信陽市境內國道邊稻田土壤重金屬分布與評價

摘要：采集河南省信陽市境內國道兩邊13個具有代表性的水稻產區(qū)的26份水稻田耕層土壤，測定Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn 8種重金屬元素含量，采用單因子指數和內梅羅綜合污染指數對土壤環(huán)境質量進行評價。結果表明，土壤中重金屬元素Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的平均含量均未超過國家二級標準值，單項污染指數平均值均小于1；東雙河、十三里橋、雙井和龍山的內梅羅綜合污染指數分別為0.730 4、0.754 7、0.792 0、0.910 2，說明這4個地區(qū)的土壤雖屬尚清潔，但已達到警戒限；甘岸、長臺、明港、吳家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族鋪內梅羅綜合污染指數均小于0.7，屬清潔狀態(tài)。公路交匯點污染相對較重，土壤重金屬污染狀況受汽車活動影響較大?？傮w來看，土壤環(huán)境質量安全，部分地區(qū)土壤重金屬污染處于警戒水平。Pearson相關性檢驗表明，Cd與Pb、Cr之間、Pb與Zn之間、Cr與Ni之間均呈顯著正相關，說明Cd、Pb、Cr、Zn、Ni可能為同源污染物；As與Pb、Zn之間呈顯著負相關，說明As、Pb、Zn可能為異源污染物。

關鍵詞：重金屬；內梅羅綜合污染指數；環(huán)境質量；國道；稻田土壤；信陽市

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-6003-04

隨著中國社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，各種車輛急劇增加，帶來土壤和環(huán)境的污染，主要污染源有汽車尾氣、輪胎磨擦碎屑、發(fā)動機泄漏的機油、公路瀝青等，部分污染物隨路面徑流進入公路兩側土壤[1]，污染物中的重金屬主要包括Pb、 Ni、Cd、As、Hg、Cu、Zn等[2-5]。這些污染物進入土壤中自然凈化過程十分漫長，具有隱蔽性和不可逆性，難以被微生物降解，遷移性小而發(fā)生污染累積，并經水、植物等介質進入人體，最終影響到人類的健康，因而土壤重金屬污染及其修復日益受到關注[6]。

中國學者們對京滬高速[7]、滬寧高速[8]、成渝高速[9]、沈大高速[10]、312國道[11]、107國道[12]等路段兩側土壤中重金屬污染做了詳細的研究，發(fā)現高速公路兩側土壤中重金屬元素含量超出背景值，受重金屬污染明顯。本研究對312國道和107國道河南省信陽市境內路段兩側稻田土壤重金屬污染現狀展開調查和評價，了解信陽市境內國道兩邊稻田土壤環(huán)境質量狀況，對于減少和預防農田受重金屬污染的危害、保障糧食安全生產具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

土樣主要采集自河南省信陽市107國道和312國道邊的主要水稻栽培區(qū)。信陽市主要為丘陵地帶，農田面積不大，但每塊農田比較平坦，所以采用棋盤式布點法，每塊農田分別取10個耕層0～20 cm土樣，四分法組成一個混合土樣（1.0 kg），共26份土壤樣品。土壤樣品在風干室風干磨碎，用四分法分為兩份，一份研磨過孔徑20目尼龍篩，用于測定土壤pH，另一份研磨過孔徑100目篩，用于測定土壤重金屬（Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As、Hg、Ni）含量[13]。

1.2 土壤樣品分析測定

pH采用酸度計法[14]測定，土壤重金屬全量采用HCl-HNO3-HClO4-HF消解法[14]。Cd、Ni采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES Thermo iCAP6000系列）測定，Pb、Cr采用德國耶拿石墨爐型原子吸收分光光度計（ZEEnit600型）測定，Cu、Zn采用上海天美火焰型原子吸收分光光度計（AA6000型）測定，As、Hg采用北京吉天原子熒光光度計（AFS-930型）測定。樣品測定采用20%樣品平行樣，并加入國家標準土壤樣品（GSS-4和GSS-8）作為質量控制樣品，質控樣品相對誤差小于10%。

1.3 土壤重金屬含量評價方法

2.1 研究區(qū)土壤重金屬含量的分布特征

信陽市312國道和107國道沿線主要水稻產區(qū)的稻田土壤重金屬含量分布見圖1。由圖1可知，不同地點稻田土壤中重金屬Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn含量均呈不同程度的波狀曲線，說明312國道與107國道沿線各路段稻田重金屬污染存在一定的差異，這與錢鵬等[11]、王學鋒等[12]的研究結果一致。Pb的最高含量為20.706 mg/kg，含量最高值出現在游河；Cd的最高含量為0.608 mg/kg，含量最高值出現在十三里橋；Cr的最高含量為61.091 mg/kg，含量最高值出現在胡族鋪；As的最高含量為10.095 mg/kg，含量最高值出現在吳家店；Hg的最高含量為0.618 mg/kg，含量最高值出現在龍山；Ni的最高含量為9.783 mg/kg，含量最高值出現在附店；Cu的最高含量為48.583 mg/kg，含量最高值出現在寨河；Zn的最高含量為99.978 mg/kg，含量最高值出現在游河。

