9、区域茶葉采收時間的尺度影響
分析近幾年春、秋茶葉樣品結果可知,品化茶葉中鉛的学性献率含量水平在1.64mg/kg~2.96mg/kg之間,平均值為2.39mg/kg上0.28mg/kg按整個產茶量進行測算,污染該茶葉中鉛的源贡超標率春茶為90%,秋茶為60%,估算平均為72%。技术茶葉中鉛汙染的区域分布特征在時間上表現為:春茶中鉛的含量高於秋茶。這個可能與茶樹通過葉麵吸收鉛廢氣在體內富集有關。尺度春天茶樹經一個冬季,品化體內富集的学性献率鉛含量較多因而抽出的新葉鉛含量高,而夏季富集時間短,污染體內鉛含量相對較低,源贡因而秋茶葉鉛含量低。估算
10、環境遷移途徑
重金屬在地表環境中的遷移形式是多種多樣的,按照遷移介質的不同可分為三種基本類型。第一種是氣態遷移,氣溶膠形式遷移是近代人類工業生產活動廢棄物排放引起的重要形式之一;第二種是水遷移,元素可以真溶液和膠體溶液隨土壤水、地表水地下水、裂隙水、岩石孔隙水等進行遷移;第三種是生物遷移,即重金屬通過生物體的吸收代謝生長、死亡等過程實現遷移,其與生物種屬的生理、生化和遺傳變異等作用有關。另外,還存在固體和懸浮膠體吸附鉛在水體中遷移的現象。由於遷移介質的酸堿度受許多因素影響會發生變化,這對元素(特別是Hg,Cd,Pb,Zn等重金屬)的遷移和再沉澱有明顯的影響。這兒種元素具有很強的親硫性,也具有親氧性,在較低的pH下發生水解。
(三)可能汙染源取樣與同位素分析
本文以杭州梅家塢西湖龍井茶的鉛來源為例進行描述。可能導致西湖龍井茶葉鉛汙染的汙染源,及汙染途徑分析如下:鉛同位素測試樣品包括杭州鋼鐵廠的礦石、杭州鋼鐵廠燃煤飛灰蕭山電燃煤及飛灰、半山電廠的燃煤及飛灰、浙江大學燃煤及飛灰、0#汽油、90#汽油、93#光油化學肥料、大氣降塵和土壤。各可能汙染源的鉛同位素分析結果見圖5-2。
1、汽車尾氣和燃煤飛灰
汽車尾氣鉛同位素特征具有低206Pb/207Pb,208Pb/207Pb值,而燃煤飛灰鉛同位素特征位於206Pb/207pb、208Pb/207Pb值的高端,常利用這種特征來區分其他汙染源。汽車尾氣鉛同位素特征值的高端與燃煤飛灰的低端在距茶葉鉛同位素特征最接近的地區出現部分重疊,說明兩者對茶葉鉛汙染都有貢獻。同時兩者同位素特征也覆蓋了很多其他類型樣品,包括茶葉、大氣降塵和土壤,說明杭州汽車尼氣和燃煤飛灰是杭州地區環境鉛的主要貢獻者。
汽車尾氣鉛同位索分布及燃煤飛灰鉛同位素分布變異均比較大。不同型號的汽油鉛同位素組成不同,如果汽油都來源同一個公司,鉛同位素應該會比較穩定。對於燃煤就比較複雜,不同的居民,不同的企業燃煤來源都不同,即使同一企業不同批次購進的煤也不盡相同。鉛同位素溯源的前提是在一定時間需要一個比較穩定的鉛同位素特征值,因此定期對汽車尾氣及燃煤飛灰鉛同位素特征進行監測是必要的。
2、杭鋼礦石
杭鋼鐵礦石及鉛鋅礦石鉛同位素特征分布比較集中,變異係數較小,具有較低206Pb/207Pb值,從圖5-2可以看出能明顯區別與汽車尾氣鉛同位素特征。該分布遠離茶葉鉛及土壤鉛同位素特征分布,說明對茶葉及土壤貢獻很少。
3、土壤
茶園土壤全鉛同位素值比較高,大部分落在燃煤鉛同位素特征分布的範圍內,說明近期表層土壤鉛汙染的主要貢獻者是工業燃煤飛灰。同時茶園土壤全鉛同位素值變異較小,說明土壤在一定的時間內受到汙染源鉛同位素特征比較穩定。土壤鉛同位素特征與茶葉鉛同位素特征相距較遠,說明茶葉鉛來源的主要途徑不是通過土壤吸收的。
4、大氣降塵
杭州不同地區,包括茶園區、工業區、商業區、居民區和高速公路附近大氣降塵鉛同位素變異比較小,說明排放到大氣形成降塵鉛的來源在一定時期相對比較穩定,這對追溯茶葉鉛來源非常有利。大氣降塵鉛同位素組成特征在汽油鉛同位素分布與燃煤飛灰鉛同位素分布的交匯重疊處,說明大氣降塵鉛是汽車尾氣和燃煤排放共同作用的結果。茶葉鉛同位素特征與大氣降塵鉛同位素特征非常相近,大部分重合在一起,鉛同位素組成非常相近,說明茶葉中鉛主要來自於大氣降塵,而並非土壤。
