渝黔高速公路綦江段两侧农地土壤重金属空间分布特征研究

2018-05-14余中奎贾龙全王豪

南方农业·上旬 2018年7期

余中奎贾龙全王豪

摘要选择渝黔高速公路綦江段沿线，设置6个农地区域进行土壤重金属（As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn）监测，并进行空间特征分析。结果表明：渝黔高速公路綦江段邻域土壤表层As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量平均值分别为3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1；水平方向上，土壤随着高速公路的外延，As、Cr、Ni、Zn含量整体呈下降趨势，Hg则反之，Cd、Cu、Pb相对稳定；垂直方向上，重金属含量随深度增加而降低，即表土层>心土层>底土层；以表层土为基础，可以确定项目区实际安全种植距离为远离高速公路150 m左右。土壤样品Cd部分超标，超标率为17.65%。

关键词渝黔高速公路；农地土壤；重金属；空间分布

中图分类号：X53；X502 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2018.19.001

随着我国高速公路建设的迅猛推进，公路交通产生的重金属污染通过路面径流和大气扩散在两侧土壤中得以累积[1]，在造成农地土壤污染的同时，可能影响农产品品质。有研究表明，公路两侧的土壤受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金属的污染，其中Cd、Ni、Pb、Zn等重金属污染以公路为中心在其两侧呈带状顺公路延伸，自公路向两侧强度逐渐减弱[2]。由于土壤类型或土地利用方式的不同，不同公路两侧土壤的污染深度略有差异[3]。来源于交通运输排放的重金属污染物主要累积在表层土壤中[4]。高速公路两侧土壤中重金属的污染还受到交通流量、主导风向、地形、土地覆被类型等的影响[5-8]。

为进一步了解高速公路沿线土壤重金属污染状况及空间分布特征，选取渝黔高速公路綦江段的两侧农地土壤进行研究。

1 材料与方法

1.1 布点与采样

重庆渝黔高速是国道主干线重庆至湛江公路在重庆境内的一段，于2004年12月29日通车，起于巴南区忠兴设枢纽互通，与绕城高速相交，止于綦江区小张坝附近省界。线路主线全长99.264 km，路基宽33.5 m，双向六车道，设计速度100 km·h-1。采样区雷神店到东溪段属南北走向，平均车流量8 729辆/日。两侧分布有大量农田，主要种植水稻、玉米等农作物。设置6个土壤监测区，监测区1号、2号、5号位于高速公路西侧，监测区3号、4号、6号位于高速公路东侧。每个监测区采样方案一致：分别在与路面垂直距离为10， 20， 30， 40， 50， 100， 150， 200 m处采集表层土样，在距路面20， 100， 200 m处采集剖面样品。每个表层监测区沿高速公路两端走向每隔5～10 m取1个分样，共取5个分样，每个分样约0.5 kg，充分混合后，以四分法缩分至约1.0 kg。剖面样品采样深度0～20 cm、20～50 cm、50～100 cm。采样示意见图1、图2。

1.2 样品处理及分析

土壤样品经自然风干、四分法缩分后，去除杂质，混匀磨碎，分别过20目和100目筛，Hg、As测定采用原子荧光法；Pb、Cr、Cu、Zn、Ni采用火焰原子吸收分光光度计法；Cd采用石墨炉原子吸收分光光度计法。pH值采用离子选择电极法。

1.3 数据分析

采用软件 SPSS 23，Excel 2010，Origin 8.5进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 水平方向土壤重金属分布特征

水平轴上表土层土壤重金属含量的基本统计见表1。表层土壤As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量的算术平均值为3.40， 0.24， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1，变异系数分别为23.23%、55.60%、16.90%、17.77%、52.35%、17.05%、9.74%、19.27%，其中Cd、Hg的变异系数大于50%，属于中等变异，表明土壤中Hg、Cd水平空间含量差异较大，可能与高速公路汽车排放尾气中大量的Hg、Cd元素通过干湿沉降到不同距离的土壤中所致。从分布特征看，As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn元素含量分别呈偏态、对数正态、正态、偏态、对数正态、正态、正态、正态分布，其中As、Cu元素含量偏离正态分布，表明高速公路汽车尾气排放等人为活动可能对这2种元素含量造成影响。

2.2 垂直方向土壤重金属分布特征

从表2可见，重金属元素Cd、Cr、Cu、Hg、Pb、Zn的含量按照土层由浅到深的顺序逐渐降低。Ni元素的含量在表土层、心土层和底土层中的相对变化小。As元素含量底土层较低，表土层和心土层较高。

