北京大学学报(自然科学版)  2017 , 53 (3): 525-534 https://doi.org/10.13209/j.0479-8023.2017.058

Orginal Article

常州不同城市用地类型地表污染物累积特征

江燕12, 秦华鹏1, 肖鸾慧1, 何康茂1, 赵志杰12

1. 深圳市城市人居环境科学与技术重点实验室, 北京大学深圳研究生院环境与能源学院, 深圳 518055
2. 北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871

Accumulation Characteristics of Surface Pollutants in Different Urban Land Use Types in Changzhou

Yan JIANG12, Huapeng QIN1, Luanhui XIAO1, Kangmao HE1, Zhijie ZHAO12

1. Key Laboratory for Urban Habitat Environmental Science and Technology, School of Environment and Energy, Peking University Shenzhen Graduate School, Shenzhen 518055
2. College of Environmental Sciences and Engineering,
Peking University, Beijing 100871

通讯作者:  † 通信作者, E-mail: zhaozhijie@pku.edu.cn

收稿日期: 2016-02-6

修回日期:  2016-03-21

网络出版日期:  2017-05-12

版权声明:  2017 《北京大学学报(自然科学版)》编辑部 《北京大学学报(自然科学版)》编辑部 所有

基金资助:  国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07501005)资助

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摘要

针对面源污染物在城市复杂的不同下垫面具有不同累积特征的问题, 以常州市中心城区为研究对象, 采集居住用地、工业用地、交通用地、商业用地和文教用地等5种用地类别的64个样点地表累积物, 测试累积物中总悬浮固体(SS)、氨氮以及全量和溶解态的COD, TP, TN含量, 分析不同城市用地的污染物累积特征和居住用地、交通用地累积强度的季节变化差异, 得到如下结果。1) 交通用地各污染物的累积强度普遍高于其他功能用地, 尤其是SS和全量COD, 均值分别为59004.5和11179.7 mg/m2; 商业用地上溶解态污染物均高于其他用地; 文教用地、居住用地和工业用地上各污染物的累积强度较低。2) 交通用地在2014年10月(秋季)和2015年3月(春季)的累积强度存在显著性季节差异, 春季SS累积强度均值比秋季低约7.7%; 全量TN和溶解态COD, TN, TP和氨氮的累积强度均值比秋季高约3.3%, 49%, 85%, 61%和200%; 居住用地的累积强度则没有季节差异。3) 各类用地上颗粒态COD, TP和TN占全量的比例平均达86.5%, 85.1%和71.1%, 说明污染物主要吸附在颗粒态物质上, 颗粒态污染物占大部分。因此, 加大城市清扫力度有利于减少面源污染。4) 商业用地单位颗粒物中COD和TN的含量均高于其他用地, 均值分别为532.6和17.5 mg/g。交通用地COD, TP和TN的含量比最低, 均值分别为212.2, 0.86和2.9 mg/g。

关键词: 城市面源 ; 地表污染物 ; 累积

Abstract

In view of the problem that the non-point source pollutants had different accumulation characteristics on urban complex different underlying surfaces, the research took Changzhou central city as an example, collected 64 samples of surface pollutants on residential, industrial, traffic, commercial and cultural lands, tested the contents of SS, ammonia nitrogen and total and dissolved COD, TP, TN of surface pollutants, analyzed the accumulation characteristics of surface pollutants on different urban lands and the seasonal differences among residential and traffic lands. The results showed that the cumulative intensities of pollutants on roads were generally higher than other lands, especially SS and the total COD, with 59004.5 and 11179.7 mg/m2 respectively. The cumulative intensities of dissolved pollutants on commercial lands were highest. The cumulative intensities of pollutants on cultural, residential and industrial lands were low. The cumulative intensities in October 2014 (autumn) and March 2015 (spring) had significant seasonal differences on roads. Compared with autumn, the average cumulative intensities of SS in spring were reduced by 7.7%, while total TN and dissolved COD, TN, TP and ammonia nitrogen were increased by 3.3%, 49%, 85%, 61% and 200%. The cumulative intensities had no seasonal differences on residential lands. The average ratios of grainy to total COD, TP and TN were 86.5%, 85.1% and 71.1%, which indicated that the main pollutants were adsorbed on the particulate matters, and more urban cleaning helped reduce urban non-point source pollution. The average contents of COD and TN per unit mass of particulate matters on commercial lands were higher than that on the other lands with 532.6 mg/g and 17.5 mg/g, while that on roads were lower than that on the other lands with 212.2 mg/g (COD), 0.86 mg/g (TP) and 2.9 mg/g (TN).

