宿州市城区主干道两侧土壤重金属分布特征与评价

阚立波 许继影 胡成

摘 要：为了解宿州市城区主干道两侧土壤重金属污染情况，现对市区的37个采样点进行了采样分析。考虑到城市环境的复杂性，采样点在分布时兼顾了老城区和新兴城区，涵盖城区的内环和外环中的不同功能区。样品的测试结果表明，检测出的8种重金属元素中Cu的变异系数达到了108.58%，Ni的变异系数也有51.75%，两者平面分布差异最大。Fe、Zn、Co、Pb的含量超过了安徽省土壤背景值，Cu、Cr、Ni、Mn有部分采样点的含量超过了安徽省土壤背景值，超出采样点占比分别为59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。所测重金属元素的Sufer分布图表明，Pb、Cr、Zn、Cu、Ni的高值区位于老城区，新兴城区并未出现异常富集。地质累积指数分析结果表明，Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度主要介于无污染到中度污染之间，对此应持谨慎态度，加强环境治理与监管。

关键词：土壤;重金属;交通干道

中图分类号：X53;X826文献标识码：A文章编号：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

交通干道是城市运行的结构骨架，在推动区域发展的过程中具有重要意义。近年来，随着对交通干道沿线环境质量展开调查，交通运输业的发展所诱发的环境问题引发了社会广泛关注。Nabulo等[1-2]的研究發现，交通干道两侧的土壤和植被所赋存的重金属超过了当地背景值。造成此种现象的原因有很多，其中包括车辆的制造工艺、车流量、路况、附近植被覆盖率及植被类型等道路情况;径流量、盛行风向、降雨量等气象条件;垃圾及生活废水的排放等生活因素[3]。

风力作用会扩大重金属粉尘的活动范围，淋滤作用会加深土壤的污染深度[4]。污染范围的扩大、污染程度的加深会对在该区域内生活的人群身体造成潜在危害，尤其是青少年儿童[5]。在缺乏洁净水源的地区，水资源的匮乏程度也会因重金属污染而加重，加剧木桶效应，缩小区域发展空间。

由于不同地区的背景值及污染源不同，如何有针对性地分析各区域交通情况与土壤重金属污染程度的关联，这成为各地区研究的重点[6]。基于此，本文主要研究宿州交通干道沿线土壤中重金属的分布情况及其污染源，对区域环境质量作出客观科学的评价，为今后宿州城区土壤治理和环境保护提供一定的依据。

1 样品采集与测试

1.1 研究区概况

宿州市位于皖北平原，是“省际交汇区域中心城市”，城市发展历史悠久，文化底蕴深厚。市区交通便利，京沪高铁途经此地，省道、国道在此交汇，交通线路成网格状结构。市区人口密集，且市区内部的功能区划分较为模糊。

1.2 采样点布置及采样步骤[7-8]

采样点的布置重点是围绕市区几个主干道两侧。点位0—7位于汴河路东侧延长线上。点位27—32位于城区东侧的港口路、宿固路上，点位16—19位于城区南侧的迎宾大道，点位20—22位于城区西侧的拂晓大道，点位10、11、23、24位于城区北侧，这四条线路从四个方位完整地将城区外围环绕起来。点位8、9、10、15、33、34、35、36较均匀散布于市区内部。点位12—14沿汇源大道分布在汴河两岸。采点分布兼顾了老城区和新兴城区，涵盖城区的内环和外环。此外，在火车站、汽车站、商贸城等可能造成土壤污染的区域均布置了采点。采样点分布见图1。

本次共布置了37个采样点，每个采样点分六个采样单元，道路两侧各3个采样单元，相邻两个采样单元间隔约为20m，采样点间隔约为1 000m。

采样时所采集的土壤距地表的垂直深度为10～20cm，采样后将六个采样单元样品在安徽省煤矿勘探工程技术研究中心室内进行自然风干，之后充分混合，剔除明显的植物根系、石块等杂质，采用“四分法”保留约1kg作为该采样点的样品。

1.3 样品的处理步骤

1.3.1 过筛、装袋。在样品处理阶段，将采样点的样品各自用玛瑙研钵充分研碎，然后用200目的尼龙筛筛一遍。筛过的土样装入密封袋，贴标签。需要注意的是，每次处理样品前，使用过的尼龙筛、研钵均需清洗干净，玛瑙研钵用酒精擦拭一遍，确保样品不会受污染。

