郭利成,陈秀玲,贾丽敏

(1.福建师范大学地理科学学院福建省湿润亚热带山地生态省部共建国家重点实验室培育基地,福建 福州 350007；2.中国科学院地质与地球物理研究所,新生代地质与环境重点实验室,北京100029；3.中国科学院大学,北京 100049；4.中国科学院城市环境研究所,城市环境与健康重点实验室,福建 厦门361021)

随着城市化进程的不断推进,城市地表不透水面积增加,地表灰尘在城市地表的分布不断扩张,成为典型的非点源污染之一[1-5].对此,多数学者认为城市地表灰尘是指分布于城市不同区域表面,易于迁移并且粒径小于0.920mm的固体颗粒物[6],是城市大气尘埃与地表尘土长期在人与自然力作用下的综合体,是城市环境中各种污染物质的“源”和“汇”[1,7].在一定的外动力条件(如风、车辆行驶等)下,城市地表灰尘能够和大气颗粒物相互混合,成为城市环境中典型的“点、线、面”型污染[8-9].此外,城市地表灰尘所附带的各种污染物质能够在城市不透水下垫面上发生强烈的径流效应,从而进入城市流域,通过城市生态系统物质循环,形成潜在的污染生态效应[10].因此,城市地表灰尘引起了国内外学者的广泛关注[7,8,11-19].

目前,对于城市地表灰尘的研究成果主要依赖于传统的物理和化学分析方法,其测样成本高、样品受损程度大、方法复杂等缺点限制了城市地表灰尘的研究,而环境磁学具有进样量少、灵敏度高、操作简单、耗时少、破坏小、价格低等优点[20-21],在相关学科研究中得到广泛的应用[22-23].大量研究表明[21],工业活动、燃料燃烧、汽车尾气等污染物主要的成分是不同磁性矿物,具有不同磁学特征,故环境磁学是研究城市污染程度的有效手段之一.国内外不同学者对城市降尘、街道尘埃等城市颗粒污染物的来源、粒度、元素浓度、磁学特征及其环境意义进行多角度研究[24-45],且我国对城市灰尘磁学特征的大部分研究集中在北京、西安、兰州等污染严重的城市,而福州市的研究鲜有报道[46-47].其中,福州市作为海峡西岸经济区的中心城市,是福建省的文化、政治、科研中心,也是中国市场化程度和对外开放度较高的地区之一,经济发展迅速,环境污染物排放量和经济增长呈正相关[48],故环境污染物的有效监控是保障福州城市居民生活质量的关键.城市公园是城市居民提高身心健康的最佳场所之一.因此,本文对海峡西岸中心城市——福州市进行公园灰尘的磁学特征及其环境意义研究,有助于提高福州城市环境质量,对深入开展海峡西岸经济区环境磁学的研究具有重要意义.

1 研究区概况

福州市(25°15′～26°39′N、118°08′～120°31′E)位于大陆东南沿海的闽江下游地区,所在地属于典型的河口盆地,盆地四周群山峻岭所环抱,海拔多在600～1000m,地势自西向东倾斜.福州市属海洋性亚热带季风气候,夏长冬短,年平均温度为16～20℃,1月平均温度6～10℃,7月平均温度24～29℃,年均降水量 900～2100mm,无霜期达 326d,年平均日照数为1700～1980h,年相对湿度约77%.地带性土壤为红壤,市区河漫滩和河流阶地上的隐域性土壤类型为潴育水稻土.2010年统计数据表明,福州市市区面积1786hm2,常驻人口 292.18万人, GDP为1545.23亿元,福州市规划人均绿化面积到2020年达15m2,绿化覆盖率达到48%.

图1 福州市公园灰尘样品采集点分布示意Fig.1 Distribution of dust sampling sites of parks in Fuzhou

2 材料与方法

2.1 样品采集

为了较系统的研究福州市公园灰尘磁学特征,本文以福州市区范围内的 11个公园(森林公园、温泉公园、西湖公园、茶亭公园、南江滨公园、金山公园、乌龙江湿地公园、仓前公园、亚峰公园、长安山公园、劳动者公园)作为研究对象(采样点分布见图1).于2011年6～10月,按照梅花均匀采样法,每个公园布 26个采样点,根据各个公园的规模以及人群集散程度,分别在人群比较密集的公园门口、公园道路、休憩区、娱乐区等地,用塑料铲和毛刷清扫灰尘,将每个公园中各点采集样品混合成一个混合样,分别放入事先已标记好的聚乙烯塑料袋中密封保存.

