乌鲁木齐市河滩快速路侧Pb重金属含量及生物有效性研究

摘 要 为研究新疆乌鲁木齐市河滩快速路侧Pb重金属生物有效性，通过采集河滩快速路侧的大气样品、土壤样品、植物样品，测定重金属Pb含量，并使用生物有效性测试方法评估重金属的生物有效性。试验结果表明：河滩快速路侧土壤中重金属的生物有效性较低；4个样地土壤中Pb含量均低于筛选值，米东工业区和西大桥0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量高于背景值，上沙河立交桥0～10 cm土壤中Pb含量高于背景值，10～25 cm土壤中Pb含量低于背景值，烈士陵园0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量均低于背景值；西大桥大气Pb含量最高，烈士陵园最低；4个样地土壤中Pb重金属以残渣态为主，铁锰结合态次之，可交换态占比较小。

关键词 重金属；快速路；生物有效性；新疆乌鲁木齐市

中图分类号：X142；X820.1 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.16.001

新疆乌鲁木齐市地域广阔，总面积15 216 km2，规划区面积11 595 km2，中心城区面积1 535 km2，范围北至五一农场、安宁渠镇、古牧地镇、芦草沟乡行政北界，南至天山区行政界线南界，东、西以规划高速公路外环为界[1]。乌鲁木齐市属温带大陆性气候，四季鲜明，春夏季炎热、干燥、少雨，秋冬季严寒、少雪，且春夏季早上低温、中午炎热、晚上多风，秋冬季早上多风、中午干燥、晚上低温，气候变化明显且气温年较差、气温日较差均较大[2]。

近年来，随着乌鲁木齐市快速路建设日益加快，交通运输活动导致快速路侧土壤重金属污染严重。土壤无机污染物中以Pb重金属比较突出，主要是由于Pb重金属很难被土壤微生物所分解，易于积累并转化为毒性更强的甲基化合物[3-5]。交通运输活动产生的大量有毒、有害的Pb重金属通过各种途径进入土壤，导致土壤中的微量金属元素含量超过背景值，严重影响土壤质量，使路侧的树木生长受到抑制[6]。基于此，笔者研究了乌鲁木齐市河滩快速路侧Pb重金属生物有效性。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

于乌鲁木齐市沿河滩快速路设4个样地（米东工业区、西大桥、上沙河立交桥、烈士陵园），每个样地与快速路距离相同（5～10 m）处设置3个样方（20 m×

20 m），样方间距离为50 m，共计12个样方。根据样方内植物位置，参照五点取样法尽可能均匀地选取5株植物进行采集，并同步对土壤取样，大气样品沿快速路方向平均取3个。米东工业区在建区域较多，绿化方面并不完善，有数控厂、机械厂、药业厂等工厂。上沙河立交桥沿线分布有居民区、工业园、修车厂及大物流集散区。西大桥位于河滩快速路中部，车流量大。烈士陵园沿线绿化较为完善，绿化面积大。

4个样地较好地概括了快速路侧不同类型的路段，分别在道路沿线进行样本的采集。

大气样品的采集与处理：大气样品为大气降尘，在快速路沿线用塑料刷子收集护栏、路沿表面的大气降尘，将样品充分混匀，装袋保存。去除样品中明显杂质，过筛孔直径为0.150 mm的筛网，封存于塑料自封袋中保存，待用。

土壤样品的采集与处理：用土钻沿垂直方向采集植物根系周围0～10 cm、10～25 cm深度土壤，分别混合均匀后，通过四分法获取土样装入塑料自封袋中并编号，将土样带回实验室。剔除土样中的异物后，自然风干，去除杂质磨碎，过筛孔直径为0.150 mm的筛网，封存于塑料自封袋中保存，待用。

植物样品的采集与处理：草本植物取其整株，树木叶片及树枝使用高枝剪在树木上中下3个高度分别取样（东、南、西、北4个方向）并混合，根系沿树木枝干的主要分枝寻找并采集，保留细小根系，树芯使用30 cm长树木生长锥进行钻取，并取部分树皮。去除植物样品表面杂质，恒温烘箱105 ℃下杀青30 min，65 ℃烘干至质量恒定，然后粉碎机粉碎，过筛孔直径为0.150 mm的筛网，密封保存。

1.2 样品中重金属元素分级的测定

植物样品中重金属元素分级的测定方法：化学试剂逐步提取法[7]。土壤及大气降尘样品中重金属元素的测定方法：采用硝酸-双氧水-氢氟酸多酸消解，ICP-OES/MS测定土壤重金属元素含量[8]。

