劉文婷，王子波，陳滿榮

（揚州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚州 225127）

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路上機動車數(shù)量持續(xù)增加，由于機動車在行駛過程中排放的尾氣以及其自身輪胎的磨損等問題而不斷向環(huán)境中排放大量的重金屬顆粒，這些重金屬顆粒又通過各種方式進入土壤，從而導(dǎo)致道路兩側(cè)土壤的重金屬污染.［1－4］國內(nèi)外的大量研究［5－9］表明，公路交通引起道路兩側(cè)表層土壤中的重金屬污染可以在動植物體內(nèi)蓄積，而交通密度和車流量與污染程度之間有著極其密切的關(guān)系.本研究主要探討揚州市城區(qū)主要道路兩側(cè)土壤中Cu，Pb，Zn，Cd，Cr等5種重金屬的累積情況和空間分布特征，在此基礎(chǔ)上評價其土壤中重金屬的污染程度，為城市規(guī)劃及公路兩側(cè)土壤的重金屬污染治理提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 采樣點的設(shè)置

選擇揚州市城區(qū)的文昌中路、大學(xué)南路、大學(xué)北路、汶河南路、荷花池路、江陽中路、淮海路、文匯東路及南通西路的一小段作為采樣區(qū)域.這些街道位于市區(qū)中心，車流量比較大，且它們組成口字形，形成一個區(qū)域，十字路口相互貫通.共設(shè)置72個采樣點，如圖1所示.

1.2 樣品采集

選擇晴朗無風(fēng)的天氣，沿各條道路采樣點采集0～20cm深度的表層土壤.應(yīng)用四分法將采集的土壤樣品分別縮分至100g，并天然風(fēng)干，去除石子和動植物殘體等異物，研磨至全部通過100目篩（篩孔徑為0.150mm），混合均勻后備用.

1.3 實驗方法

樣品用酸溶法（HCl－HNO3－HF－HClO4）消解.準確稱取0.500 0g試樣置于50mL聚四氟乙烯坩堝中，用水濕潤后加入5mL質(zhì)量分數(shù)為36%的HCl溶液，在通風(fēng)柜內(nèi)的電熱板上加熱，待蒸發(fā)至約3mL時，取下稍冷；依次加入5mL質(zhì)量分數(shù)為65%的HNO3溶液、5mL質(zhì)量分數(shù)為40%的HF溶液、3mL質(zhì)量分數(shù)為70%的HClO4溶液，待加熱蒸發(fā)至呈現(xiàn)黏稠狀物質(zhì)時，取下稍冷；再加入1mL質(zhì)量分數(shù)為2%的HNO3溶液溶解殘渣，并轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，冷卻后定容，備測.［10］

圖1 揚州城區(qū)道路兩側(cè)土壤重金屬污染采樣點示意圖Fig.1 The sampling sites of Yangzhou city roadside soil

本實驗使用的各種試劑均為優(yōu)級純，實驗用水為去離子水；各種儀器預(yù)先經(jīng)過稀鹽酸浸泡，再用自來水沖洗，最后用去離子水沖洗；從所測樣品中隨機抽取1個樣品，平行3次，誤差不大于10%.

采用Thermo Solar MKⅡ－6型原子吸收分光光度計測量重金屬的含量，應(yīng)用SPSS17.0，Origin7.5，Excel2003，Surfer8.0等軟件分析數(shù)據(jù)并繪圖.

2 結(jié)果分析與討論

2.1 重金屬含量及其空間分布特征

揚州市城區(qū)道路兩側(cè)土壤中各種重金屬元素質(zhì)量分數(shù)的范圍、平均值、標準差和變異系數(shù)列于表1中.