2.2 实验方法

所有采集样品自然风干,过2mm尼龙分样筛以剔除非灰尘物质,装入8mL磁学专用样品盒、称量、压实,供磁测.选用英国Bartington 公司生产的 MS2型磁化率仪测定样品磁化率(χ)：包括低频磁化率(0.47kHz)和高频(4.7kHz)磁场中的磁化率(χlf、χhf),并计算出百分频率磁化率值(χfd%=(χlf-χhf)/χlf×100%);用美国 ASC 公司生产的IM-10-30脉冲磁化仪(磁场范围在0～300 mT和1T)磁化,用Minspin小旋转磁力仪测定样品的等温剩磁(IRM)和饱和等温剩磁(SIRM);选择部分代表样品,用振动样品磁强计(VSM-VersaLab)及磁电效应综合测试系统测量样品的磁滞回线,其中最大磁场设定为 1T.环境磁学通常设定 1T的磁场中所获得的等温剩磁为饱和等温剩磁(SIRM),反向磁场包括-20,-40,-100和-300mT,在本文中表示为 SIRM 的百分含量,依次为

S-20mT,S-40mT,S-100mT 和 S-300mT,样品在剩磁值为

零时的反向磁场大小,称之为剩磁矫顽力Bcr;定义软剩磁 Soft=(SIRM-IRM-20mT)/2,硬剩磁HIRM=(SIRM+IRM-300mT)/2,F300mT(%)=(IRM300mT/SIRM)×100%,S-20mT(%)=(IRM-20mT)/SIRM)×100%,S-100mT(%)=[(SIRM-IRM-100mT)/(2×SIRM)]×10 0%,S-ratio=-IRM-300mT/SIRM.样品前处理和测量均在福建师范大学湿润亚热带山地生态省部共建教育部重点实验室和福建师范大学材料与物理创新实验室完成.所测量的磁化率、等温剩磁结果均用质量进行校正,获得质量磁化率(χ)、等温剩磁(SIRM、IRM)等.

3 结果与分析

3.1 福州市公园灰尘的磁化率和频率磁化率

福州市公园灰尘χ变化范围为 42.50×10-8～895.51×10-8m3/kg,平 均 值 为 269.80×10-8m3/kg;χfd%变化范围为 0～2.18,平均值为 0.73.福州市公园不同功能区中,公园门口和道路灰尘χ相当且最高(表 1),休憩区最低;公园灰尘χfd%最高为休憩区,而门口最低.χ和样品的磁性矿物的类型、粒径和含量直接相关,可粗略估算样品中亚铁磁性矿物(如磁铁矿)的含量[21],而χfd%是反映沉积物中接近稳定单畴(SSD)与超顺磁性过渡态的磁性颗粒存在的指标,可以反映超顺磁性颗粒的相对含量[49].福州市公园灰尘χ总体偏高,且χfd%总体偏低,直接反映了福州市公园灰尘中磁性矿物含量总体较高,超顺磁性颗粒几乎不存在.旺罗等[28]研究发现,污染区χ越高,而χfd%越低,样品污染程度越高,故福州市公园灰尘污染程度较高,不同功能区污染程度：门口＞道路＞娱乐区＞休憩区.

3.2 福州市公园灰尘的剩磁及其组合参数

由表1可知,福州市公园灰尘SIRM总体偏高,变化范围 1048.84×10-5～15991.40×10-5(A·m2)/kg,平均值为 6175.07×10-5(A·m2)/kg,休憩区和门口SIRM较道路和娱乐区高.由于SIRM不受顺磁性和抗磁性矿物影响,但极易受磁性颗粒大小、形状的影响,主要体现样品中等温剩磁的主要贡献者(亚铁磁性及不完全反铁磁性)含量,和χ散点分布图可以指示磁性矿物类型和数量[20].因此,福州市公园灰尘SIRM总体偏高,表明福州市公园灰尘中亚铁磁性和反铁磁性矿物含量较高,公园灰尘的磁性矿物中游客停滞区比流动区高;SIRM与χ关系图呈散点分布(图2),线性关系差(R2=0.101),说明福州市公园灰尘部分样品以亚铁磁性矿为主,而其余部分样品则以高矫顽力的反铁磁性矿物(赤铁矿等)为主,但均为高低矫顽力磁性矿物的混合样品.

