張慧峰,錢 楓,宋 洋,楊儀方

(北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100048)

城市交通對(duì)道路周邊土壤重金屬污染影響的研究

張慧峰,錢 楓,宋 洋,楊儀方

(北京工商大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,北京 100048)

為研究城市公路交通對(duì)路邊土壤重金屬污染的影響,以北京市西三環(huán)主要立交橋路段為研究樣區(qū),采用火焰原子吸收光譜法,對(duì)土壤中重金屬Ni,Cr,Pb,Cu,Zn,Cd的含量進(jìn)行了測(cè)定,并采用改進(jìn)的BCR連續(xù)提取法,對(duì)土壤樣品中各種重金屬的存在形態(tài)進(jìn)行了分析。研究表明:除Cu外,道路周邊土壤中其他重金屬含量總體上均明顯高于同一地區(qū)遠(yuǎn)離交通干道的清潔區(qū)土壤;其中Ni,Cr,Pb,Zn,Cd最高分別較清潔區(qū)高1.17倍、1.59倍、2.20倍、1.77倍和1.96倍。從各種重金屬的形態(tài)分布特點(diǎn)看,Cd主要以酸可提取態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)存在;Pb主要以有機(jī)物與硫化物結(jié)合態(tài)存在;Cu,Cr,Zn,Ni主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在。

土壤;重金屬;形態(tài)分布

交通污染是公路環(huán)境土壤重金屬污染的一個(gè)重要來(lái)源,它主要是指交通運(yùn)輸使用的各種工具(如汽車等)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中所排放的含重金屬物質(zhì)的尾氣對(duì)環(huán)境造成的污染。一般認(rèn)為鉛是汽車尾氣微粒中的主要重金屬,經(jīng)汽車尾氣進(jìn)入環(huán)境中的鉛主要分布在城市公路兩側(cè),使環(huán)境遭受嚴(yán)重的鉛污染,并對(duì)人類健康造成影響。除Pb外,汽車運(yùn)行中輪胎與路面摩擦揚(yáng)塵中的Cd,Cr,Ni等也是公路兩側(cè)土壤中的重金屬的重要來(lái)源,它們可經(jīng)自然沉降和雨淋沉降途徑進(jìn)入土壤[1～3]。為了揭示城市交通對(duì)周邊土壤中重金屬的污染特性,筆者研究了重金屬在土壤中的含量(質(zhì)量比,下同)和組成形態(tài)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 采樣地點(diǎn)的確定

針對(duì)公路交通對(duì)城市道路周邊土壤的重金屬污染,筆者將采樣地點(diǎn)主要選取在北京市西三環(huán)沿線的主要橋區(qū),并選擇一清潔對(duì)照區(qū)作比對(duì)。采樣點(diǎn)具體情況見表1。

1.2 采樣及樣品預(yù)處理

用土壤采樣器將樣品采回后,用四分法逐次棄去多余部分,最后將剩余的1 kg左右的樣品平均裝入樣袋。在105℃放入烘箱中干燥6 h,后經(jīng)研缽研磨并過(guò)100目尼龍篩,裝于廣口瓶中,待用。

表1 采樣點(diǎn)情況Tab.1 Samp ling points situation

消解方法采用濃硝酸和高氯酸濕式消解法,消解后樣品用去離子水定容至50 m L容量瓶?jī)?nèi),待測(cè)。

1.3 土壤中重金屬總量及各形態(tài)的測(cè)定

本研究樣品中重金屬含量的測(cè)定選用了火焰原子吸收分光光度法,采用SPECTRAA-220FS型原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行分析測(cè)定。對(duì)土壤中重金屬的形態(tài)分析采用改進(jìn)的BCR連續(xù)提取法,將土壤中重金屬進(jìn)行4步分級(jí)提取,分別測(cè)定其中的酸可提取態(tài)、氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)含量[4]。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 土壤中重金屬含量的測(cè)定

