宿州市城區主干道兩側土壤重金屬分布特征與評價

闞立波 許繼影 胡成

摘 要：為了解宿州市城區主干道兩側土壤重金屬污染情況，現對市區的37個采樣點進行了采樣分析。考慮到城市環境的復雜性，采樣點在分布時兼顧了老城區和新興城區，涵蓋城區的內環和外環中的不同功能區。樣品的測試結果表明，檢測出的8種重金屬元素中Cu的變異系數達到了108.58%，Ni的變異系數也有51.75%，兩者平面分布差異最大。Fe、Zn、Co、Pb的含量超過了安徽省土壤背景值，Cu、Cr、Ni、Mn有部分采樣點的含量超過了安徽省土壤背景值，超出采樣點占比分別為59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。所測重金屬元素的Sufer分布圖表明，Pb、Cr、Zn、Cu、Ni的高值區位于老城區，新興城區并未出現異常富集。地質累積指數分析結果表明，Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度主要介于無污染到中度污染之間，對此應持謹慎態度，加強環境治理與監管。

關鍵詞：土壤;重金屬;交通干道

中圖分類號：X53;X826文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）32-0151-06

Environmental Quality Evaluation of Heavy Metals Content in Soils on

Both Sides of Main Road in Suzhou City

KAN Libo XU Jiying HU Cheng

（Suzhou University，Suzhou Anhui 234000）

Abstract： In order to understand the pollution of heavy metals on both sides of main roads in Suzhou City， 37 sampling sites were sampled and analyzed. Considering the complexity of the urban environment， the sampling points were distributed in both old and emerging areas， covering different functional areas in the inner and outer rings of the old urban areas. The results showed that the coefficient of variation of Cu in the eight heavy metal elements was 108.58 and 51.75 respectively. The content of Fe，Zn，Co，Pb exceeded the soil background value of Anhui Province， and the content of Cu，Cr，Ni，Mn in some picking points exceeded the soil background value of Anhui Province. The Sufer map showed that the high numerical value area of Pb，Cr，Zn，Cu，Ni was located in the old urban area， but there was no abnormal enrichment in new district. The result of geological accumulation index analysis showed that the pollution degree of Pb，Zn，Co，Ni，Mn，Cu was mainly between non-pollution and moderate pollution， so we should be cautious about the pollution degree attitude， strengthen environmental governance and supervision.

Keywords： soil;heavy metal;main road

交通干道是城市運行的結構骨架，在推動區域發展的過程中具有重要意義。近年來，隨著對交通干道沿線環境質量展開調查，交通運輸業的發展所誘發的環境問題引發了社會廣泛關注。Nabulo等[1-2]的研究發現，交通干道兩側的土壤和植被所賦存的重金屬超過了當地背景值。造成此種現象的原因有很多，其中包括車輛的制造工藝、車流量、路況、附近植被覆蓋率及植被類型等道路情況;徑流量、盛行風向、降雨量等氣象條件;垃圾及生活廢水的排放等生活因素[3]。

風力作用會擴大重金屬粉塵的活動范圍，淋濾作用會加深土壤的污染深度[4]。污染范圍的擴大、污染程度的加深會對在該區域內生活的人群身體造成潛在危害，尤其是青少年兒童[5]。在缺乏潔凈水源的地區，水資源的匱乏程度也會因重金屬污染而加重，加劇木桶效應，縮小區域發展空間。

由于不同地區的背景值及污染源不同，如何有針對性地分析各區域交通情況與土壤重金屬污染程度的關聯，這成為各地區研究的重點[6]。基于此，本文主要研究宿州交通干道沿線土壤中重金屬的分布情況及其污染源，對區域環境質量作出客觀科學的評價，為今后宿州城區土壤治理和環境保護提供一定的依據。

1 樣品采集與測試

1.1 研究區概況

宿州市位于皖北平原，是“省際交匯區域中心城市”，城市發展歷史悠久，文化底蘊深厚。市區交通便利，京滬高鐵途經此地，省道、國道在此交匯，交通線路成網格狀結構。市區人口密集，且市區內部的功能區劃分較為模糊。

1.2 采樣點布置及采樣步驟[7-8]

采樣點的布置重點是圍繞市區幾個主干道兩側。點位0—7位于汴河路東側延長線上。點位27—32位于城區東側的港口路、宿固路上，點位16—19位于城區南側的迎賓大道，點位20—22位于城區西側的拂曉大道，點位10、11、23、24位于城區北側，這四條線路從四個方位完整地將城區外圍環繞起來。點位8、9、10、15、33、34、35、36較均勻散布于市區內部。點位12—14沿匯源大道分布在汴河兩岸。采點分布兼顧了老城區和新興城區，涵蓋城區的內環和外環。此外，在火車站、汽車站、商貿城等可能造成土壤污染的區域均布置了采點。采樣點分布見圖1。