福州市公园灰尘Soft变化范围313.50×10-5～6425.16×10-5(A·m2)/kg,平均值 为 2174.03×10-5(A·m2)/kg,HIRM 变化范围 22.31×10-5～2314.18×10-5(A·m2)/kg,平 均 值 为 312.74×10-5(A·m2)/kg,Soft远大于 HIRM,在公园的四个不同的功能区也是 Soft远大于 HIRM; S-ratio变化范围0.71～0.99,平均值为 0.91; S-20mT平均值 29.59%,S-100mT平均值为 85.84%,F300mT平均值达 91.41,公园四个功能区规律基本一致;SIRM/χ变化范围 1.99～ 137.62×103A/m,平均值为 30.82×103A/m,门口、道路和娱乐区的SIRM/χ值接近,小于休憩区,但总体偏小.其中 Soft主要反映多畴(MD)和假单畴磁性晶粒(PSD)的低矫顽力亚铁磁性矿物含量,HIRM 反映高矫顽力的不完全反铁磁性矿物含量[44];S-ratio通常也可以反映样品中高矫顽力组分(如赤铁矿)与低矫顽力组分(如磁铁矿)含量的相对多少[20],且已有报道中表明三价铁磁性矿物 S-ratio值高于斜反磁性矿物[49];S-20mT、S-100mT和F300mT可以指示样品中亚铁磁性矿物的含量和相对含量[42],S-20mT达 30%和 S-100mT达80%可以说明样品主要磁性矿物为亚铁磁性矿物[50], F300mT随着亚铁磁性矿物含量的增加而增加[51]; SIRM/χ也可以反映磁性矿物的类型[52],实验证实,磁铁矿 SIRM/χ值约为 1.5×103～50×103A/m,赤铁矿 SIRM/χ值大于 200×103A/m,而磁黄铁矿 SIRM/χ值也较高.综合分析,可知福州市公园灰尘Soft远大于HIRM,四个不同的功能区也是Soft远大于HIRM,S-ratio整体较高,SIRM/χ低于 137.62×103A/m,且 4个不同的功能区SIRM/χ均值较小.因此,福州市公园灰尘的剩磁组合参数均表明福州市公园灰尘磁性矿物整体上表现为亚铁磁性矿物特征,即部分样品以低矫顽力磁性矿物为主导的磁学特征掩盖以高矫顽力磁性矿物为主的样品.

表1 福州市公园灰尘样品的环境磁学基本参数统计Table 1 Summary of magnetic parameters of park dust samples in Fuzhou City

由图2可看出,SIRM和Soft的呈良好的线性相关(R2=0.9544),而观察福州市公园灰尘等温剩磁获得曲线(图 3)和退磁曲线(图 4)特征,磁场强度在300mT时,灰尘的等温剩磁占饱和值 80%以上,且灰尘剩磁矫顽力在30mT左右,反映低矫顽力的亚铁磁性矿物主导了公园灰尘的剩磁[46,53],而灰尘剩磁在 300mT之后继续增加[54],证实了公园灰尘磁性矿物存在高矫顽力磁性矿物组分.结合SIRM与χ关系图呈散点分布特征,再次证实了福州市公园灰尘部分样品以高矫顽力特征为主导,但被以低矫顽力特征主导的样品所掩盖.

3.3 福州市公园灰尘的磁滞参数

磁滞曲线(loop)是分析样品软、硬剩磁组分的有效手段之一[42],其闭合处的场强能够有效反映主导磁滞行为的磁性矿物.图5和图6显示,除二环公园娱乐区外,其余功能区均表现蜂腰型特征.但磁场强度均在 0～200mT 之间,灰尘磁化强度快速增强,200～1000mT之间增强速率减小,且直到500mT曲线才开始闭合且趋于饱和,500mT以上随着磁场的增加磁化强度仍有增加,Bcr在10～50mT之间.表明二环内公园娱乐区磁性矿物主要是低矫顽力的亚铁磁性矿物(主要是磁铁矿)和少量的高矫顽力磁性矿物(主要是赤铁矿)混合物[44].而其余功能区磁性矿物为高矫顽力的反铁磁性矿物和少量的低矫顽力磁性矿物混合物.对比二环内外磁滞回线特征,发现二环外磁滞回线的闭合区间面积明显大于二环内,揭示了二环外公园灰尘样品磁性矿物以硬磁性矿物为主,也反映二环内外的磁性特征受到不同的因素影响.二环内集中了城市人类活动,而二环外人类活动减弱,自然环境影响增强,故二者的磁滞回线特征差异很可能与不同因素组合有关.

图2 福州市公园灰尘样品χ和χfd%、SIRM和χ、Soft和SIRM相关关系Fig.2 The relationship between χ and χfd%,SIRM and χ, Soft and SIRM for park dust samples

图3 福州市公园灰尘样品的等温剩磁获得曲线Fig.3 Isothermal remanent magnetization (IRM)acquisition curves for selected dust samples

图4 福州市公园灰尘样品的退磁曲线Fig.4 Back-field demagnetization curves for selected dust samples

图5 福州市二环内公园灰尘样品磁滞回线Fig.5 Magnetic hysteresis loops for park dust samples from inside area of the second ring road

图6 福州市二环外公园灰尘样品磁滞回线Fig.6 Magnetic hysteresis loops for park dust samples from outside area of the second ring road