采用火焰原子吸收分光光度法,對(duì)各樣品重金屬的含量進(jìn)行測(cè)定,測(cè)定結(jié)果見圖1-圖6。

通過(guò)分析圖1-圖6可以看出,Cu在1-4號(hào)土壤樣品中的含量平均值與在5號(hào)土壤樣品中的含量最多相差9.1%,可見城市交通對(duì)路旁土壤中Cu的含量影響很小;Ni,Cr,Pb,Zn,Cd在1-4號(hào)土壤樣品中的含量平均值明顯高出在5號(hào)土壤樣品中的含量,分別較清潔區(qū)高出1.17倍、1.59倍、2.20倍、1.77倍、1.96倍,這說(shuō)明城市交通對(duì)路旁土壤中Ni,Cr,Pb,Zn,Cd的含量存在顯著影響,城市交通確實(shí)對(duì)土壤造成污染。將重金屬含量測(cè)定結(jié)果與土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)上述重金屬的上限值進(jìn)行比較,標(biāo)準(zhǔn)值見表2。

由表2對(duì)比可知,除 Cd以外,Ni,Cr,Pb,Cu,Zn含量均低于標(biāo)準(zhǔn)值,其中 Zn元素是一種可能的汽車尾氣顆粒物的標(biāo)識(shí)元素;Cd含量遠(yuǎn)大于標(biāo)準(zhǔn)值,最高達(dá)到0.49 mg/kg,為標(biāo)準(zhǔn)值的2.45倍,是該研究中最突出的土壤污染物。

表2 重金屬標(biāo)準(zhǔn)值含量Tab.2 Standard contentsof heavy metals

表3 各土壤樣品重金屬的酸可提取態(tài)含量Tab.3 Contents of heavy mentals in the acid extractable fo rm in soil samples

2.2 重金屬形態(tài)的測(cè)定

土壤重金屬污染的危害程度不僅與土壤中重金屬的總量有關(guān),更與土壤中重金屬的存在形態(tài)和各形態(tài)所占的比例有關(guān)。周康民等研究了土壤重金屬形態(tài)與重金屬在土壤中的遷移性、可給性、活性及污染土壤修復(fù)有密切關(guān)系[6];KWON等認(rèn)為重金屬的存在形態(tài)是判斷重金屬的毒性響應(yīng)以及生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的重要指標(biāo)[7]。因此土壤中重金屬形態(tài)的研究對(duì)判斷土壤安全性顯得尤為重要。各土壤樣品重金屬的酸可提取態(tài)含量見表3。

由表3可知,在各重金屬形態(tài)中,重金屬的酸可提取態(tài)在中性條件下最為活躍,最易被釋放也最容易發(fā)生反應(yīng)轉(zhuǎn)化為其他形態(tài),最易為生物所利用,毒性最強(qiáng);Cr,Pb均未檢出;Ni只在部分采樣點(diǎn)檢出,且含量很小;Cu,Zn,Cd在各采樣點(diǎn)均有檢出。各土壤樣品重金屬的氧化物結(jié)合態(tài)含量見表4。

表4 各土壤樣品重金屬的氧化物結(jié)合態(tài)含量Tab.4 Contentsof heavy mentals in the oxide combining form in soil samples

氧化物結(jié)合態(tài)指重金屬被專性吸附或共沉淀在土壤氧化物中,該形態(tài)下的重金屬被束縛較緊,只有當(dāng)土壤的氧化還原電位降低時(shí),重金屬才有可能被釋放,因而對(duì)植物有潛在的危害[8];由表4可知,Ni,Cu,Zn,Cd在各采樣點(diǎn)均有檢出;Cr除在清潔區(qū)沒(méi)有檢出外,在其他采樣點(diǎn)均有檢出;Pb除在清潔區(qū)和4號(hào)采樣點(diǎn)沒(méi)有檢出外,其余采樣點(diǎn)均有檢出。各土壤樣品重金屬的有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)含量見表5。

土壤中存在大量的有機(jī)質(zhì),它們易與土壤中的重金屬離子絡(luò)合或螯合,在氧化條件下易于釋放,對(duì)土壤環(huán)境存在潛在危害;由表5可知,除Cd在部分采樣點(diǎn)沒(méi)有檢出外,其余重金屬元素在各采樣點(diǎn)均有檢出。各土壤樣品重金屬的殘?jiān)鼞B(tài)含量見表6。