不同產區的西湖龍井茶葉鉛同位素值變異很小,茶葉鉛汙染來源相對比較穩定。從以上分析可以看出,茶葉鉛主要汙染源是汽車尾氣和燃煤排放,傳輸途徑是通過大氣降小。在通過茶葉表麵的清洗試驗後,茶葉鉛含量發生變化,說明茶葉鉛主要是通過大氣降塵途徑輸入。
(四)茶葉鉛來源分析及其汙染源貢獻率計算方法
1、茶葉鉛來源貢獻率模型建立
如果汙染源比較複雜,且每一類汙染源鉛同位素豐度特征變異也比較大,若需要得到每種汙染源的貢獻率,需要做如下假設:
茶葉俗同位素豐度特征變化範圍不大,可以計算其平均值,求其圓心,用該圓心的同位素特征豐度代表整體茶葉鉛汙染的同位素豐度特征值。
對於計算茶葉鉛汙染源貢獻率的方法有兩種:
(1)如果不想計算茶葉鉛汙染的具體源頭,隻研究茶葉鉛的汙染途徑,可以考慮隻通過計算和其接觸的媒介鉛的同位素特征。對於茶葉鮮葉隻需要考慮大氣降塵和土壤鉛同位素特征豐度。如果對於紅茶等加工過程容易產生鉛汙染的茶葉,還需要考慮接觸的加工器具的鉛同位素特征。
對於隻有大氣降塵和土壤兩個鉛汙染途徑的茶葉來說,可以用簡單的線性汙染方程組,計算出兩個汙染源貢獻率區間,估算出貢獻率的範圍,從而確定茶葉鉛汙染的主要貢獻者。
該方程為:
其中x為土壤對茶葉鉛的貢獻率,y為大氣降塵對茶葉鉛的貢獻率。
通過方程組①②③④,求得方程的x貢獻率的範圍在xmin<x<xmax,y貢獻率範圍為ymin<y<ymax,從而估算出茶葉鉛的主要傳輸途徑
(2)如果計算具體的汙染原,而不需要考慮鉛的傳輸途徑,則需要考慮每個可能汙染原鉛的同位素特征,同類汙染源鉛同位素特征比較相似,那麽用該類每個汙染源鉛同位素豐度特征直的平均值作為該類汙染原的特征即可,例如本研究中的礦石鉛同位素特征即可這樣計算。
如果同類汙染源鉛同位素豐度特征變異較大,則需要根據該類每一個鉛汙染排放的在整體排放的比率乘以該同位素特征值,之後再求和作為該類鉛汙染源同位素豐度特征值,用該值來計算對茶葉鉛含量的貢獻率。
例如:計算燃煤的鉛同位素總體特征:
算出每個茶葉汙染源的平均鉛同位素特征之後,根據土壤鉛同位素特征和大氣鉛同位素特征,計算出茶葉鉛的主要汙染途徑,估算出3個或者4個主要汙染源,並知道主要汙染源的排放量。根據茶葉鉛同位素豐度特征與汙染源鉛同位素豐度特征列方程組求得各汙染源鉛的貢獻率。
四、結果解析
在自然界中鉛同位素幾乎不發生分餾作用,由於其質量重,同位素間的相對質量差較小,不像O、S、H、C等輕同位素,在次生過程中容易受到所在係統的溫度壓力、pH、Eh和生物等作用而發生變化,外界物理、化學條件的變化對其組成的影響很小。其組成主要取決於放射性元素U和Th的含量、就變時間的長短、母體同位素的含量及外來源區的混合即環境物質形成的時間及其U/Pb,Th/Pb比值的大小。
不同來源的鉛的同位素豐度比不同,因此可以把鉛的同位素豐度比作為一種指紋技術來研究鉛汙染的來源及其貢獻。該試驗分析汽油,燃煤,礦石等主要鉛汙染源同位素特征、發現汽油鉛同位素變異較大,而且每種汽油的排放量未知,這樣計算汽油對茶葉鉛的貢獻率就會非常困難。但是可以通過間接途徑計算每種汙染源的貢獻率,即不把大氣降塵鉛和土壤鉛當成傳輸途徑,而是直接作為汙染源,這樣隻有兩個汙染源,計算貢獻率比較容易。之後再對土壤鉛同位素特征和大氣鉛同位素特征進行分解分析,通過多步分析其汙染來源。
另外,如果要縮短判別茶葉鉛汙染來源的響應時間,需要對茶區的大氣、土壤、含鉛物質的排放建立一套相應的鉛同位素特征數據庫。如果茶葉鉛超標,需分析茶葉鉛同位素特征,並調用該時期鉛排放的同位素特征數據庫,根據模型,便可快速的計算出汙染源及汙染源貢獻率。
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