本次共布置了37個采樣點，每個采樣點分六個采樣單元，道路兩側各3個采樣單元，相鄰兩個采樣單元間隔約為20m，采樣點間隔約為1 000m。

采樣時所采集的土壤距地表的垂直深度為10～20cm，采樣后將六個采樣單元樣品在安徽省煤礦勘探工程技術研究中心室內進行自然風干，之后充分混合，剔除明顯的植物根系、石塊等雜質，采用“四分法”保留約1kg作為該采樣點的樣品。

1.3 樣品的處理步驟

1.3.1 過篩、裝袋。在樣品處理階段，將采樣點的樣品各自用瑪瑙研缽充分研碎，然后用200目的尼龍篩篩一遍。篩過的土樣裝入密封袋，貼標簽。需要注意的是，每次處理樣品前，使用過的尼龍篩、研缽均需清洗干凈，瑪瑙研缽用酒精擦拭一遍，確保樣品不會受污染。

1.3.2 壓制樣片。將土樣和硼酸依次緩慢倒入壓片模具中，模具預置好后放入液壓機中壓制成片。開始壓片前，搖動液壓機手柄，直至刻度表的內圈數字達到20以上，接著靜置1min左右。最后，取片。取樣片時注意手不要觸碰到樣品土樣面。完成一個樣片后，注意及時用酒精清洗模具，避免污染之后的樣片。

1.3.3 測試。測試時，將樣片放入儀器中，點擊電腦桌面的測試儀器軟件，開始測試。測試所使用的儀器為XRF熒光光譜儀，該儀器采用物理方法測量重金屬含量，測試速度快，綜合效率高。XRF熒光光譜儀測得的重金屬元素有Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb。

2 樣品測試結果與重金屬元素分布

2.1 樣品測試結果

樣品測試結構如表1和表2所示。

由表2可知：在所測得的8種重金屬元素中，含量最多的是Fe元素，含量平均值為22 735.17mg·kg-1，含量范圍為15 894.95～26 112.61mg·kg-1。其余元素含量平均值由大到小依次是：Mn元素含量平均值458.25mg·kg-1，含量范圍為374.41～557.02mg·kg-1;Zn元素含量平均值106.90mg·kg-1，含量范圍為73.83～176.13mg·kg-1;Cr元素含量平均值64.86mg·kg-1，含量范圍為52.91～117.91mg·kg-1;Pb元素含量平均值46.28mg·kg-1，含量范圍為39.92～58.70mg·kg-1;Co元素含量平均值36.17mg·kg-1，含量范圍為19.19～52.99mg·kg-1;Cu元素含量平均值34.41mg·kg-1，含量范圍為3.17～192.30mg·kg-1;Ni元素含量平均值16.80mg·kg-1，含量范圍為0.00～35.24mg·kg-1。

由以上數據可知，含量最多的重金屬元素為Fe;含量最少的重金屬元素為Ni。

Cu的變異系數最大，達到了108.58%。Ni的變異系數也達到了51.75%，僅次于Cu。Cu、Ni變異系數遠大于剩余元素，剩余6種元素的變異系數均小于25%。變異系數最小的是Mn，為7.45%。變異系數的分析需要結合實際情況，污染與否還需具體結合其他條件分析。Cu、Ni變異系數大說明分布差異大，受人為因素影響的可能性大。反之，則說明分布差異小，受人為污染的可能性較低。

Fe、Zn、Co、Pb超過了安徽省土壤背景值。Cu、Cr、Ni、Mn有部分采點所測數據超越了安徽省土壤背景值，超出采樣點占比分別為59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。若超過了安徽省土壤背景值，則說明在本省環境分析中，該元素屬于污染范疇，超過背景值越多，污染越嚴重。

2.2 交通干道沿線土壤重金屬分布圖及其來源分析

Pb、Co的指標均超過了安徽土壤背景值，超標的空間范圍廣，但Pb超標幅度并不高且較均勻，而Co超標幅度偏高且較不均勻。Zn、Cu分別有43%、16%的采樣點的數據超過了土壤環境質量一級標準，超標的原因值得探討。Ni、Cr基本低于土壤環境質量一級標準，Cr有兩個采樣點超標，但鑒于超過的幅度較低，故Ni、Cr均不做討論。Mn、Fe基本低于安徽土壤背景值，處在正常狀態。因此，本文主要分析土壤中Pb、Co、Zn、Cu的分布（如圖2至圖5所示）。

Pb、Co、Zn、Cu作為主要的重金屬污染元素，其來源分析如下。

①土壤中Pb的來源可分為成土母質、人為輸入兩類。常規條件下，土壤中Pb的濃度較低，人為輸入才是城市土壤Pb的主要來源。城市內部的交通運輸所排放的機動車尾氣影響道路兩側土壤中Pb的含量[9]。Pb隨汽車尾氣排出后以顆粒態懸浮于空氣中，并逐漸沉淀在地表，道路通暢程度對沉淀量產生重要影響[10]。需要注意的是，Pb的應用領域并非局限于燃油，在電池、發動機零部件等車輛部位也有著廣泛應用[11]。