Keywords: urban non-point source ; surface pollutants ; accumulation

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江燕, 秦华鹏, 肖鸾慧, 何康茂, 赵志杰. 常州不同城市用地类型地表污染物累积特征[J]. 北京大学学报(自然科学版), 2017, 53(3): 525-534 https://doi.org/10.13209/j.0479-8023.2017.058

Yan JIANG, Huapeng QIN, Luanhui XIAO, Kangmao HE, Zhijie ZHAO. Accumulation Characteristics of Surface Pollutants in Different Urban Land Use Types in Changzhou[J]. Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis, 2017, 53(3): 525-534 https://doi.org/10.13209/j.0479-8023.2017.058

点源和面源是地表水体污染的两大来源[1]。近年来, 随着点源污染逐渐得到有效控制, 面源污染对水质的影响日益突显, 已经受到越来越多的关注。城市地表径流污染是仅次于农田径流的第二大面源污染源[2], 其污染物的主要来源是地表累积物, 即地表累积物的组成决定着城市地表径流污染的性 质[3]。因此, 开展有关地表累积物的研究有利于控制城市地表径流污染, 从而进一步达到控制水体污染的目的。

目前, 国内外学者对地表累积物中 SS, COD, TP, TN和氨氮的研究主要集中在累积速率、粒径分形和分布特征等方面。Kim 等[4]对美国南加州 8条高速公路 TSS, COD, TN和TP的日累积量进行研究, 发现 10~70 天的累积速率是 1~10 天的64%~79%。Vaze 等[5]研究了澳大利亚墨尔本布弗里街的营养物质的粒径分形特征, 发现 85%以上的TP 和 TN 吸附在 300 μm 以下的颗粒物中。张菊等[6]对小城镇街道灰尘中氮磷含量的研究表明, 城镇中心和风景区的氮磷含量明显高于城镇周边乡村地区。李如忠等[7]发现合肥市地表灰尘中氮的主要组成为有机氮(Or-N), 磷的主要组分为无机磷(IP), 各形态氮和磷的空间分布受城市土地利用类型影响较大。任玉芬等[8]研究了北京城区道路沉积物的污染特性, 发现不同功能区道路沉积物中 TN 和 TP 的含量均较高, 氮主要以可溶态赋存, 磷主要以颗粒态赋存。可见, 尽管有常规污染物累积的研究, 但对应复杂的不同城市下垫面累积特征的研究较少, 并很少分析与人类密切相关的居住用地和交通用地的累积季节变化差异。我国城市面源污染的研究起步比较晚, 目前几乎没有系统的城市面源污染监测资料[9]。因此, 本研究基于城市复杂的不同用地类型, 开展面源污染物累积特征和居住用地、交通用地的季节变化差异研究, 不仅有利于丰富面源污染的监测资料, 也可为我国城市面源污染的管理、控制和预测提供依据。

1 研究区与研究方法

1.1 研究区概况

常州位于江苏省南部, 地处长江之南、太湖之滨, 属北亚热带季风性湿润气候区,四季分明, 年平均气温16.3℃; 雨量丰沛, 年均降水量1068.9 mm; 常年主导风向为东南风。本研究区域为常州中心城区, 含武进区、新北区、天宁区和钟楼区, 建成区总面积达765.8 km2, 其中, 居住用地占16.7%, 交通用地占 28.5%, 工业用地占 1.3%, 文教用地占 2.8%, 商业用地占 3.5%, 其余为绿地、水域和医疗用地等其他用地。

