公路綠化景觀土壤生態(tài)污染風(fēng)險(xiǎn)研究

華開成　王趙明

摘要：研究針對(duì)公路綠化景觀土壤中的重金屬污染，采用斷面法對(duì)公路綠化景觀土壤取樣，分析土壤中的Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Cd重金屬空間分布特征和含量，研究重金屬之間的相關(guān)性，研究重金屬的來(lái)源是否相同。采用地累積指數(shù)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公路綠化景觀土壤進(jìn)行潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并分析污染程度和污染空間的分布特征。開展公路綠化景觀土壤重金屬污染含量分析和生態(tài)評(píng)價(jià)，分析重金屬在土壤中的含量和遷移路徑，可為公路綠化土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理分布及污染防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，具有重要的社會(huì)意義和環(huán)境意義。

關(guān)鍵詞：公路；景觀土壤；生態(tài)污染；風(fēng)險(xiǎn)分析

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

在快速發(fā)展的公路交通系統(tǒng)的情況下，隨之而來(lái)的是發(fā)展交通對(duì)生態(tài)環(huán)境、大氣環(huán)境和土壤造成了嚴(yán)重的影響，特別是對(duì)土壤的影響尤其嚴(yán)重，包括土壤重金屬污染、各種揮發(fā)性有機(jī)物污染等。嚴(yán)重影響了高速公路景觀綠化土壤的生態(tài)平衡。根據(jù)最近對(duì)公路綠化景觀土壤污染的研究可以看出，公路土壤中的鉛的污染主要來(lái)源于汽車燃油燃燒排放污染，金屬鋅和鎘的土壤污染主要來(lái)自汽車金屬和橡膠輪胎的磨損，金屬銅來(lái)自汽車剎車片的磨損和散熱水箱的腐蝕，日積月累的重金屬污染隨著大氣和天氣的擴(kuò)散及沉降，從不同的路徑擴(kuò)散遷移到了土壤和水體當(dāng)中，導(dǎo)致農(nóng)作物及人類健康受到極大的影響。公路綠化景觀土壤的重金屬污染的來(lái)源，主要包含汽車尾氣、垃圾填埋、工業(yè)廢棄物的排放、人類采礦和冶煉活動(dòng)等等。采用地累積指數(shù)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)公路綠化景觀土壤進(jìn)行潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并分析污染程度和污染空間的分布特征。開展公路綠化景觀土壤重金屬污染含量分析和生態(tài)評(píng)價(jià)，分析重金屬在土壤中的含量和遷移路徑，可為公路綠化土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的合理分布及污染防治提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學(xué)依據(jù)，具有重要的社會(huì)意義和環(huán)境意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品采集與處理

樣品取樣于天氣晴朗且無(wú)風(fēng)的條件下，設(shè)置3個(gè)取樣斷面，在公路斷面兩側(cè)的綠化土壤中，每隔Sm進(jìn)行取樣，取樣深度分別為10 cm、20 cm、30 cm，然后對(duì)稱取樣。每隔斷面所取樣品進(jìn)行混合后，按縮分法得到斷面的樣品。每個(gè)斷面采集30個(gè)土壤樣品進(jìn)行混合。在垂直方向進(jìn)行土壤取樣，分別在距離公路斷面5m的兩側(cè)進(jìn)行土壤剖面取樣，取樣的深度分別為5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm。每個(gè)深度取樣點(diǎn)為9個(gè)，每個(gè)點(diǎn)取500g，然后混合縮分后成為一個(gè)樣。

1.2 樣品取樣處理及檢測(cè)

取樣土壤帶回實(shí)驗(yàn)室后，將樣品平鋪在塑料紙上進(jìn)行自然風(fēng)干1個(gè)月，樣品風(fēng)干后，用試驗(yàn)篩去除土壤中的石塊、植物根系、其它金屬等雜質(zhì)，然后經(jīng)過(guò)粉碎后，通過(guò)1 mm的試驗(yàn)篩。然后進(jìn)行土壤重金屬檢測(cè)。取樣的風(fēng)干土壤采取酸進(jìn)行消解后，采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀ICP - AES測(cè)定土壤中Cu、Zn、As、Pb、Cd、Cr的含量。

1.3 主要設(shè)備和試劑

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP - 3200）、pH酸度計(jì)（PH -6）、電熱恒溫干燥箱（DHG - 9426）、電熱板（XWF - 1000）、硝酸（分析純）、鹽酸（分析純）、高氯酸（分析純）。

1.4 高速公路和斷面位置

研究公路段為K160+200 - K196+000區(qū)間，線路總長(zhǎng)約36.2 km，位于廣州市區(qū)北部，白云國(guó)際機(jī)場(chǎng)南部，屬于花莞高速的一部分。在公路K165+350、K180 +760、K192+150三個(gè)斷面兩側(cè)路基5米處，分別布置一個(gè)0.6×0.6×0.5 m的土壤剖面，然后分別采樣斷面深度為0.5 m、0.1 m、0. 15 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m、0.5 m剖面的土樣，每個(gè)土樣取3 kg。

