路域土壤重金属空间分布特征及其影响研究

祁妍娟 张千一 肖潇王冰 卢志萍

摘要：为研究路域土壤重金属的空间分布特征，以镇江市润州区龙门港路（透水沥青路面）与港前路（密实沥青路面）作为研究对象，探究土壤中重金属Pb、Zn的空间分布特征。通过分析路面径流雨水中Pb、Zn污染物含量，得出路面径流对土壤中重金属Pb、Zn含量的影响，并采集了80个土壤样品进行测试，利用单因子污染指数法、综合污染指数法进行了土壤重金属污染评价。结果表明：路面径流污染是导致土壤重金属含量较高的重要因素;城市道路重金属污染非常严重;透水沥青路面对重金属污染物具有一定的截留作用，减少了重金属进入土壤深处。

Abstract： In order to study the spatial distribution characteristics of heavy metals in soil， the spatial distribution characteristics of heavy metals Pb and Zn in soil were studied by taking Longmen Port Road （pervious asphalt pavement） and Gangqian Road （dense asphalt pavement） in Runzhou District of Zhenjiang City as research objects. By analyzing the content of Pb and Zn pollutants in pavement runoff and rainwater， the influence of pavement runoff on the content of heavy metals Pb and Zn in soil was obtained. 80 soil samples were collected for testing. The pollution of heavy metals in soil was evaluated by single factor pollution index method and comprehensive pollution index method. The results show that the runoff pollution of pavement is an important factor leading to the high content of heavy metals in soil; heavy metal pollution in urban roads is very serious; permeable asphalt pavement has a certain retention effect on heavy metal pollutants， reducing heavy metals into the soil.

关键词：土壤重金属污染;空间分布特征;污染指数评价;Pb;Zn

Key words： heavy metal pollution in soil;spatial distribution characteristics;pollution index evaluation;Pb;Zn

中圖分类号：X53                                         文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）12-0155-04

0  引言

随着工业化的快速发展，城市交通日益繁重，造成了各种环境污染问题，其中城市土壤重金属污染尤为严重[1-3]，引起了不少学者的关注。卓文珊等[4]对广州市城区重金属分布和污染进行调查发现，重金属在土壤中已有一定程度的积累，在工业区和新居住区的积累程度比较高，Pb的污染最为严重，已经达到了警戒水平。上海城市土壤和地表灰尘中的重金属均极显著地超过上海土壤背景值，其中土壤和灰尘中的Pb分别是背景值的37倍和174倍[5]。乌鲁木齐、南京等城市土壤均存在着不同程度的重金属污染[6-7]。国外学者对城市土壤重金属污染问题也进行了深入研究[8-10]。大量研究结果表明，道路运输中的汽车尾气排放和轮胎磨损产生的重金属（如Cu、Zn、Pb），均会进入到土壤中，增加了土壤中的重金属含量。而土壤中的重金属由于难降解、易富集，不仅会导致土壤环境不断恶化，还会经各种介质进入人体，影响人类的健康。土壤环境公报[11]发现，相较于北方，我国南方地区土壤污染较为严重，且以长江三角洲和珠三角地区为严重污染地区。故本研究选取了位于长三角核心区域的两条城市公路进行深入研究，拟通过实地取样与室内试验相结合的方法研究路域范围内土壤中重金属污染物的含量、分布及污染情况，为有效控制在路域范围内土壤污染提供基础理论，对于我国道路交通与环境的协调发展具有重要的理论意义和实用价值。

1  试验材料与方法

1.1 研究区域概述

研究区域选取江苏省镇江润州区，润州区位于镇江市区西南部，地处中国经济最活跃的长三角核心区域，测定分析该区域路面径流污染及其对土壤中重金属Pb、Zn含量的影响，并对该区域的路域土壤重金属Pb、Zn空间分布特征及其对生态环境的影响进行研究，有利于控制重金属污染，便于推进经济生态化发展。

1.2 路面径流雨水的采集与测试方法

1.2.1 路面径流雨水的采集

本研究选取镇江市润州区龙门港路（透水沥青路面）与港前路（密实沥青路面）作为研究区域。从降雨开始进行计时，分别在1min、3min、5min、8min、10min、15min、20min、30min、45min、60min这10个时间点使用注射器在各个采集点吸取200mL的路面径流雨水，置于0～5℃恒温箱中留待污染物含量测试使用。

