渝黔高速公路綦江段兩側農(nóng)地土壤重金屬空間分布特征研究

余中奎 賈龍全 王豪

摘 要 選擇渝黔高速公路綦江段沿線，設置6個農(nóng)地區(qū)域進行土壤重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）監(jiān)測，并進行空間特征分析。結果表明：渝黔高速公路綦江段鄰域土壤表層As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值分別為3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1；水平方向上，土壤隨著高速公路的外延，As、Cr、Ni、Zn含量整體呈下降趨勢，Hg則反之，Cd、Cu、Pb相對穩(wěn)定；垂直方向上，重金屬含量隨深度增加而降低，即表土層>心土層>底土層；以表層土為基礎，可以確定項目區(qū)實際安全種植距離為遠離高速公路150 m左右。土壤樣品Cd部分超標，超標率為17.65%。

關鍵詞 渝黔高速公路；農(nóng)地土壤；重金屬；空間分布

中圖分類號：X53；X502 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.19.001

隨著我國高速公路建設的迅猛推進，公路交通產(chǎn)生的重金屬污染通過路面徑流和大氣擴散在兩側土壤中得以累積[1]，在造成農(nóng)地土壤污染的同時，可能影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。有研究表明，公路兩側的土壤受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金屬的污染，其中Cd、Ni、Pb、Zn等重金屬污染以公路為中心在其兩側呈帶狀順公路延伸，自公路向兩側強度逐漸減弱[2]。由于土壤類型或土地利用方式的不同，不同公路兩側土壤的污染深度略有差異[3]。來源于交通運輸排放的重金屬污染物主要累積在表層土壤中[4]。高速公路兩側土壤中重金屬的污染還受到交通流量、主導風向、地形、土地覆被類型等的影響[5-8]。

為進一步了解高速公路沿線土壤重金屬污染狀況及空間分布特征，選取渝黔高速公路綦江段的兩側農(nóng)地土壤進行研究。

1 材料與方法

1.1 布點與采樣

重慶渝黔高速是國道主干線重慶至湛江公路在重慶境內(nèi)的一段，于2004年12月29日通車，起于巴南區(qū)忠興設樞紐互通，與繞城高速相交，止于綦江區(qū)小張壩附近省界。線路主線全長99.264 km，路基寬33.5 m，雙向六車道，設計速度100 km·h-1。采樣區(qū)雷神店到東溪段屬南北走向，平均車流量8 729輛/日。兩側分布有大量農(nóng)田，主要種植水稻、玉米等農(nóng)作物。設置6個土壤監(jiān)測區(qū)，監(jiān)測區(qū)1號、2號、5號位于高速公路西側，監(jiān)測區(qū)3號、4號、6號位于高速公路東側。每個監(jiān)測區(qū)采樣方案一致：分別在與路面垂直距離為10， 20， 30， 40， 50， 100， 150， 200 m處采集表層土樣，在距路面20， 100， 200 m處采集剖面樣品。每個表層監(jiān)測區(qū)沿高速公路兩端走向每隔5～10 m取1個分樣，共取5個分樣，每個分樣約0.5 kg，充分混合后，以四分法縮分至約1.0 kg。剖面樣品采樣深度0～20 cm、20～50 cm、50～100 cm。采樣示意見圖1、圖2。

1.2 樣品處理及分析

土壤樣品經(jīng)自然風干、四分法縮分后，去除雜質(zhì)，混勻磨碎，分別過20目和100目篩，Hg、As測定采用原子熒光法；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光度計法；Cd采用石墨爐原子吸收分光光度計法。pH值采用離子選擇電極法。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用軟件 SPSS 23，Excel 2010，Origin 8.5進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 水平方向土壤重金屬分布特征

水平軸上表土層土壤重金屬含量的基本統(tǒng)計見表1。表層土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量的算術平均值為3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1，變異系數(shù)分別為23.23%、55.60%、16.90%、17.77%、52.35%、17.05%、9.74%、19.27%，其中Cd、Hg的變異系數(shù)大于50%，屬于中等變異，表明土壤中Hg、Cd水平空間含量差異較大，可能與高速公路汽車排放尾氣中大量的Hg、Cd元素通過干濕沉降到不同距離的土壤中所致。從分布特征看，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量分別呈偏態(tài)、對數(shù)正態(tài)、正態(tài)、偏態(tài)、對數(shù)正態(tài)、正態(tài)、正態(tài)、正態(tài)分布，其中As、Cu元素含量偏離正態(tài)分布，表明高速公路汽車尾氣排放等人為活動可能對這2種元素含量造成影響。

2.2 垂直方向土壤重金屬分布特征

從表2可見，重金屬元素Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的含量按照土層由淺到深的順序逐漸降低。Ni元素的含量在表土層、心土層和底土層中的相對變化小。As元素含量底土層較低，表土層和心土層較高。

