公路綠化景觀土壤生態污染風險研究

華開成　王趙明

摘要：研究針對公路綠化景觀土壤中的重金屬污染，采用斷面法對公路綠化景觀土壤取樣，分析土壤中的Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Cd重金屬空間分布特征和含量，研究重金屬之間的相關性，研究重金屬的來源是否相同。采用地累積指數和分級標準對公路綠化景觀土壤進行潛在的生態風險評價，并分析污染程度和污染空間的分布特征。開展公路綠化景觀土壤重金屬污染含量分析和生態評價，分析重金屬在土壤中的含量和遷移路徑，可為公路綠化土壤和農業生產的合理分布及污染防治提供基礎數據和科學依據，具有重要的社會意義和環境意義。

關鍵詞：公路；景觀土壤；生態污染；風險分析

中圖分類號：X826 文獻標志碼：B

前言

在快速發展的公路交通系統的情況下，隨之而來的是發展交通對生態環境、大氣環境和土壤造成了嚴重的影響，特別是對土壤的影響尤其嚴重，包括土壤重金屬污染、各種揮發性有機物污染等。嚴重影響了高速公路景觀綠化土壤的生態平衡。根據最近對公路綠化景觀土壤污染的研究可以看出，公路土壤中的鉛的污染主要來源于汽車燃油燃燒排放污染，金屬鋅和鎘的土壤污染主要來自汽車金屬和橡膠輪胎的磨損，金屬銅來自汽車剎車片的磨損和散熱水箱的腐蝕，日積月累的重金屬污染隨著大氣和天氣的擴散及沉降，從不同的路徑擴散遷移到了土壤和水體當中，導致農作物及人類健康受到極大的影響。公路綠化景觀土壤的重金屬污染的來源，主要包含汽車尾氣、垃圾填埋、工業廢棄物的排放、人類采礦和冶煉活動等等。采用地累積指數和分級標準對公路綠化景觀土壤進行潛在的生態風險評價，并分析污染程度和污染空間的分布特征。開展公路綠化景觀土壤重金屬污染含量分析和生態評價，分析重金屬在土壤中的含量和遷移路徑，可為公路綠化土壤和農業生產的合理分布及污染防治提供基礎數據和科學依據，具有重要的社會意義和環境意義。

1 實驗部分

1.1 樣品采集與處理

樣品取樣于天氣晴朗且無風的條件下，設置3個取樣斷面，在公路斷面兩側的綠化土壤中，每隔Sm進行取樣，取樣深度分別為10 cm、20 cm、30 cm，然后對稱取樣。每隔斷面所取樣品進行混合后，按縮分法得到斷面的樣品。每個斷面采集30個土壤樣品進行混合。在垂直方向進行土壤取樣，分別在距離公路斷面5m的兩側進行土壤剖面取樣，取樣的深度分別為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm。每個深度取樣點為9個，每個點取500g，然后混合縮分后成為一個樣。

1.2 樣品取樣處理及檢測

取樣土壤帶回實驗室后，將樣品平鋪在塑料紙上進行自然風干1個月，樣品風干后，用試驗篩去除土壤中的石塊、植物根系、其它金屬等雜質，然后經過粉碎后，通過1 mm的試驗篩。然后進行土壤重金屬檢測。取樣的風干土壤采取酸進行消解后，采用電感耦合等離子發射光譜儀ICP - AES測定土壤中Cu、Zn、As、Pb、Cd、Cr的含量。

1.3 主要設備和試劑

電感耦合等離子發射光譜儀（ICP - 3200）、pH酸度計（PH -6）、電熱恒溫干燥箱（DHG - 9426）、電熱板（XWF - 1000）、硝酸（分析純）、鹽酸（分析純）、高氯酸（分析純）。

1.4 高速公路和斷面位置

研究公路段為K160+200 - K196+000區間，線路總長約36.2 km，位于廣州市區北部，白云國際機場南部，屬于花莞高速的一部分。在公路K165+350、K180 +760、K192+150三個斷面兩側路基5米處，分別布置一個0.6×0.6×0.5 m的土壤剖面，然后分別采樣斷面深度為0.5 m、0.1 m、0. 15 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m、0.5 m剖面的土樣，每個土樣取3 kg。

