宁国市大气干湿沉降物地球化学特征及评价

摘要以宁国市大气干湿沉降物为研究对象，在宁国市全域共24个调查点位采集送检干、湿沉降物样品96件，开展大气干湿沉降物元素含量特征、通量及分布特征研究，分析大气干湿沉降物对周边土壤的影响，评价大气干湿沉降环境地球化学综合等级。结果表明，重金属元素主要以矿物相形式存在或吸附在固体颗粒上，然后通过大气沉降等途径持续地输入到地表环境中，对环境的生物地球化学循环造成一定的持久负面影响;宁国市大气中As、Cd、Cr、Hg、Pb这5种重金属元素年沉降通量密度与全国年沉降通量密度相比，均低于全国平均值;大气干湿沉降重金属元素通量受工业生产影响较大;根据大气干湿沉降环境地球化学评价结果，宁国市大气干湿沉降物环境地球化学单指标和综合指标评价结果均为一等，表明宁国市大气环境质量很好，对土壤影响较小。

关键词大气干湿沉降物;含量特征;通量特征;分布特征;土壤

中图分类号P59文献标识码A

文章编号0517-6611（2022）13-0064-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.13.018

Geochemical Characteristics and Evaluation of Atmospheric Dry-Wet Deposition in Ningguo City

LIU Chao，DU Guo-qiang，WU Zheng et al（Geological Survey of Anhui Province （Anhui Institute of Geological Sciences），Hefei，Anhui 230001）

AbstractTaking the atmospheric dry and wet deposition in Ningguo City as the research object，96 samples of dry and wet deposition were collected and sent for inspection at 24 survey points in Ningguo City. The element content characteristics，flux and distribution characteristics of atmospheric dry and wet deposition were studied，the impact of atmospheric dry and wet deposition on surrounding soil was analyzed，and the comprehensive geochemical grade of atmospheric dry and wet deposition environment was evaluated. The results showed that heavy metal elements mainly existed in the form of mineral phase or adsorbed on solid particles，and then continuously input into the surface environment through atmospheric sedimentation，resulting in a certain lasting negative impact on the biogeochemical cycle of the environment.Compared with the national annual deposition flux density，the annual deposition flux density of As，Cd，Cr，Hg and Pb in the atmosphere of Ningguo City was lower than the national average value.The flux of heavy metals in atmospheric dry and wet deposition was greatly affected by industrial production.According to the environmental geochemical evaluation results of atmospheric dry and wet deposition，the evaluation results of single index and comprehensive index of environmental geochemistry of atmospheric dry and wet deposition in Ningguo City were first-class，indicating that the quality of atmospheric environment in Ningguo City was very good and had little impact on soil

Key wordsAtmospheric dry-wet deposition;Content characteristics;Flux characteristics;Distribution characteristics;Soil

农田中土壤元素除了来自成土母质外，大气干湿沉降物、灌溉水也是其重要的元素输入途径[1-2]。随着人类工业生产的加剧，大气中重金属元素含量明显增加，最终以干湿沉降物的形式进入土壤，从而影响土壤的环境质量。另外SO2等工业气体的大量排放，也导致酸雨的产生，使土壤进一步酸化，从而增加有害元素Cd等动态含量。重金属污染土壤的结果就是农作物安全问题，作为食物链重要一环，农作物中重金属元素含量如果过高，势必会影响到人体的健康[3-4]。为了综合反映研究区的土地质量，需要对大气沉降等外部影响因素进行评估，作为对土地质量地球化学等级划分的补充，为此，笔者在研究区布置了24个大气干湿尘降物接尘点，实际收回24个样，通过分别采集区内大气干、湿沉降物，对比分析了元素含量特征、通量特征，统计研究了干、湿沉降元素含量及分布特征，并最终开展了大气干湿沉降物环境地球化学评价，为该地区土壤污染整治提供了科学依据。

1材料与方法

1.1研究区概况宁国市位于安徽省东南部，地处安徽省东南边缘之中段，属皖南山地丘陵区，市域地形地貌复杂，以丘陵山地为主，间有岗岚、河谷平原和盆地等，地貌组合分异明显，位于北亚热带季风亚湿润气候区，气候温和、雨量充沛、日照尚足、四季分明，风向以东风为主，其次为东北风-东南风。

研究区位于扬子地块下扬子地区的东南部，江南造山带的北东端，元古代以来的多次构造变动留下了丰富的构造形迹，至中生代形成基本构造格架。属扬子地层区江南地层分区，主要出露震旦纪、寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪地层及河谷地带发育的第四纪地层（图1），成矿地质条件良好。土壤母质以浅色碎屑岩风化物母质和酸性岩类风化物母质为主。土壤类型以红壤为主，具有弱富铝化作用，呈红色或棕红色。

1.2样点布设研究区共布设了24个大气干湿尘降物采样点，平均采样密度为1个点/100 km2，放置周期为1年。主要选择离公路相对较远、周围环境较好、无餐饮、无工矿企业废气排放、住户相对较少的村庄布设样点，其中在汪溪街道布设一个厂矿企业控制点，其东南有在产大型化工企业，在南山街道布设一个城乡接合部控制点，主城区未布设点位。接尘缸大小根据宁国市雨季最大降雨量选定，以不满溢为准，选用上口径51.5 cm、下口径44 cm、高70 cm无污染塑料桶，加盖后实际接收直径为41 cm，经处理后用1 m高的三脚架固定放置在距地面三层楼房平台上。接尘缸安装尼龙防护网，防止外来枯枝落叶、动物粪便等杂质落入缸内[5]。