2.3 公路兩側土壤重金屬的分布差異

渝黔高速公路雷神店到東溪段屬于南北走向。從表3可見，此段高速公路東側的As、Cd、Hg、Pb大于西側，其余4種元素東側小于西側。由對高速公路的歷史研究表明，公路兩側的土壤易受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金屬的污染，其中Pb和Cd的污染最為嚴重，其次是Zn。根據(jù)氣象資料，當?shù)刂鲗эL向為西南風，因此這可能是由于當?shù)仫L向和地形影響導致高速公路東側土壤的污染大于西側。

2.4 污染源距離對土壤重金屬的影響

從表4可見，As、Cr、Ni、Zn的均值隨著距離的增加總體上呈下降趨勢，表明這4種重金屬元素含量與高速公路污染源的距離呈負相關關系，高速公路的主要污染源為汽車尾氣、輪胎摩擦產(chǎn)生的灰塵和碎屑，這4種元素可能是主要污染元素。Cd、Cu、Pb元素在土壤中的含量相對穩(wěn)定。對不同距離的重金屬含量值求出線性回歸方程，以綦江區(qū)相關資料作為農(nóng)地重金屬的對照值，計算出理論安全種植距離為100.9 m（見表5），若需提高50%的保險系數(shù)，則實際安全種植距離為150 m左右。

2.5 空間組合對土壤重金屬的影響

距高速公路水平距離為20 m的剖面樣中，8種重金屬元素的含量幾乎均呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的趨勢。水平距離為100 m的剖面Cd、Hg、Zn元素含量呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的趨勢；As、Cu元素含量呈現(xiàn)表土層>底土層，As心土層含量最高，Cu心土層含量最低。Cr、Ni含量沿土層深度稍有增加。Pb含量則是底土層>心土層>表土層。水平距離為200 m的剖面，8種重金屬元素含量幾乎均呈現(xiàn)表土層>心土層>底土層的趨勢。

Cu、Pb、Ni三種重金屬元素在表土層和心土層中的變化趨勢相當，Cu、Ni的變化趨勢整體來看呈下降，表明隨著離高速公路距離的增加，土壤中的含量逐漸降低，而Pb含量有一定的波動，表明鉛的污染來源較廣，可能不是單一的高速公路污染源導致的。Cr、Zn在三層土壤中的變化趨勢相當，心土層含量稍高，這可能與成土母質(zhì)和土壤背景值有關，底土層含量小于表土層含量，Hg含量隨著距離的增加呈現(xiàn)下降趨勢，且表土層和心土層Hg含量均高于底土層，存在一定的人為活動影響。而Cd則呈上升趨勢，可能是由于Cd的污染不是高速公路單一來源所致。As三層土壤的變化趨勢類似，表土層和心土層含量明顯高于底土層，存在一定的人為活動影響。

2.6 土壤重金屬污染評價

通過與土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB15618-1995）和食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標準（HJ/T332-2006）（見表6）對比分析（見表7）可知，在所有土樣中，Cd的超標率最高，超標樣品為18個，其余重金屬均未超標。

3 結論

1）渝黔高速公路綦江段鄰域土壤表層As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量均值分別為3.40， 0.241， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1。土壤Cd的超標率為17.65%。

2）水平方向上，與高速公路的距離越遠，土壤As、Cr、Ni、Zn含量整體呈下降趨勢，Hg則反之，Cd、Cu、Pb相對穩(wěn)定；垂直方向上，土壤重金屬含量隨深度增加而降低，即表土層>心土層>底土層。

3）以表層土為基礎，確定項目區(qū)實際安全種植距離為距離高速公路150 m左右。

參考文獻：

[1] 趙志剛.高速公路發(fā)展現(xiàn)狀及前景分析[J].交通標準化，2009（16）：71-72.

[2] 李波，林玉鎖，張孝飛，等.寧連高速公路兩側土壤和農(nóng)產(chǎn)品中重金屬污染的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2005，24（2）：266-269.

[3] 余愛華，王大明，趙耀.高速公路沿線土壤重金屬污染特征與評價[J].森林工程，2010，26（4）：29-63.

[4] Akbar K F， Hale W H G， Headley A D， et al. Heavy metal contamination of roadside soils of Northern England[J]. Soil & Water Res.，2006，4： 158-163.

[5] 甄宏.沈大高速公路兩側土壤重金屬污染分布特征研究[J].氣象與環(huán)境學報，2008，24（2）：6-9.

[6] 林健，邱卿如，陳建安，等.公路旁土壤中重金屬和類金屬污染評價[J].環(huán)境與健康雜志，2000，17（5）：284-286.

[7] 劉世梁，崔保山，溫敏霞，等.路域土壤重金屬含量空間變異的影響因子[J].環(huán)境科學學報，2008，28（2）：253-260.

[8] 郭廣慧，雷梅，陳同斌，等.交通活動對公路兩側土壤和灰塵中重金屬含量的影響[J].環(huán)境科學學報，2008，28（10）：1937-1945.

（責任編輯：丁志祥）