路域土壤重金屬空間分布特征及其影響研究

祁妍娟 張千一 肖瀟王冰 盧志萍

摘要：為研究路域土壤重金屬的空間分布特征，以鎮(zhèn)江市潤(rùn)州區(qū)龍門(mén)港路（透水瀝青路面）與港前路（密實(shí)瀝青路面）作為研究對(duì)象，探究土壤中重金屬Pb、Zn的空間分布特征。通過(guò)分析路面徑流雨水中Pb、Zn污染物含量，得出路面徑流對(duì)土壤中重金屬Pb、Zn含量的影響，并采集了80個(gè)土壤樣品進(jìn)行測(cè)試，利用單因子污染指數(shù)法、綜合污染指數(shù)法進(jìn)行了土壤重金屬污染評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：路面徑流污染是導(dǎo)致土壤重金屬含量較高的重要因素;城市道路重金屬污染非常嚴(yán)重;透水瀝青路面對(duì)重金屬污染物具有一定的截留作用，減少了重金屬進(jìn)入土壤深處。

Abstract： In order to study the spatial distribution characteristics of heavy metals in soil， the spatial distribution characteristics of heavy metals Pb and Zn in soil were studied by taking Longmen Port Road （pervious asphalt pavement） and Gangqian Road （dense asphalt pavement） in Runzhou District of Zhenjiang City as research objects. By analyzing the content of Pb and Zn pollutants in pavement runoff and rainwater， the influence of pavement runoff on the content of heavy metals Pb and Zn in soil was obtained. 80 soil samples were collected for testing. The pollution of heavy metals in soil was evaluated by single factor pollution index method and comprehensive pollution index method. The results show that the runoff pollution of pavement is an important factor leading to the high content of heavy metals in soil; heavy metal pollution in urban roads is very serious; permeable asphalt pavement has a certain retention effect on heavy metal pollutants， reducing heavy metals into the soil.

關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染;空間分布特征;污染指數(shù)評(píng)價(jià);Pb;Zn

Key words： heavy metal pollution in soil;spatial distribution characteristics;pollution index evaluation;Pb;Zn

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006-4311（2019）12-0155-04

0 ?引言

隨著工業(yè)化的快速發(fā)展，城市交通日益繁重，造成了各種環(huán)境污染問(wèn)題，其中城市土壤重金屬污染尤為嚴(yán)重[1-3]，引起了不少學(xué)者的關(guān)注。卓文珊等[4]對(duì)廣州市城區(qū)重金屬分布和污染進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重金屬在土壤中已有一定程度的積累，在工業(yè)區(qū)和新居住區(qū)的積累程度比較高，Pb的污染最為嚴(yán)重，已經(jīng)達(dá)到了警戒水平。上海城市土壤和地表灰塵中的重金屬均極顯著地超過(guò)上海土壤背景值，其中土壤和灰塵中的Pb分別是背景值的37倍和174倍[5]。烏魯木齊、南京等城市土壤均存在著不同程度的重金屬污染[6-7]。國(guó)外學(xué)者對(duì)城市土壤重金屬污染問(wèn)題也進(jìn)行了深入研究[8-10]。大量研究結(jié)果表明，道路運(yùn)輸中的汽車(chē)尾氣排放和輪胎磨損產(chǎn)生的重金屬（如Cu、Zn、Pb），均會(huì)進(jìn)入到土壤中，增加了土壤中的重金屬含量。而土壤中的重金屬由于難降解、易富集，不僅會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境不斷惡化，還會(huì)經(jīng)各種介質(zhì)進(jìn)入人體，影響人類(lèi)的健康。土壤環(huán)境公報(bào)[11]發(fā)現(xiàn)，相較于北方，我國(guó)南方地區(qū)土壤污染較為嚴(yán)重，且以長(zhǎng)江三角洲和珠三角地區(qū)為嚴(yán)重污染地區(qū)。故本研究選取了位于長(zhǎng)三角核心區(qū)域的兩條城市公路進(jìn)行深入研究，擬通過(guò)實(shí)地取樣與室內(nèi)試驗(yàn)相結(jié)合的方法研究路域范圍內(nèi)土壤中重金屬污染物的含量、分布及污染情況，為有效控制在路域范圍內(nèi)土壤污染提供基礎(chǔ)理論，對(duì)于我國(guó)道路交通與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