2 結(jié)果與討論

2.1 景觀土壤中重金屬的含量

景觀土壤中重金屬的含量Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd的含量檢測(cè)結(jié)果如下，三種重金屬含量大小排序?yàn)閆n> Pb>Cu，Zn的含量在公路綠化土壤中含量最高，景觀土壤中重金屬Cr的含量最高，Cd的含量最低，平均值Cr為113. 24 mg/kg，Ni為18. 34 mg/kg，Cd為1.33 mg/kg。重金屬Cr的含量約是Cr的2倍。Cd的含量最低，約為0.12 mg/kg。

2.2 公路綠化景觀土壤重金屬垂直分布

如圖1-圖2所示公路綠化土壤中不同重金屬土壤斷面的垂直分布及遷移特征。圖1是土壤重金屬Pb、Cu、Ni在斷面上的垂直分布。不同的重金屬之間的垂直分布存在顯著的差異。重金屬Ni在深度20 cm范圍內(nèi)，隨著土壤的深度加深，含量逐漸減小。在20 - 30 cm的范圍內(nèi)，又逐漸增加，30 - 50cm的范圍內(nèi)，隨著深度的增加，含量又逐漸減少。金屬Pb隨著深度的增加，含量先增加后減少，變化范圍在40 - 60 mg/kg。土壤中的Cu隨著斷面深度的增加，總體呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，含量變化范圍較大。金屬Zn的含量隨著深度的不斷增加，呈現(xiàn)Z字型的變化趨勢(shì)，說(shuō)明土壤中的Zn的污染嚴(yán)重，變化范圍在100 - 130 mg/kg。金屬Cr在0-15 cm的深度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢(shì)。繼續(xù)往下，出現(xiàn)一個(gè)突然的增大。金屬Cd在0-20 cm的深度范圍內(nèi)，出現(xiàn)一個(gè)小幅的增加，增加幅度不大，隨著斷面深度的不斷增加，含量逐漸下降，說(shuō)明金屬Cd的污染停留在土壤表層，沒有影響到深層土壤。

土壤表層不容易受到擾動(dòng)，汽車在公路上行駛的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生重金屬污染粉塵，經(jīng)過(guò)降雨后流入附近綠化土壤當(dāng)中，主要富集在表層的土壤中。但是農(nóng)業(yè)耕種的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生深入的翻動(dòng)，是造成重金屬在土壤中進(jìn)行垂直遷移的主要原因，其次，土壤的膠體結(jié)構(gòu)和土壤中各種螯合態(tài)、離子態(tài)的金屬結(jié)構(gòu)物，會(huì)對(duì)重金屬的遷移造成影響，包括膠體吸附、代換、絡(luò)合螯合等作用，造成了不同的重金屬元素在土壤垂直斷面上遷移的明顯的不同。從另一方面說(shuō)明了重金屬在不同深度土層中分布和遷移的復(fù)雜性。

2.3 綠化景觀土壤重金屬相關(guān)性分析

如圖3所示所采集土壤的所有的樣品進(jìn)行含量檢測(cè)和雙變量相關(guān)分析的結(jié)果。根據(jù)重金屬之間的相關(guān)性分析的結(jié)果，可以知道如果兩種重金屬之間存在顯著相關(guān)性，則可以得到兩個(gè)元素之間存在相同的來(lái)源，相反來(lái)源不相同。從圖中可以看出，Cu和Zn、Ni之間存在顯著相關(guān)性，相關(guān)性水平在0. 287 -0. 687之間。Cd和Ni、Zn、Cr之間也存在顯著的相關(guān)性。證明這6種重金屬可能來(lái)自相同的排放物或者地點(diǎn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

土壤中三種重金屬含量大小排序?yàn)閆n>Pb>Cu，Zn的含量在公路綠化土壤中含量最高。斷面QYDI的重金屬地累積指數(shù)平均的Igeo按照大小依次排列為Ni>Cd>Zn>Pb>Cu>Cr。Cu和Zn、Ni之間存在顯著相關(guān)性，其相關(guān)性水平在0.287 -0. 687之間。Cd和Ni、Zn、Cr之間也存在顯著的相關(guān)性。證明這6種重金屬可能來(lái)自相同的排放物或者地點(diǎn)。不同的重金屬之間的垂直分布存在顯著的差異。重金屬Ni在深度20 cm范圍內(nèi)，隨著土壤的深度的加深，其含量逐漸減小。金屬Cr在0-15 cm的深度范圍內(nèi)，呈現(xiàn)一個(gè)下降的趨勢(shì)。繼續(xù)往下，出現(xiàn)一個(gè)突然的增大。金屬Cd在0-20 cm的深度范圍內(nèi)，出現(xiàn)一個(gè)小幅的增加，增加幅度不大，隨著斷面深度的不斷增加，含量逐漸下降，說(shuō)明金屬Cd的污染停留在土壤表層，沒有影響到深層土壤。