南京近郊农田大气颗粒物及金属干沉降输入特征_刘翠英.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023南京近郊农田大气颗粒物及金属干沉降输入特征刘翠英1，靳浩2，樊建凌2*(1 南京信息工程大学应用气象学院，江苏省农业气象重点实验室，南京210044;2 南京信息工程大学环境科学与工程学院，江苏省大气环境监测与污染控制高技术研究重点实验室，江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，南京210044)摘要:大气颗粒物中重金属干沉降输入是农业区域重金属的重要来源之一，但当前对农业区大气重金属沉降的观测研究较少 通过对南京近郊典型稻麦轮作区定点连续 1 a 采样，分析了不同粒径大气颗粒物和其中 10 种金属元素的浓度，并利用大叶模型估算其干沉降通量 结果表明，颗粒物浓度和干沉降通量均呈现冬春高、夏秋低的变化趋势;冬春季颗粒物污染为粗粒子(2.1 9.0 m)和细粒子(2.1 m)的双重作用，而夏秋季则主要为细粒子的作用;金属元素浓度在巨粒子(9.0 m)中占比最低，在粗粒子和细粒子中相当，而 Pb、Mn、As 和 Cd 在细粒子中占比较高;10 种金属元素的年均干沉降通量 mg (m2 a)1 大小为:Ca(2 096.4)Al(1 710.4)Zn(855.0)Fe(256.1)Pb(40.35)Cu(31.93)V(26.21)Mn(9.10)As(2.48)Cd(0.28)研究结果为更加全面地认识人类活动对农产品质量安全和土壤生态环境的影响提供参考依据关键词:农田;大气颗粒物;重金属;粒径分布;干沉降中图分类号:X513文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-1873-09DOI:1013227/j hjkx202206224收稿日期:2022-06-20;修订日期:2022-07-20基金项目:江苏省“六大人才高峰”项目(JNHB-061);南京市留学人员科技创新项目(2019LZ09)作者简介:刘翠英(1982 )，女，博士，主要研究方向为污染物迁移转化行为，E-mail:002263 nuist edu cn*通信作者，E-mail:jlfan nuist edu cnInput Characteristics of Dry Deposition of Atmospheric Particulates and Metals inFarmland in the Suburb of NanjingLIU Cui-ying1，JIN Hao2，FAN Jian-ling2*(1 Jiangsu Key Laboratory of Agricultural Meteorology，College of Applied Meteorology，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China;2 Jiangsu Collaborative Innovation Centre of Atmospheric Environment and Equipment Technology，Jiangsu Key Laboratory of Atmospheric Environment Monitoring andPollution Control，School of Environmental Science and Engineering，Nanjing University of Information Science and Technology，Nanjing 210044，China)Abstract:The dry deposition of heavy metals in atmospheric particulates is one of the important sources of heavy metals in agricultural areas，but there are few observationalstudies on the atmospheric deposition of heavy metals in agricultural areas In this study，the concentrations of atmospheric particulates with different particle sizes and tenkinds of metal elements in them were analyzed