2.3 公路两侧土壤重金属的分布差异

渝黔高速公路雷神店到东溪段属于南北走向。从表3可见，此段高速公路东侧的As、Cd、Hg、Pb大于西侧，其余4种元素东侧小于西侧。由对高速公路的历史研究表明，公路两侧的土壤易受到不同程度的Pb、Cd、Zn、Cu、Cr、Ni、Sb、Co等重金属的污染，其中Pb和Cd的污染最为严重，其次是Zn。根据气象资料，当地主导风向为西南风，因此这可能是由于当地风向和地形影响导致高速公路东侧土壤的污染大于西侧。

2.4 污染源距离对土壤重金属的影响

从表4可见，As、Cr、Ni、Zn的均值随着距离的增加总体上呈下降趋势，表明这4种重金属元素含量与高速公路污染源的距离呈负相关关系，高速公路的主要污染源为汽车尾气、轮胎摩擦产生的灰尘和碎屑，这4种元素可能是主要污染元素。Cd、Cu、Pb元素在土壤中的含量相对稳定。对不同距离的重金属含量值求出线性回归方程，以綦江区相关资料作为农地重金属的对照值，计算出理论安全种植距离为100.9 m（见表5），若需提高50%的保险系数，则实际安全种植距离为150 m左右。

2.5 空间组合对土壤重金属的影响

距高速公路水平距离为20 m的剖面样中，8种重金属元素的含量几乎均呈现表土层>心土层>底土层的趋势。水平距离为100 m的剖面Cd、Hg、Zn元素含量呈现表土层>心土层>底土层的趋势；As、Cu元素含量呈现表土层>底土层，As心土层含量最高，Cu心土层含量最低。Cr、Ni含量沿土层深度稍有增加。Pb含量则是底土层>心土层>表土层。水平距离为200 m的剖面，8种重金属元素含量几乎均呈现表土层>心土层>底土层的趋势。

Cu、Pb、Ni三种重金属元素在表土层和心土层中的变化趋势相当，Cu、Ni的变化趋势整体来看呈下降，表明随着离高速公路距离的增加，土壤中的含量逐渐降低，而Pb含量有一定的波动，表明铅的污染来源较广，可能不是单一的高速公路污染源导致的。Cr、Zn在三层土壤中的变化趋势相当，心土层含量稍高，这可能与成土母质和土壤背景值有关，底土层含量小于表土层含量，Hg含量随着距离的增加呈现下降趋势，且表土层和心土层Hg含量均高于底土层，存在一定的人为活动影响。而Cd则呈上升趋势，可能是由于Cd的污染不是高速公路单一来源所致。As三层土壤的变化趋势类似，表土层和心土层含量明显高于底土层，存在一定的人为活动影响。

2.6 土壤重金属污染评价

通过与土壤环境质量标准（GB15618-1995）和食用农产品产地环境质量标准（HJ/T332-2006）（见表6）对比分析（见表7）可知，在所有土样中，Cd的超标率最高，超标样品为18个，其余重金属均未超标。

3 结论

1）渝黔高速公路綦江段邻域土壤表层As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn含量均值分別为3.40， 0.241， 59.37， 21.81， 0.064， 25.41， 24.75， 68.81 mg·kg-1。土壤Cd的超标率为17.65%。

2）水平方向上，与高速公路的距离越远，土壤As、Cr、Ni、Zn含量整体呈下降趋势，Hg则反之，Cd、Cu、Pb相对稳定；垂直方向上，土壤重金属含量随深度增加而降低，即表土层>心土层>底土层。

3）以表层土为基础，确定项目区实际安全种植距离为距离高速公路150 m左右。

参考文献：

[1] 赵志刚.高速公路发展现状及前景分析[J].交通标准化，2009（16）：71-72.

[2] 李波，林玉锁，张孝飞，等.宁连高速公路两侧土壤和农产品中重金属污染的研究[J].农业环境科学学报，2005，24（2）：266-269.

[3] 余爱华，王大明，赵耀.高速公路沿线土壤重金属污染特征与评价[J].森林工程，2010，26（4）：29-63.

[4] Akbar K F， Hale W H G， Headley A D， et al. Heavy metal contamination of roadside soils of Northern England[J]. Soil & Water Res.，2006，4： 158-163.

[5] 甄宏.沈大高速公路两侧土壤重金属污染分布特征研究[J].气象与环境学报，2008，24（2）：6-9.