1.2 样品采集

按照常州中心城区用地类型, 分别对居住用地、工业用地、交通用地、商业用地和文教用地等五大类城市硬化地面进行布点采样。各用地类型按其建设特点、生产活动类型等因素的不同, 进一步细分为11个子类, 采样点分类及采样情况见表1。采样点位分布见图1。本次采样时间为2014年10月份(秋季)。因为居民用地和交通用地与人类的生活更加密切, 并且这两类用地占常州中心城区面积比例较高, 故在2015年3月份(春季)对居住用地和交通用地进行二次采样, 用以分析其累积强度的季节差异。已有研究表明, 随着晴天数的不断增加, 地表累积量并不是一直增加, 而是逐渐趋近于一个常数[10]。Chow等[11]在研究中指出, 连续5个晴天可使地表累积达到最大量。常州是一个雨量充沛的城市, 常年都有降水, 因此, 受常州实际降水情况的限制, 结合已有研究, 本次采样选择在前期晴天数至少5天的无风条件下进行。

表1   采样点分类及采样情况

Table 1   Sampling points classification and sampling conditions

用地类型子类子类特征材质采样时间采样点数样品数
居住用地高层≥8层沥青为主, 砖块铺装、
大理石广场砖
2014-10和2015-036+3每个采样点
3个平行样
多层4~7层水泥为主, 沥青6+3
低层≤3层沥青、水泥6+3
工业用地一类工业区电子科技等行业水泥、沥青2014-103
二类工业区塑料、木材、机械等制造
行业
水泥、沥青3
三类工业区化工等行业水泥3
交通用地主干道依据在城镇规划道路系统
中所处的地位
沥青2014-10和2015-033+3
次干道3+3
支路3+3
商业用地包括综合性商场、纺织区、建材区、农贸区大理石广场砖、水泥、
沥青
2014-106
文教用地包括政府办公区、高校和
体育馆
大理石广场砖、砖块
铺装、沥青、水泥
2014-103
合计64189

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地表累积物的采样通常有干法采样(毛刷、真空吸尘器等)和湿法采样。国内大部分研究使用毛刷干法采样, 但细粒径的灰尘颗粒损失过高[12]。本研究采用采集效率更高的真空湿采法[13]。设备主要包括不锈钢采样框(长1.25 m, 宽0.4 m, 高0.2 m)、热熔胶、洗车式喷水机(喷水形式呈扇面; 出水强度为 40 mm/(m2·30min), 与常州 15 年一遇的 30 分钟暴雨相当)、CB30真空吸水机。首先, 选择合适的采样区域, 用水平仪检测地表坡向, 将采样框的汇水口放置在地表下坡向; 然后, 用热熔胶将采样框与地表接合处密封, 防止冲刷地表的水样漏出; 接着, 使用喷水机从采样框一端向汇水口方向喷水, 以稳定的速度移动, 往返多次, 直至用尽20 L蒸馏水, 同时在采样框汇水口处用吸水机吸取地表径流水样; 最后, 均匀搅拌吸水机内的水样, 虹吸至1 L的采样瓶。

图1   常州中心城区采样点位示意图

Fig. 1   Sampling points map in Changzhou center city

1.3 样品处理与分析方法

地表污染物冲刷水样保存在聚乙烯瓶内, 密封后置于遮光处。采样结束后, 将当天样品送回实验室, 置于 4℃冷藏, 等待样品检测。根据《中华人民共和国国家标准》, 总磷(TP)测定方法采用钼酸铵分光光度法(GB11893-1989), 悬浮物(SS)测定方法采用重量法(GB11901-1989), 化学需氧量(COD)测定方法采用重铬酸盐法(GB11914-1989)。根据《中华人民共和国国家环境保护标准》, 总氮(TN)测定方法采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法(HJ535-2009), 氨氮测定方法采用纳氏试剂分光光度法(HJ636-2012)。其中, 全量浓度是将样品混匀后立即取样测试; 溶解态浓度是先将样品混匀, 通过孔径0.45 μm的滤膜抽滤, 然后取样测试。