宿州Pb最富集的區域為火車站附近。該區域車流量大，交通堵塞嚴重，交通流暢情況不佳。火車站廣場及周邊區域車輛停放的數量多、時間長，車輛尾氣排放量大。市區西北和市區南部Pb富集程度較低。市區西北部有大型濕地公園，植被覆蓋程度好，自然凈化功能強。市區南部多為文教區及新建的開發區，開發歷史較短，尚未構成污染。

②Co分為無放射性、有放射性兩類，不具有放射性鈷即為一般重金屬元素。Co的主要污染來源有礦藏開采、原子能工業產生的廢棄物、放射性科學研究等[12]。宿州市區并無原子能工業與放射性科學研究，醫用放射性儀器使用范圍有限，不足以構成大面積Co污染。但是，宿州的煤礦產業發展較好，火電仍為供電主體。火電站排放出的煙塵中含有Co，加上常年盛行南北風、區域地形平坦等，Co污染范圍廣，指數差異大。

③Zn廣泛用于橡膠加工，用以提高橡膠制品的抗氧化性能，延長使用壽命。同時，車輛所使用的潤滑油中也含有鋅鹽等抗氧化劑。機動車輪胎磨損、機油的使用和機械磨損是交通干道鋅污染的重要來源。宿州的Zn污染高值區位于火車站周邊，火車站附近車流量很大，道路通暢度不佳，車輛磨損加劇。同時，火車站北部1km左右有座大型火電站，重金屬煙塵排放量較大，其中也含有Zn。

④Cu的適當增加能有效提升鈦基合金的耐腐蝕性能，機動車的鈦基合金在使用中產生的機械磨損會使銅的顆粒散發到空氣中，再沉降到地表后污染土壤[13]。宿州市區大部分區域Cu含量處于土壤環境質量一級標準之下，老城區的西部、銀河公園南部污染嚴重。

值得關注的是，重金屬元素的超標區域除了受工業和交通業的作用外，也受到常年盛行風向的影響。宿州春夏季的盛行風向為偏東、偏南，風向頻率各自為41%～42%、22%～25%;秋冬季的盛行風向是偏東、偏北，風向頻率為31%～37%、22%～26%[14]。新興工業區域的生產、秋冬的燃煤供暖、燃煤發電等所產生的煙塵都會隨著風向飄移，最終沉積。

綜上所述，市區污染情況普遍比郊區嚴重。人員活動密集、功能區重疊的區域多項重金屬指標均較高;功能區較為單一且工業活動少的區域，綜合污染情況相對較好。開發歷史悠久的老城區污染嚴重，新興區域污染相對較好。機動車的使用頻率、道路通暢程度、植被濕地覆蓋情況等因素也直接影響污染情況。

3 數據分析方法

3.1 地質累積指數

地質累積指數是對沉積物中重金屬污染程度進行評價的指數[15]。其表達式如下：

[Igeo=log2Cn1.5BEn]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中，[Igeo]為地質累積指數;[BEn]為基線濃度;[Cn]為樣品中元素n的濃度;修正指數通常取1.5。地質累積指數可分為7個級別，不同級別分別代表不同的重金屬污染程度（見表3）。地質累積指數測試結果統計見表4。

從表4可知，依據地質累積指數污染等級的劃分，Cu、Ni、Zn、Co的中等及以上污染率分別為16%、13%、5%、5%，Cu、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb的污染率分別為41%、95%、95%、62%、0.5%、54%、100%。若從地質累積指數角度評判宿州市主干道重金屬污染情況，則會發現Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度雖主要介于無污染到中度污染之間，但這樣的污染范圍依然值得警惕。部分區域的異常富集反映人類活動已深刻地改變了土壤的環境質量水平，危害人體健康。張丹龍等[16]、范佳民等[17]曾對煤炭資源型城市淮南的街面灰塵重金屬進行研究，鑒于宿州也屬于該類型城市，故兩者有一定對比性。宿州的Cr、Pb、Zn含量與淮南相近，但宿州的Cu含量顯著較低。工業與交通運輸的發展一般是城區街塵中Cu元素的主要來源[18]，故認為宿州的工業和交通業較落后是導致此現象的原因。宿州市在省內處于較落后的地位，在未來發展過程中要時刻注意防范重金屬污染。

4 結論

①宿州市的重金屬元素異常區主要分布于市區老城區，污染源主要是行駛在交通干道上的機動車。郊區的分布情況與交通干道有密切關聯，市區的分布情況是多種元素綜合作用的結果。

②以地質累積指數作為評價手段，在8種測得的重金屬元素中，Zn、Co、Pb的污染范圍較廣。Cu、Ni、Zn、Co的部分測點污染程度達到了中等以上，Mn基本處于初級污染程度，Pb處于初級污染程度，但其污染范圍覆蓋了全部測點。宿州市現階段的重金屬污染情況尚好，但鑒于宿州尚處在快速發展階段，故污染程度有惡化的可能。

③有關部門要加強宣傳教育，健全社會監督意識。推廣使用新能源機動車，減少汽車尾氣的排放量。同時，促進產業結構優化升級與合理布局。

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