qū)域小氣候特征[16],冬夏季短,春秋季長(zhǎng),日溫差大,年溫差小,冬無(wú)嚴(yán)寒,夏無(wú)酷暑,干濕分明,雨熱同季,日照充足,霜期較短,蒸發(fā)量大,降水較云南大部偏少,冬春少雨,干旱頻發(fā)。

研究區(qū)是滇中城市經(jīng)濟(jì)圈重要組成部分,其中大姚縣是重要的核桃、蠶桑、花椒、中藥材等高原特色產(chǎn)業(yè)基地,姚安平壩區(qū)是重要的糧食和蔬菜生產(chǎn)基地,南華縣是全國(guó)最重要的野生菌產(chǎn)地和最大的野生菌交易集散地,擁有“世界野生菌王國(guó)”、“中國(guó)核桃之鄉(xiāng)”、“云南優(yōu)質(zhì)煙基地”等多張名片。研究區(qū)內(nèi)礦產(chǎn)資源十分豐富,有煤、銅、鐵、鉛、鋅、鈦、鉑、金、稀土、芒硝等,其中銅礦分布較廣(圖1),主要分布在大姚中北部,煤礦主要分布在南華縣一街鄉(xiāng)至紅土坡鎮(zhèn)一帶,鉛鋅礦主要分布在姚安堿性侵入巖區(qū)。研究區(qū)內(nèi)地層以中生代的碎屑巖為主,紅層廣泛發(fā)育,南華縣哀牢山地區(qū)發(fā)育有哀牢山變質(zhì)巖群,姚安縣太平地區(qū)發(fā)育有喜山期的堿性侵入巖,第四系主要分布在山間小盆地,以姚安平壩區(qū)分布最廣。

圖1 研究區(qū)采樣點(diǎn)位及礦產(chǎn)資源分布Fig.1 Sampling sites and mineral resource distribution in the study area

2 樣品采集與分析

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016),以50個(gè)點(diǎn)/10 000 km2密度均勻布設(shè)大氣干濕沉降物采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)主要布設(shè)在農(nóng)作物地塊內(nèi)或相近區(qū)域,避開(kāi)明顯受道路揚(yáng)塵、餐飲和工礦企業(yè)廢氣排放影響的區(qū)域。全區(qū)共布設(shè)35個(gè)接塵缸(圖1)。接塵缸采用內(nèi)口徑50 cm、高62 cm的圓柱形塑料桶,使用前用鹽酸溶液(φHCl=10%)浸泡24 h后再用純水洗凈。接塵缸放置在距離地面10～15 m處的屋頂平臺(tái)上,接塵缸口高出平臺(tái)1.0～1.5 m,盡量避免揚(yáng)塵落入。接塵缸布置時(shí)間為2021年6月26日,回收時(shí)間為2022年6月30日,歷時(shí)1年。

按照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016),分別采集上清液和懸濁液樣品。先用虹吸法采集上清液并測(cè)量其總體積和總質(zhì)量,后再采集懸濁液(包含沉淀物)并測(cè)量其總體積和總質(zhì)量,采集的上清液和懸濁液立馬送往四川省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局成都綜合巖礦測(cè)試中心進(jìn)行分析測(cè)試。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi),將樣品用0.45 μm的濾膜全部過(guò)濾,記錄濾液體積,濾膜上部物質(zhì)在65 ℃以下烘干、稱(chēng)重,制成分析樣;濾液測(cè)定固形物、金屬元素(硝化處理后測(cè)定),換算成總體積的固形物及金屬總量,固體分析樣測(cè)定金屬總量。

樣品測(cè)試As、Cd、Hg、Pb、Cr、I、F、pH、TOC、K、Se、B、Mo、Zn、Cu、Ge、Ca等指標(biāo)。其中,干沉降物采用原子熒光光譜法測(cè)定Hg、As、Se,電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定Cr、Zn、K、Ca,離子選擇電極法測(cè)定F-、pH,ES法檢測(cè)B,電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定Cd、Cu、Ge、Mo、Pb,比色法檢測(cè)I,重鉻酸鉀容量法測(cè)定TOC。濕沉降物(溶液樣)采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定B、Cd、Cr、Cu、Ge、Mo、Pb、Zn,原子熒光法測(cè)定As、Hg、Se,離子色譜法測(cè)定F-,分光光度法測(cè)定I,電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定K、Ca,燃燒氧化—非分散紅外吸收法測(cè)定TOC,玻璃電極法測(cè)定pH。