1.4 数据分析

采用 SPSS 软件对数据进行正态检验、相关性分析和差异性分析。通过 Kolmogorov-Smirnov 检验[14], 分析数据是否符合正态分布。对各污染物指标进行 Spearman 相关性分析[14], 进一步分析污染物 SS 和氨氮, 以及全量和溶解态的COD, TP, TN之间的相关程度。采用 Kruskal-Wallis 检验[15]和Levene 方差齐性检验[16], 分析不同用地污染物累积强度、颗粒态污染物占全量比例、单位颗粒物中污染物含量的大小和离散程度的差异性; 采用t检验[15]和 Levene 方差齐性检验, 分析居住用地和交通用地累积强度大小和离散程度的季节差异性, 差异显著性检验 p<0.05 时, 表示多样本数据具有显著性差异。收集采样点的地表材质、垃圾清扫类型及频率、居住小区的户数和管理方式、交通用地的车流量数据、降雨数据等, 用以探讨污染物累积的影响因素。

单位质量颗粒物中某污染物含量(本文简称含量比)按照下式计算:

式中, Rijj类用地上单位质量颗粒物中 i 污染物含量(mg/g), Wjj类用地上SS累积强度, Wijj类用地上颗粒态i污染物的累积强度, i表示COD, TP 和 TN, j 表示居住用地、工业用地、交通用地、商业用地和文教用地。

2 结果与讨论

2.1 累积强度相关分析

除溶解态 COD 和溶解态 TN 外, 常州市中心城区地表污染物累积强度指标均符合对数正态分布。溶解态 COD 和溶解态 TN 经过数据变换, 符合正态分布。表 2 给出了地表污染物累积强度的Spearman 相关系数, 可知 SS 和全量 COD 高度相关, 相关系数r为0.74, 该结果也与Kim等[17]和袁艳等[18]的结果相似。其余各指标的相关系数|r|变 化范围在0.05~0.65之间, 为中低度相关。

表2   各污染物累积强度的相关性分析

Table 2   Correlation analysis of pollutants cumulative intensities

污染物SS全量COD全量TP全量TN溶解态COD溶解态TP溶解态TN溶解态氨氮
SS1
全量COD0.74**1
全量TP0.48**0.45**1
全量TN0.55**0.65**0.49**1
溶解态COD0.35**0.26**0.23*0.181
溶解态TP0.09-0.090.29**0.050.131
溶解态TN0.25**0.31**0.31**0.52**0.130.24*1
溶解态氨氮1.20.110.110.25**0.030.31**0.43**1

注: *表示在5%水平上显著相关, **表示在1%水平上显著相关。

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2.2 不同用地污染物累积特征

2.2.1 不同功能用地累积特征

采用 Kruskal-Wallis 检验, 进行不同用地各污染物累积强度大小的差异显著性检验, 结果见表3。由表3可知, 除全量TN和溶解态TP外, 其余各指标在 5 类功能用地上的累积强度存在显著性差异。Levene 方差齐性检验的结果表明, 除全量COD 和全量 TP 外, 其余各污染物指标在 5 类功能用地上的累积强度离散程度明显不同。

表3   全量和溶解态污染物累积强度的差异性分析

Table 3   Difference analysis of total and dissolved pollutants cumulative intensities

污染物方差Levene检验Kruskal-Wallis检验
Fp是否有显著差异性χ2p是否有显著差异性
SS2.60.04<0.05510<0.05
全量COD0.50.74>0.05240<0.05
全量TP2.10.08>0.05260<0.05
全量TN3.60.01<0.059.20.06>0.05
溶解态COD5.90<0.05160.003<0.05
溶解态TP9.40<0.057.70.1>0.05
溶解态TN7.60<0.05110.03<0.05
溶解态氨氮6.40<0.05100.04<0.05

