公路绿化景观土壤生态污染风险研究

华开成　王赵明

摘要：研究针对公路绿化景观土壤中的重金属污染，采用断面法对公路绿化景观土壤取样，分析土壤中的Pb、Cu、Zn、Cr、Ni、Cd重金属空间分布特征和含量，研究重金属之间的相关性，研究重金属的来源是否相同。采用地累积指数和分级标准对公路绿化景观土壤进行潜在的生态风险评价，并分析污染程度和污染空间的分布特征。开展公路绿化景观土壤重金属污染含量分析和生态评价，分析重金属在土壤中的含量和迁移路径，可为公路绿化土壤和农业生产的合理分布及污染防治提供基础数据和科学依据，具有重要的社会意义和环境意义。

关键词：公路；景观土壤；生态污染；风险分析

中图分类号：X826 文献标志码：B

前言

在快速发展的公路交通系统的情况下，随之而来的是发展交通对生态环境、大气环境和土壤造成了严重的影响，特别是对土壤的影响尤其严重，包括土壤重金属污染、各种挥发性有机物污染等。严重影响了高速公路景观绿化土壤的生态平衡。根据最近对公路绿化景观土壤污染的研究可以看出，公路土壤中的铅的污染主要来源于汽车燃油燃烧排放污染，金属锌和镉的土壤污染主要来自汽车金属和橡胶轮胎的磨损，金属铜来自汽车刹车片的磨损和散热水箱的腐蚀，日积月累的重金属污染随着大气和天气的扩散及沉降，从不同的路径扩散迁移到了土壤和水体当中，导致农作物及人类健康受到极大的影响。公路绿化景观土壤的重金属污染的来源，主要包含汽车尾气、垃圾填埋、工业废弃物的排放、人类采矿和冶炼活动等等。采用地累积指数和分级标准对公路绿化景观土壤进行潜在的生态风险评价，并分析污染程度和污染空间的分布特征。开展公路绿化景观土壤重金属污染含量分析和生态评价，分析重金属在土壤中的含量和迁移路径，可为公路绿化土壤和农业生产的合理分布及污染防治提供基础数据和科学依据，具有重要的社会意义和环境意义。

1 实验部分

1.1 样品采集与处理

样品取样于天气晴朗且无风的条件下，设置3个取样断面，在公路断面两侧的绿化土壤中，每隔Sm进行取样，取样深度分别为10 cm、20 cm、30 cm，然后对称取样。每隔断面所取样品进行混合后，按缩分法得到断面的样品。每个断面采集30个土壤样品进行混合。在垂直方向进行土壤取样，分别在距离公路断面5m的两侧进行土壤剖面取样，取样的深度分别为5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm。每个深度取样点为9个，每个点取500g，然后混合缩分后成为一个样。

1.2 样品取样处理及检测

取样土壤带回实验室后，将样品平铺在塑料纸上进行自然风干1个月，样品风干后，用试验筛去除土壤中的石块、植物根系、其它金属等杂质，然后经过粉碎后，通过1 mm的试验筛。然后进行土壤重金属检测。取样的风干土壤采取酸进行消解后，采用电感耦合等离子发射光谱仪ICP - AES测定土壤中Cu、Zn、As、Pb、Cd、Cr的含量。

1.3 主要设备和试剂

电感耦合等离子发射光谱仪（ICP - 3200）、pH酸度计（PH -6）、电热恒温干燥箱（DHG - 9426）、电热板（XWF - 1000）、硝酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、高氯酸（分析纯）。

1.4 高速公路和断面位置

研究公路段为K160+200 - K196+000区间，线路总长约36.2 km，位于广州市区北部，白云国际机场南部，属于花莞高速的一部分。在公路K165+350、K180 +760、K192+150三个断面两侧路基5米处，分别布置一个0.6×0.6×0.5 m的土壤剖面，然后分别采样断面深度为0.5 m、0.1 m、0. 15 m、0.2 m、0.3 m、0.4 m、0.5 m剖面的土样，每个土样取3 kg。