分析方法檢出限均滿(mǎn)足規(guī)范檢出限,通過(guò)加入標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、密碼樣、監(jiān)控樣監(jiān)控分析質(zhì)量,17項(xiàng)元素(指標(biāo))的方法準(zhǔn)確度均大于96%,精密度(相對(duì)偏差)均小于5%,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)準(zhǔn)確度合格率均為100%,重復(fù)性檢查合格率均為100%。

3 結(jié)果與討論

3.1 元素年沉降通量及評(píng)價(jià)

樣品按干沉降和濕沉降兩部分進(jìn)行分析,得出TOC、K、Ca、Cu、Cd、Pb、Zn、Mo、Cr、B、Ge、As、Hg、Se、F、I共16種指標(biāo)的含量,分別為干沉降(沉淀部分)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和濕沉降(溶液部分)的溶液濃度含量。其中濕沉降樣品pH值變化范圍為5.53～9.20,平均值為6.85,中位值為6.76,表明研究區(qū)大氣濕沉降樣品以中性偏酸性為主。根據(jù)接塵缸的接收面積計(jì)算元素的年沉降通量(D)[17],公式為:

D=(Cs×V+Ci×M)/S,

(1)

式中:D為元素的年沉降通量,mg/(m2·a);Cs為濕沉降樣品的元素濃度,mg/L;V為年接收溶液總體積,L/a;Ci為干沉降樣品的元素質(zhì)量分?jǐn)?shù),10-6;M為年接受沉淀總質(zhì)量,kg/a。

表1為研究區(qū)大氣干濕沉降各元素年沉降通量特征,同一地區(qū)不同元素年沉降通量差異顯著,且同一元素不同地區(qū)年沉降通量差異也較顯著,說(shuō)明研究區(qū)大氣干濕沉降受空間格局的制約。年沉降通量大小順序?yàn)?TOC>Ca>K>I>F>Zn>B>Pb>Cr>Cu>As>Mo>Cd>Se>Ge>Hg,整體表現(xiàn)出TOC、K、I、F、Zn、B等養(yǎng)分元素年沉降通量大,Pb、Cr、Cd、Hg等重金屬元素年沉降通量小的特征,但微量元素Se、Ge的年沉降通量也偏小。

表1 研究區(qū)大氣干濕沉降元素年沉降通量統(tǒng)計(jì)

研究區(qū)大氣干濕沉降物各采樣點(diǎn)中Cd年沉降通量密度變化范圍為0.017～0.53 mg/(m2·a),遠(yuǎn)低于《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)中Cd沉降通量3.0 mg/(m2·a)的閾值,因此,研究區(qū)大氣干濕沉降Cd的環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)均為一等。研究區(qū)Hg年沉降通量密度變化范圍為0.002～0.16 mg/(m2·a),遠(yuǎn)低于上述規(guī)范中0.5 mg/(m2·a)的閥值,因此,研究區(qū)大氣干濕沉降Hg的環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)也均為一等。根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016),在大氣干濕沉降物單指標(biāo)環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分基礎(chǔ)上,每個(gè)評(píng)價(jià)單元的大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)等同于單指標(biāo)劃分出的環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)最差的等級(jí)。研究區(qū)內(nèi)Cd、Hg大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)均為一等,因此研究區(qū)大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)為一等,說(shuō)明研究區(qū)內(nèi)大氣環(huán)境質(zhì)量良好,Cd、Hg沉降對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量影響小,對(duì)土地質(zhì)量綜合等級(jí)劃分的影響微弱?？紤]到研究區(qū)存在采礦活動(dòng),大氣重金屬含量與礦、工業(yè)發(fā)展密切相關(guān),因此,建議開(kāi)展大氣環(huán)境監(jiān)測(cè),確保大氣環(huán)境質(zhì)量。

3.2 沉降元素來(lái)源解析

3.2.1 富集因子法

元素富集系數(shù)(EF)是判斷元素來(lái)源,研究大氣降塵元素分布、傳輸、富集的一種有效手段[18-20],是大氣中某元素的相對(duì)濃度與其在地殼中的相對(duì)濃度的比值。通常認(rèn)為,當(dāng)EF≤2時(shí),元素為非富集程度,主要來(lái)源于地殼,代表自然來(lái)源;當(dāng)240時(shí),呈現(xiàn)極強(qiáng)的富集特性,代表人為源。本文采用研究區(qū)3個(gè)縣域表層土壤元素背景值代替地殼中的元素濃度,計(jì)算研究區(qū)大氣干沉降中元素的富集因子EF,其計(jì)算公式為:

EFi=(Ci,a/Cr,a)/(Ci,s/Cr,s),

(2)