1.2.2 路面径流污染物的测试方法

本文主要探究路面径流污染对土壤中重金属Pb、Zn含量的影响，故采用原子吸收分光光度法测定路面径流雨水中Pb、Zn的含量，并利用下式计算出路面径流污染的平均浓度。

1.3 土壤样品的采集与测试方法

1.3.1 土壤样品的采集

本研究选取镇江市润州区龙门港路（透水沥青路面）与港前路（密实沥青路面）作为土壤的采样区域，采样点布设在距公路水平距离为0m、5m、10m、20m、30m线上的两点，且每处分别在垂直于地表距离0cm、10cm、20cm、30cm处采集1cm3土样，利用取土器共采集了80个土壤样品。

1.3.2 土壤样品的处理及测试方法

将采集的土壤样品风干（自然风干）、研磨、过100目筛，随后测定土壤中重金属（Pb、Zn）的含量，采用的测试方法如表1所示。

1.4 土壤重金属污染评价方法

1.4.1 单因子污染指数法

单因子污染指数（Pi）能对土壤中某一重金属的污染程度进行评价，计算公式为：

其中Ci为某一重金属i的实测含量，Si为重金属i的评价标准，本研究选取镇江市土壤背景值作为评价标准（具体见表2）。Pi≤1时，表示土壤未受到重金属污染;Pi>1时，表示土壤受到重金属污染，且值越大，代表受重金属污染越严重。

1.4.2 综合污染指数法

综合污染指数（P综）能对土壤中的重金属污染程度进行综合评价，计算公式为：

其中Pimax为土壤中重金属单项污染指数的最高值，Piave为土壤中各重金属污染指数的平均值，综合污染指数的评价标准见表3。

2  试验结果及讨论

2.1 路面径流污染物的测试结果

两种类型路面以次径流平均浓度（EMC）为分析指标，具体测试结果如表4所示。

由表4可知，两种路面类型的路面径流污染均超标，其中透水沥青路面相较于密实沥青路面污染较轻。可见路面径流污染是导致土壤重金属含量较高的重要因素。

2.2 土壤重金属污染指数评价

2.2.1 单因子指数法评价

利用单因子指数法对土壤重金属污染进行了单一评价分析，评价结果如表5、6所示。

龙门港路（透水沥青路面）、港前路（密实沥青路面）路域范围内采集的80个土壤样品的重金属单因子污染指数均超过了1，这意味着这两条路均受到了重金属的污染，且污染指数最高分别达到了5.51、7.49，可见城市道路重金属污染非常严重，而造成城市道路重金属污染的主要原因有两个：一是交通运输过程中排放的尾气及轮胎磨耗，二是城市居民丢弃的生活垃圾。故有必要进行一定的交通管制，例如限制重载货车的通行等，同时要做好生活垃圾归类管理工作。

2.2.2 综合污染指数法评价

随后利用综合污染指数法对土壤重金属污染进行了综合评价分析，评价结果如表7所示。

由表7可知，龙门港路（透水沥青路面）、港前路（密实沥青路面）路域范围内土壤的综合污染指数均超过了3，属于重度污染，应当采取一定的措施清理城市重金属污染，以确保生态环境的发展和城市居民的身体健康。进一步对比分析发现，港前路（密实沥青路面）路域范围内土壤重金属综合污染指数比龙门港路（透水沥青路面）的高，由此推断，透水沥青路面对重金属污染物具有一定的截留作用，减少了重金属进入土壤深处。

2.3 土壤重金属空间分布

本文利用Surfer软件绘制了路域土壤中Pb、Zn含量的分布特征图，具体结果如图1所示。

分析图1发现，在最靠近公路旁的路表，重金属Pb、Zn污染均比较严重，可见城市道路上尾气排放严重。龙门港路（透水沥青路面）中的重金属Pb沿水平方向、深度方向浓度均降低，重金属Zn沿水平方向、深度方向浓度大致呈现先降低后上升趋势;港前路（密实沥青路面）中的重金属Pb在距公路水平距离10m范围内，沿深度方向浓度大致呈现下降趋势，10m范围外，沿深度方向浓度大致呈现上升趋势，而重金属Zn在垂直于地表20cm范围内，沿水平方向、深度方向浓度均下降，这是由于路面径流的冲刷和重金属自身的迁移沉积引起的。同时，离公路水平距离、垂直距离最远的土壤中，重金属Pb、Zn的含量也较高，显然是重金属的长期积累。故采取一定的重金属污染防治措施很重要。

3  结论

①两种路面类型的路面径流污染均超标，其中透水沥青路面相较于密实沥青路面污染较轻，且路面径流污染是导致土壤重金属含量较高的重要因素。

②城市道路重金屬污染非常严重，而造成城市道路重金属污染的主要原因有两个：一是交通运输过程中排放的尾气及轮胎磨耗，二是城市居民丢弃的生活垃圾。

③透水沥青路面对重金属污染物具有一定的截留作用，减少了重金属进入土壤深处，同时应采取一定的重金属污染防治措施。

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