殘?jiān)鼞B(tài)重金屬是土壤中重金屬的主要組成部分,一般存在于樣品的原生、次生硅酸鹽和其他一些穩(wěn)定礦物中,其中包括少量難分解的有機(jī)物及不易氧化的硫化物等。一般情況下,殘?jiān)鼞B(tài)重金屬元素穩(wěn)定,對(duì)土壤中重金屬的遷移和生物可利用性貢獻(xiàn)不大,對(duì)環(huán)境比較安全[8];由表 6可知,除 Cd外,其余重金屬元素在各采樣點(diǎn)均有檢出。重金屬各形態(tài)含量占總量的比例見表7。

表5 各土壤樣品重金屬的有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)含量Tab.5 Contents of heavy mentals in the o rganic and sulfide combining form in soil samp les

表6 各土壤樣品重金屬的殘?jiān)鼞B(tài)含量Tab.6 Contents of heavy mentals in the residue form in soil samples

一般來(lái)講,重金屬總量可以作為環(huán)境污染程度的重要標(biāo)志,但不能真正反映其潛在的生態(tài)危害性,因?yàn)橹亟饘儆胁煌拇嬖谛螒B(tài),不同形態(tài)重金屬的環(huán)境行為和生態(tài)效應(yīng)是不同的。酸可提取態(tài)重金屬的生物可利用性最大,殘?jiān)鼞B(tài)重金屬的生物可利用性最小,其他形態(tài)重金屬的生物可利用性居中。

表7 重金屬各形態(tài)含量占總量的比例Tab.7 Average percent of heavy metals in each form

表7表明,Cd主要以酸可提取態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)的形態(tài)組成,對(duì)環(huán)境危害最大;Zn在前三者形態(tài)中所占比例達(dá)50%以上;Pb主要以有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)存在,對(duì)環(huán)境危害次之;Ni,Cr,Cu主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,對(duì)環(huán)境危害小。

3 結(jié) 語(yǔ)

1)北京市西三環(huán)沿線的城市土壤中除Cu以外,公路旁的土壤中重金屬含量明顯高于清潔對(duì)照區(qū),說(shuō)明公路交通確實(shí)對(duì)道路周邊的土壤造成重金屬污染。

2)金屬Cd含量明顯高于土壤質(zhì)量環(huán)境的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),最高值達(dá)到0.49 mg/kg,為一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值的2.45倍,是主要污染物。

3)Ni,Cr,Cu主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,性質(zhì)穩(wěn)定;Pb主要以有機(jī)物及硫化物結(jié)合態(tài)存在;Zn在前三者形態(tài)中所占比例達(dá)50%以上,當(dāng)環(huán)境發(fā)生變化時(shí),兩者均存在潛在危害;而Cd主要以酸可提取態(tài)和氧化物結(jié)合態(tài)存在,化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定且生物利用性強(qiáng),是重要污染物。

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Study on heavy metal pollutions in roadside soil

ZHANG Hui-feng,Q IAN Feng,SONG Yang,YANG Yi-fang
(School of Chemical and Environmental Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100048,China)

To study the distribution of the heavy metals in roadside soil polluted by vehicle exhaust,the soil samp les are collected at the XISANHUAN highway in Beijing.Flame atomic abso rp tion spectrophotometerwas used to analyze the contentsof heavy metals in the soils,and the imp roved BCR sequential extraction method was used to analyze the heavy metals fo rm.The results show that the soils along highways are polluted obviously by Ni,Cr,Pb,Zn and Cd w hich are respectively 1.17 times,1.59 times,2.20 times,1.77 timesand 1.96 timesasmuch as those in clean control zone soils.But Cu show s the different result,almost not influenced by vehicle exhaust.From the characteristic of heavy metals forms,Cd existsmainly in the acid extractable fo rm and oxide combining form,Pb exitsmainly in theo rganic and sulfide combining form,and Cu,Cr,Zn,Niexists mainly in the residue fo rm.

soil;heavy metal;fo rm distribution

X830

A

1008-1542(2010)01-0057-05

2009-05-20;

2009-08-27;責(zé)任編輯:張士瑩

北京市2007年“城市污染生態(tài)治理”學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目

張慧峰(1983-),男,河北邯鄲人,碩士研究生,主要從事大氣污染與控制工程方面的研究。

錢 楓,E-mail:qianf@th.btbu.edu.cn