式中,Ci,a、Cr,a分別為大氣干沉降物中目標(biāo)元素i與參比元素r的含量,Ci,s、Cr,s分別為表層土壤背景中目標(biāo)元素i與參比元素r的含量。選擇合適的參比元素是計(jì)算元素富集系數(shù)的關(guān)鍵,所選參比元素首先是來(lái)源于自然源并且在運(yùn)移中質(zhì)量分?jǐn)?shù)相對(duì)穩(wěn)定,其次在自然作用過(guò)程中與目標(biāo)元素具有共消長(zhǎng)特性,即與目標(biāo)元素具有較好的相關(guān)性。通?？晒┻x擇的參比元素有Al、Fe、Zr、Li、Ti、Sc、Ca、Cs、Rb、稀土元素、放射性同位素、總有機(jī)碳(TOC)、粒度等[23-24]。由于研究區(qū)受秸稈焚燒等因素影響,應(yīng)排除與人為源TOC相關(guān)的指標(biāo)。考慮到區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)化水平較低,建筑塵特征元素Ca受人為源影響較小,1∶250 000多目標(biāo)區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查顯示表層土壤無(wú)Ca異常富集現(xiàn)象,因此,選擇Ca作為參比元素。

大氣降塵物質(zhì)來(lái)源主要包括土壤、燃煤塵、交通塵、建筑塵、冶金塵等,不同元素(組合)特征指示不同的來(lái)源[25-27],研究認(rèn)為自然土壤塵的特征元素組合為Si、Al、K、Pb,道路塵的特征元素組合為Pb、Cr、Mg,汽車(chē)尾氣塵(交通塵)特征元素為Pb,建筑塵特征元素組合為Ca、Na、Mg,煤煙塵特征元素組合為Se、Hg、Cd、Ni,冶金塵特征元素組合為Fe、Mn、Zn、As。

表2為研究區(qū)內(nèi)大氣干沉降物元素富集因子特征,可以看出,K、Ca、Cu、Pb、Mo、Cr、B、Ge、As、Hg、I、F的富集因子均小于2,其值范圍為0.24～1.30,未表現(xiàn)出富集特征,說(shuō)明這些元素基本不受人為活動(dòng)影響,主要來(lái)源于自然土壤塵;但Pb、Hg的富集因子達(dá)1.30和1.12,相對(duì)偏大,需關(guān)注人為源影響;Zn、Se的富集因子達(dá)2.58和2.51,屬中等富集程度,說(shuō)明受到人為源的一定影響,而Se、Hg代表的是煤煙塵來(lái)源,Zn主要來(lái)源于冶金活動(dòng),區(qū)內(nèi)分布較廣的煤礦和Cu、Pb、Zn、Au等多金屬礦床,推斷Se、Zn的富集來(lái)源于燃煤塵排放與礦業(yè)活動(dòng);Cd和TOC的富集因子達(dá)5.10和12.84,為顯著富集程度,說(shuō)明受到較強(qiáng)人為源的影響,而Cd代表的是煤煙塵來(lái)源,說(shuō)明Cd的富集來(lái)源于煤煙的排放或煤炭的開(kāi)采,TOC的富集因子最高,有研究表明大氣中有機(jī)碳主要來(lái)源于污染源直接排放的一次有機(jī)碳(POC) 和揮發(fā)性碳?xì)浠衔锝?jīng)過(guò)光化學(xué)反應(yīng)形成的二次有機(jī)碳(SOC)[28],張帆[29]對(duì)南昌市大氣有機(jī)碳、碳元素研究認(rèn)為T(mén)OC來(lái)源于交通排放和燃煤排放,由此推斷研究區(qū)大氣干濕沉降中TOC主要來(lái)自于煤煙塵?？緹熓茄芯繀^(qū)內(nèi)重要的經(jīng)濟(jì)作物,在烤制過(guò)程中需要燃燒大量的煤炭,且研究區(qū)內(nèi)分布多處煤礦,由此推斷大氣中的Zn、Se、Cd和TOC主要來(lái)源于煤煙塵和礦業(yè)活動(dòng)。

表2 大氣干沉降物元素富集因子特征Table 2 Elemental enrichment factor characteristics of atmospheric dry deposition

3.2.2 主成分解析

主成分分析方法(PCA)是一種將多維因子納入同一系統(tǒng)中進(jìn)行定量化研究的多元統(tǒng)計(jì)分析方法,可用于研究大氣干濕沉降中重金屬元素來(lái)源[30-31]。本文采用主成分分析法來(lái)研究大氣干濕沉降物中元素分類(lèi)及組合特征,探討分析元素來(lái)源。