1 ?試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)域概述

研究區(qū)域選取江蘇省鎮(zhèn)江潤(rùn)州區(qū)，潤(rùn)州區(qū)位于鎮(zhèn)江市區(qū)西南部，地處中國(guó)經(jīng)濟(jì)最活躍的長(zhǎng)三角核心區(qū)域，測(cè)定分析該區(qū)域路面徑流污染及其對(duì)土壤中重金屬Pb、Zn含量的影響，并對(duì)該區(qū)域的路域土壤重金屬Pb、Zn空間分布特征及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響進(jìn)行研究，有利于控制重金屬污染，便于推進(jìn)經(jīng)濟(jì)生態(tài)化發(fā)展。

1.2 路面徑流雨水的采集與測(cè)試方法

1.2.1 路面徑流雨水的采集

本研究選取鎮(zhèn)江市潤(rùn)州區(qū)龍門(mén)港路（透水瀝青路面）與港前路（密實(shí)瀝青路面）作為研究區(qū)域。從降雨開(kāi)始進(jìn)行計(jì)時(shí)，分別在1min、3min、5min、8min、10min、15min、20min、30min、45min、60min這10個(gè)時(shí)間點(diǎn)使用注射器在各個(gè)采集點(diǎn)吸取200mL的路面徑流雨水，置于0～5℃恒溫箱中留待污染物含量測(cè)試使用。

1.2.2 路面徑流污染物的測(cè)試方法

本文主要探究路面徑流污染對(duì)土壤中重金屬Pb、Zn含量的影響，故采用原子吸收分光光度法測(cè)定路面徑流雨水中Pb、Zn的含量，并利用下式計(jì)算出路面徑流污染的平均濃度。

1.3 土壤樣品的采集與測(cè)試方法

1.3.1 土壤樣品的采集

本研究選取鎮(zhèn)江市潤(rùn)州區(qū)龍門(mén)港路（透水瀝青路面）與港前路（密實(shí)瀝青路面）作為土壤的采樣區(qū)域，采樣點(diǎn)布設(shè)在距公路水平距離為0m、5m、10m、20m、30m線上的兩點(diǎn)，且每處分別在垂直于地表距離0cm、10cm、20cm、30cm處采集1cm3土樣，利用取土器共采集了80個(gè)土壤樣品。

1.3.2 土壤樣品的處理及測(cè)試方法

將采集的土壤樣品風(fēng)干（自然風(fēng)干）、研磨、過(guò)100目篩，隨后測(cè)定土壤中重金屬（Pb、Zn）的含量，采用的測(cè)試方法如表1所示。

1.4 土壤重金屬污染評(píng)價(jià)方法

1.4.1 單因子污染指數(shù)法

單因子污染指數(shù)（Pi）能對(duì)土壤中某一重金屬的污染程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

其中Ci為某一重金屬i的實(shí)測(cè)含量，Si為重金屬i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，本研究選取鎮(zhèn)江市土壤背景值作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（具體見(jiàn)表2）。Pi≤1時(shí)，表示土壤未受到重金屬污染;Pi>1時(shí)，表示土壤受到重金屬污染，且值越大，代表受重金屬污染越嚴(yán)重。

1.4.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)（P綜）能對(duì)土壤中的重金屬污染程度進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算公式為：

其中Pimax為土壤中重金屬單項(xiàng)污染指數(shù)的最高值，Piave為土壤中各重金屬污染指數(shù)的平均值，綜合污染指數(shù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表3。

2 ?試驗(yàn)結(jié)果及討論

2.1 路面徑流污染物的測(cè)試結(jié)果

兩種類(lèi)型路面以次徑流平均濃度（EMC）為分析指標(biāo)，具體測(cè)試結(jié)果如表4所示。

由表4可知，兩種路面類(lèi)型的路面徑流污染均超標(biāo)，其中透水瀝青路面相較于密實(shí)瀝青路面污染較輕?？梢?jiàn)路面徑流污染是導(dǎo)致土壤重金屬含量較高的重要因素。

