扬州城区道路两侧土壤重金属污染检测与评价

刘文婷，王子波，陈满荣

（扬州大学 环境科学与工程学院，江苏 扬州 225127）

近年来，随着经济的快速发展，道路上机动车数量持续增加，由于机动车在行驶过程中排放的尾气以及其自身轮胎的磨损等问题而不断向环境中排放大量的重金属颗粒，这些重金属颗粒又通过各种方式进入土壤，从而导致道路两侧土壤的重金属污染.［1－4］国内外的大量研究［5－9］表明，公路交通引起道路两侧表层土壤中的重金属污染可以在动植物体内蓄积，而交通密度和车流量与污染程度之间有着极其密切的关系.本研究主要探讨扬州市城区主要道路两侧土壤中Cu，Pb，Zn，Cd，Cr等5种重金属的累积情况和空间分布特征，在此基础上评价其土壤中重金属的污染程度，为城市规划及公路两侧土壤的重金属污染治理提供科学依据.

1 材料与方法

1.1 采样点的设置

选择扬州市城区的文昌中路、大学南路、大学北路、汶河南路、荷花池路、江阳中路、淮海路、文汇东路及南通西路的一小段作为采样区域.这些街道位于市区中心，车流量比较大，且它们组成口字形，形成一个区域，十字路口相互贯通.共设置72个采样点，如图1所示.

1.2 样品采集

选择晴朗无风的天气，沿各条道路采样点采集0～20cm深度的表层土壤.应用四分法将采集的土壤样品分别缩分至100g，并天然风干，去除石子和动植物残体等异物，研磨至全部通过100目筛（筛孔径为0.150mm），混合均匀后备用.

1.3 实验方法

样品用酸溶法（HCl－HNO3－HF－HClO4）消解.准确称取0.500 0g试样置于50mL聚四氟乙烯坩埚中，用水湿润后加入5mL质量分数为36%的HCl溶液，在通风柜内的电热板上加热，待蒸发至约3mL时，取下稍冷；依次加入5mL质量分数为65%的HNO3溶液、5mL质量分数为40%的HF溶液、3mL质量分数为70%的HClO4溶液，待加热蒸发至呈现黏稠状物质时，取下稍冷；再加入1mL质量分数为2%的HNO3溶液溶解残渣，并转移至50mL容量瓶中，冷却后定容，备测.［10］

图1 扬州城区道路两侧土壤重金属污染采样点示意图Fig.1 The sampling sites of Yangzhou city roadside soil

本实验使用的各种试剂均为优级纯，实验用水为去离子水；各种仪器预先经过稀盐酸浸泡，再用自来水冲洗，最后用去离子水冲洗；从所测样品中随机抽取1个样品，平行3次，误差不大于10%.

采用Thermo Solar MKⅡ－6型原子吸收分光光度计测量重金属的含量，应用SPSS17.0，Origin7.5，Excel2003，Surfer8.0等软件分析数据并绘图.

2 结果分析与讨论

2.1 重金属含量及其空间分布特征

扬州市城区道路两侧土壤中各种重金属元素质量分数的范围、平均值、标准差和变异系数列于表1中.

由表1可以看出：扬州城区道路两侧土壤中Pb，Cr，Cu，Zn，Cd的质量分数分别为10.05～142.95，6.87～175.75，15.96～159.85，39.91～478.70，0.38～4.77mg·kg－1，变化范围相差很大，且基本超过背景值，平均值分别是背景值的2.69，0.86，3.16，3.60，45.02倍，就平均值来看，Cd的污染显得尤为突出；变异系数集中在30%～60%之间，变异性明显.

图2是采用Surfer8.0软件克拉格插值法绘制的各重金属质量分数的等值线空间分布图.