35件樣品16種元素經(jīng)SPSS軟件進(jìn)行主成分分析后,采用主成分分析法提取因子,KMO的計(jì)算結(jié)果為0.761(>0.5),Bartlett的近似卡方為426,顯著性為0(<0.05),因此可以進(jìn)行主成分分析[16]。旋轉(zhuǎn)方法為凱撒正態(tài)化最大方差法,采用回歸因子得分。表3為大氣干濕沉降主成分特征值與貢獻(xiàn)率,5個(gè)主成分對(duì)變量具有較好的解釋性,累積貢獻(xiàn)率達(dá)79.94%,其中第一主成分F1為26.98%,第二主成分F2為23.87%,第三主成分F3為15.02,前3個(gè)主成分對(duì)大氣干濕沉降元素通量構(gòu)成特征的貢獻(xiàn)率尤為突出。

表3 大氣干濕沉降主成分特征值與貢獻(xiàn)率Table 3 Characteristic value of principal components and their contribution rate in atmospheric dry and wet deposition

由表4可知,第一主成分F1為Ca、Mo、B、As、F元素組合,TOC、Se、I在F1上的數(shù)值也均達(dá)到了0.44以上;第二主成分F2為Cu、Cd、Pb、Cr、Ge元素組合,Se和Zn在F2上的數(shù)值也較大,分別為0.44和0.25;第三主成分F3為T(mén)OC、K、Se、I元素組合,B在F3上的數(shù)值也較大,為0.51;第四主成分F4為Zn元素;第五主成分F5為Hg元素。

表4 大氣干濕沉降正交方差旋轉(zhuǎn)的因子負(fù)荷矩陣Table 4 Factor load matrix of orthogonal variance rotation of atmospheric dry and wet deposition

Ca、Mo、B、As、F的富集因子均小于1,B、Mo作為地殼微量元素在第一主成分中,因此F1體現(xiàn)了非人為影響的自然土壤來(lái)源,且相當(dāng)一部分的TOC、Se、I也是此來(lái)源。F2中的Cu、Cd、Pb、Cr是典型的重金屬元素,道路塵的特征元素組合為Pb、Cr、Mg,汽車(chē)尾氣塵(交通塵)特征元素為Pb,煤煙塵特征元素組合為Se、Hg、Cd、Ni。代杰瑞等[27]于2014年在濟(jì)寧地區(qū)大氣降塵研究中以為,燃煤塵對(duì)環(huán)境影響強(qiáng)于交通塵和建筑塵,燃煤塵中Se、As、Pb、S、Cu、Cd 及Ni含量相對(duì)最高;Anju[32]在印度Delhi街道降塵的研究中認(rèn)為,Cu、Cr和Ni主要來(lái)源于工業(yè)污染源,Pb和Cd主要來(lái)源于不同污染源所排放的廢氣,而Zn來(lái)源于工業(yè)和交通污染的混合源。因此Cu、Cd、Pb、Cr以及Se、Zn的F2組合特征體現(xiàn)的是以工業(yè)污染和煤煙塵為主的人為混合源。第三主成分和第一主成分有顯著關(guān)聯(lián),且以K元素荷載系數(shù)最高(為0.85)為特征,K是堿金屬和堿土金屬元素,且為地殼常量元素,體現(xiàn)土壤揚(yáng)塵的自然來(lái)源,TOC、B、Se、I在F1上的荷載系數(shù)也偏高,Se是煤煙塵的特征元素,因此F3代表的是土壤源與煤煙塵的混合源。第四主成分Zn元素是冶金塵的特征元素,研究區(qū)內(nèi)分布較多的多金屬礦床,例如姚安的老街金礦與鉛鋅礦、大姚分布較廣的銅礦等,大多都在開(kāi)采,因此Zn主要來(lái)源于礦業(yè)活動(dòng)。第五主成分Hg元素是煤煙塵的特征元素,來(lái)源是煤煙塵。

由各成分得分的三維示意圖(圖2)能更清楚地看出,16種元素在三維空間因子得分分布特征上可以分為3組,Ca、Mg、Mo、B、As、F來(lái)源為非人為影響的自然土壤源,Cu、Cd、Pb、Cr、Ge來(lái)源為人為源,即來(lái)源于礦業(yè)活動(dòng)以及煤煙塵,TOC、K、Se、I、Zn、Hg來(lái)源于自然源和人為源的混合源,即自然土壤源與煤煙塵的混合源。