by sampling a typical rice-wheat rotation area in the suburb of Nanjing for one year，and the dry deposition fluxes were estimatedusing the big leaf model，so as to understand the input characteristics of particulates and heavy metals The results showed that the particulate concentrations and dry depositionfluxes were high in winter and spring but low in summer and autumn In winter and spring，coarse particulates(2.1-9.0 m)and fine particulates(2.1 m)had dualeffects on particulate pollution，whereas in summer and autumn，particulate pollution was mainly attributed to the fine particulates The concentrations of metal elements werethe lowest in giant particulates(9.0 m)and were similar in coarse particulates and fine particulates，whereas Pb，Mn，As，and Cd elements were relatively high in fineparticulates The average annual dry deposition fluxes g (m2 a)1 of particulates was giant particulates(8.31)coarse particulates(5.99)fine particulates(0.629)The order of average annual dry deposition fluxesmg (m2 a)1of the 10 metals was Ca(2 096.4)Al(1 710.4)Zn(855.0)Fe(256.1)Pb(40.35)Cu(31.93)V(26.21)Mn(9.10)As(2.48)Cd(0.28)The average annual dry deposition fluxes of the 10 metal elements in fine particulates，coarseparticulates，and giant particulates were 179.03，2 124.97，and 2 724.18 mg (m2 a)1，respectively These results will provide a reference for a more comprehensiveunderstanding of the impact of human activities on the quality and safety of agricultural products and soil ecological environmentKey words:farmland;atmospheric particulates;heavy metals;size distribution;dry deposition大气污染物不仅会对人体健康产生危害，而且对土壤环境和农作物产量、质量具有一定程度的影响，对农产品安全造成威胁1 5 但已有针对农业区域大气重金属沉降的研究与关注较少 Pan 等6 研究表明，承德市农村山区细颗粒物中的 Cu、Pb、Cd、Cr、As 和 Ni 的浓度与北京城区相当 沈阳农村地区中大多数微量金属元素大气颗粒物浓度显著高于黑龙江海伦(农村)、吉林通榆(草原)和长白山(林区)7 可见，当前我国农村地区大气细颗粒物中重金属元素浓度与城市地区水平相当甚至高于城市地区，说明由于大气细颗粒物具有较强的长距离传输性，已经将污染物输送到了城市周边甚至更远的农村地区除常见的 Al、Fe、Ca、Na、K 和 Mg 几种丰度高的地壳金属元素外，大气颗粒物中的重金属元素占比非常低，通常不到 1%8 10，但是危害很大，作物从大气沉降的颗粒物中吸收重金属后富集到籽实中，通过食物链进入人体而危害人类健康11 