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图2可知, 交通用地上各污染物的累积强度普遍高于其他功能用地, 尤其是 SS 和全量 COD, 均值分别为59004.5和11179.7 mg/m2。韩冰等[3]认为城市面源污染受城市土地利用类型、大气污染状况、地表清扫状况等因素影响。因此, 本研究进一步调查常州交通用地的环境特征和车流量, 发现本次交通用地采样点均是沥青材质, 粗糙度高, 污染物更易累积, 且不易冲刷, 同时交通用地的车辆和人类活动较频繁剧烈。这可能是造成交通用地普遍高于其他用地的原因。

图2   全量和溶解态污染物在不同用地的累积强度

Fig. 2   Cumulative intensities box diagram of total and dissolved pollutants in different lands

商业用地上全量 COD 累积强度均值为 4455.8mg/m2, 相对偏低; 但是全量TN的累积强度相对偏高, 为158.6 mg/m2; 全量TN的波动范围大, 标准差为 155.9。王书敏等[19]的研究结果也表明 TN 的最高浓度出现在商业区。商业用地上人类的室外活动比较剧烈, 存在向地面倾倒生活污水的现象, 这可能是导致全量TN累积强度较高的原因。

相比较而言, 文教用地、居住用地和工业用地上污染物的累积强度较低, 尤其是工业用地, 各污染物的累积强度均值分别为 20217.8 mg/m2 (SS)、9.4 mg/m2 (氨氮)、5548.7 mg/m2 (全量COD)、391.3 mg/m2 (溶解态COD)、22.0 mg/m2 (全量TP)、2.97 mg/m2 (溶解态TP)、106.7 mg/m2 (全量TN)和20.7 mg/m2 (溶解态TN)。该结果与施为光[20]的结果不同, 他通过研究成都市区的累积特征, 发现不同土地用途累积结果差异较大, 顺序为工业区>居民区>交通区>商业区。这也说明了面源污染的随机性[21]。实地调查显示, 文教用地、居住用地和工业用地经常有清洁工人定时清扫, 卫生环境良好; 人类室外活动强度不大, 对地表环境影响较小。常州中心城区内工业用地采样点主要从事电子科技、生物制药、食品等行业, 生产活动基本上在厂房内进行, 对室外地表环境影响较小。因此, 上述因素可能是造成这三类用地污染物累积强度偏低的原因。

与全量污染物在5种功能用地上的累积强度相比, 溶解态污染物在各功能区之间的累积强度均值差异减小, 且累积强度明显降低, 离散程度较小。由图2可知, 商业用地上4种溶解态污染物的累积强度全部高于其他功能用地, 尤其是溶解态 TP 和氨氮, 均值分别为 5.8 和 15 mg/m2。并且, 商业用地累积强度的离散程度明显大于其他功能用地, 这反映出综合性商场、纺织区、建材区、农贸区的溶解态污染物累积强度差异性较大。

2.2.2 居住用地和交通用地的季节变化差异分析

表4给出居住用地和交通用地地表污染物累积强度的季节差异显著性检验结果。由表 4 可知, 居住用地地表污染物的累积强度在 2014 年 10 月(秋季)和 2015 年 3 月(春季)没有季节差异, 溶解态TN和氨氮累积强度的离散程度存在季节差异。结合图3 可知, 2015 年春季氨氮累积强度的离散程度大于 2014 年, 即 2015 年居住用地氨氮单位累积强度存在更大差异性, 其他 3 种溶解态污染物在两个不同季节的单位累积强度的变化范围比较接近。

表4   居住用地和交通用地污染物累积强度季节的差异性分析

Table 4   Seasonal differences analysis of pollutants cumulative intensities on residential lands and roads