由表1可以看出：揚州城區(qū)道路兩側(cè)土壤中Pb，Cr，Cu，Zn，Cd的質(zhì)量分數(shù)分別為10.05～142.95，6.87～175.75，15.96～159.85，39.91～478.70，0.38～4.77mg·kg－1，變化范圍相差很大，且基本超過背景值，平均值分別是背景值的2.69，0.86，3.16，3.60，45.02倍，就平均值來看，Cd的污染顯得尤為突出；變異系數(shù)集中在30%～60%之間，變異性明顯.

圖2是采用Surfer8.0軟件克拉格插值法繪制的各重金屬質(zhì)量分數(shù)的等值線空間分布圖.

結(jié)合采樣圖（圖1）可知：①大學(xué)南路與江陽中路、荷花池路與江陽中路、大學(xué)北路與文匯中路、文匯中路與淮海路、文匯中路與汶河南路等交叉路口都是重金屬質(zhì)量分數(shù)最高的地點，重金屬的質(zhì)量分數(shù)明顯高于其他采樣點，污染較嚴重.當紅燈時車輛怠速，各種機動車排放出大量的尾氣，發(fā)動機、內(nèi)燃機等磨損速度加快，大量形成積炭，又由于這時車子是靜止的，造成污染物更易沉積到路兩旁的土壤中，因此上述交叉路口怠速地段的土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)居高不下；②采樣區(qū)域內(nèi)，大學(xué)路的土壤重金屬質(zhì)量分數(shù)最小，原因是該路段兩旁是公園和學(xué)校，車流量較小，污染相對較少；江陽中路是長途汽車、貨車、外地車輛進入揚州市區(qū)的必經(jīng)之路，車輛眾多，故道路兩側(cè)土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)非常高；汶河南路、文昌中路等屬于揚州市市中心最繁榮的商業(yè)區(qū)域范圍，車流量大，污染嚴重；③Cu，Pb，Zn，Cd，Cr這5種重金屬的空間分布很不均勻，差異較大，造成這個現(xiàn)象除以上原因外，可能還有如下原因：公路兩邊的土并非是原土，由于道路在建設(shè)過程中從郊區(qū)或其他地方運來大量的土，因此導(dǎo)致重金屬的本底值來源差別非常大.

2.2 重金屬相關(guān)及來源分析

通過SPSS17.0軟件對72個采樣點各重金屬含量的相關(guān)分析見表2.由表2可知，w（Pb）—w（Zn），w（Pb）—w（Cd），w（Pb）—w（Cr），w（Pb）—w（Cu），w（Cu）—w（Cr），w（Zn）—w（Cd），w（Cd）—w（Cr），w（Cu）—w（Cd）之間有著極顯著的正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)分別為0.571，0.768，0.488，0.344，0.351，0.551，0.389，0.415，表明Cu，Zn，Pb，Cr，Cd 5種重金屬的污染來源較為集中，或者有相同的污染源，如汽車尾氣、輪胎磨損、大氣沉降等.這說明揚州市城區(qū)路邊土壤的重金屬污染存在極大的相關(guān)性和復(fù)雜性，呈現(xiàn)出復(fù)合污染的趨勢.Pb雖然不是污染最嚴重的金屬，但是Pb與其他4種重金屬之間都有正相關(guān)關(guān)系，這進一步說明它們之間的來源相似.

3 評價

地積累指數(shù)（geoaccumulation index）［12］最早由德國海德堡大學(xué)沉積物研究所的 Muller提出，是一種研究水環(huán)境沉積物中重金屬污染的定量指標，目前廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代沉積物、土壤中重金屬的污染評價.Muller污染指數(shù)分級詳見表3.地積累指數(shù)Igeo的計算公式為

式中Cn為街道土壤或路塵中重金屬的實測含量，Bn為所測元素在全球頁巖中的平均含量，k為考慮到造巖運動可能引起背景值波動而設(shè)定的常數(shù)，k＝1.5.