前文分析可知,公园灰尘样品均以低矫顽力或高矫顽力磁性矿物为主,故以剩余磁化强度和饱和磁化强度比值(Mrs/Ms)为纵坐标,以剩磁矫顽力和矫顽力比值(Bcr/Bc)为横坐标绘制的 Day图是确定福州市公园灰尘磁性矿物的粒度最理想的方法[55],实验证实,Mrs/Ms＞0.5 且Bcr/Bc＜1.5的样品以单畴(SD)颗粒为主;Mrs/Ms＜0.5且Bcr/Bc＞4的样品以多畴(MD)颗粒为主;介于二者之间的样品以假单畴(PSD)颗粒为主.由福州市公园Day图(图7)可知,公园灰尘磁性颗粒位于单畴(SD) 颗粒下方和假单畴(PSD)颗粒的左侧及其边界线上,显示福州市公园灰尘磁性矿物主要为较粗的SD颗粒和较细的PSD颗粒,但二环外公园磁性矿物颗粒较二环内粗.

图7 福州市公园灰尘样品Day图Fig.7 Day plot of the ratios Mrs/Ms and Bcr/Bc for park dust samples

4 讨论

4.1 福州市公园灰尘磁学参数特征及其环境意义

前文分析表明,福州市公园灰尘整体表现出主要磁性矿物以多种低矫顽力较粗SD颗粒与较细PSD颗粒的亚铁磁性矿物为主,带有少量的高矫顽力磁性矿物(赤铁矿等).其中福州市公园灰尘χ和SIRM总体偏高,灰尘χfd%低,直接反映了福州市公园灰尘中磁性矿物含量总体较高,而几乎不含超顺磁颗粒,且χ与χfd%之间呈负相关(图2),即公园灰尘χ偏高的主要贡献者是非自然沉降物质的积累[28];Soft远大于HIRM,S-ratio均大于 0.9,S-20mT平均值 29.59%,S-100mT平均值为85.84%,F300mT平均值达 92.7,分析等温剩磁获得曲线和退磁曲线特征发现灰尘Bcr小于 50mT,而SIRM/χ也总体偏低,均说明了福州市公园灰尘磁性矿物整体以低矫顽力亚铁磁性矿物特征为主,但SIRM与χ线性关系差(R2=0.101),磁滞回线的蜂腰型特征,进一步说明了福州市公园灰尘部分样品是高矫顽力的反铁磁性矿物为主,剩余部分样品以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主,尤其在二环内公园娱乐区表现明显,且这部分样品的磁学特征在整体上掩盖了高矫顽力特征.这很可能与福州城市化发展密切相关.

福州市由于现代工业、交通建设和城市建设的发展,大量建筑废弃物、水泥、砖块等碎屑物质进入公园绿地土壤,且福州市为盆地地形,由西向东倾斜的地形条件易于夏季台风的进入,并在盆地中停滞一段时间,导致灰尘吹扬混合降落公园地表,而公园游客步行或乘车游行与游玩活动、公园植树、拆迁建设等人为活动增加了灰尘进入公园并迁移扩散,同时福州市公园基本上靠近交通要道,汽车尾气污染物颗粒也容易进入公园上空,随着降雨而到达地表,大量不同来源铁磁性矿物颗粒的进入直接导致公园灰尘磁性矿物含量增加.然而,夏季台风所携带风化壳残积物,如南方红土中的高矫顽力磁性矿物(赤铁矿和针铁矿)[47],由于福州市盆地地形的滞留效应,也能够引起公园灰尘磁性矿物含量的增加.采用 Day图对福州市公园灰尘颗粒大小进行判别,发现福州市公园灰尘磁性矿物主要为较粗的SD颗粒和较细的 PSD 颗粒.同时,大部分学者研究发现[56-58],人类活动带来的磁性矿物颗粒大小主要分布在PSD～MD附近.福州市公园灰尘磁性矿物的颗粒大小较前人研究结果细,一方面,福州市受冬季风影响小,而西安和兰州地区冬季风影响大,也有可能导致福州市公园灰尘磁性矿物颗粒较细;另一方面,其与夏季台风对人类活动所排放的磁性矿物颗粒与台风携带的风化壳残积物中的磁性矿物颗粒进行混合后沉降过程密切相关.因此,福州市公园灰尘磁学参数特征揭示了福州市作为海西建设的中心城市受交通、城市建设等人类活动的干扰、由西向东倾斜的盆地地形条件与公园高绿化覆盖率的影响,夏季台风携带灰尘颗粒在盆地中产生滞留效应,且公园覆被截留作用,导致公园灰尘磁性矿物含量较高,其中台风携带的南方红色风化壳残积物的反铁磁性矿物主导了部分样品的磁性特征,但其余部分样品以人为活动排放的污染物颗粒的亚铁磁性矿物特征为主,同时整体上掩盖了部分样品的反铁磁性矿物特征,直接说明了公园灰尘样品的磁性矿物特征是其磁学特征变化的一个良好指示剂.