用地类型污染物方差Levene检验均值t检验
Fp是否有显著差异性tp是否有显著差异性
居住用地SS0.2900.592>0.05-0.1240.901>0.05
全量COD0.4210.519>0.050.0100.992>0.05
全量TP0.0990.754>0.050.8180.417>0.05
全量TN0.9040.346>0.05-0.5510.584>0.05
溶解态COD0.8940.349>0.05-0.4020.689>0.05
溶解态TP0.2030.654>0.05-1.0120.316>0.05
溶解态TN4.3860.041<0.051.4170.168>0.05
溶解态氨氮4.6920.035 <0.05-1.1920.240>0.05
交通用地SS0.0040.952>0.052.0940.041<0.05
全量COD2.2430.140>0.05-1.2470.218>0.05
全量TP1.1110.297>0.051.1780.244>0.05
全量TN0.610.438>0.05-2.0230.048<0.05
溶解态COD13.0190.001<0.05-2.7700.008<0.05
溶解态TP15.5110.000<0.05-2.7730.009<0.05
溶解态TN6.4270.014<0.05-4.6210.000<0.05
溶解态氨氮30.8600.000<0.05-5.5460.000<0.05

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表 4 可知, 交通用地上除全量 COD 和全量TP 外, 其他污染物在不同季节中的累积强度存在显著性差异, 但全量污染物的累积强度离散程度没有季节性差异。结合图 3 可知, 2015 年春季交通用地上 SS 累积强度均值比 2014 年秋季低约 7.7%; 全量 TN 以及溶解态 COD, TN, TP, 氨氮的累积强度均值分别比秋季高出约3.3%, 49%, 85%, 61%和200%。

图3   子类居住用地和交通用地上污染物累积强度

Fig. 3   Cumulative intensities box diagram of pollutants in sub-class residential lands and roads

交通用地在 2014 年 10 月的日均车流量为11533 辆, 2015 年 3 月的日均车流量为 11624 辆, 二者差别不大。但是, 交通用地上地表污染物在这两个季节中的累积强度存在显著性差异, 说明除交

通流量变化外, 道路上污染物累积分布还会受到其他因素的影响。结合常州2014年和2015年实际降雨资料, 2014年6—9月的降雨量分别为141.8, 330, 235.8和70.9 mm, 降雨次数分别为10, 13, 15和13次。因此秋季(2014年10月)采样时, 道路已经经历了长期的强烈冲刷, 沥青孔隙中的累积物也被冲刷。2014年11, 12月和2015年1, 2月的降雨量分别为92.6, 7.9, 36.8和50.5 mm, 降雨次数分别为10, 5, 7和8次。因此春季(2015年3月)采样时, 前期降雨量小, 降雨次数少, 道路沥青孔隙中的累积物冲刷弱。因此, 春季道路各污染物特别是溶解态的污染物的累积强度普遍高于秋季, 且存在显著性季节差异。

2.3 累积污染物形态特征

2.3.1 颗粒态污染物

表 5 给出不同功能用地污染物颗粒态占全量比例的 Kruskal-Wallis 检验和 Levene 方差齐性检验结果。由表5可知, COD, TP和TN颗粒态占全量比例的大小和离散程度在 5 类功能用地上均存在显著性差异。

表 5   颗粒态污染物占全量比例的差异性分析

Table 5   Difference analysis of ratios of dissolved to total pollutants

名称方差Levene检验Kruskal-Wallis检验
Fp是否有显著差异性χ2P是否有显著差异性
颗粒态COD/全量7.30<0.0522.80<0.05
颗粒态TP/全量7.90<0.0530.80<0.05
颗粒态TN/全量7.50<0.0537.60<0.05

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全量污染物包括溶解态污染物和颗粒态污染物两种形态。由图 4 可知, 交通用地上污染物颗粒态占全量比例最高; 颗粒态占全量比例的波动范围也最小。Opher 等[22]发现汽车轮胎磨损会带来颗粒物, 这也进一步解释了交通用地上颗粒态污染物占比最高。

商业用地上污染物颗粒态占全量比例最低, 颗粒态占全量比例的波动范围最大。居民用地和工业用地上污染物颗粒态占全量比例和离散程度均处于中间水平。除 TN 外, 文教用地上污染物颗粒态占全量比例较高, 且颗粒态占全量比例的波动范围 较小。

各类用地上颗粒态 COD, TP 和 TN 占全量的比例平均达 86.5%, 85.1%和 71.1%, 说明污染物主要吸附在颗粒态物质上, 颗粒态污染物占大部分。因此, 加大城市清扫力度, 加强卫生管理, 有利于减少城市面源污染。在径流管理中, 也可以通过物理沉淀控制, 减少颗粒态污染物的含量, 进一步减少常州的面源污染。

