烏魯木齊市河灘快速路側(cè)Pb重金屬含量及生物有效性研究

摘 要 為研究新疆烏魯木齊市河灘快速路側(cè)Pb重金屬生物有效性，通過采集河灘快速路側(cè)的大氣樣品、土壤樣品、植物樣品，測定重金屬Pb含量，并使用生物有效性測試方法評估重金屬的生物有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明：河灘快速路側(cè)土壤中重金屬的生物有效性較低；4個樣地土壤中Pb含量均低于篩選值，米東工業(yè)區(qū)和西大橋0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量高于背景值，上沙河立交橋0～10 cm土壤中Pb含量高于背景值，10～25 cm土壤中Pb含量低于背景值，烈士陵園0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量均低于背景值；西大橋大氣Pb含量最高，烈士陵園最低；4個樣地土壤中Pb重金屬以殘渣態(tài)為主，鐵錳結(jié)合態(tài)次之，可交換態(tài)占比較小。

關(guān)鍵詞 重金屬；快速路；生物有效性；新疆烏魯木齊市

中圖分類號：X142；X820.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.16.001

新疆烏魯木齊市地域廣闊，總面積15 216 km2，規(guī)劃區(qū)面積11 595 km2，中心城區(qū)面積1 535 km2，范圍北至五一農(nóng)場、安寧渠鎮(zhèn)、古牧地鎮(zhèn)、蘆草溝鄉(xiāng)行政北界，南至天山區(qū)行政界線南界，東、西以規(guī)劃高速公路外環(huán)為界[1]。烏魯木齊市屬溫帶大陸性氣候，四季鮮明，春夏季炎熱、干燥、少雨，秋冬季嚴(yán)寒、少雪，且春夏季早上低溫、中午炎熱、晚上多風(fēng)，秋冬季早上多風(fēng)、中午干燥、晚上低溫，氣候變化明顯且氣溫年較差、氣溫日較差均較大[2]。

近年來，隨著烏魯木齊市快速路建設(shè)日益加快，交通運(yùn)輸活動導(dǎo)致快速路側(cè)土壤重金屬污染嚴(yán)重。土壤無機(jī)污染物中以Pb重金屬比較突出，主要是由于Pb重金屬很難被土壤微生物所分解，易于積累并轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的甲基化合物[3-5]。交通運(yùn)輸活動產(chǎn)生的大量有毒、有害的Pb重金屬通過各種途徑進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤中的微量金屬元素含量超過背景值，嚴(yán)重影響土壤質(zhì)量，使路側(cè)的樹木生長受到抑制[6]?；诖?，筆者研究了烏魯木齊市河灘快速路側(cè)Pb重金屬生物有效性。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

于烏魯木齊市沿河灘快速路設(shè)4個樣地（米東工業(yè)區(qū)、西大橋、上沙河立交橋、烈士陵園），每個樣地與快速路距離相同（5～10 m）處設(shè)置3個樣方（20 m×

20 m），樣方間距離為50 m，共計12個樣方。根據(jù)樣方內(nèi)植物位置，參照五點(diǎn)取樣法盡可能均勻地選取5株植物進(jìn)行采集，并同步對土壤取樣，大氣樣品沿快速路方向平均取3個。米東工業(yè)區(qū)在建區(qū)域較多，綠化方面并不完善，有數(shù)控廠、機(jī)械廠、藥業(yè)廠等工廠。上沙河立交橋沿線分布有居民區(qū)、工業(yè)園、修車廠及大物流集散區(qū)。西大橋位于河灘快速路中部，車流量大。烈士陵園沿線綠化較為完善，綠化面積大。

4個樣地較好地概括了快速路側(cè)不同類型的路段，分別在道路沿線進(jìn)行樣本的采集。

大氣樣品的采集與處理：大氣樣品為大氣降塵，在快速路沿線用塑料刷子收集護(hù)欄、路沿表面的大氣降塵，將樣品充分混勻，裝袋保存。去除樣品中明顯雜質(zhì)，過篩孔直徑為0.150 mm的篩網(wǎng)，封存于塑料自封袋中保存，待用。

土壤樣品的采集與處理：用土鉆沿垂直方向采集植物根系周圍0～10 cm、10～25 cm深度土壤，分別混合均勻后，通過四分法獲取土樣裝入塑料自封袋中并編號，將土樣帶回實(shí)驗(yàn)室。剔除土樣中的異物后，自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)磨碎，過篩孔直徑為0.150 mm的篩網(wǎng)，封存于塑料自封袋中保存，待用。

植物樣品的采集與處理：草本植物取其整株，樹木葉片及樹枝使用高枝剪在樹木上中下3個高度分別取樣（東、南、西、北4個方向）并混合，根系沿樹木枝干的主要分枝尋找并采集，保留細(xì)小根系，樹芯使用30 cm長樹木生長錐進(jìn)行鉆取，并取部分樹皮。去除植物樣品表面雜質(zhì)，恒溫烘箱105 ℃下殺青30 min，65 ℃烘干至質(zhì)量恒定，然后粉碎機(jī)粉碎，過篩孔直徑為0.150 mm的篩網(wǎng)，密封保存。

1.2 樣品中重金屬元素分級的測定

植物樣品中重金屬元素分級的測定方法：化學(xué)試劑逐步提取法[7]。土壤及大氣降塵樣品中重金屬元素的測定方法：采用硝酸-雙氧水-氫氟酸多酸消解，ICP-OES/MS測定土壤重金屬元素含量[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2016、SPSS 27.0.1統(tǒng)計軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 河灘快速路側(cè)土壤與大氣Pb含量