3.2.3 空間分布特征

為直觀分析區(qū)內(nèi)大氣干濕沉降元素年沉降通量與礦產(chǎn)資源分布(人為源)的空間關(guān)系,利用ArcGIS10.8軟件繪制了元素年沉降通量空間分布圖(圖3),并與礦產(chǎn)資源分布(圖1)對(duì)比研究。

圖3 大氣干濕沉降元素年沉降通量空間分布(單位:mg/(m2·a))Fig.3 Spatial distribution of annual element flux of atmospheric dry and wet deposition(unit: mg/(m2·a))

結(jié)果表明:Cu、Cd、Pb的年沉降通量分布特征相似,高值區(qū)域主要分布于研究區(qū)北部的大姚鐵鎖鄉(xiāng)、桂花鄉(xiāng)、龍街鄉(xiāng)以及姚安適中鄉(xiāng),整體呈西北至東南帶狀分布,該區(qū)域廣泛分布著以銅為主的金屬礦床,Cu、Cd、Pb的年沉降通量高值區(qū)與礦帶分布相吻合。Zn、Se年沉降通量與Cu、Cd、Pb的分布特征有相似之處,高值區(qū)大面積分布在研究區(qū)北部,推斷Cu、Cd、Pb、Cr、Ge主要來(lái)源于與銅礦、鉛鋅礦相關(guān)的礦業(yè)活動(dòng),部分Zn、Se也來(lái)源于此。Ca高值區(qū)主要分布在大姚縣西部的鐵鎖鄉(xiāng)至三岔河地區(qū),這些區(qū)域城鎮(zhèn)化水平并不高,但是這些區(qū)域地處金沙江干熱河谷南部,氣候干熱,水土流失嚴(yán)重,植被覆蓋率低,地表土壤塵容易進(jìn)入大氣,而在城鎮(zhèn)化水平相對(duì)較高的金碧鎮(zhèn)、棟川鎮(zhèn)、龍川鎮(zhèn)并未表現(xiàn)出明顯的大氣沉降中Ca富集特征,在棟川鎮(zhèn)反而表現(xiàn)出低值特征,因此Ca并不是來(lái)源于建筑塵,而是來(lái)源于土壤揚(yáng)塵。B、Mo、As、F與Ca的分布特征不受礦產(chǎn)資源分布(礦業(yè)活動(dòng))及城鎮(zhèn)化、交通的影響,因此說(shuō)明Ca、B、Mo、As、F來(lái)源于非人為影響的自然土壤塵。

綜合大氣干濕沉降元素富集因子、主成分分析與年沉降通量空間分布特征認(rèn)為,研究區(qū)內(nèi)Ca、Mo、B、As、F來(lái)源于自然土壤塵;Cu、Cd、Pb、Cr、Ge來(lái)源于礦業(yè)活動(dòng)和煤煙塵占主導(dǎo)的人為源;TOC、K、Se、I來(lái)源于煤煙塵和自然土壤塵的混合源,且Se受一定礦業(yè)活動(dòng)的影響;Hg主要來(lái)源于煤煙塵。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)滇中中高山丘陵區(qū)大姚、姚安、南華三縣大氣干濕沉降物元素年沉降通量的研究,得出結(jié)論如下:

1)研究區(qū)內(nèi)大氣干濕沉降物中元素年沉降通量大小順序?yàn)?TOC>Ca>K>I>F>Zn>B>Pb>Cr>Cu>As>Mo>Cd>Se>Ge>Hg。整體表現(xiàn)為養(yǎng)分元素年沉降通量大,微量重金屬元素年沉降通量小的特征。研究區(qū)內(nèi)大氣干濕沉降物環(huán)境地球化學(xué)綜合等級(jí)均為一等,大氣環(huán)境質(zhì)量良好,Cd、Hg元素沉降對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量影響較小。

2)綜合富集因子法、主成分分析法,結(jié)合元素年沉降通量空間分布特征推斷得出,研究區(qū)大氣干濕沉降物中Ca、Mo、B、As、F主要來(lái)源于土壤揚(yáng)塵,Cu、Cd、Pb、Cr、Ge以礦業(yè)活動(dòng)和煤煙塵的人為源為主,TOC、K、Se、I為煤煙塵和土壤揚(yáng)塵的混合來(lái)源,且Se受到礦業(yè)活動(dòng)的影響,Hg主要來(lái)源于煤煙塵。

3)研究區(qū)煤炭及銅、鉛、鋅多金屬礦產(chǎn)資源分布較廣,并存在一定的礦業(yè)活動(dòng),大氣干濕沉降物中重金屬元素含量與其有密切的空間相關(guān)性。因此,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)區(qū)的大氣監(jiān)測(cè),確保大氣環(huán)境不會(huì)對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。