1.3样品采集对接收一年的大气干湿沉降物样品进行收集与处理[6]，吸取上清液至干净塑料容器中搅拌均匀，记录上清液总体积;取上清液2 500 mL至干净塑料容器中作为原样;取上清液500 mL至干净塑料容器中，加入1∶1硝酸10 mL用于测定Cd等元素;取上清液500 mL至干净塑料容器中，加入5%的重铬酸钾溶液5 mL，用于测定Hg元素;将接尘缸中剩余的沉淀物和悬浊液移至干净塑料容器中并记录其质量。每个样点采集4件样品分别密封、编号，连同送样单和记录数据送实验室进行测试分析。

1.4样品检测样品检测工作由安徽省地质实验研究所（国土资源部合肥矿产资源监督检测中心）承担，检测As、Cd、Cr、Hg、Pb这5种重金属元素，针对不同检测项目制定了分析方法配套方案。湿沉降依据国家标准方法《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750—2006）和相关行业标准分析方法《地下水质检验方法》（DZ/T 0064—93）采用等离子体质谱法（ICP-MS）、原子荧光光谱法（AFS）为主的配套方案，见表1;干沉降依据国家标准方法和相关行业标准分析方法《区域地球化学样品分析方法》（DZ/T 0279—2016）制定分析方法配套方案，见表2。

2结果与分析

2.1大气干湿沉降中元素含量特征从研究区大气干湿沉降物元素含量特征（表3）可以看出，研究区干沉降As、Cd、Cr、Hg、Pb元素含量远高于湿沉降（假定湿沉降比重为1计算）[7]，表明区内大气中这5种元素主要以矿物相形式存在或吸附于固体颗粒上，通过大气沉降等途径持续地输入到地表环境中，一定程度上对周边土壤环境质量存在影响[8-10]。

2.2干沉降元素含量及分布特征干沉降中As、Cd、Cr、Hg、Pb这5种重金属采用《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618—2018）中筛选值和管制值从严取值进行评价，结果发现（表4），干沉降中Hg有2个样点超过筛选值;As有1个样点超过筛选值;Cd、Pb均超过筛选值，其中Cd有19个样点超过管制值，Pb只有1个样点超过管制值;Cr有6个样点超过筛选值，无样点超过管制值。统计发现干沉降5种元素高含量或超过管制值的样点主要集中在01～05号共5个样点。因此，01～05号样点控制范围内大气干沉降中As、Cd、Cr、Hg、Pb对土壤环境质量影响相对于其他样点较大，尤其是02号样点。

2.3湿沉降元素含量及分布特征湿沉降中As、Hg、Cd、Cr、Pb依据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）进行评价时，汪溪街道姚高村（03）、南极乡南极村（18）、万家乡云山村（19）3个样点湿沉降中Cr达到Ⅱ类水质标准，其他点位各指标均达到Ⅰ类水质标准;依据《农田灌溉水质标准》（GB 5084—2005）进行评价时，所有点位各指标均达安全清洁水质标准。

2.4大气干湿沉降物元素通量密度含量特征根据《土地质量地球化学评价规范》（DZ/T 0295—2016）的标准，计算大气干湿沉降物元素通量密度，即一年时间单位面积大气干湿沉降物中所含某元素质量，获得各采样点As、Hg、Cd、Cr、Pb元素输入通量密度。从研究区大气干湿沉降物元素年通量密度地球化学参数特征（表5）可以看出，相对于全国平均水平，区内大气干湿沉降物中各元素年通量密度处于相对较低水平，表明宁国市大气干湿沉降物中重金属危害程度低于全国平均水平。

2.5大气干湿沉降物元素通量密度分布特征各元素通量密度分布情况具有相似性，总体在宁国市北部分布高通量，其余地区通量较低（图2～3，以Cd、Hg为例）。其中02号点位5种重金属元素通量密度为全区最高，并远高于其他点位，可能与靠近企业有关;01号点位As、Hg、Cr元素通量密度较高，Cd、Pb元素通量密度一般;03号点位只有Cr元素通量密度相对较高，其他元素通量密度较低;05号点位As、Cr通量密度较高，15号点位As通量密度较高，其他元素通量密度均较低;其他各点位5种重金属通量密度均为一般或较低分布[11]。

由于研究区内各地区年降雨量差异较小，各元素年通量的差异主要是由大气颗粒物及其重金属浓度所决定，研究区内年输入平均通量密度从大到小依次为Pb>Cr>As>Cd>Hg，除Hg元素外，Cd平均通量密度最小。以Cd为例，根据宁国市土地质量地球化学调查评价结果显示研究区表层土壤Cd含量平均值为0.41 mg/kg，如果大气Cd以0.25 mg/m²的年输入量可使区内表层土壤Cd含量年升高0.000 83～0.001 25 mg/kg（表层土壤深度按20 cm计，土壤容重按1.0～1.5 g/cm3计算）。由此可以看出，区内大气Cd沉降对土壤环境质量影响总体较为微弱。但值得注意的是，02号点位Cd年输入通量密度达到1.16 mg/m²，可使影响范围内表层土壤Cd含量年升高0.003 85～0.005 80 mg/kg，因此，应关注02号点位附近大气干湿沉降物导致的土壤Cd富集作用[12]。