4.2 福州市公园灰尘磁性关系分析

样品磁性主要受控于磁性矿物组成和含量及其晶粒特征[59].福州市公园灰尘χ变化范围为42.50×10-8～895.51×10-8m3/kg,平均值为 269.80×10-8m3/kg,比福州市公园土壤χ平均值[60](123.50×10-8m3/kg)高,指示了公园灰尘磁性矿物含量较高.其中前文分析已表明,福州市公园灰尘磁性矿物主要是较粗SD颗粒与较细PSD颗粒的亚铁性磁性矿物(磁铁矿)或反铁磁性矿物(赤铁矿),即夏季台风对人类活动所排放的磁性矿物颗粒与台风携带的风化壳残积物中的磁性矿物颗粒进行混合后沉降引起福州公园灰尘的磁铁矿含量高,较大部分污染物磁性矿物颗粒细.但福州市公园灰尘磁性矿物磁性主要受哪些灰尘自身内部因素影响需要进一步分析.

城市地表灰尘主要来源于人类活动、工业活动、燃料燃烧、汽车尾气等非自然沉积物迁移[6],故灰尘磁性矿物含量与粒径大小对磁性大小影响需要通过磁性矿物的迁移规律及其与磁化率的回归模型来定性和定量判定.从沉积动力学角度对磁性矿物的沉积规律进行定性分析[61],根据物质迁移规律公式：J=β(ρs-ρ)D,其中J为临界剪应力,ρs和D为泥沙颗粒密度和粒径,ρ为水的密度,β为与颗粒形状及迁移介质雷诺数有关的系数.在一定的动力条件下,泥沙能否迁移颗粒粒径和密度,据此来讨论同一动力条件下,不同颗粒粒径 和 密 度 的 颗 粒 迁 移 规 律 ,即β1(ρ1-ρ)D1=β2(ρ2-ρ)D2,假设颗粒的形状与迁移介质的性质相同,β1=β2,故(ρ1-ρ)D1=(ρ2-ρ)D2,表明同一动力条件下,颗粒密度越大,所能迁移的颗粒粒径越小.依据沉积动力学分析,假设公园灰尘来源主要是高密度的磁铁矿(5.175g/cm3),利用 Maher等[59]研究得出χ在0.03～0.01μm出现一个高峰的结果,采用王建等[62]建立的χ与磁铁矿百分含量之间的回归方程S=49.18P+4.95(其中S为χ/10-7m3/kg,P为磁铁矿百分含量,%),模拟计算出福州市公园灰尘部分以磁铁矿为主的样品中磁铁矿含量平均值为44.79%.模拟结果中出现磁铁矿含量异常高的现象,这与二环内公园娱乐区灰尘样品的亚铁磁性矿物特征掩盖了其余样品的高矫顽力特征及福州市公园灰尘整体表现低矫顽力特征不符,说明灰尘样品还存在大量弱磁性矿物,但另一个方面也说明福州市公园灰尘磁化率的增加主要是受到磁性矿物含量的影响.

4.3 福州市公园灰尘磁学特征的空间变化

福州市公园灰尘具备高χ、低χfd%的特征组合,和兰州[26,38]、昆明[63]和西安[43]街道尘埃磁性特征一致,然而不同地区χ不同,控制因素也有所差异.福州市公园灰尘χ(269.80×10-8m3/kg)低于兰州街道尘埃(399.51×10-8m3/kg)[38]和西安街道尘埃(487.05×10-8m3/kg)[43],高于武汉街道尘埃(70.1×10-8m3/kg)[64]和昆明街道尘埃(46.50×10-8m3/kg)[63].其中,兰州市受地形、气候、工业布局影响,导致街道尘埃χ升高,西安市街道尘埃χ升高的主要人为源是交通污染及冶金行业,昆明作为旅游发展城市,其χ和日常生产与生活活动有关,武汉远离西北沙尘源,工业污染及交通因素影响其χ大小.而福州市作为海峡西岸经济区建设中心城市,其工业活动影响弱,主要受制于城市化建设过程中人为活动频繁,交通污染物不断增加,自西向东倾斜的盆地地形有力于夏季台风的进入产生滞留效应,公园内娱乐活动活动等影响均直接或间接导致公园灰尘χ升高.由此可知,不同地区不同地表功能区χ的升高和不同的城市化水平和地带性环境差异有关.