13 因此，有必要对农业区域大气颗粒物中金属元素的粒径分布和浓度进行分析大气沉降是农田生态系统中重金属输入的主要环境科学44 卷途径之一14，15 如英国和威尔士土壤中重金属 Zn和 Cu 的 38%48%来自大气沉降，Ni、Pb 和 As 约为 55%77%，Cd 和 Hg 分别为 53%和 85%16 大气沉降是长三角农业区土壤中 Cr、Zn 和 Pb 的重要来源17;As、Cd、Cr、Cu、Hg、Pb 和 Zn 等元素的大气沉降输入也普遍高于化肥输入2 因此，研究大气颗粒物重金属沉降过程及其向土壤的输入特征，对于全面认识人类活动对土壤生态环境的影响具有重要意义本文选取南京市北部郊区典型稻麦轮作农业区作为研究对象，通过对大气颗粒物分粒径级观测并分析其中金属元素含量，研究农业区域的大气颗粒物和金属元素的干沉降输入特征，以期为更加全面地认识农田土壤重金属来源提供参考依据1材料与方法1.1采样点介绍采样点位于江苏省南京市浦口区与安徽省滁州市来安县交界处，滁河以东、马叉河以南(321414N，1184018E)，是典型的稻麦轮作农业区，其西北侧为大面积农业用地，东南侧约6 km 外为江北新区各功能区聚集区域 采样点周围主要为村庄、鱼塘、葡萄园和一家养鸡场1.2样品采集与元素分析使用安德森八级颗粒物采样器(KHW-8 型，常州康华仪器制造厂)分粒级采集颗粒物样品 采样器粒径范围为:0.43、0.43 0.65、0.65 1.1、1.1 2.1、2.1 3.3、3.3 4.7、4.7 5.8、5.8 9.0 和 9.0 m;采 样 器 流 量 设 置 为 28.3L min1;单次采样周期为 24 h 采样时段为 2020年11 月 2021 年11 月，每周进行3 次连续采样，采样开始时间为 10:00，采样时段内避开降水日，一年内共进行 103 次有效采样 并按 2020 年 11 月 2021 年 1 月、2021 年 3 5 月、2021 年 6 8 月和2021 年 9 11 月划分冬季、春季、夏季和秋季 采样仪器架设距地面 170 cm 采样滤膜选用直径 81mm 石英纤维滤膜，通过马弗炉 400烘烤 300 min，以去除滤膜上含有的有机物和挥发性杂质 采样前后均将滤膜置于干燥器中平衡 48 h，平衡完毕后使用分析天平对滤膜进行称重，每张滤膜称量 3 次，每次结果间差距应小于 0.04 mg，称量结束后将每张滤膜分别放置在滤膜保存盒中，做好登记用于后续采样大气 颗 粒 物 金 属 元 素 使 用 超 声 波 辅 助 提取18，19 取 1/2 采样滤膜并准确称重，用陶瓷剪刀剪碎置于 50 mL 离心管，加入 10 mL 5%硝酸(经亚沸蒸馏提纯)溶液浸没滤膜碎屑，拧紧离心管盖，于通风橱内70水浴超声浸提3 h 后，取出放至室温，充分振荡后，使用低速离心机4 500 r min1离心 5min，移取上清液 5 mL 加入 10 mL 超纯水并用 0.22m 滤膜过滤，滤液盛放在 15 mL 离心管中待测，其中 Al、Ca、Fe、Pb、V 和 Zn 使用 ICP-OES(Optima8000，美国 PerkinElmer Inc)测定;As、Cd、Cu 和Mn 使用 ICP-MS(XSEIES 2，美国 Thermo FisherScientific Inc)测定采样期间通过严格的质量控制，以保证采样数据及分析结果的准确性，主要包括以下几个方面:每隔 3 4 周对采样器进行一次检漏和流量校正，并用酒精对切割头进行清洗，以确保气流通畅;采样期间详细记录仪器工作情况、采样时长、采样流量、气象条件和空气污染状况等信息;每采样批次设置一组空白滤膜作为对照，以消除滤膜本底值的影响;对样品消解所需的硝酸(优级纯)进行亚沸蒸馏提纯后使用，以减少硝酸中金属杂质的影响;以 相 同 的 消 解 方 法 对 煤 飞 灰 标 准 样 品(GBW08401)进行消解，确定消解方法对标准样品中 V、Mn、Fe、Cu、Zn、As 和 Pb 的回收率为82.3%91.7%，说明消解方法对颗粒物中重金属的回收是有效的，能够达到分析测试要求1.3干沉降通量计算方法颗粒物及其中重金属干沉降通量用化学质量平衡沉降模型计算:Fi，j=Vdj Ci，j(1)式中，Fi，j为颗粒物粒径级数 j 或其中某种重金属元素 i 的干沉降通量，Vdj为颗粒物粒径 j 的干沉降速率，Ci，j为颗粒物或重金属的浓度为方便计算，本研究中颗粒物的粒径级数最终合并分为三级，分别为细粒子(PM2.5)、粗粒子(PM2.5 10)和巨粒子(PM10+)，分别定义为空气动力学粒径 2.1、2.1 9.0 和 9.0 