集雨型绿地重金属污染特征与生态风险评估研究

The development of rainwater harvesting green space is an important mechanism for solving the problems of urban rainwater drainage, and it plays an important and irreplaceable role in the sponge city construction. However, due to leaching and washing effect of rainfall runoff, heavy metals from atmosphere, ground and soil collect into rainwater harvesting green space, which results in the potential ecological risks. In this study, topsoil from typical rainwater harvesting green space (including dust from sink square) in Beijing will be used as research subjects. The chemical forms of heavy metals in the topsoil and dust, as well as the physicochemical properties will be investigated by the methods of sample collection and laboratory analysis in this work. The contamination characteristics and ecological risks of heavy metals in topsoil will be evaluated based on the fuzzy comprehensive evaluation model from three aspects, which are soil environmental quality, groundwater safety and biological phytotoxicity. The health risk assessment of heavy metal in dust will be conducted for children and adult respectively, using the risk models recommended by the United States Environmental Protection Agency (US EPA). This study will provide the theoretical proofs for the rainwater harvesting green space design and management.

集雨型绿地具有良好的雨水蓄渗特性，在海绵城市建设中占有重要的、不可替代的地位。但是由于降雨径流的淋溶和冲刷作用，大气、地面以及土壤中的重金属汇集进入集雨型绿地中，具有潜在的生态环境风险。本研究以北京市典型集雨型绿地（包括下沉式广场）的表层土壤和灰尘为研究对象，通过多种实验手段测定土壤和灰尘的理化性质、重金属含量和存在形态，结合种子萌发试验和土柱淋溶试验，采用模糊综合评价模型，从土壤环境质量、地下水安全和植物生长毒性等三个方面评价集雨型绿地土壤中重金属的污染特征与生态风险；利用健康风险评价模型,对下沉式广场表层灰尘中重金属致癌和非致癌风险进行分析和评估。本项目旨在揭示集雨型绿地的重金属污染特征与生态风险，探讨重金属污染对公众健康的影响，为集雨型绿地的设计和管理提供相关理论基础和科学依据。

本研究对北京地区的不同功能区的集雨型绿地表层土壤以及下沉广场灰尘进行采样调查，对重金属含量进行测定，并对其污染现状进行评价，同时对下沉广场灰尘重金属做了初步的健康风险评价。此外，结合小麦种子萌发试验和浸出试验，采用综合模糊评价模型对其进行综合生态风险评估。研究还关注到部分公园和住宅小区中儿童沙坑成为地表径流的汇集点，对这些儿童沙坑的重金属含量进行了监测。主要研究结果如下：.（1）调查的集雨型绿地土壤中的重金属（Cd、Pb、Cr、Cu、Zn、Ni）含量平均值分别为0.22，35.61，59.34，32.87，87.30，25.15 mg/kg。5种类型集雨型绿地土壤中Pb、Cr、Cu、Zn的单因子污染指数均大于1，內梅罗指数为轻度污染水平，综合潜在生态风险指数为轻微水平。.（2）调查的下沉广场地表灰尘中Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni的平均含量分别为0.87、45.30、84.88、52.41、167.47、24.03 mg/kg。对于非致癌风险，手口摄入是主要的暴露途径，Cr和Pb是主要的风险元素。对于致癌风险，Cr、Ni、Cd的致癌风险均低于风险阈值。下沉广场地表灰尘重金属引起的健康风险处于较低水平。.（3）5种类型集雨型绿地土壤的小麦种子发芽势和发芽率均出现显著的降低。相应重金属浸出液浓度均未超出地表水Ⅳ级标准。综合模糊评价结果除交通集雨型绿地生态风险为“低风险”外，其余均为无风险。“低风险”样本占比14.8%，北京地区集雨型绿地生态风险非常低，但需要持续关注交通集雨型绿地生态风险。.（4）采用便携式X射线荧光光谱仪快速测定儿童沙坑中的重金属含量，公园和小区内儿童沙坑4种重金属平均含量除As外，Pb、Cu和Cd含量分别是背景值的1.87和1.53、1.79和2.23、12.02和11.68倍。表明这些儿童沙坑内Pb、Cu和Cd都有不同程度的富集，其健康风险不容忽视。.本研究有助于对北京地区集雨型绿地土壤和下沉广场灰尘环境质量进行全面了解，对儿童沙坑重金属污染情况首次进行了调查研究，研究结果为城市环境重金属的控制、监管提供技术支撑，为集雨型绿地维护管理提供科学参考。