同一地区不同功能区的磁学参数特征也存在一定的差异,表征不同的环境意义.本文发现大部分灰尘磁学特征在公园内部功能区基本一致,但福州市公园不同功能区中,公园门口和道路灰尘χ相当且最高,休憩区最低,公园灰尘χfd%最高为休憩区,而门口最低,说明了公园门口和道路灰尘磁性矿物较休憩区多.主要是公园门口人流量大,日常生产和生活活动频繁,及公园道路有一定量游客出行都将产生大量的磁性颗粒,导致灰尘χ的增加,即污染程度较高.同时,对比福州市二环内外公园灰尘χ与磁滞回线特征,二环外公园(森林公园、金山公园、乌龙江公园、劳动者公园和南江滨公园)灰尘χ普遍较低,且二环外磁滞回线闭合区间较宽,除二环内娱乐区外,其余功能区磁滞回线为蜂腰型,即二环内娱乐区以低矫顽力特征为主导,其余功能区表现为高矫顽力特征.由于福州二环线以内的区域是交通最主要的通道,大量以公交车、出租车和私家车为主的机动车辆在该区域行驶,且福州城市建设力度不断加大,市政工程、内河整治工程、房地产开发等建设活动产生高含量的磁铁矿颗粒物在建筑材料运输过程中洒落,尤其在夏季台风进入福州盆地产生滞留作用下,易于进入公园灰尘中,造成二环内公园灰尘磁性矿物含量较高,而叠加季风作用的二环外公园的人为活动影响小,其磁性矿物含量较低,但二环内公园娱乐区娱乐活动频繁,挡风设施良好,减弱夏季台风滞留效应,而交通、城市建设、人为活动带来的污染物影响更为强烈,故表现出明显的亚铁磁性矿物特征.因此,福州市公园灰尘磁学特征(χ、χfd%、IRM及其组合参数、磁滞回线)可以作为福州市城市污染物监测的一种重要的替代指标.

5 结论

5.1 福州市公园灰尘χ、χfd%、SIRM、S-ratio、SIRM/χ平均值分别为 269.80×10-8m3/kg、0.73、6175.07×10-5(A·m2)/kg、0.91、30.82A/m,其主要磁性矿物以亚铁磁性矿物或者反铁磁性矿物为主,为较粗SD颗粒与较细PSD颗粒.

5.2 交通、城市建设等人类活动的干扰、以及由西向东倾斜的地形条件、夏季台风的滞留效应等因素导致福州市公园灰尘部分样品是高矫顽力的反铁磁性矿物为主,剩余部分样品以低矫顽力的亚铁磁性矿物为主,且灰尘磁化率的增加主要是受到磁性矿物含量的影响.

5.3 磁性特征在空间上具有明显的差异性,受城市化和地带性环境影响,和区域功能区差异也密切相关.通过福州市公园灰尘磁性特征的空间变化分析,发现其磁学特征(χ、χfd%、IRM及其组合参数、磁滞回线)可以作为福州市城市污染物监测的一种重要的替代指标.

[1] Adachi K, Tainosho Y. Single particle characterization of size-fractionated road sediments [J]. Applied Geochemistry,2005,20：849-859.

[2] Ball J E, Jenks R, Aubourg D. An assessment of the availability of pollutant constituents on road surfaces [J]. Science of the Total Environment, 1998,209：243-254.

[3] Bris F J, Garnaud S, Apperry N, et al. A street deposit sampling method for metal and hydrocarbon contamination assessment [J].Science of the Total Environment, 1999,235：211-220.

[4] Charlesworth S M, Everetta M, McCarthy R, et al. A comparative study of heavy metal concentration and distribution in deposited street dusts in a large and a small urban area： Birmingham and Coventry, West Midlands, UK [J]. Environment International,2003,29：563-573.

[5] Day J P, Hart M, Robinson S M. Lead in urban street dust [J].Nature, 1975,253：343-345.

[6] 杜佩轩,田 晖,韩永明.城市灰尘概念、研究内容与方法 [J].陕西地质, 2004,22(1)：73-79.

[7] 常 静,刘 敏,侯立军,等.城市地表灰尘的概念、污染特征与环境效应 [J]. 应用生态学报, 2007,18(5)：1153-1158.

[8] 杜佩轩,田 晖,韩永明,等.城市灰尘粒径组成及环境效应—以西安市为例 [J]. 岩石矿物学杂志, 2003,21(1)：94-98.

[9] Inyang H I, Bae S．Impacts of dust on environmental systems and human health [J]. Journal of Hazardous Materials, 2006,132(1)：5-6.

[10] 杨士弘.城市环境生态学 [M]. 北京：科学出版社, 2002.

[11] 林 啸,刘 敏,侯立军,等.上海城市土壤和地表灰尘重金属污染现状及评价 [J]. 中国环境科学, 2007,27(5)：613-618.

[12] 王丽丽,刘 敏,欧冬妮,等.上海城市地表灰尘重金属粒级效应与赋存形态研究 [J]. 华东师范大学学报(自然科学版),2009,6：64-70.

[13] Shi G T, Chen Z L, Xu S Y, et al. Potentially toxic metal contamination of urban soils and roadside dust in Shanghai,China [J]. Environmental Earth Sciences, 2009,156(2)：251-260.