m细粒子(PM2.5)的干沉降速率:Vd(细粒子)=Vg(细粒子)+1a+1/(a1u*)(2)式中，Vg(细粒子)为 PM2.5重力沉降速率，0.000 037m s1;a为冠层上方的空气动力学阻力;a1为基于土地利用类型(LUC)的经验参数;u*为摩擦速度粗粒子(PM2.5 10)的干沉降速率:Vd(粗粒子)=Vg(粗粒子)+1a+1/Vds(粗粒子)(3)Vds(粗粒子)=(b1u*+b2u*2+b3u*3)exp(c1u*+c2u*2+c3u*3)LAILAImax()1(4)47814 期刘翠英等:南京近郊农田大气颗粒物及金属干沉降输入特征式中，Vg(粗粒子)为 PM2.5 10重力沉降速率，0.001 8m s1;Vds(粗粒子)为 PM2.5 10表面沉积速率;b1、b2、b3、c1、c2和 c3为基于 LUC 的经验参数;LAI 为叶面积指数巨粒子(PM10+)的干沉降速率:Vd(巨粒子)=Vg(巨粒子)+1a+1/Vds(巨粒子)(5)Vds(巨粒子)=(d1u*+d2u*2+d3u*3)exp(f1u*+f2u*2+f3u*3)LAILAImax()1(6)式 中，Vg(巨粒子)为 PM10+重 力 沉 降 速 率，0.034m s1;Vds(巨粒子)为 PM10+表面沉积速率;d1、d2、d3、f1、f2和 f3为基于 LUC 的经验常数上述式中有关参数见 Zhang 等20，21 和 Walcek等22 的研究，模型所需气象数据来自于南京信息工程大学观测场自动站，选择温度、气压、相对湿度和风速作为模型输入变量，使用 语言进行计算2结果与讨论2.1大气颗粒物浓度和粒径分布特征表 1 为南京近郊农田采样点在不同季节各粒径段的大气颗粒物浓度平均值和占比 可以看出，采样点大气中 总悬浮颗粒物(TSP)、(PM9.0)和(PM2.1)的年均值分别为 54.73、49.04 和 27.35g m3 PM2.1的浓度占 TSP 的 50.0%，说明采样点在采样期间细颗粒物为主要成分;而细颗粒物中粒径小于 1.1 m 的颗粒物占比高达 78.6%，反映了燃烧源一次排放和二次气溶胶的显著贡献23，24 PM2.1 9.0和 PM9.0的颗粒物浓度占比分别为 39.6%和 10.4%，说明扬尘等污染也是大气颗粒物的重要来源25 从不同季节看，TSP、PM9.0这两种颗粒物浓度都呈现冬春高、夏秋低的趋势，这与以往南京北郊颗粒物浓度的季节变化特征一致26，27 PM2.1则表现为春季最高，其他 3 个季节相当的趋势 春季TSP、PM9.0和 PM2.1的浓度均高于冬季，这主要是由于春季北方沙尘输送使颗粒物浓度升高 总体而言，4 个季节 TSP、PM9.0和 PM2.1的浓度均达到了国家二级标准(GB3095-2012)，相较 2020 年南京疫情封控期间(1 3 月)，采样点 PM2.1和 PM9.0浓度与该疫情期间(PM2.5)为 40.47 g m3和(PM10)为60.34 g m3 相当28，表明该农业区受大气颗粒物污染的程度相对较低 随着近年来大气污染治理的推进，颗粒物的干沉降通量在逐渐降低，如近十几年来北京大气降尘量由 186 g (m2 a)1持续性下降到 84 g (m2 a)1 29 从粒径分布看，冬春季 PM0.65和 PM3.3部分均有较高占比，说明冬春季受粗粒子和细粒子的双重作用，由于冬春季南方城市并没有燃煤取暖的习惯，因此细颗粒物的来源可能与烹饪源30 和硫酸盐 31 二次气溶胶有关 而夏秋季有很明显的不同，颗粒物主要集中于 PM2.1的细颗粒物中，分别占各季节 TSP浓度的56.5%和62.4%，这可能是农业源氨挥发和氧化亚氮排放造成的铵盐和硝酸盐二次气溶胶引起的 32 34 除此之外，在冬春夏这 3 个季节，3.3 4.7m 和4.7 5.8 m 粒径段颗粒物均有较高占比，这可能与冬春季小麦休眠期大面积裸露土地和夏季水稻种植前翻耕土壤造成的土壤扬尘有关 35 表 1不同季节各粒径级大气颗粒物浓度及占比Table 1Concentrations and proportions of atmospheric particulates with different particle sizes in different seasons粒径范围/m浓度/g m3占比/%冬季春季夏季秋季全年冬季春季夏季秋季全年9.08.597.682.993.615.6913.710.77.18.710.45.8 9.06.996.522.442.654.6211.19.15.86.48.44.7 5.88.7910.834.523.576.851415.110.78.612.53.3 4.78.067.074.12.865.3712.89.99.76.99.82.1 