表3 Muller污染指數(shù)分級Tab.3 Muller pollution index graduation

由于研究的對象具有不同的粒度和礦物組成，選擇普通頁巖作為背景值得到的重金屬污染信息難以反映實際污染狀況，因此本文選擇了江蘇省土壤重金屬環(huán)境背景值作為Bn值，其中Cu，Zn，Pb，Cr，Cd的背景值分別為21.0，60.0，25.0，76.2，0.044mg·kg－1.根據(jù)公式（1）計算得到路邊土壤重金屬的地積累指數(shù)并進行分級，結(jié)果列于表4.

由表4可見，Cd達到了重度污染，Cu和Zn屬偏中度污染，Pb屬輕度污染，Cr在清潔范圍之內(nèi).采樣所選路段皆為揚州市中心區(qū)域，車輛眾多，由此可見路邊土壤重金屬的污染與車流量關(guān)系很大.

表4 揚州城區(qū)道路兩側(cè)土壤重金屬地積累指數(shù)及其分級Tab.4 Geoaccumulation index and graduation of Yangzhou city roadside soil

4 結(jié)語

揚州市城區(qū)道路兩側(cè)土壤中Cu，Pb，Zn，Cd，Cr 5種重金屬的平均含量分別高出背景值數(shù)倍，說明重金屬污染十分嚴重.幾種重金屬之間存在著極顯著的相關(guān)關(guān)系說明，路邊土壤中重金屬污染來源較為集中.用地積累指數(shù)法進行評價，Cd污染已達到重度污染，前景不容樂觀.總體上看，揚州市城區(qū)道路兩側(cè)土壤中重金屬污染較嚴重，空間分布也很不均勻，且路邊土壤易揚起灰塵，從而進入大氣和水體中.揚州市是南水北調(diào)的樞紐城市，水源問題尤為重要，因此必須重視道路兩側(cè)土壤中重金屬污染的治理問題.

［1］陸東暉.南京市公路旁土壤－植物系統(tǒng)重金屬污染研究 ［D］.南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［2］FALAHI－ARDAKANI A.Contamination of environment with heavy metals emitted from automotives［J］.Ecotoxicol Environ Saf，1984，8（2）：152－161.

［3］馬建華，李劍.鄭汴公路路塵、路溝底泥和路旁土壤重金屬分布 ［J］.西南交通大學(xué)學(xué)報，2008，43（2）：285－291.

［4］SAEEDI M，HOSSEINZADEH M，JAMSHIDI A，et al.Assessment of heavy metals contamination and leaching characteristics in highway side soils，Iran［J］.Environ Monit Assess，2009，151（1／4）：231－241.

［5］詹鳳平，江映翔，李明.汽車尾氣中鉛在兩側(cè)土壤中的分布規(guī)律研究 ［J］.環(huán)境科學(xué)與管理，2007，32（10）：58－61.

［6］VIARD B，PIHAN F，PROMEYRAT S，et al.Integrated assessment of heavy metal（Pb，Zn，Cd）highway pollution：bioaccumulation in soil，graminaceae and land snails［J］.Chemosphere，2004，55（10）：1349－1359.

［7］張茂林，傅大放.江蘇省高速公路路域土壤鉛污染現(xiàn)狀與評價 ［J］.現(xiàn)代交通技術(shù)，2007，4（6）：79－80，91.

［8］YETIMOGLU E K，ERCAN O.Multivariate analysis of metal contamination in street dusts of Istanbul D－100 highway［J］.J Braz Chem Soc，2008，19（7）：1399－1404.

［9］FAKAYODE S O，OLU－OWOLABI B I.Heavy metal contamination of roadside topsoil in Osogbo，Nigeria：its relationship to traffic density and proximity to highways［J］.Environ Geol，2003，44（2）：150－157.

［10］奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境監(jiān)測 ［M］.北京：高等教育出版社，2004：282－285.

［11］陸書玉.環(huán)境影響評價 ［M］.北京：高等教育出版社，2001：160－161.

［12］王京.崇明島主要公路重金屬污染研究 ［D］.上海：華東師范大學(xué)，2007.