[14] 钱 翌,刘峥延.青岛城市公园灰尘重金属的形态分布及健康风险评价 [J]. 城市环境与城市生态, 2011,24,(4)：20-23.

[15] Banerjee A D. Heavy metal levels and solid phase speciation in street dusts of Delhi, India [J]. Environmental Pollution, 2003,123：95-105.

[16] Deletic A B, Oee D W. Pollution build up on road surfaces [J].Environmental Engineering, 2005,131(1)：49-59.

[17] Roger S, Montrejaud-Vignoles M, Andral M C, et al. Mineral,physical,and chemical analysis of the solid matter carried by motorway run off water [J]. Water Resource, 1998,34(4)：1119-1125.

[18] Lee P K, Yu Y H, Yun S T, et al. Metal contamination and solid phase partitioning of metals in urban roadside sediments [J].Chemosphere, 2005,60：672-689.

[19] 张志明,方凤满,杨 丁,等. 城市地表灰尘的分形特性分析 [J].土壤, 2010,42(1)：142-147.

[20] Thompson R, Oldfield F. Environmental Magnetism [M].London：Allen Unwin, 1986,15-281.

[21] 姜月华,殷鸿福,王润华.环境磁学理论、方法和研究进展 [J].地球学报, 2004,25(3)：357-362.

[22] Desentfant F, Petrovsky E, Rochette P. Magnetic signature of industrial pollution of stream sediments and correlation with heavy metals：Case study from South France [J]. Water, Air, and Soil Pollution, 2004,152：297-312.

[23] 王 博,夏敦胜,余 晔,等.环境磁学在监测城市河流沉积物污染中的应用 [J]. 环境科学学报, 2011,31(9)：1979-1991.

[24] 夏敦胜,杨丽萍,马剑英,等.中国北方城市大气降尘磁学特征及其环境意义 [J]. 中国科学D辑, 2007,37(8)：1073-1080.

[25] 郑 妍,张世红.北京市区尘土与表土的磁学性质及其环境意义[J]. 科学通报, 2007,52(20)：2399-2406.

[26] 王 冠,夏敦胜,刘秀铭,等.兰州市城市街道尘埃磁学特征时空变化规律 [J]. 科学通报, 2008, 53(4)：446-455.

[27] Xie S J, Dearing J A, Bloemendal J, et al. Association between the organic matter content and magnetic properties in street dust,Liverpool, UK [J]. Science of the Total Environment, 1999,241(1-3)：205-214.

[28] 旺 罗,刘东生,吕厚远.污染土壤的磁化率特征 [J]. 科学通报,1999,4(10)：1091-1094.

[29] Yang T, Liu Q S, Chan L S, et al. Magnetic investigation of heavy metals contamination in urban topsoils around the East Lake,Wuhan,China [J]. Geophysical Journal International, 2007,171：603-612.

[30] Gautam P, Blaha U, Appel E, et al. Environmental magnetic approach towards the quantification of pollution in Kathmandu urban area, Nepal [J]. Physics and Chemistry of the Earth,2004,29：973- 984.

[31] Manno E, Varrica D, Dongarrà G. Metal distribution in road dust samples collected in an urban area close to a petrochemical plant at Gela, Sicily [J]. Atmospheric Environment, 2006,40(30)：5929-5941.

[32] Al-Khashman O A. Heavy metal distribution in dust, street dust and soils from the work place in Karak Industrial Estate, Jordan[J]. Atmospheric Environment, 2004,38(39)：6803-6812.

[33] Anagnostopoulou M A, Day J P. Lead concentrations and isotope ratios in street dust in major cities in Greece in relation to the use of lead in petrol [J]. Science of the Total Environment, 2006,367(2/3)：791-799.

[34] Faruque A, Hiroaki I. Trace metal concentrations in street dusts of Dhaka city, Bangladesh [J]. Atmospheric Environment, 2006,40(21)：3835-3844.

[35] Shilton V F, Booth C A, Smith J P, et al. Magnetic properties of urban street dust and their relationship with organic matter content in the West Midlands, UK [J]. Atmospheric Environment,2005,39(20)：3651-3659.

[36] Michio M, Fumiyuki N, Hiroaki F. Size and density-distributions and sources of polycyclic aromatic hydrocarbons in urban road dust [J]. Chemosphere, 2005,61(6)：783-791.

[37] 张春霞,黄宝春,李震宇,等.高速公路附近树叶的磁学性质及其对环境污染的指示意义 [J]. 科学通报, 2006,51(12)1459-1468.

[38] 夏敦胜,余 晔,马剑英,等.兰州市街道尘埃磁学特征及其环境意义 [J]. 环境科学, 2007,28(5)：937-944.

