昆明城郊公路旁侧四季豆及根系土壤重金属污染研究

2020-02-25邹鲤岭李昌盛

西南农业学报 2020年11期

邹鲤岭，李昌盛，刘迪

(1.云南国土资源职业学院，云南昆明 650217；2.曲靖师范学院，云南曲靖 655011)

【研究意义】随着中国工业化和城市化的快速发展，汽车流量急剧增加，大量汽车尾气排放所造成的重金属污染被认为是城市土壤污染的重要来源。汽车尾气含有大量的重金属污染物，通过排放会进入到公路旁侧土壤，长期存在并积累，污染土壤后经降雨淋滤作用，还会污染到地下水，并由土壤迁移到农作物中[1]，重金属在农作物中富集后，通过食物链还会进入人体内富集，危害健康。【前人研究进展】国内外大量研究表明，公路旁土壤重金属污染的主要来源是交通工具，汽车的燃油、轮胎、发动机、刹车等都会给沿路土壤带来Pb、Cd、Cr等重金属污染[2]。【本研究切入点】采集昆明公路X013松马段旁侧农耕地土壤及四季豆，检测重金属Pb、Cu和As，采用SPSS软件进行数据处理，对土壤及四季豆中重金属污染状况采用内梅罗综合污染指数法进行评价。【拟解决的关键问题】对公路两旁土壤及四季豆中重金属分布规律和迁移转化规律进行研究。以期得到公路旁侧种植农作物的安全范围，尽量降低重金属元素进入生物链循环的风险，更好的指导农业生产，保障大民众的食物和身体安全健康[3]。

1 材料与方法

1.1 样品的采集

采样地点位于昆明公路X013松马段两侧的农田，除汽车外无其他明显污染源，离公路的垂直方向5、20、50 m处分别设置3条和公路平行的线[4]，在平行线上再设置10 m宽的3 条等间距垂线，两条线的交叉点作为样品的采集点，采集四季豆及根系表层土壤(0～20 cm)样品[5]，各采集27个样品。

1.1.1 农作物样品的采集对四季豆样品采集，每个采样点采集25根四季豆，并混成1个样，共采集四季豆27个样。采后立即装入聚乙烯塑料袋中，并编号。

1.1.2 土壤样品的采集采集四季豆样品的根系土壤，共采集土壤样品27个。使用木质工具，取0～20 cm的表层土壤，每个采样点取5个样，样品充分混匀后用四分法直至土样大约1 kg[5-6]，除去异物后装袋。

1.2 样品检测

四季豆及土壤样品送云南省地质矿产勘查开发局中心实验室检测。

1.3 评价方法和标准

1.3.1 土壤重金属污染评价标准土壤 pH变化范围为 5.5～6.5，故土壤重金属污染状况的评价标准采用GB 15618-2018《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(5.5

评价土壤重金属的污染情况采用内梅罗综合污染指数法，计算公式为式(1)[8]：

(1)

式中:(Ci/Di)max为土壤污染指数最大值；(Ci/Di)ave为土壤污染指数的平均值。

土壤的环境质量分级标准见表1[9]。

表1 土壤的环境质量分级标准

1.3.2 四季豆重金属污染评价标准采用国标《食品安全国家标准食品中污染物限量(GB2762-2017)》对四季豆Pb、As污染进行评价[10]。Cu污染采用《食品中铜限量卫生标准(GB 15199-94)》进行评价[11]。对四季豆重金属的污染情况评价采用内梅罗综合污染指数法。用SPSS 22.0进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤重金属污染现状及分析

由表2可知，距公路5 m处，土壤样品Pb超标率为100 %，污染指数P为1.63，说明该处土壤受到Pb轻度污染，距公路20和50 m处土壤样品超标率为0,20 m处土壤Pb污染指数P为0.88，属警戒线，50 m处土壤污染指数P为0.485，说明该处土壤没有受到Pb污染。3处的污染指数大小为5 m>20 m>50 m，即离公路越近土壤Pb的含量越高。分析土壤中的Pb含量主要是来源于汽车尾气，离公路越近的土壤Pb含量越高。检测距公路5、20和50 m处的土壤As。土壤中As的污染指数P分别为0.127， 0.0097和0.088，3处采样点的P值都小于0.7，说明土壤中As的含量没有超标，土壤没有受到As污染。检测距公路5、20和50 m处土壤Cu的含量均超标，超标率为100 %，5、20、50 m处土壤Cu污染指数P分别为6.156， 5.06和4.87，说明土壤受到Cu严重污染，三处的污染指数大小为5 m>20 m>50 m，可以看出，离公路越近土壤Cu的含量越高。Cu主要来自刹车里衬的机械磨损[2]，取样之地在某水厂附近，有大量的货车在路边停车装运，因此影响较大。