2.2 研究區(qū)土壤重金屬污染評價

內梅羅綜合污染指數法是人們在評價土壤重金屬污染時運用最為廣泛的綜合指數法，可以全面反映各重金屬對土壤的不同作用，突出高濃度重金屬對環(huán)境質量的影響，避免由于平均作用削弱污染重金屬權值現象的發(fā)生[15]。本研究采用內梅羅綜合污染指數法進行重金屬污染評價。以國家土壤質量二級標準[16]和土壤環(huán)境檢測技術規(guī)范[13]為標準，不同地區(qū)不同重金屬元素含量、重金屬元素的單項污染指數、內梅羅綜合污染指數以及土壤污染物分擔率分別見表2、表3、表4。結果顯示，不同地區(qū)稻田土壤的重金屬Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的單項污染指數大部分小于1，從單項污染指數的角度評價，信陽市稻田重金屬含量尚處于比較安全的水平，土壤質量對環(huán)境和植物基本上不會造成危害和污染。以內梅羅綜合污染指數為評價等級時，東雙河、十三里橋、雙井、龍山內梅羅綜合污染指數均高于0.7，低于1.0，說明這4個地區(qū)土壤重金屬污染雖尚輕，但已達到警戒限，其他7個地區(qū)內梅羅綜合污染指數均低于0.7，處于安全范圍，總體上信陽市稻田土壤質量適合農業(yè)生產，并能維護人體健康。

由表2和表3可知，在信陽市13個水稻主產區(qū)土壤重金屬單項污染指數除雙井、龍山、附店和胡族鋪Hg最高外，其他地區(qū)均為Cd最高，各地區(qū)不同重金屬污染物分擔率由大到小依次為Cd、Hg、Zn、Cu、As、Cr、Ni、Pb，說明Cd在不同地區(qū)的稻田土壤中污染強度最大，Hg、Zn次之。

2.3 研究區(qū)土壤重金屬元素的相關性分析

重金屬元素之間的相關性在一定程度上反映了這些元素污染程度的相似性或污染元素有相似的來源[17，18]。目前有不少學者用相關性來評價和研究污染元素的來源及其累積的原因，提出相應的降低或減少污染的措施與方法[17，19-21]。對不同地區(qū)國道兩邊稻田土壤重金屬元素之間進行了相關性檢驗，所有變量間Pearson相關系數如表5所示。Cd與Pb、Cr呈顯著正相關；Pb與Zn呈極顯著正相關；Cr與Ni呈極顯著正相關，As與Pb、Zn呈顯著負相關。

3 討論

錢鵬等[11]、王學鋒等[12]對312國道和107國道沿線重金屬元素含量進行了調查和評價，土壤中重金屬Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn均存在一定的污染。本研究中信陽市國道兩邊稻田土壤的質量狀況尚比較好。通過內梅羅綜合污染指數評價表明，龍山的內梅羅綜合污染指數最高，為0.910 2，處于重金屬污染警戒限，這可能是因為龍山處于交通樞紐位置，是312國道、40國道、219省道匯集區(qū)，同時有寧西鐵路通過，車流量比較大，造成一定的污染。東雙河、十三里橋以及雙井內梅羅綜合污染指數分別為0.730 4、0.754 7、0.792 0，比龍山低，但也達到重金屬污染警戒限，這可能有2個原因，一是這些地區(qū)離市區(qū)比較近，車流量比較大。雙井位于京九、寧西鐵路匯集區(qū)和40國道、107國道、312國道匯集區(qū)；東雙河有339省道、107國道和京九鐵路通過。二是信陽市位于季風氣候區(qū)，十三里橋位于信陽市西南部，東北季風造成這些地區(qū)大氣的沉降較多[22]，同時十三里橋離市區(qū)比較近，車流量和人流量都比較大。這些區(qū)域的土壤質量應引起人們的重視，采取一定的措施保護土壤環(huán)境質量。甘岸、長臺、明港、吳家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族鋪的內梅羅綜合污染指數均小于0.7，屬于清潔無污染的地區(qū)。

Nicholson等[23]通過收集重金屬在土壤中的累積和工農業(yè)重金屬的排放信息，調查分析了英格蘭和威爾士農田土壤中重金屬的來源，發(fā)現Cd更多地來源于無機肥料。據估計，在人類活動對土壤Cd的貢獻中，磷肥施用率占54%～58%[24]。本研究中，調查的信陽市13個水稻主產區(qū)有9個地區(qū)土壤中Cd的單項污染指數和污染物分擔率均為最大，可能是因為土壤中重金屬Cd的來源除了公路交通外，施肥也是其中一個重要來源。

4 結論

信陽市境內國道兩邊水稻田土壤重金屬調查結果表明，水稻田土壤中重金屬元素Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的平均含量均未超過國家二級標準值，單項污染指數平均值均小于1，東雙河、十三里橋、雙井和龍山的內梅羅綜合污染指數分別為0.730 4、0.754 7、0.792 0、0.910 2，為Ⅱ級污染，污染等級為“警戒限”級。甘岸、長臺、明港、吳家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族鋪內梅羅綜合污染指數分別為0.540 4、0.520 2、0.529 3、0.596 9、0.628 8、0.577 0、0.673 5、0.504 5、0.623 7，污染等級均為Ⅰ級，處于清潔區(qū)。結果表明車流量較高的公路交匯點兩邊污染指數比較高，說明交通對土壤環(huán)境質量有一定的影響。Pearson相關性檢驗表明，Cd與Pb、Cr之間、Pb與Zn之間、Cr與Ni之間均存在顯著或極顯著正相關，說明Cd、Pb、Cr、Zn、Ni可能為同源污染物；As與Pb、Zn之間呈顯著負相關，說明As、Pb、Zn可能為異源污染物[17，18]。

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