臨近公路蔬菜中重金屬Pb的變化特征及影響因素研究

摘要：根據2014年1月對江西省不同重點公路沿線農田里白菜中的重金屬Pb及其相關環境因子的調查，重點研究了臨近公路土壤和蔬菜中重金屬Pb的分布特征及其與交通量間的關系。結果表明：國道以及國道以上級別的公路土壤中的Pb含量超過當地的土壤背景值，屬于污染區域；臨近公路蔬菜中的Pb含量雖然在國家限量標準范圍之內，但單因子污染指數仍大于1，具有一定的潛在危害性；郊區土壤平均值低于當地的背景值，屬于無污染區域；臨近公路蔬菜中Pb含量很低，屬于綠色蔬菜。公路沿線交通環境是影響土壤理化性質和蔬菜中重金屬分布的重要影響因素，其中的車輛流動量是主導因素，車流量與土壤和蔬菜中Pb的含量呈現顯著正相關關系。

關鍵詞：公路；蔬菜；重金屬；特征；因素

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2015）05-1186-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.040

Abstract： Based surveying Pb in cabbage in January 2014 and environmental factors in the farmland along the highway in Jiangxi province， Pb distribution in soil and vegetables and its relationship with the traffic flow of highway was studied. The results showed that Pb content of national road and the highway above national level were higher than that of local soil background values. These areas were classified into the contaminated area. Pb content of vegetables near the road was in the state-controlled range. Index of the single factor pollution was higher than 1， with certain potentially harmful. The average content of Pb in suburb soil was below the background value and classified into the pollution-free area. The content of Pb in suburb vegetables was very low. Road traffic environment was an important factor affecting soil properties and the distribution of heavy metals in vegetables. Traffic flow and the content of Pb in soils and vegetables was significantly positive correlated.

Key words： highway； vegetables； heavy metals； characteristic； factors

以往，人們主要關注蔬菜、瓜果的農藥殘留與控制等問題，這是因為某些農藥對人體的危害表現為急性中毒。但重金屬殘留是一種慢性中毒，不容易被察覺，一旦發現則難以治療[1]。城市化、工業化進程中礦山開采、金屬冶煉、工業廢水、化石燃料的燃燒、施用農藥化肥、生活垃圾等人為因素和地質侵蝕、風化等天然因素均能引起重金屬的污染[2]。

公路作為人類賴以生存的依托條件，是人類生活必不可少的資源，中國人口大部分在公路沿線密布，公路對居民的影響至關重要。高速公路作為交通干線主要組成部分，連接了國家90%以上的大中型城市。公路重金屬污染屬于線源式污染，短時間內毒性強，污染嚴重。長期會在周圍環境中逐漸富集，潛在危害性強[3]，線源式污染比點源式污染流動性強，難以控制。公路沿線農業發達，蔬菜種植面廣，分布零散，但蔬菜的種植并不像大棚種植那樣嚴格控制生長條件和營養條件，易受到周圍環境因素的影響，而這些因素恰恰被老百姓所忽視，長此以往會嚴重危害食用者的身體健康[4]。近年來關于不同土壤蔬菜中重金屬的污染和公路旁土壤重金屬的污染已有較深入的研究，孫清斌等[5]通過研究大冶礦區土壤-蔬菜重金屬污染特征得出礦區土壤不同重金屬污染程度及對人體健康的潛在危害風險。李仰征等[6]研究了公路旁土壤重金屬空間分布及其與理化性質的關系，指出土壤重金屬水平方向分布總體表現為公路臨近區域積累較強。公路重金屬污染以Pb為主[7]，大量研究表明葉菜中Pb含量最大，本研究以公路臨近區域大白菜及土壤中重金屬為研究對象，得出其變化特征及影響因素，為解決臨近公路蔬菜安全利用和污染防治及當地居民飲食健康問題提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

1.1.1 采樣點的設置 在江西境內4條頗具代表性的交通道路及2個背景區域（郊區）進行調查采樣，距離路基10 m內，采集農田土壤和大白菜。采樣點為滬昆高速、德昌高速、樂平206國道、玉山320國道、樂平郊區和新余郊區。

1.1.2 采集方法 蔬菜用多點混合法[8]采集，每個采樣區域采集蔬菜樣品6個，共獲取蔬菜樣品36個。農田土壤樣品采于蔬菜生長的根區土壤，即采集農作物生長的耕作層（0～20 cm）作為土壤樣品[9]。每個樣品在10 m×10 m正方形4個頂點和中心共5處各采集1 kg土壤，將5處土壤充分混勻后以四分法保留1 kg土壤作為該點樣品，每個采樣區域采集土壤樣品3個，共獲取土壤綜合樣18個。土樣經自然風干后剔除碎石、植物根系、有機殘渣等雜物，磨碎后，過20目尼龍篩，混勻備用[10]。