3.35.516.964.262.914.858.89.710.178.91.1 2.14.727.585.215.215.867.510.612.412.610.70.65 1.14.297.997.597.537.136.811.11818.1130.43 0.655.989.276.816.757.329.512.916.216.313.40.439.967.874.186.427.0315.8119.915.512.9PM2.124.9432.7123.7925.9127.3539.745.656.562.450PM9.054.364.0939.137.949.0486.389.392.991.389.6TSP62.8971.7642.141.5154.73100100100100100根据大气颗粒物浓度粒径分布函数定义，使用粒径段内颗粒物浓度(dc)与粒径段上下限对数值的差值(dlgDp)之比来衡量颗粒物浓度在不同粒径段内的平均富集情况36 如图 1，采样点全年颗粒物浓度分布整体表现为双峰分布，主峰位于 3.3 5.8 m，次峰位于 0.43 1.1 m，其相应的颗粒物5781环境科学44 卷浓度分别为12.22 g m3和14.46 g m3 从全年来看，采样点大气颗粒物污染主要为粗粒子和细粒子的共同作用，这与其他对南京浦口郊区的研究结果一致37，38 图 1大气颗粒物与不同金属元素浓度的粒径分布函数Fig 1Particle size distribution functions of atmospheric particulate and different metal element concentrations4 个季节大气颗粒物浓度分布整体均呈现双峰分布，但是对于冬春季而言，粗粒子峰(2.1 9.0m)的峰高明显高于细粒子峰(0.43 1.1 m)，冬季和春季粗粒子峰颗粒物浓度分别是细粒子峰的2.9 倍和 1.8 倍;并且春季的主峰(2.1 9.0 m)和次峰(0.43 1.1 m)峰高均略高于冬季，这主要与 2021 年 3 4 月几次较大的北方沙尘输送有关而夏秋季的双峰峰高相近，细粒子峰出现在 0.43 1.1 m 处，粗粒子峰出现在 2.1 5.8 m 处，秋季粗粒子峰相较于夏季的粗粒子峰有向次级粒径偏移的趋势(从 4.7 5.8 m 至 3.3 4.7 m)，除气象因素和外来源输送影响外，夏季粗粒子峰(4.7 5.8 m)还受小麦收割及土壤翻耕大面积土壤裸露产生的土壤扬尘的影响 前人研究中，南京市冬春季4.7 5.8 m 粒径段的颗粒物峰高为 40 75g (m3 m)1 39，40，远低于本研究，这可能是由采样时段差异引起的，本研究采样时段经历了几次较大规模的北方沙尘南下2.2大气颗粒物中金属元素浓度和粒径分布特征图 2 为采样点大气颗粒物中 10 种金属元素在细粒子、粗粒子和巨粒子中的浓度年均值分布及占比 细粒子、粗粒子和巨粒子中 10 种金属元素的浓度年均值变化范围分别为 0.69 2 708.92、0.38 2 757.16和 0.096 792.76 ng m3 在粒径分布方面，金属元素主要集中在粗粒子和细粒子中，其中Ca、Al、Zn、Fe、Cu 和 V 这 6 种元素在粗粒子和细粒子中的浓度相当，而 Pb、Mn、As 和 Cd 这 4 种元素在细粒子中的浓度占比更高，分别为 48.67%、50.83%、50.10%和 59.27%Fe、Pb、Cu、Mn、As和 Cd 这 6 种元素浓度与以往南京市的相关研究相当41 43，但 Ca、Al、Zn 和 V 呈现较明显的高富集现象，Ca 和 Al 更为突出，该高富集现象在河北农业区观测点出现过44;而对于 Zn，同样的高富集现象在南京冬季也曾出现45 图 3 为 10 种金属元素在 3 个粒径段颗粒物中浓度的季节变化 可以看出 Ca、Al、Zn 和 Fe 的浓度处在较高水平，分别占各季节总元素浓度的97.83%、98.42%、96.83%和 96.85%，其中地壳源元素 Ca、Al 和 Fe 在春季的浓度最高，分别为9 966.77、6 883.33和 970.73 ng m3，这可能是春67814 期刘翠英等:南京近郊农田大气颗粒物及金属干沉降输入特征图 2采样点 3 种粒径颗粒物中不同金属元素年均含量及占比Fig 2Average annual contents and proportions of different metal elements in atmospheric particulates of three particle sizes at sampling site季北方的几次大规模沙尘污染经风力输送所致图 