2.2 土壤重金屬污染指數(shù)評(píng)價(jià)

2.2.1 單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)

利用單因子指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行了單一評(píng)價(jià)分析，評(píng)價(jià)結(jié)果如表5、6所示。

龍門(mén)港路（透水瀝青路面）、港前路（密實(shí)瀝青路面）路域范圍內(nèi)采集的80個(gè)土壤樣品的重金屬單因子污染指數(shù)均超過(guò)了1，這意味著這兩條路均受到了重金屬的污染，且污染指數(shù)最高分別達(dá)到了5.51、7.49，可見(jiàn)城市道路重金屬污染非常嚴(yán)重，而造成城市道路重金屬污染的主要原因有兩個(gè)：一是交通運(yùn)輸過(guò)程中排放的尾氣及輪胎磨耗，二是城市居民丟棄的生活垃圾。故有必要進(jìn)行一定的交通管制，例如限制重載貨車(chē)的通行等，同時(shí)要做好生活垃圾歸類(lèi)管理工作。

2.2.2 綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)

隨后利用綜合污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)分析，評(píng)價(jià)結(jié)果如表7所示。

由表7可知，龍門(mén)港路（透水瀝青路面）、港前路（密實(shí)瀝青路面）路域范圍內(nèi)土壤的綜合污染指數(shù)均超過(guò)了3，屬于重度污染，應(yīng)當(dāng)采取一定的措施清理城市重金屬污染，以確保生態(tài)環(huán)境的發(fā)展和城市居民的身體健康。進(jìn)一步對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，港前路（密實(shí)瀝青路面）路域范圍內(nèi)土壤重金屬綜合污染指數(shù)比龍門(mén)港路（透水瀝青路面）的高，由此推斷，透水瀝青路面對(duì)重金屬污染物具有一定的截留作用，減少了重金屬進(jìn)入土壤深處。

2.3 土壤重金屬空間分布

本文利用Surfer軟件繪制了路域土壤中Pb、Zn含量的分布特征圖，具體結(jié)果如圖1所示。

分析圖1發(fā)現(xiàn)，在最靠近公路旁的路表，重金屬Pb、Zn污染均比較嚴(yán)重，可見(jiàn)城市道路上尾氣排放嚴(yán)重。龍門(mén)港路（透水瀝青路面）中的重金屬Pb沿水平方向、深度方向濃度均降低，重金屬Zn沿水平方向、深度方向濃度大致呈現(xiàn)先降低后上升趨勢(shì);港前路（密實(shí)瀝青路面）中的重金屬Pb在距公路水平距離10m范圍內(nèi)，沿深度方向濃度大致呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，10m范圍外，沿深度方向濃度大致呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，而重金屬Zn在垂直于地表20cm范圍內(nèi)，沿水平方向、深度方向濃度均下降，這是由于路面徑流的沖刷和重金屬自身的遷移沉積引起的。同時(shí)，離公路水平距離、垂直距離最遠(yuǎn)的土壤中，重金屬Pb、Zn的含量也較高，顯然是重金屬的長(zhǎng)期積累。故采取一定的重金屬污染防治措施很重要。

3 ?結(jié)論

①兩種路面類(lèi)型的路面徑流污染均超標(biāo)，其中透水瀝青路面相較于密實(shí)瀝青路面污染較輕，且路面徑流污染是導(dǎo)致土壤重金屬含量較高的重要因素。

②城市道路重金屬污染非常嚴(yán)重，而造成城市道路重金屬污染的主要原因有兩個(gè)：一是交通運(yùn)輸過(guò)程中排放的尾氣及輪胎磨耗，二是城市居民丟棄的生活垃圾。

③透水瀝青路面對(duì)重金屬污染物具有一定的截留作用，減少了重金屬進(jìn)入土壤深處，同時(shí)應(yīng)采取一定的重金屬污染防治措施。

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