图4   不同功能用地上颗粒态污染物占全量百分比

Fig. 4   Proportion histogram of pollutants in different lands

2.3.2 累积颗粒物中污染物含量

我们采用Kruskal-Wallis检验和Levene方差齐性检验, 分析不同功能用地单位颗粒物中各污染物含量的大小和离散程度的差异显著性, 结果见表 6。由表 6 可知, 单位颗粒物中 COD, TP 和 TN含量的大小和离散程度在5类功能用地上存在显著性差异。

图5给出不同功能用地上单位质量颗粒物中污染物的含量。由图 5 可知, 除 TP 的含量比低于文教用地外, 商业用地上 COD 和 TN 的含量比都高于其他功能用地, 均值分别为 532.6 和 17.5 mg/g。商业用地上人类活动强度大, 倾倒生活垃圾和污水现象较多, 因此单位质量颗粒物中 COD, TP 和 TN的含量普遍高于其他用地。

图5   单位质量颗粒物中的污染物含量

Fig. 5   Contents box diagram of pollutants per unit mass of particulate matters

交通用地上COD, TP和TN的含量比最低, 均值分别为212.2, 0.86和2.9 mg/g, 说明交通用地上地表污染物的颗粒吸附了较多其他的污染物质。文教用地上 TP 含量比高于其他用地, 为 6.17 mg/g, 但 COD 和 TN 含量比低于商业用地。文教用地包括体育馆、政府办公区和高校等, 其污染物的来源主要与人类关系密切, 因此人类活动强度大是造成COD, TP和TN含量比较高的原因。居住用地和工业用地上各污染物的含量比处于中间水平。因此, 加强对商业用地和文教用地的清扫力度, 有利于减少整个城市的污染物COD, TP和TN含量。

表6   单位颗粒物中污染物含量差异分析结果

Table 6   Difference analysis of contents of pollutants per unit mass of particulate matters

名称方差Levene检验Kruskal-Wallis检验
FP是否有显著差异性χ2p是否有显著差异性
COD/SS3.80.007<0.0510.30.035<0.05
TP/SS40.04>0.0521.90<0.05
TN/SS9.50>0.0522.70<0.05

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3 结论

1) 交通用地上各污染物的累积强度普遍高于其他功能用地, 尤其是SS和全量COD, 均值分别为59004.5和11179.7 mg/m2; 商业用地上溶解态污染物均高于其他用地; 文教用地、居住用地和工业用地上各种污染物的累积强度较低(尤其是工业用地)。

2) 交通用地在2014年10月(秋季)和2015年3月(春季)的累积强度存在显著性季节差异, 2015 年春季 SS 累积强度均值比 2014 年秋季低约7.7%; 全量TN和溶解态COD, TN, TP, 氨氮的累积强度均值比秋季高约3.3%, 49%, 85%, 61%和200%。居住用地在2014年10月(秋季)和2015年3月(春季)的累积强度则没有季节差异。

3) 各类用地上颗粒态COD, TP, TN占全量的比例平均达86.5%, 85.1%和 71.1%, 说明污染物主要吸附在颗粒态物质上, 颗粒态污染物占大部分。因此, 加大城市清扫力度有利于减少面源污染。

4) 商业用地上单位颗粒物中COD和TN的含量均高于其他功能用地, 均值分别为 532.6 和 17.5 mg/g。交通用地上COD, TP和TN的含量比最低, 均值分别为 212.2, 0.86 和 2.9 mg/g。文教用地上TP 的含量比高于其他用地, 均值为 6.17 mg/g。居住用地和工业用地上各种污染物的含量比处于中间 水平。

致谢 土地利用数据来源于常州市环境科学研究院, 车流量数据来源于常州市交通指挥中心, 降雨数据来源于常州市气象局, 谨致谢意。

The authors have declared that no competing interests exist.


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