3采样点 3 种粒径大气颗粒物中金属元素浓度的季节变化Fig 3Seasonal variation in metal element concentrations in atmospheric particulates of three particle sizes at sampling siteZn、Cu 和 As 在夏季浓度最高，分别为3 996.43、206.17 和 8.69 ng m3，这是由于采样点附近有一养殖场，夏季水稻种植追施的有机肥和灌溉水中有饲料微量元素残留，在农业生产中会进入大气;而Cu 在春夏季的浓度升高可能还与附近果园的葡萄种植有关，葡萄种植过程中喷洒的波尔多液(硫酸铜和石灰水混合液)蒸发形成小颗粒随夏季盛行的东南风扩散至采样区域 在秋季 Al、Fe、Pb、V 和Cd 均 有 较 高 浓 度 的 富 集，分 别 达 到 6 516.06、859.31、187.35、132.58 和 1.29 ng m3，与前人研究结果一致46 4 个季节大气颗粒物在细粒子与粗粒子中的富集相对均衡，而在巨粒子中的含量最少冬春季 Pb、As 和 Cd 在细颗粒物中的富集较高(约50%);夏秋季 Mn 和 Cd 有 60%左右存在于细颗粒物中全年来看，10 种金属元素的浓度分布函数主要可分为两类(图 1)，即单峰型和双峰型 Fe 和 Cu 呈现较明显的单峰型分布，Fe 元素则主要表现为粗粒子单峰型，峰高处在2.1 5.8 m 粒径段;而 Cu 元素的单峰型跨度更广，从 0.43 5.8 m 都有较明显的分布 其他 8 种元素(Ca、Al、Zn、V、Pb、Mn、As 和 Cd)呈现双峰分布，且粗粒子峰明显高于细粒子峰不同季节大气颗粒物中金属元素的峰形分布与全年的分布总体一致，不同元素在不同季节存在些7781环境科学44 卷许波动 Ca 在 4 个季节总体表现为双峰型分布，并且春季各段的峰高较其他季节都高 Al 在冬季的峰形分布并不明显，表现为低矮的三峰分布，但在春夏秋季细粒子中浓度逐渐升高，转化为双峰型分布，呈现在 0.43 1.1 m 和 2.1 9.0 m 这两个粒径段;Zn 的峰形变化与 Al 元素相近，但 Zn 的粗粒子单峰形态发生在秋季，冬季则呈现阶梯状横跨粗细粒径的单峰，双峰形态在夏季最为明显;Cu 的峰形变化最大，峰高从冬季的粗粒子峰(4.7 5.8 m)逐渐向夏季的细粒子峰(1.1 2.1 m)转移，这可能是由有机粪肥的施用和葡萄种植喷洒波尔多液所导致;V 则表现为春夏季粗粒子单峰、秋冬季双峰，但秋冬季的细粒子峰较低4 个季节 Pb、Mn、As 和 Cd 的峰形变化不大，表现为较明显的双峰分布，Pb 在秋季的细粒子峰与粗粒子峰分隔并不清晰，在 2.1 3.3 m 粒径段仍有很高的浓度分布，但其他几个季节双峰分布较为清晰;Mn 的双峰分布在不同季节呈现得并不稳定，特别是秋季细粒子峰在向 1.1 2.1 m 粒径段偏移，而粗粒子峰在秋季则明显降低;As 的双峰间的谷值区在冬春季跨度很宽，在 0.65 4.7 m 粒径段都表现出较低的浓度分布，但在夏秋季各粒径段的颗粒物浓度均有所升高，表现出较高的双峰分布;冬季 Cd 在 0.65 1.1 m 粒径段明显降低，呈现一个谷值区2.3大气颗粒物和金属元素干沉降特征利用干沉降速率参数化模型对采样点大气颗粒物干沉降速率进行计算，依照化学质量平衡计算干沉降通量 图 4 为不同月份和季节 3 个粒径段大气颗粒物的干沉降通量 由于受颗粒物浓度和干沉降速率的双重影响，细粒子的干沉降通量分别在 4月和 9 月出现峰值，达到 0.105 g (m2 mon)1和0.071 g (m2 mon)1;粗粒子的干沉降通量在 35 月出现持续的高值，但随着小麦收获地表粗糙度下降，粗粒子干沉降通量在 6 月骤降，形成一个低谷，在 7 月和 9 月，粗粒子又分别出现一个峰值;巨粒子的干沉降通量在 2020 年 11 月 2021年 5 月总体呈现为高值，而 2021 年 6 10 月则表现为低值 3 个粒径段的颗粒物在春季都表现出最高的干沉降通量，而夏季则最低，这主要与春季颗粒物浓度高、干沉降速率大，而夏季颗粒物浓度低、干 沉 降 速 率 小 有 关 年 均 干 沉 降 通 量 g (m2 a)1 大小表现为:巨粒子(8.31)粗粒子(5.99)细粒子(0.629)图 4采样点细粒子、粗粒子和巨粒子干沉降通量逐月及季节变化Fig 4Monthly and seasonal variations in dry deposition fluxes of fine particulates，coarse particulates，and giant particulates