渝黔高速公路綦江段兩側農地土壤重金屬空間分布特征研究

余中奎 賈龍全 王豪

摘 要 選擇渝黔高速公路綦江段沿線，設置6個農地區域進行土壤重金屬（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）監測，并進行空間特征分析。結果表明：渝黔高速公路綦江段鄰域土壤表層As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值分別為3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1；水平方向上，土壤隨著高速公路的外延，As、Cr、Ni、Zn含量整體呈下降趨勢，Hg則反之，Cd、Cu、Pb相對穩定；垂直方向上，重金屬含量隨深度增加而降低，即表土層>心土層>底土層；以表層土為基礎，可以確定項目區實際安全種植距離為遠離高速公路150 m左右。土壤樣品Cd部分超標，超標率為17.65%。

關鍵詞 渝黔高速公路；農地土壤；重金屬；空間分布

中圖分類號：X53；X502 文獻標志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.19.001

隨著我國高速公路建設的迅猛推進，公路交通產生的重金屬污染通過路面徑流和大氣擴散在兩側土壤中得以累積[1]，在造成農地土壤污染的同時，可能影響農產品品質。有研究表明，公路兩側的土壤受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金屬的污染，其中Cd、Ni、Pb、Zn等重金屬污染以公路為中心在其兩側呈帶狀順公路延伸，自公路向兩側強度逐漸減弱[2]。由于土壤類型或土地利用方式的不同，不同公路兩側土壤的污染深度略有差異[3]。來源于交通運輸排放的重金屬污染物主要累積在表層土壤中[4]。高速公路兩側土壤中重金屬的污染還受到交通流量、主導風向、地形、土地覆被類型等的影響[5-8]。

為進一步了解高速公路沿線土壤重金屬污染狀況及空間分布特征，選取渝黔高速公路綦江段的兩側農地土壤進行研究。

1 材料與方法

1.1 布點與采樣

重慶渝黔高速是國道主干線重慶至湛江公路在重慶境內的一段，于2004年12月29日通車，起于巴南區忠興設樞紐互通，與繞城高速相交，止于綦江區小張壩附近省界。線路主線全長99.264 km，路基寬33.5 m，雙向六車道，設計速度100 km·h-1。采樣區雷神店到東溪段屬南北走向，平均車流量8 729輛/日。兩側分布有大量農田，主要種植水稻、玉米等農作物。設置6個土壤監測區，監測區1號、2號、5號位于高速公路西側，監測區3號、4號、6號位于高速公路東側。每個監測區采樣方案一致：分別在與路面垂直距離為10， 20， 30， 40， 50， 100， 150， 200 m處采集表層土樣，在距路面20， 100， 200 m處采集剖面樣品。每個表層監測區沿高速公路兩端走向每隔5～10 m取1個分樣，共取5個分樣，每個分樣約0.5 kg，充分混合后，以四分法縮分至約1.0 kg。剖面樣品采樣深度0～20 cm、20～50 cm、50～100 cm。采樣示意見圖1、圖2。

1.2 樣品處理及分析

土壤樣品經自然風干、四分法縮分后，去除雜質，混勻磨碎，分別過20目和100目篩，Hg、As測定采用原子熒光法；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光度計法；Cd采用石墨爐原子吸收分光光度計法。pH值采用離子選擇電極法。

1.3 數據分析

采用軟件 SPSS 23，Excel 2010，Origin 8.5進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 水平方向土壤重金屬分布特征

水平軸上表土層土壤重金屬含量的基本統計見表1。表層土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量的算術平均值為3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1，變異系數分別為23.23%、55.60%、16.90%、17.77%、52.35%、17.05%、9.74%、19.27%，其中Cd、Hg的變異系數大于50%，屬于中等變異，表明土壤中Hg、Cd水平空間含量差異較大，可能與高速公路汽車排放尾氣中大量的Hg、Cd元素通過干濕沉降到不同距離的土壤中所致。從分布特征看，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量分別呈偏態、對數正態、正態、偏態、對數正態、正態、正態、正態分布，其中As、Cu元素含量偏離正態分布，表明高速公路汽車尾氣排放等人為活動可能對這2種元素含量造成影響。