1.2 樣品處理和分析

1.2.1 樣品預處理 土壤樣品采用高壓密閉消解法[11]，蔬菜樣品的預處理選擇濕式消解法[12]。

1.2.2 樣品測定 Pb的測定選用石墨爐原子吸收光譜法[13]。

1.2.3 分析方法 單因子指數法可用于分析土壤和蔬菜中重金屬的污染程度，計算公式如下：

Pi=Ci/Si （1）

式中，Pi為污染物單因子指數；Ci為實測濃度，mg/kg；Si為土壤環境質量標準或蔬菜國家限量值，mg/kg。Pi>1表示受到污染，Pi<1表示未受污染，Pi數值越大，表示污染越嚴重。Pb的土壤自然背景值為32 mg/kg，蔬菜中Pb國家限量標準為0.3 mg/kg。土壤環境質量分級標準見表1。

2 結果與分析

2.1 公路臨近區域土壤中Pb含量的分布特征

不同公路段土壤重金屬Pb的統計結果見表2。 高速及國道臨近公路土壤中Pb含量高于遠離公路的郊區土壤。臨近公路蔬菜中Pb含量呈現為高速路高于國道，國道高于郊區。

以江西土壤自然背景值32 mg/kg為標準，滬昆高速和昌德高速臨近土壤重金屬Pb平均超標分別是1.62和1.06倍，最高超標為2.32和1.34倍，存在明顯的累積現象；樂平206國道臨近土壤重金屬Pb平均值未超過當地土壤背景值，積累較弱；玉山320國道土壤Pb的平均值是當地背景值的1.24倍，最高值是土壤背景值的1.39倍，存在較明顯的累積現象；樂平郊區、新余郊區土壤中Pb的最高值雖然超過了當地的土壤背景值，但是其平均值均未超出當地的土壤背景值，不存在Pb累積現象。

2.2 鄰近公路蔬菜中Pb含量特征

我國蔬菜重金屬的主要評價標準如表3所示，1～4級可視為無公害綠色蔬菜，5級為國家食品安全限量標準。滬昆高速和德昌高速公路臨近區域蔬菜中Pb含量的平均值均超過了國家食品安全標準，其中超過國家限量的樣品分別占69.0%、78.0%，不宜食用；樂平206國道和玉山320國道蔬菜中Pb含量的平均值均大于0.2 mg/kg，超過了綠色蔬菜范疇但未超過安全標準，其中3～4級之間的樣品分別占47.6%、50.5%，說明樣品區屬于中度或者輕度的污染區，存在較小的風險；樂平郊區和新余郊區蔬菜中重金屬Pb含量的平均值均小于0.2 mg/kg，其中在3級以下的分別占60.0%、49.3%，屬于無公害綠色蔬菜，適于廣大居民的食用。

2.3 不同公路段蔬菜和土壤中Pb的差異

臨近高速公路和國道蔬菜中Pb的單因子污染指數均大于1，而遠離公路的郊區蔬菜中Pb的單因子污染指數均小于1；臨近公路蔬菜中Pb的單因子污染指數大于相應土壤中Pb的單因子污染指數，而郊區蔬菜中Pb的單因子污染指數小于相應土壤中Pb的單因子污染指數（表4）。蔬菜中Pb變異系數的平均值遠大于土壤中Pb變異系數的平均值，以滬昆和德昌高速附近蔬菜表現最明顯，說明蔬菜對Pb的富集作用比土壤對Pb的富集作用更復雜，公路對蔬菜中Pb的遷移具有很大的影響（表5）。

2.4 交通對蔬菜重金屬Pb的影響

蔬菜種植受到土壤、水體灌溉、施肥等諸多因素的影響，臨近公路的蔬菜種植受交通源的影響，不同公路段臨近蔬菜中Pb含量具有差異性，公路源中的車流量是污染蔬菜的主體因素。從本研究的結果來看，首先，臨近公路蔬菜受到不同程度的重金屬Pb的影響，其中滬昆高速公路沿線蔬菜中Pb含量最高，污染最嚴重，公路樣本區蔬菜中的Pb含量均超過了無公害蔬菜的限值，說明臨近公路蔬菜中Pb污染具有一定的普遍性，這可能與交通污染源有關，交通環境重金屬的來源主要有機動車尾氣的排放、燃油的蒸發、油料泄漏、汽車金屬部件和輪胎的磨檫磨損、瀝青或路面的磨損老化、融雪（冰）劑等道路維護化學物質[16，17]。其次不同公路源對Pb的污染程度不同，如表4，根據單因子污染指數，蔬菜中Pb的污染程度表現為德昌高速>滬昆高速>樂平206國道>玉山320國道>新余郊區>樂平郊區，總體而言公路>郊區，高速、國道與鄉道最大的差異是交通量的不同，因此，蔬菜中Pb含量受交通量的影響，錢鵬等[18]的研究表明大氣顆粒物中Pb濃度隨車流量的增加而增加，證明了交通活動是Pb等重金屬的主要來源，這與本研究的結果一致。