2 結果與討論

2.1 景觀土壤中重金屬的含量

景觀土壤中重金屬的含量Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd的含量檢測結果如下，三種重金屬含量大小排序為Zn> Pb>Cu，Zn的含量在公路綠化土壤中含量最高，景觀土壤中重金屬Cr的含量最高，Cd的含量最低，平均值Cr為113. 24 mg/kg，Ni為18. 34 mg/kg，Cd為1.33 mg/kg。重金屬Cr的含量約是Cr的2倍。Cd的含量最低，約為0.12 mg/kg。

2.2 公路綠化景觀土壤重金屬垂直分布

如圖1-圖2所示公路綠化土壤中不同重金屬土壤斷面的垂直分布及遷移特征。圖1是土壤重金屬Pb、Cu、Ni在斷面上的垂直分布。不同的重金屬之間的垂直分布存在顯著的差異。重金屬Ni在深度20 cm范圍內，隨著土壤的深度加深，含量逐漸減小。在20 - 30 cm的范圍內，又逐漸增加，30 - 50cm的范圍內，隨著深度的增加，含量又逐漸減少。金屬Pb隨著深度的增加，含量先增加后減少，變化范圍在40 - 60 mg/kg。土壤中的Cu隨著斷面深度的增加，總體呈現下降的趨勢，含量變化范圍較大。金屬Zn的含量隨著深度的不斷增加，呈現Z字型的變化趨勢，說明土壤中的Zn的污染嚴重，變化范圍在100 - 130 mg/kg。金屬Cr在0-15 cm的深度范圍內，呈現一個下降的趨勢。繼續往下，出現一個突然的增大。金屬Cd在0-20 cm的深度范圍內，出現一個小幅的增加，增加幅度不大，隨著斷面深度的不斷增加，含量逐漸下降，說明金屬Cd的污染停留在土壤表層，沒有影響到深層土壤。

土壤表層不容易受到擾動，汽車在公路上行駛的時候，會產生重金屬污染粉塵，經過降雨后流入附近綠化土壤當中，主要富集在表層的土壤中。但是農業耕種的過程中會產生深入的翻動，是造成重金屬在土壤中進行垂直遷移的主要原因，其次，土壤的膠體結構和土壤中各種螯合態、離子態的金屬結構物，會對重金屬的遷移造成影響，包括膠體吸附、代換、絡合螯合等作用，造成了不同的重金屬元素在土壤垂直斷面上遷移的明顯的不同。從另一方面說明了重金屬在不同深度土層中分布和遷移的復雜性。

2.3 綠化景觀土壤重金屬相關性分析

如圖3所示所采集土壤的所有的樣品進行含量檢測和雙變量相關分析的結果。根據重金屬之間的相關性分析的結果，可以知道如果兩種重金屬之間存在顯著相關性，則可以得到兩個元素之間存在相同的來源，相反來源不相同。從圖中可以看出，Cu和Zn、Ni之間存在顯著相關性，相關性水平在0. 287 -0. 687之間。Cd和Ni、Zn、Cr之間也存在顯著的相關性。證明這6種重金屬可能來自相同的排放物或者地點。

3 結束語

土壤中三種重金屬含量大小排序為Zn>Pb>Cu，Zn的含量在公路綠化土壤中含量最高。斷面QYDI的重金屬地累積指數平均的Igeo按照大小依次排列為Ni>Cd>Zn>Pb>Cu>Cr。Cu和Zn、Ni之間存在顯著相關性，其相關性水平在0.287 -0. 687之間。Cd和Ni、Zn、Cr之間也存在顯著的相關性。證明這6種重金屬可能來自相同的排放物或者地點。不同的重金屬之間的垂直分布存在顯著的差異。重金屬Ni在深度20 cm范圍內，隨著土壤的深度的加深，其含量逐漸減小。金屬Cr在0-15 cm的深度范圍內，呈現一個下降的趨勢。繼續往下，出現一個突然的增大。金屬Cd在0-20 cm的深度范圍內，出現一個小幅的增加，增加幅度不大，隨著斷面深度的不斷增加，含量逐漸下降，說明金屬Cd的污染停留在土壤表層，沒有影響到深層土壤。