宿州市城區(qū)主干道兩側(cè)土壤重金屬分布特征與評(píng)價(jià)

闞立波 許繼影 胡成

摘 要：為了解宿州市城區(qū)主干道兩側(cè)土壤重金屬污染情況，現(xiàn)對(duì)市區(qū)的37個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行了采樣分析。考慮到城市環(huán)境的復(fù)雜性，采樣點(diǎn)在分布時(shí)兼顧了老城區(qū)和新興城區(qū)，涵蓋城區(qū)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)中的不同功能區(qū)。樣品的測(cè)試結(jié)果表明，檢測(cè)出的8種重金屬元素中Cu的變異系數(shù)達(dá)到了108.58%，Ni的變異系數(shù)也有51.75%，兩者平面分布差異最大。Fe、Zn、Co、Pb的含量超過了安徽省土壤背景值，Cu、Cr、Ni、Mn有部分采樣點(diǎn)的含量超過了安徽省土壤背景值，超出采樣點(diǎn)占比分別為59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。所測(cè)重金屬元素的Sufer分布圖表明，Pb、Cr、Zn、Cu、Ni的高值區(qū)位于老城區(qū)，新興城區(qū)并未出現(xiàn)異常富集。地質(zhì)累積指數(shù)分析結(jié)果表明，Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度主要介于無污染到中度污染之間，對(duì)此應(yīng)持謹(jǐn)慎態(tài)度，加強(qiáng)環(huán)境治理與監(jiān)管。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬;交通干道

中圖分類號(hào)：X53;X826文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2018）32-0151-06

Environmental Quality Evaluation of Heavy Metals Content in Soils on

Both Sides of Main Road in Suzhou City

KAN Libo XU Jiying HU Cheng

（Suzhou University，Suzhou Anhui 234000）

Abstract： In order to understand the pollution of heavy metals on both sides of main roads in Suzhou City， 37 sampling sites were sampled and analyzed. Considering the complexity of the urban environment， the sampling points were distributed in both old and emerging areas， covering different functional areas in the inner and outer rings of the old urban areas. The results showed that the coefficient of variation of Cu in the eight heavy metal elements was 108.58 and 51.75 respectively. The content of Fe，Zn，Co，Pb exceeded the soil background value of Anhui Province， and the content of Cu，Cr，Ni，Mn in some picking points exceeded the soil background value of Anhui Province. The Sufer map showed that the high numerical value area of Pb，Cr，Zn，Cu，Ni was located in the old urban area， but there was no abnormal enrichment in new district. The result of geological accumulation index analysis showed that the pollution degree of Pb，Zn，Co，Ni，Mn，Cu was mainly between non-pollution and moderate pollution， so we should be cautious about the pollution degree attitude， strengthen environmental governance and supervision.

Keywords： soil;heavy metal;main road

交通干道是城市運(yùn)行的結(jié)構(gòu)骨架，在推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的過程中具有重要意義。近年來，隨著對(duì)交通干道沿線環(huán)境質(zhì)量展開調(diào)查，交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展所誘發(fā)的環(huán)境問題引發(fā)了社會(huì)廣泛關(guān)注。Nabulo等[1-2]的研究發(fā)現(xiàn)，交通干道兩側(cè)的土壤和植被所賦存的重金屬超過了當(dāng)?shù)乇尘爸?。造成此種現(xiàn)象的原因有很多，其中包括車輛的制造工藝、車流量、路況、附近植被覆蓋率及植被類型等道路情況;徑流量、盛行風(fēng)向、降雨量等氣象條件;垃圾及生活廢水的排放等生活因素[3]。

風(fēng)力作用會(huì)擴(kuò)大重金屬粉塵的活動(dòng)范圍，淋濾作用會(huì)加深土壤的污染深度[4]。污染范圍的擴(kuò)大、污染程度的加深會(huì)對(duì)在該區(qū)域內(nèi)生活的人群身體造成潛在危害，尤其是青少年兒童[5]。在缺乏潔凈水源的地區(qū)，水資源的匱乏程度也會(huì)因重金屬污染而加重，加劇木桶效應(yīng)，縮小區(qū)域發(fā)展空間。

由于不同地區(qū)的背景值及污染源不同，如何有針對(duì)性地分析各區(qū)域交通情況與土壤重金屬污染程度的關(guān)聯(lián)，這成為各地區(qū)研究的重點(diǎn)[6]?；诖?，本文主要研究宿州交通干道沿線土壤中重金屬的分布情況及其污染源，對(duì)區(qū)域環(huán)境質(zhì)量作出客觀科學(xué)的評(píng)價(jià)，為今后宿州城區(qū)土壤治理和環(huán)境保護(hù)提供一定的依據(jù)。