[39] 夏敦胜,王 冠,马剑英,等.兰州市大气降尘环境磁学特征研究[J]. 中国沙漠, 2007,27(5)：859-865.

[40] 张 崧,Heller F,靳春胜,等. 2006年4月17日北京降尘的粒度分布与磁学特征 [J]. 第四纪研究, 2008,28(2)：354-362.

[41] 王 博,夏敦胜,余 晔,等.城市降尘磁性特征对比及其环境意义[J]. 兰州大学学报(自然科学版), 2010,46(6)：11-17.

[42] 王 丽,夏敦胜,余 晔,等.北疆地区城市大气降尘磁学特征及其环境意义 [J]. 中国沙漠, 2010,30(3)：699-705.

[43] 李 鹏,强小科,唐艳荣,等.西安市街道灰尘磁化率特征及其污染指示意义 [J]. 中国环境科学, 2010,30(3)：309-314.

[44] 田世丽,夏敦胜,余 晔,等.西北地区河谷城市大气降尘环境磁学特征及其环境意义 [J]. 环境科学, 2011,32(9)：2761-2768.

[45] 丰 华,刘秀铭,吕 镔,等.兰州市大气降尘磁学特征及其环境意义 [J]. 地理学报, 2012,67(1)：36-44.

[46] 卢升高.中国南方红土环境磁学 [J]. 第四纪研究, 2007,27(6)：1016-1022.

[47] 刘彩彩,邓成龙.南方红土的磁性矿物组成及其区域性差异[J].第四纪研究, 2012,32(4)：1-8.

[48] 黄一绥,张 灵.福州市经济增长与环境污染的计量分析 [J].环境科学与管理, 2010,35(2)：62-65.

[49] 潘永信,朱日祥.环境磁性研究现状和进展 [J]. 地球物理学进展, 1996,11(4)：87-98.

[50] 张卫国,俞立中,许 羽.环境磁学研究的简介 [J]. 地球物理学进展, 1995.10(3)：95-104.

[51] 周文娟.环境磁学磁性参数简介 [J]. 中山大学研究生学刊(自然科学、医学版), 2006,26(1)：82-89.

[52] Peters C, Dekkers M J. Selected room temperature magneticparameters as a function of mineralogy, concentration and grainsize [J]. Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C, 2003,28(16-19)：659-667.

[53] 夏敦胜,余 晔,马剑英,等.大气降尘磁学特征对城市污染源的指示 [J]. 干旱区资源与环境, 2007,21(12)：110-115.

[54] Thompson R, Bloemendal J, Dearing J A, et a1. Environmental applications of magnetic measurements [J]. Science, 1980,20：481-486.

[55] Day R, Fuller M, Schmidt V A. Hysteresis properties of titanomagnetites： Grain-size and compositional dependence [J].PhysEarth Planet Inter, 1977,13：260-267.

[56] 夏敦胜,魏海涛,马剑英,等.中亚地区现代表土磁学特征及其古环境意义 [J]. 第四纪研究, 2006,26(6)：937-946.

[57] Xia D S, Chen F H, Bloemendal J, et al. Magnetic properties of urban dustfall in Lanzhou, China, and its environmental implications [J]. Atmospheric Environment, 2008,42(9)：2198-2207.

[58] Wang X, Qin Y. Magnetic properties of urban topsoils and correlation with heavy metals： a case study from the city of Xuzhou, China [J]. Environmental Geology, 2006,49(6)：897-904.

[59] Maher B A. Magnetic properties of some synthetic submicronmagnetites [J]. Geophysical Journal, 1988, 94(1)：83-96.

[60] 陈秀玲,李志忠,靳建辉,等.福州城市土壤pH值、有机质和磁化率特征研究 [J]. 水土保持通报, 2011,31(5)：176-181.

[61] 刘振东,杨 凌.城市道路尘埃的磁性特征及其环境意义 [J].地质科技情报, 2005,24(3)：94-98.

[62] 王 建,刘择纯,姜文英,等.磁化率与粒度、矿物的关系及其古环境意义 [J]. 地理学报, 1996,51(2)：155-163.

[63] 梁 涛,史正涛,刘 勇,等.昆明市城区旱季尘土磁化率特征及环境意义 [J]. 热点地理, 2010,30(1)：45-49.

[64] 李海峡.武汉东湖周边道路尘埃的磁性结构特征及其环境意义[D]. 武汉：中国地质大学, 2003：27-28.

致谢：本实验的室内分析测样工作由福建师范大学地理科学学院胡凡根研究生、福建师范大学能源与物理学院吴建鹏研究生等协助完成,中国科学院地球环境研究所强小科研究员、中国科学院地质与地球物理所古地磁与年代学实验室刘平老师、张春霞老师对本文英文摘要校正、相应图件绘制、相关磁学参数及其意义等给予了大量帮助,谨此致谢！