at sampling site不同金属元素的年均干沉降通量存在明显差异(图 5)，总 体 大 小mg (m2 a)1表 现 为:Ca(2 096.4)Al(1710.4)Zn(855.0)Fe(256.1)Pb(40.35)Cu(31.93)V(26.21)Mn(9.10)As(2.48)Cd(0.28)，与前人研究的结果基本一致47 细粒子、粗粒子和巨粒子中 10 种金属元素的年均干沉降通量变化范围分别为 0.019 73.64、0.115 837.2 和 0.147 1 185.5mg (m2 a)1 细粒子中金属元素的干沉降通量占总沉降量的比例最低，仅为 3.12%6.60%;而巨粒子中除 Cu 以外，其他9 种金属元素沉降通量占总沉降量的比例达 49.20%62.80%，虽然巨粒子中金属元素浓度占比并不高(图 3)，但是巨粒子的干沉降速率高出细粒子和粗粒子 1 2 个数量级，因此巨粒子中金属元素干沉降通量占比更高图 6 为不同季节 3 种粒径大气颗粒物中金属元素的干沉降通量 可见 10 种金属元素各季节总的干沉降通量变化趋势与各季节金属元素总浓度的变化趋势基本一致 总体而言，除 Zn 在春季、Fe 在秋季、Cu 在 4 个季节和 Cd 在春秋季表现为:粗粒子87814 期刘翠英等:南京近郊农田大气颗粒物及金属干沉降输入特征图 5采样点 3 种粒径颗粒物中不同金属元素的年均干沉降通量及占比Fig 5Average annual dry deposition fluxes and proportions of different metal elementsin atmospheric particulates of three particle sizes at sampling site图 6采样点 3 种粒径颗粒物中不同金属元素干沉降通量的季节变化Fig 6Seasonal variations in dry deposition fluxes of different metal elements in atmospheric particulates of three particle sizes at sampling site 巨粒子 细粒子，其余金属元素在不同季节的干沉降通量都表现为:巨粒子 粗粒子 细粒子 10种金属元素在细、粗和巨粒子中年均干沉降通量分别为179.03、2 124.97和2 724.18 mg (m2 a)1 各金属元素在不同季节的总干沉降通量变化也有差异，Ca、Al、Fe 和 Mn 的干沉降通量为春季最大，Zn、Cu、As 和 Cd 的干沉降通量在夏季达到最大，而 Pb 和 V 则在秋季最大3结论(1)南京近郊农业区大气颗粒物浓度总体呈现冬春高、夏秋低的污染趋势;冬春季大气颗粒物污染为粗粒子和细粒子的双重作用，而夏秋季则为细粒子起主要作用;颗粒物的粒径分布总体表现为双峰型，冬春季粗粒子峰更突出，夏秋季粗、细粒子峰相当(2)金属元素浓度在巨粒子中占比最低，在粗、细粒子中相当，Pb、Mn、As 和 Cd 在细粒子中占比较高;除 Fe 和 Cu 的粒径分布在全年表现为单峰型外，其他金属元素均呈现双峰分布;在不同季节间，由于来源的变化，大气颗粒物中金属元素的峰形分布会发生偏移(3)3 种粒径段颗粒物的干沉降通量均为冬春季高、夏秋季低，年均干沉降通量呈现巨粒子 粗9781环境科学44 卷粒子 细粒子 10 种金属元素在细、粗、巨粒子中年均 干 沉 降 通 量 分 别 为 179.03、2 124.97 和2 724.18 mg (m2 a)1;除 Cu 外，其他 9 种金属元素年均干沉降通量均为巨粒子占主导，粗粒子次之，细粒子最小参考文献:1Luo X S，Bing H J，Luo Z X，et al Impacts of atmosphericparticulate matter pollution on environmental biogeochemistry oftrace metals in soil-plant system:a reviewJ EnvironmentalPollution，2019，255，doi:10 1016/j envpol20191131382Hou Q Y，Yang Z F，Ji J F，et al Annual net input fluxes ofheavy metals of the agro-ecosystem in the Yangtze iver delta，ChinaJ Journal of Geochemical 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