2.2 垂直方向土壤重金屬分布特征

從表2可見，重金屬元素Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的含量按照土層由淺到深的順序逐漸降低。Ni元素的含量在表土層、心土層和底土層中的相對變化小。As元素含量底土層較低，表土層和心土層較高。

2.3 公路兩側土壤重金屬的分布差異

渝黔高速公路雷神店到東溪段屬于南北走向。從表3可見，此段高速公路東側的As、Cd、Hg、Pb大于西側，其余4種元素東側小于西側。由對高速公路的歷史研究表明，公路兩側的土壤易受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金屬的污染，其中Pb和Cd的污染最為嚴重，其次是Zn。根據氣象資料，當地主導風向為西南風，因此這可能是由于當地風向和地形影響導致高速公路東側土壤的污染大于西側。

2.4 污染源距離對土壤重金屬的影響

從表4可見，As、Cr、Ni、Zn的均值隨著距離的增加總體上呈下降趨勢，表明這4種重金屬元素含量與高速公路污染源的距離呈負相關關系，高速公路的主要污染源為汽車尾氣、輪胎摩擦產生的灰塵和碎屑，這4種元素可能是主要污染元素。Cd、Cu、Pb元素在土壤中的含量相對穩定。對不同距離的重金屬含量值求出線性回歸方程，以綦江區相關資料作為農地重金屬的對照值，計算出理論安全種植距離為100.9 m（見表5），若需提高50%的保險系數，則實際安全種植距離為150 m左右。

2.5 空間組合對土壤重金屬的影響

距高速公路水平距離為20 m的剖面樣中，8種重金屬元素的含量幾乎均呈現表土層>心土層>底土層的趨勢。水平距離為100 m的剖面Cd、Hg、Zn元素含量呈現表土層>心土層>底土層的趨勢；As、Cu元素含量呈現表土層>底土層，As心土層含量最高，Cu心土層含量最低。Cr、Ni含量沿土層深度稍有增加。Pb含量則是底土層>心土層>表土層。水平距離為200 m的剖面，8種重金屬元素含量幾乎均呈現表土層>心土層>底土層的趨勢。

Cu、Pb、Ni三種重金屬元素在表土層和心土層中的變化趨勢相當，Cu、Ni的變化趨勢整體來看呈下降，表明隨著離高速公路距離的增加，土壤中的含量逐漸降低，而Pb含量有一定的波動，表明鉛的污染來源較廣，可能不是單一的高速公路污染源導致的。Cr、Zn在三層土壤中的變化趨勢相當，心土層含量稍高，這可能與成土母質和土壤背景值有關，底土層含量小于表土層含量，Hg含量隨著距離的增加呈現下降趨勢，且表土層和心土層Hg含量均高于底土層，存在一定的人為活動影響。而Cd則呈上升趨勢，可能是由于Cd的污染不是高速公路單一來源所致。As三層土壤的變化趨勢類似，表土層和心土層含量明顯高于底土層，存在一定的人為活動影響。

2.6 土壤重金屬污染評價

通過與土壤環境質量標準（GB15618-1995）和食用農產品產地環境質量標準（HJ/T332-2006）（見表6）對比分析（見表7）可知，在所有土樣中，Cd的超標率最高，超標樣品為18個，其余重金屬均未超標。

3 結論

1）渝黔高速公路綦江段鄰域土壤表層As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量均值分別為3.40， 0.241， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1。土壤Cd的超標率為17.65%。

2）水平方向上，與高速公路的距離越遠，土壤As、Cr、Ni、Zn含量整體呈下降趨勢，Hg則反之，Cd、Cu、Pb相對穩定；垂直方向上，土壤重金屬含量隨深度增加而降低，即表土層>心土層>底土層。

3）以表層土為基礎，確定項目區實際安全種植距離為距離高速公路150 m左右。

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（責任編輯：丁志祥）