1 樣品采集與測(cè)試

1.1 研究區(qū)概況

宿州市位于皖北平原，是“省際交匯區(qū)域中心城市”，城市發(fā)展歷史悠久，文化底蘊(yùn)深厚。市區(qū)交通便利，京滬高鐵途經(jīng)此地，省道、國道在此交匯，交通線路成網(wǎng)格狀結(jié)構(gòu)。市區(qū)人口密集，且市區(qū)內(nèi)部的功能區(qū)劃分較為模糊。

1.2 采樣點(diǎn)布置及采樣步驟[7-8]

采樣點(diǎn)的布置重點(diǎn)是圍繞市區(qū)幾個(gè)主干道兩側(cè)。點(diǎn)位0—7位于汴河路東側(cè)延長線上。點(diǎn)位27—32位于城區(qū)東側(cè)的港口路、宿固路上，點(diǎn)位16—19位于城區(qū)南側(cè)的迎賓大道，點(diǎn)位20—22位于城區(qū)西側(cè)的拂曉大道，點(diǎn)位10、11、23、24位于城區(qū)北側(cè)，這四條線路從四個(gè)方位完整地將城區(qū)外圍環(huán)繞起來。點(diǎn)位8、9、10、15、33、34、35、36較均勻散布于市區(qū)內(nèi)部。點(diǎn)位12—14沿匯源大道分布在汴河兩岸。采點(diǎn)分布兼顧了老城區(qū)和新興城區(qū)，涵蓋城區(qū)的內(nèi)環(huán)和外環(huán)。此外，在火車站、汽車站、商貿(mào)城等可能造成土壤污染的區(qū)域均布置了采點(diǎn)。采樣點(diǎn)分布見圖1。

本次共布置了37個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)分六個(gè)采樣單元，道路兩側(cè)各3個(gè)采樣單元，相鄰兩個(gè)采樣單元間隔約為20m，采樣點(diǎn)間隔約為1 000m。

采樣時(shí)所采集的土壤距地表的垂直深度為10～20cm，采樣后將六個(gè)采樣單元樣品在安徽省煤礦勘探工程技術(shù)研究中心室內(nèi)進(jìn)行自然風(fēng)干，之后充分混合，剔除明顯的植物根系、石塊等雜質(zhì)，采用“四分法”保留約1kg作為該采樣點(diǎn)的樣品。

1.3 樣品的處理步驟

1.3.1 過篩、裝袋。在樣品處理階段，將采樣點(diǎn)的樣品各自用瑪瑙研缽充分研碎，然后用200目的尼龍篩篩一遍。篩過的土樣裝入密封袋，貼標(biāo)簽。需要注意的是，每次處理樣品前，使用過的尼龍篩、研缽均需清洗干凈，瑪瑙研缽用酒精擦拭一遍，確保樣品不會(huì)受污染。

1.3.2 壓制樣片。將土樣和硼酸依次緩慢倒入壓片模具中，模具預(yù)置好后放入液壓機(jī)中壓制成片。開始?jí)浩?，搖動(dòng)液壓機(jī)手柄，直至刻度表的內(nèi)圈數(shù)字達(dá)到20以上，接著靜置1min左右。最后，取片。取樣片時(shí)注意手不要觸碰到樣品土樣面。完成一個(gè)樣片后，注意及時(shí)用酒精清洗模具，避免污染之后的樣片。

1.3.3 測(cè)試。測(cè)試時(shí)，將樣片放入儀器中，點(diǎn)擊電腦桌面的測(cè)試儀器軟件，開始測(cè)試。測(cè)試所使用的儀器為XRF熒光光譜儀，該儀器采用物理方法測(cè)量重金屬含量，測(cè)試速度快，綜合效率高。XRF熒光光譜儀測(cè)得的重金屬元素有Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb。

2 樣品測(cè)試結(jié)果與重金屬元素分布

2.1 樣品測(cè)試結(jié)果

樣品測(cè)試結(jié)構(gòu)如表1和表2所示。

由表2可知：在所測(cè)得的8種重金屬元素中，含量最多的是Fe元素，含量平均值為22 735.17mg·kg-1，含量范圍為15 894.95～26 112.61mg·kg-1。其余元素含量平均值由大到小依次是：Mn元素含量平均值458.25mg·kg-1，含量范圍為374.41～557.02mg·kg-1;Zn元素含量平均值106.90mg·kg-1，含量范圍為73.83～176.13mg·kg-1;Cr元素含量平均值64.86mg·kg-1，含量范圍為52.91～117.91mg·kg-1;Pb元素含量平均值46.28mg·kg-1，含量范圍為39.92～58.70mg·kg-1;Co元素含量平均值36.17mg·kg-1，含量范圍為19.19～52.99mg·kg-1;Cu元素含量平均值34.41mg·kg-1，含量范圍為3.17～192.30mg·kg-1;Ni元素含量平均值16.80mg·kg-1，含量范圍為0.00～35.24mg·kg-1。