1.3.2 压制样片。将土样和硼酸依次缓慢倒入压片模具中，模具预置好后放入液压机中压制成片。开始压片前，摇动液压机手柄，直至刻度表的内圈数字达到20以上，接着静置1min左右。最后，取片。取样片时注意手不要触碰到样品土样面。完成一个样片后，注意及时用酒精清洗模具，避免污染之后的样片。

1.3.3 测试。测试时，将样片放入仪器中，点击电脑桌面的测试仪器软件，开始测试。测试所使用的仪器为XRF荧光光谱仪，该仪器采用物理方法测量重金属含量，测试速度快，综合效率高。XRF荧光光谱仪测得的重金属元素有Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb。

2 样品测试结果与重金属元素分布

2.1 样品测试结果

样品测试结构如表1和表2所示。

由表2可知：在所测得的8种重金属元素中，含量最多的是Fe元素，含量平均值为22 735.17mg·kg-1，含量范围为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，含量范围为374.41～557.02mg·kg-1;Zn元素含量平均值106.90mg·kg-1，含量范围为73.83～176.13mg·kg-1;Cr元素含量平均值64.86mg·kg-1，含量范围为52.91～117.91mg·kg-1;Pb元素含量平均值46.28mg·kg-1，含量范围为39.92～58.70mg·kg-1;Co元素含量平均值36.17mg·kg-1，含量范围为19.19～52.99mg·kg-1;Cu元素含量平均值34.41mg·kg-1，含量范围为3.17～192.30mg·kg-1;Ni元素含量平均值16.80mg·kg-1，含量范围为0.00～35.24mg·kg-1。

由以上数据可知，含量最多的重金属元素为Fe;含量最少的重金属元素为Ni。

Cu的变异系数最大，达到了108.58%。Ni的变异系数也达到了51.75%，仅次于Cu。Cu、Ni变异系数远大于剩余元素，剩余6种元素的变异系数均小于25%。变异系数最小的是Mn，为7.45%。变异系数的分析需要结合实际情况，污染与否还需具体结合其他条件分析。Cu、Ni变异系数大说明分布差异大，受人为因素影响的可能性大。反之，则说明分布差异小，受人为污染的可能性较低。

Fe、Zn、Co、Pb超过了安徽省土壤背景值。Cu、Cr、Ni、Mn有部分采点所测数据超越了安徽省土壤背景值，超出采样点占比分别为59.46%、24.32%、8.10%、2.70%。若超过了安徽省土壤背景值，则说明在本省环境分析中，该元素属于污染范畴，超过背景值越多，污染越严重。

2.2 交通干道沿线土壤重金属分布图及其来源分析

Pb、Co的指标均超过了安徽土壤背景值，超标的空间范围广，但Pb超标幅度并不高且较均匀，而Co超标幅度偏高且较不均匀。Zn、Cu分别有43%、16%的采样点的数据超过了土壤环境质量一级标准，超标的原因值得探讨。Ni、Cr基本低于土壤环境质量一级标准，Cr有两个采样点超标，但鉴于超过的幅度较低，故Ni、Cr均不做讨论。Mn、Fe基本低于安徽土壤背景值，处在正常状态。因此，本文主要分析土壤中Pb、Co、Zn、Cu的分布（如图2至图5所示）。

Pb、Co、Zn、Cu作为主要的重金属污染元素，其来源分析如下。

①土壤中Pb的来源可分为成土母质、人为输入两类。常规条件下，土壤中Pb的浓度较低，人为输入才是城市土壤Pb的主要来源。城市内部的交通运输所排放的机动车尾气影响道路两侧土壤中Pb的含量[9]。Pb随汽车尾气排出后以颗粒态悬浮于空气中，并逐渐沉淀在地表，道路通畅程度对沉淀量产生重要影响[10]。需要注意的是，Pb的应用领域并非局限于燃油，在电池、发动机零部件等车辆部位也有着广泛应用[11]。

宿州Pb最富集的区域为火車站附近。该区域车流量大，交通堵塞严重，交通流畅情况不佳。火车站广场及周边区域车辆停放的数量多、时间长，车辆尾气排放量大。市区西北和市区南部Pb富集程度较低。市区西北部有大型湿地公园，植被覆盖程度好，自然净化功能强。市区南部多为文教区及新建的开发区，开发历史较短，尚未构成污染。