1.3 数据分析

使用Excel 2016、SPSS 27.0.1统计软件对试验数据进行分析处理。

2 结果与分析

2.1 河滩快速路侧土壤与大气Pb含量

由图1可知，河滩快速路侧土壤中Pb含量与大气中Pb含量在样地中的分布规律相似。4个样地土壤中Pb含量均低于筛选值，米东工业区和西大桥0～10 cm、

10～25 cm土壤中Pb含量高于背景值，上沙河立交桥0～10 cm土壤中Pb含量高于背景值，10～25 cm土壤中Pb含量低于背景值，烈士陵园0～10 cm、10～25 cm土壤中Pb含量均低于背景值。大气中Pb含量较高值出现在西大桥采样点，最低在烈士陵园，这与研究区的植被覆盖率有一定的关联。

2.2 植物Pb重金属含量

由图2可知，圆冠榆枝叶、树皮树芯中Pb含量较高，达8.33%、13.46%；白榆根系中Pb含量较高，为10.74%；新疆杨根系中Pb含量最低，为1.83%。各植物树皮树芯中Pb含量依次为圆冠榆13.46%、白榆8.39%、新疆杨5.48，各植物根系中Pb含量依次为白榆10.74、蒲公英5.18%、圆冠榆5.07%、灰绿藜3.42%、新疆杨1.83%，各植物枝叶中Pb含量依次为圆冠榆8.33%、白榆3.60%、新疆杨1.91%，各植物茎叶中Pb含量依次为灰绿藜2.67%、蒲公英2.52%。

图中误差线为标准差，图上字母a、b表示方差分析的结果，不同字母代表二者差异显著（p＜0.05）。

2.3 快速路侧土壤与植被中Pb形态分布特征

重金属的不同赋存形态对生物的毒性也存在差异。例如，可溶态和可交换态的重金属对生物的毒性较高，而结合态和复合态的重金属则较难被生物吸收和利用。研究重金属赋存形态对生物的毒性，可以为重金属污染的风险评估提供重要的数据支持。快速路侧土壤中重金属Pb的形态主要为残渣态（见表1），植物中重金属Pb的形态以可交换态为主。

米东工业区、上沙河立交桥、烈士陵园土壤中可交换态Pb占比较高，达1.40%，西大桥土壤中可交换态Pb占比最低，为1.00%；在4个研究区内，碳酸盐态Pb占比一致，为1.00%；米东工业区土壤中铁锰结合态Pb占比较高，达11.00%，西大桥区铁锰结合态Pb较低，为5.00%；上沙河立交桥区、西大桥区、烈士陵园区残渣态Pb占比基本一致，米东工业区残渣态Pb占比较低，为86.60%。

由于生物有效性分级分析步骤较复杂、试验需要时间较长，笔者选取了代表性较强、出现频率高的植物为例进行了重金属生物有效性分析，植物各器官中只选择了对比研究意义较高的叶和根为例进行了分析。快速路侧植物中Pb的形态分布特征如图4所示。由图3

可知，灰绿藜茎叶、根系中，Pb以残渣态存在；新疆杨枝叶中Pb以碳酸盐态为主，根系中Pb以残渣态存在。

3 结论与讨论

重金属的毒性效应和生物富集性，不仅取决于重金属的含量，更大程度上取决于重金属的赋存形态。重金属污染是一个长期积累的过程，通过对快速路侧的重金属形态特征的分析，为缓解修复、防控污染提供合理的理论依据[9-12]。重金属的含量变化差异并不能完全解释各元素在土壤、植物、大气的特征，针对重金属形态的研究越发重要，通过得到各种形态重金属的分布规律，进一步了解重金属的分布[13-16]。根据研究，笔者得出以下结论。

1）土壤重金属含量及形态分布特征：4个样地土壤中Pb的含量均低于筛选值，米东工业区和西大桥土壤中Pb的含量高于背景值，表明河滩快速路侧土壤与大气中存在不同程度的重金属积累现象。研究区土壤中重金属以残渣态为主，铁锰结合态次之，可交换态占比较小。Pb以残渣态和铁锰结合态存在。

2）植物重金属含量及形态分布特征：圆冠榆枝叶、树皮树芯中Pb含量较高，达8.33%、13.46%；白榆根系中Pb含量较高，为10.74%；新疆杨根系中Pb含量最低，为1.83%；各植物树皮树芯中Pb含量依次为圆冠榆13.46%、白榆8.39%、新疆杨5.48，各植物根系中Pb含量依次为白榆10.74、蒲公英5.18%、圆冠榆5.07%、灰绿藜3.42%、新疆杨1.83%。植物各部位中的Pb均以残渣态存在，除了新疆杨叶和白榆根中的Pb以碳酸盐态存在。

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（责任编辑：刘宁宁）