由以上數(shù)據(jù)可知，含量最多的重金屬元素為Fe;含量最少的重金屬元素為Ni。

Cu的變異系數(shù)最大，達(dá)到了108.58%。Ni的變異系數(shù)也達(dá)到了51.75%，僅次于Cu。Cu、Ni變異系數(shù)遠(yuǎn)大于剩余元素，剩余6種元素的變異系數(shù)均小于25%。變異系數(shù)最小的是Mn，為7.45%。變異系數(shù)的分析需要結(jié)合實(shí)際情況，污染與否還需具體結(jié)合其他條件分析。Cu、Ni變異系數(shù)大說明分布差異大，受人為因素影響的可能性大。反之，則說明分布差異小，受人為污染的可能性較低。

Fe、Zn、Co、Pb超過了安徽省土壤背景值。Cu、Cr、Ni、Mn有部分采點(diǎn)所測(cè)數(shù)據(jù)超越了安徽省土壤背景值，超出采樣點(diǎn)占比分別為59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。若超過了安徽省土壤背景值，則說明在本省環(huán)境分析中，該元素屬于污染范疇，超過背景值越多，污染越嚴(yán)重。

2.2 交通干道沿線土壤重金屬分布圖及其來源分析

Pb、Co的指標(biāo)均超過了安徽土壤背景值，超標(biāo)的空間范圍廣，但Pb超標(biāo)幅度并不高且較均勻，而Co超標(biāo)幅度偏高且較不均勻。Zn、Cu分別有43%、16%的采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)超過了土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)的原因值得探討。Ni、Cr基本低于土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，Cr有兩個(gè)采樣點(diǎn)超標(biāo)，但鑒于超過的幅度較低，故Ni、Cr均不做討論。Mn、Fe基本低于安徽土壤背景值，處在正常狀態(tài)。因此，本文主要分析土壤中Pb、Co、Zn、Cu的分布（如圖2至圖5所示）。

Pb、Co、Zn、Cu作為主要的重金屬污染元素，其來源分析如下。

①土壤中Pb的來源可分為成土母質(zhì)、人為輸入兩類。常規(guī)條件下，土壤中Pb的濃度較低，人為輸入才是城市土壤Pb的主要來源。城市內(nèi)部的交通運(yùn)輸所排放的機(jī)動(dòng)車尾氣影響道路兩側(cè)土壤中Pb的含量[9]。Pb隨汽車尾氣排出后以顆粒態(tài)懸浮于空氣中，并逐漸沉淀在地表，道路通暢程度對(duì)沉淀量產(chǎn)生重要影響[10]。需要注意的是，Pb的應(yīng)用領(lǐng)域并非局限于燃油，在電池、發(fā)動(dòng)機(jī)零部件等車輛部位也有著廣泛應(yīng)用[11]。

宿州Pb最富集的區(qū)域?yàn)榛疖囌靖浇?。該區(qū)域車流量大，交通堵塞嚴(yán)重，交通流暢情況不佳。火車站廣場及周邊區(qū)域車輛停放的數(shù)量多、時(shí)間長，車輛尾氣排放量大。市區(qū)西北和市區(qū)南部Pb富集程度較低。市區(qū)西北部有大型濕地公園，植被覆蓋程度好，自然凈化功能強(qiáng)。市區(qū)南部多為文教區(qū)及新建的開發(fā)區(qū)，開發(fā)歷史較短，尚未構(gòu)成污染。

②Co分為無放射性、有放射性兩類，不具有放射性鈷即為一般重金屬元素。Co的主要污染來源有礦藏開采、原子能工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物、放射性科學(xué)研究等[12]。宿州市區(qū)并無原子能工業(yè)與放射性科學(xué)研究，醫(yī)用放射性儀器使用范圍有限，不足以構(gòu)成大面積Co污染。但是，宿州的煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，火電仍為供電主體。火電站排放出的煙塵中含有Co，加上常年盛行南北風(fēng)、區(qū)域地形平坦等，Co污染范圍廣，指數(shù)差異大。

③Zn廣泛用于橡膠加工，用以提高橡膠制品的抗氧化性能，延長使用壽命。同時(shí)，車輛所使用的潤滑油中也含有鋅鹽等抗氧化劑。機(jī)動(dòng)車輪胎磨損、機(jī)油的使用和機(jī)械磨損是交通干道鋅污染的重要來源。宿州的Zn污染高值區(qū)位于火車站周邊，火車站附近車流量很大，道路通暢度不佳，車輛磨損加劇。同時(shí)，火車站北部1km左右有座大型火電站，重金屬煙塵排放量較大，其中也含有Zn。