交通源可以通過影響土壤的中Pb含量和理化性質間接影響蔬菜中Pb的含量，也可以以大氣沉降和漂移等途徑直接影響蔬菜中Pb的含量，公路源產生的重金屬Pb對蔬菜的污染程度高于對土壤的污染。大量的研究結果表明，公路源污染可以改變土壤的pH、有機質、鹽度等理化性質和重金屬的含量及其Pb的存在形態，進而影響蔬菜等農作物對營養物質的吸收和重金屬在蔬菜等植物體內的富集[19-20]。本研究結果表明，一方面，高速路和國道采樣區蔬菜中Pb的變異系數>土壤中Pb的變異系數，說明蔬菜對Pb的富集和遷移作用明顯，同時也表明土壤并不是蔬菜中Pb的唯一來源，蔬菜中Pb一部分來自于機動車輛尾氣的大氣顆粒物沉降和地面揚塵的濺射，方鳳滿等[21]的研究表明蕪湖市三山區蔬菜中重金屬的積累并不完全決定于土壤重金屬的全量，這與本研究臨近公路蔬菜中Pb的污染特征具有相似性。另一方面，根據單因子污染指數，高速公路Pb的污染程度大于相應土壤中污染程度，高速公路設有排水溝、防護林可以有效地減緩雨水沖涮和徑流帶來的污染[6]，可以近似認為土壤Pb來自于含Pb顆粒物的大氣沉降，由于土壤面積大，土壤比表面積小，雨水稀釋度高，而蔬菜承載降水量較小，比表面積大，并且蔬菜可以從土壤中吸收Pb，所以在相應的土壤背景值和蔬菜標準值一定的條件下，蔬菜中的Pb污染程度高于土壤中Pb的污染。

公路交通量不僅是構成交通環境的主要因素，還是影響鄰近公路土壤和蔬菜中重金屬含量特征的主導因素，即交通量越發達、交通流量越大，其沿線土壤和蔬菜重金屬污染越嚴重，隨交通環境的變化，土壤和蔬菜中重金屬Pb的含量有顯著的相關關系，呈現一定的線性關系。本研究結果表明，首先，不同的公路重金屬含量表現出明顯的不同，對土壤而言滬昆高速>玉山320國道>德昌高速>樂平206國道>樂平郊區>新余郊區，對蔬菜而言德昌高速>滬昆高速>樂平206國道>玉山320國道>新余郊區>樂平郊區，整體而言臨近高速公路蔬菜中Pb含量>臨近一般公路蔬菜中Pb含量>郊區蔬菜中的Pb含量，表明交通流量大的區域土壤和蔬菜中重金屬Pb含量高，陳長林等[22]的研究表明土壤兩側重金屬污染隨著運營時間的延長和交通流量的增加而越來越強，這與本研究的蔬菜中的Pb含量的變化和污染具有相似性。其次，根據對這幾條公路交通流量的跟蹤調查，做出交通量與鄰近公路土壤和蔬菜中重金屬Pb的散點圖，添加變化趨勢曲線，如圖1和圖2所示。

鄰近公路土壤中的重金屬Pb和蔬菜中的Pb含量與交通量的線性關系非常好，R2值分別為0.906 0和0.820 7，呈現顯著的正相關關系。

3 小結與結論

1）蔬菜種植受到臨近公路的影響，不同的交通源對蔬菜中重金屬含量的影響存在著顯著差異， 國道及其國道級以上的公路臨近蔬菜中的Pb平均含量均超過了國家無公害綠色蔬菜的限值，屬于污染蔬菜，而郊區等遠離公路的地區蔬菜中Pb平均含量的平均值小于0.2 mg/kg，在無公害蔬菜范疇之內。

2）推測交通源運營過程中機動車輛尾氣、路面瀝青、油料泄漏等污染源產生的Pb可以通過影響土壤中的Pb含量和理化性質間接影響蔬菜中Pb的含量，也可以通過大氣沉降和漂移等途徑直接影響蔬菜中Pb的含量，公路源對蔬菜的污染程度高于對相應土壤的污染程度。

3）交通流量構成的交通環境對于公路沿線土壤和蔬菜的重金屬污染有非常密切的正相關關系，交通越發達、交通流量越大，其沿線土壤和蔬菜受重金屬污染越嚴重。土壤和蔬菜中重金屬Pb的含量和污染分布規律為：高速公路>一般公路>郊區。

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