由圖1可知，河灘快速路側(cè)土壤中Pb含量與大氣中Pb含量在樣地中的分布規(guī)律相似。4個樣地土壤中Pb含量均低于篩選值，米東工業(yè)區(qū)和西大橋0～10 cm、

10～25 cm土壤中Pb含量高于背景值，上沙河立交橋0～10 cm土壤中Pb含量高于背景值，10～25 cm土壤中Pb含量低于背景值，烈士陵園0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量均低于背景值。大氣中Pb含量較高值出現(xiàn)在西大橋采樣點(diǎn)，最低在烈士陵園，這與研究區(qū)的植被覆蓋率有一定的關(guān)聯(lián)。

2.2 植物Pb重金屬含量

由圖2可知，圓冠榆枝葉、樹皮樹芯中Pb含量較高，達(dá)8.33%、13.46%；白榆根系中Pb含量較高，為10.74%；新疆楊根系中Pb含量最低，為1.83%。各植物樹皮樹芯中Pb含量依次為圓冠榆13.46%、白榆8.39%、新疆楊5.48，各植物根系中Pb含量依次為白榆10.74、蒲公英5.18%、圓冠榆5.07%、灰綠藜3.42%、新疆楊1.83%，各植物枝葉中Pb含量依次為圓冠榆8.33%、白榆3.60%、新疆楊1.91%，各植物莖葉中Pb含量依次為灰綠藜2.67%、蒲公英2.52%。

圖中誤差線為標(biāo)準(zhǔn)差，圖上字母a、b表示方差分析的結(jié)果，不同字母代表二者差異顯著（p＜0.05）。

2.3 快速路側(cè)土壤與植被中Pb形態(tài)分布特征

重金屬的不同賦存形態(tài)對生物的毒性也存在差異。例如，可溶態(tài)和可交換態(tài)的重金屬對生物的毒性較高，而結(jié)合態(tài)和復(fù)合態(tài)的重金屬則較難被生物吸收和利用。研究重金屬賦存形態(tài)對生物的毒性，可以為重金屬污染的風(fēng)險評估提供重要的數(shù)據(jù)支持。快速路側(cè)土壤中重金屬Pb的形態(tài)主要為殘渣態(tài)（見表1），植物中重金屬Pb的形態(tài)以可交換態(tài)為主。

米東工業(yè)區(qū)、上沙河立交橋、烈士陵園土壤中可交換態(tài)Pb占比較高，達(dá)1.40%，西大橋土壤中可交換態(tài)Pb占比最低，為1.00%；在4個研究區(qū)內(nèi)，碳酸鹽態(tài)Pb占比一致，為1.00%；米東工業(yè)區(qū)土壤中鐵錳結(jié)合態(tài)Pb占比較高，達(dá)11.00%，西大橋區(qū)鐵錳結(jié)合態(tài)Pb較低，為5.00%；上沙河立交橋區(qū)、西大橋區(qū)、烈士陵園區(qū)殘渣態(tài)Pb占比基本一致，米東工業(yè)區(qū)殘渣態(tài)Pb占比較低，為86.60%。

由于生物有效性分級分析步驟較復(fù)雜、試驗(yàn)需要時間較長，筆者選取了代表性較強(qiáng)、出現(xiàn)頻率高的植物為例進(jìn)行了重金屬生物有效性分析，植物各器官中只選擇了對比研究意義較高的葉和根為例進(jìn)行了分析。快速路側(cè)植物中Pb的形態(tài)分布特征如圖4所示。由圖3

可知，灰綠藜莖葉、根系中，Pb以殘渣態(tài)存在；新疆楊枝葉中Pb以碳酸鹽態(tài)為主，根系中Pb以殘渣態(tài)存在。

3 結(jié)論與討論

重金屬的毒性效應(yīng)和生物富集性，不僅取決于重金屬的含量，更大程度上取決于重金屬的賦存形態(tài)。重金屬污染是一個長期積累的過程，通過對快速路側(cè)的重金屬形態(tài)特征的分析，為緩解修復(fù)、防控污染提供合理的理論依據(jù)[9-12]。重金屬的含量變化差異并不能完全解釋各元素在土壤、植物、大氣的特征，針對重金屬形態(tài)的研究越發(fā)重要，通過得到各種形態(tài)重金屬的分布規(guī)律，進(jìn)一步了解重金屬的分布[13-16]。根據(jù)研究，筆者得出以下結(jié)論。

1）土壤重金屬含量及形態(tài)分布特征：4個樣地土壤中Pb的含量均低于篩選值，米東工業(yè)區(qū)和西大橋土壤中Pb的含量高于背景值，表明河灘快速路側(cè)土壤與大氣中存在不同程度的重金屬積累現(xiàn)象。研究區(qū)土壤中重金屬以殘渣態(tài)為主，鐵錳結(jié)合態(tài)次之，可交換態(tài)占比較小。Pb以殘渣態(tài)和鐵錳結(jié)合態(tài)存在。

2）植物重金屬含量及形態(tài)分布特征：圓冠榆枝葉、樹皮樹芯中Pb含量較高，達(dá)8.33%、13.46%；白榆根系中Pb含量較高，為10.74%；新疆楊根系中Pb含量最低，為1.83%；各植物樹皮樹芯中Pb含量依次為圓冠榆13.46%、白榆8.39%、新疆楊5.48，各植物根系中Pb含量依次為白榆10.74、蒲公英5.18%、圓冠榆5.07%、灰綠藜3.42%、新疆楊1.83%。植物各部位中的Pb均以殘渣態(tài)存在，除了新疆楊葉和白榆根中的Pb以碳酸鹽態(tài)存在。

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（責(zé)任編輯：劉寧寧）