②Co分为无放射性、有放射性两类，不具有放射性钴即为一般重金属元素。Co的主要污染来源有矿藏开采、原子能工业产生的废弃物、放射性科学研究等[12]。宿州市区并无原子能工业与放射性科学研究，医用放射性仪器使用范围有限，不足以构成大面积Co污染。但是，宿州的煤矿产业发展较好，火电仍为供电主体。火电站排放出的烟尘中含有Co，加上常年盛行南北风、区域地形平坦等，Co污染范围广，指数差异大。

③Zn广泛用于橡胶加工，用以提高橡胶制品的抗氧化性能，延长使用寿命。同时，车辆所使用的润滑油中也含有锌盐等抗氧化剂。机动车轮胎磨损、机油的使用和机械磨损是交通干道锌污染的重要来源。宿州的Zn污染高值区位于火车站周边，火车站附近车流量很大，道路通畅度不佳，车辆磨损加剧。同时，火车站北部1km左右有座大型火电站，重金属烟尘排放量较大，其中也含有Zn。

④Cu的适当增加能有效提升钛基合金的耐腐蚀性能，机动车的钛基合金在使用中产生的机械磨损会使铜的颗粒散发到空气中，再沉降到地表后污染土壤[13]。宿州市区大部分区域Cu含量处于土壤环境质量一级标准之下，老城区的西部、银河公园南部污染严重。

值得关注的是，重金属元素的超标区域除了受工业和交通业的作用外，也受到常年盛行风向的影响。宿州春夏季的盛行风向为偏东、偏南，风向频率各自为41%～42%、22%～25%;秋冬季的盛行风向是偏东、偏北，风向频率为31%～37%、22%～26%[14]。新兴工业区域的生产、秋冬的燃煤供暖、燃煤发电等所产生的烟尘都会随着风向飘移，最终沉积。

综上所述，市区污染情况普遍比郊区严重。人员活动密集、功能区重叠的区域多项重金属指标均较高;功能区较为单一且工业活动少的区域，综合污染情况相对较好。开发历史悠久的老城区污染严重，新兴区域污染相对较好。机动车的使用频率、道路通畅程度、植被湿地覆盖情况等因素也直接影响污染情况。

3 数据分析方法

3.1 地质累积指数

地质累积指数是对沉积物中重金属污染程度进行评价的指数[15]。其表达式如下：

[Igeo=log2Cn1.5BEn]                             （1）

式（1）中，[Igeo]为地质累积指数;[BEn]为基线浓度;[Cn]为样品中元素n的浓度;修正指数通常取1.5。地质累积指数可分为7个级别，不同级别分别代表不同的重金属污染程度（见表3）。地质累积指数测试结果统计见表4。

从表4可知，依据地质累积指数污染等级的划分，Cu、Ni、Zn、Co的中等及以上污染率分别为16%、13%、5%、5%，Cu、Zn、Co、Ni、Cr、Mn、Pb的污染率分别为41%、95%、95%、62%、0.5%、54%、100%。若从地质累积指数角度评判宿州市主干道重金属污染情况，则会发现Pb、Zn、Co、Ni、Mn、Cu的污染程度虽主要介于无污染到中度污染之间，但这样的污染范围依然值得警惕。部分区域的异常富集反映人类活动已深刻地改变了土壤的环境质量水平，危害人体健康。张丹龙等[16]、范佳民等[17]曾对煤炭资源型城市淮南的街面灰尘重金属进行研究，鉴于宿州也属于該类型城市，故两者有一定对比性。宿州的Cr、Pb、Zn含量与淮南相近，但宿州的Cu含量显著较低。工业与交通运输的发展一般是城区街尘中Cu元素的主要来源[18]，故认为宿州的工业和交通业较落后是导致此现象的原因。宿州市在省内处于较落后的地位，在未来发展过程中要时刻注意防范重金属污染。

4 结论

①宿州市的重金属元素异常区主要分布于市区老城区，污染源主要是行驶在交通干道上的机动车。郊区的分布情况与交通干道有密切关联，市区的分布情况是多种元素综合作用的结果。

②以地质累积指数作为评价手段，在8种测得的重金属元素中，Zn、Co、Pb的污染范围较广。Cu、Ni、Zn、Co的部分测点污染程度达到了中等以上，Mn基本处于初级污染程度，Pb处于初级污染程度，但其污染范围覆盖了全部测点。宿州市现阶段的重金属污染情况尚好，但鉴于宿州尚处在快速发展阶段，故污染程度有恶化的可能。

③有关部门要加强宣传教育，健全社会监督意识。推广使用新能源机动车，减少汽车尾气的排放量。同时，促进产业结构优化升级与合理布局。

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