④Cu的適當(dāng)增加能有效提升鈦基合金的耐腐蝕性能，機(jī)動(dòng)車的鈦基合金在使用中產(chǎn)生的機(jī)械磨損會(huì)使銅的顆粒散發(fā)到空氣中，再沉降到地表后污染土壤[13]。宿州市區(qū)大部分區(qū)域Cu含量處于土壤環(huán)境質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之下，老城區(qū)的西部、銀河公園南部污染嚴(yán)重。

值得關(guān)注的是，重金屬元素的超標(biāo)區(qū)域除了受工業(yè)和交通業(yè)的作用外，也受到常年盛行風(fēng)向的影響。宿州春夏季的盛行風(fēng)向?yàn)槠珫|、偏南，風(fēng)向頻率各自為41%～42%、22%～25%;秋冬季的盛行風(fēng)向是偏東、偏北，風(fēng)向頻率為31%～37%、22%～26%[14]。新興工業(yè)區(qū)域的生產(chǎn)、秋冬的燃煤供暖、燃煤發(fā)電等所產(chǎn)生的煙塵都會(huì)隨著風(fēng)向飄移，最終沉積。

綜上所述，市區(qū)污染情況普遍比郊區(qū)嚴(yán)重。人員活動(dòng)密集、功能區(qū)重疊的區(qū)域多項(xiàng)重金屬指標(biāo)均較高;功能區(qū)較為單一且工業(yè)活動(dòng)少的區(qū)域，綜合污染情況相對(duì)較好。開發(fā)歷史悠久的老城區(qū)污染嚴(yán)重，新興區(qū)域污染相對(duì)較好。機(jī)動(dòng)車的使用頻率、道路通暢程度、植被濕地覆蓋情況等因素也直接影響污染情況。

3 數(shù)據(jù)分析方法

3.1 地質(zhì)累積指數(shù)

地質(zhì)累積指數(shù)是對(duì)沉積物中重金屬污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)的指數(shù)[15]。其表達(dá)式如下：

[Igeo=log2Cn1.5BEn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中，[Igeo]為地質(zhì)累積指數(shù);[BEn]為基線濃度;[Cn]為樣品中元素n的濃度;修正指數(shù)通常取1.5。地質(zhì)累積指數(shù)可分為7個(gè)級(jí)別，不同級(jí)別分別代表不同的重金屬污染程度（見表3）。地質(zhì)累積指數(shù)測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4。

從表4可知，依據(jù)地質(zhì)累積指數(shù)污染等級(jí)的劃分，Cu、Ni、Zn、Co的中等及以上污染率分別為16%、13%、5%、5%，Cu、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb的污染率分別為41%、95%、95%、62%、0.5%、54%、100%。若從地質(zhì)累積指數(shù)角度評(píng)判宿州市主干道重金屬污染情況，則會(huì)發(fā)現(xiàn)Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度雖主要介于無污染到中度污染之間，但這樣的污染范圍依然值得警惕。部分區(qū)域的異常富集反映人類活動(dòng)已深刻地改變了土壤的環(huán)境質(zhì)量水平，危害人體健康。張丹龍等[16]、范佳民等[17]曾對(duì)煤炭資源型城市淮南的街面灰塵重金屬進(jìn)行研究，鑒于宿州也屬于該類型城市，故兩者有一定對(duì)比性。宿州的Cr、Pb、Zn含量與淮南相近，但宿州的Cu含量顯著較低。工業(yè)與交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展一般是城區(qū)街塵中Cu元素的主要來源[18]，故認(rèn)為宿州的工業(yè)和交通業(yè)較落后是導(dǎo)致此現(xiàn)象的原因。宿州市在省內(nèi)處于較落后的地位，在未來發(fā)展過程中要時(shí)刻注意防范重金屬污染。

4 結(jié)論

①宿州市的重金屬元素異常區(qū)主要分布于市區(qū)老城區(qū)，污染源主要是行駛在交通干道上的機(jī)動(dòng)車。郊區(qū)的分布情況與交通干道有密切關(guān)聯(lián)，市區(qū)的分布情況是多種元素綜合作用的結(jié)果。

②以地質(zhì)累積指數(shù)作為評(píng)價(jià)手段，在8種測(cè)得的重金屬元素中，Zn、Co、Pb的污染范圍較廣。Cu、Ni、Zn、Co的部分測(cè)點(diǎn)污染程度達(dá)到了中等以上，Mn基本處于初級(jí)污染程度，Pb處于初級(jí)污染程度，但其污染范圍覆蓋了全部測(cè)點(diǎn)。宿州市現(xiàn)階段的重金屬污染情況尚好，但鑒于宿州尚處在快速發(fā)展階段，故污染程度有惡化的可能。

③有關(guān)部門要加強(qiáng)宣傳教育，健全社會(huì)監(jiān)督意識(shí)。推廣使用新能源機(jī)動(dòng)車，減少汽車尾氣的排放量。同時(shí)，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)與合理布局。

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