2 结果与讨论

2.1 景观土壤中重金属的含量

景观土壤中重金属的含量Cu、Zn、Pb、Cr、Ni、Cd的含量检测结果如下，三种重金属含量大小排序为Zn> Pb>Cu，Zn的含量在公路绿化土壤中含量最高，景观土壤中重金属Cr的含量最高，Cd的含量最低，平均值Cr为113. 24 mg/kg，Ni为18. 34 mg/kg，Cd为1.33 mg/kg。重金属Cr的含量约是Cr的2倍。Cd的含量最低，约为0.12 mg/kg。

2.2 公路绿化景观土壤重金属垂直分布

如图1-图2所示公路绿化土壤中不同重金属土壤断面的垂直分布及迁移特征。图1是土壤重金属Pb、Cu、Ni在断面上的垂直分布。不同的重金属之间的垂直分布存在显著的差异。重金属Ni在深度20 cm范围内，随着土壤的深度加深，含量逐渐减小。在20 - 30 cm的范围内，又逐渐增加，30 - 50cm的范围内，随着深度的增加，含量又逐渐减少。金属Pb随着深度的增加，含量先增加后减少，变化范围在40 - 60 mg/kg。土壤中的Cu随着断面深度的增加，总体呈现下降的趋势，含量变化范围较大。金属Zn的含量随着深度的不断增加，呈现Z字型的变化趋势，说明土壤中的Zn的污染严重，变化范围在100 - 130 mg/kg。金属Cr在0-15 cm的深度范围内，呈现一个下降的趋势。继续往下，出现一个突然的增大。金属Cd在0-20 cm的深度范围内，出现一个小幅的增加，增加幅度不大，随着断面深度的不断增加，含量逐渐下降，说明金属Cd的污染停留在土壤表层，没有影响到深层土壤。

土壤表层不容易受到扰动，汽车在公路上行驶的时候，会产生重金属污染粉尘，经过降雨后流入附近绿化土壤当中，主要富集在表层的土壤中。但是农业耕种的过程中会产生深入的翻动，是造成重金属在土壤中进行垂直迁移的主要原因，其次，土壤的胶体结构和土壤中各种螯合态、离子态的金属结构物，会对重金属的迁移造成影响，包括胶体吸附、代换、络合螯合等作用，造成了不同的重金属元素在土壤垂直断面上迁移的明显的不同。从另一方面说明了重金属在不同深度土层中分布和迁移的复杂性。

2.3 绿化景观土壤重金属相关性分析

如图3所示所采集土壤的所有的样品进行含量检测和双变量相关分析的结果。根据重金属之间的相关性分析的结果，可以知道如果两种重金属之间存在显著相关性，则可以得到两个元素之间存在相同的来源，相反来源不相同。从图中可以看出，Cu和Zn、Ni之间存在显著相关性，相关性水平在0. 287 -0. 687之间。Cd和Ni、Zn、Cr之间也存在显著的相关性。证明这6种重金属可能来自相同的排放物或者地点。

3 结束语

土壤中三种重金属含量大小排序为Zn>Pb>Cu，Zn的含量在公路绿化土壤中含量最高。断面QYDI的重金属地累积指数平均的Igeo按照大小依次排列为Ni>Cd>Zn>Pb>Cu>Cr。Cu和Zn、Ni之间存在显著相关性，其相关性水平在0.287 -0. 687之间。Cd和Ni、Zn、Cr之间也存在显著的相关性。证明这6种重金属可能来自相同的排放物或者地点。不同的重金属之间的垂直分布存在显著的差异。重金属Ni在深度20 cm范围内，随着土壤的深度的加深，其含量逐渐减小。金属Cr在0-15 cm的深度范围内，呈现一个下降的趋势。继续往下，出现一个突然的增大。金属Cd在0-20 cm的深度范围内，出现一个小幅的增加，增加幅度不大，随着断面深度的不断增加，含量逐渐下降，说明金属Cd的污染停留在土壤表层，没有影响到深层土壤。