表2 不同距离土壤重金属特征参数统计

2.2 四季豆重金属污染现状及分析

由表3可知，在距公路5 m处采集的四季豆样品重金属P超标率为100 %，污染指数P为1.8,属轻度污染。在20 m处的四季豆超标率为66.7 %，污染指数P为1.03，属轻度污染。在50 m处，采摘的四季豆超标率为0，污染指数P为0.147，说明该处四季豆没有受到重金属Pb污染。3处的污染指数大小为5 m>20 m>50 m，显示，离公路越近四季豆Pb的含量越高。四季豆中Pb含量可能来源于土壤或汽车尾气在空气中的干湿沉降。在距公路5、20和50 m处采集的四季豆样品中As均没有超标，超标率都为0。污染指数分别为0.0126、 0.0106和0.0106，3处采样点的P值都小于0.7，说明土壤中As的含量没有超标，土壤没有受到As污染。在距公路5、20和50 m处四季豆样品中Cu均没有超标，超标率都为0。污染指数P分别为0.095、 0.1445和0.126，3处采样点的P值都小于0.7，土壤中Cu的含量没有超标，没有受到Cu污染。3处Cu的P值为20 m>50 m>5 m，分析四季豆中的Cu可能与灌溉、化肥等因素有关。

表3 四季豆(鲜样)重金属含量及超标率

续表3 Continued table 3

2.3 公路距离对四季豆及土壤中重金属含量的影响及相关因素分析

由图1可知，随着离公路距离的增加，土壤、四季豆中Pb含量逐渐减少，变化趋势一致，说明四季豆Pb含量主要来源于土壤。由图2可知，随着离公路距离的增加,土壤中As含量逐渐减少，四季豆中As含量很少，距公路远近对四季豆中As含量影响不大，表明四季豆中少量的As不是来源于土壤。由图3可知，随着离公路距离的增加，土壤中Cu含量逐渐减少，四季豆中Cu的含量最大值出现在离公路20 m处，5 m处四季豆Cu含量最低，可以说明土壤中Cu含量不会迁移到四季豆可食用部分。四季豆中Cu和土壤Cu不是同一个来源。

图1 农田土壤与四季豆中Pb含量与公路距离关系Fig.1 The relationship between the distance from road and Pb content in soil and kidney bean

图2 农田土壤与四季豆中As含量与公路距离关系Fig.2 The relationship between the distance from road and As content in soil and kidney bean

图3 农田土壤与四季豆中Cu含量与公路距离关系Fig.3 The relationship between the distance from road and Cu content in soil and kidney bean

3 讨论

在调查区域，距离公路5 m处，土壤和四季豆Pb超标率均为100 %，都受到Pb污染，距公路20 m处，土壤污染等级为警戒线，四季豆属轻度污染，距公路50 m处，土壤和四季豆均未受到Pb污染。根据污染指数显示越靠近公路土壤Pb含量越高，贺婧[12]研究也有相同结果。随着离公路距离的增加，土壤、四季豆中Pb含量逐渐减少，变化趋势一致。说明四季豆中的Pb主要来源为汽车尾气排放。建议在距公路50 m外种植四季豆。

土壤和四季豆均未受到As的污染，土壤中As含量呈现随远离公路而趋减，四季豆中As的含量很低，不受公路远近的影响。大部分研究公路旁土壤、农作物重金属污染都没有测定As元素，本研究测定As，主要是由于该研究区域靠近阳宗海，阳宗海在2008年遭受严重的As污染[13],为研究阳宗海周边土壤、农作物重金属污染提供基础数据。

在调查区域，土壤受Cu污染严重，并随远离公路而减轻，分析原因，Cu主要来自刹车里衬的机械磨损[2]，调查区域在某水厂附近，有大量的货车在路边停车装运，因此影响较大。虽然土壤Cu污染严重，但四季豆均未受到Cu污染，说明土壤Cu没有迁移转化到四季豆可食用部分。四季豆中Cu的最高含量出现在距公路20 m处，距公路5 m处四季豆Cu含量最低，可以说明土壤Cu和四季豆Cu不是同一来源，四季豆Cu可能和降尘、施肥等有关。