结合采样图（图1）可知：①大学南路与江阳中路、荷花池路与江阳中路、大学北路与文汇中路、文汇中路与淮海路、文汇中路与汶河南路等交叉路口都是重金属质量分数最高的地点，重金属的质量分数明显高于其他采样点，污染较严重.当红灯时车辆怠速，各种机动车排放出大量的尾气，发动机、内燃机等磨损速度加快，大量形成积炭，又由于这时车子是静止的，造成污染物更易沉积到路两旁的土壤中，因此上述交叉路口怠速地段的土壤重金属质量分数居高不下；②采样区域内，大学路的土壤重金属质量分数最小，原因是该路段两旁是公园和学校，车流量较小，污染相对较少；江阳中路是长途汽车、货车、外地车辆进入扬州市区的必经之路，车辆众多，故道路两侧土壤中重金属质量分数非常高；汶河南路、文昌中路等属于扬州市市中心最繁荣的商业区域范围，车流量大，污染严重；③Cu，Pb，Zn，Cd，Cr这5种重金属的空间分布很不均匀，差异较大，造成这个现象除以上原因外，可能还有如下原因：公路两边的土并非是原土，由于道路在建设过程中从郊区或其他地方运来大量的土，因此导致重金属的本底值来源差别非常大.

2.2 重金属相关及来源分析

通过SPSS17.0软件对72个采样点各重金属含量的相关分析见表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）之间有着极显著的正相关关系，其相关系数分别为0.571，0.768，0.488，0.344，0.351，0.551，0.389，0.415，表明Cu，Zn，Pb，Cr，Cd 5种重金属的污染来源较为集中，或者有相同的污染源，如汽车尾气、轮胎磨损、大气沉降等.这说明扬州市城区路边土壤的重金属污染存在极大的相关性和复杂性，呈现出复合污染的趋势.Pb虽然不是污染最严重的金属，但是Pb与其他4种重金属之间都有正相关关系，这进一步说明它们之间的来源相似.

3 评价

地积累指数（geoaccumulation index）［12］最早由德国海德堡大学沉积物研究所的 Muller提出，是一种研究水环境沉积物中重金属污染的定量指标，目前广泛应用于现代沉积物、土壤中重金属的污染评价.Muller污染指数分级详见表3.地积累指数Igeo的计算公式为

式中Cn为街道土壤或路尘中重金属的实测含量，Bn为所测元素在全球页岩中的平均含量，k为考虑到造岩运动可能引起背景值波动而设定的常数，k＝1.5.

表3 Muller污染指数分级Tab.3 Muller pollution index graduation

由于研究的对象具有不同的粒度和矿物组成，选择普通页岩作为背景值得到的重金属污染信息难以反映实际污染状况，因此本文选择了江苏省土壤重金属环境背景值作为Bn值，其中Cu，Zn，Pb，Cr，Cd的背景值分别为21.0，60.0，25.0，76.2，0.044mg·kg－1.根据公式（1）计算得到路边土壤重金属的地积累指数并进行分级，结果列于表4.

由表4可见，Cd达到了重度污染，Cu和Zn属偏中度污染，Pb属轻度污染，Cr在清洁范围之内.采样所选路段皆为扬州市中心区域，车辆众多，由此可见路边土壤重金属的污染与车流量关系很大.

表4 扬州城区道路两侧土壤重金属地积累指数及其分级Tab.4 Geoaccumulation index and graduation of Yangzhou city roadside soil

4 结语

扬州市城区道路两侧土壤中Cu，Pb，Zn，Cd，Cr 5种重金属的平均含量分别高出背景值数倍，说明重金属污染十分严重.几种重金属之间存在着极显著的相关关系说明，路边土壤中重金属污染来源较为集中.用地积累指数法进行评价，Cd污染已达到重度污染，前景不容乐观.总体上看，扬州市城区道路两侧土壤中重金属污染较严重，空间分布也很不均匀，且路边土壤易扬起灰尘，从而进入大气和水体中.扬州市是南水北调的枢纽城市，水源问题尤为重要，因此必须重视道路两侧土壤中重金属污染的治理问题.

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