临近公路蔬菜中重金属Pb的变化特征及影响因素研究

樊艳春１，刘尖清２，王茂林３

（１．江西省环境保护科学研究院，南昌 ３３００７７；２．江西省环境保护厅环境工程评估中心，南昌 ３３００７７；

３．南昌大学鄱阳湖环境与资源利用教育部重点实验室，南昌 ３３００３１）

摘要：根据２０１４年１月对江西省不同重点公路沿线农田里白菜中的重金属Ｐｂ及其相关环境因子的调查，重点研究了临近公路土壤和蔬菜中重金属Ｐｂ的分布特征及其与交通量间的关系。结果表明：国道以及国道以上级别的公路土壤中的Ｐｂ含量超过当地的土壤背景值，属于污染区域；临近公路蔬菜中的Ｐｂ含量虽然在国家限量标准范围之内，但单因子污染指数仍大于１，具有一定的潜在危害性；郊区土壤平均值低于当地的背景值，属于无污染区域；临近公路蔬菜中Ｐｂ含量很低，属于绿色蔬菜。公路沿线交通环境是影响土壤理化性质和蔬菜中重金属分布的重要影响因素，其中的车辆流动量是主导因素，车流量与土壤和蔬菜中Ｐｂ的含量呈现显著正相关关系。

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关键词 ：公路；蔬菜；重金属；特征；因素

中图分类号：Ｘ５３文献标识码：A文章编号：0439－８114（２０15）05－1186-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.05.040

收稿日期：２０１４－１０－１７

基金项目：“十一五”国家科技支撑计划重点项目（２００７ＢＡＢ２３Ｃ０２）；国家自然科学基金项目（４０６７２１５９，４１０４００３２）；鄱阳湖环境与资源利用重点

实验室支持项目（１３００５８７９，１３００５８７０）

作者简介：樊艳春（１９８３－），女，江西修水人，工程师，硕士，研究方向为环境科学与管理，（电话）０７９１－８８３２５９７１（电子信箱）１８２５２４４１０＠ｑｑ．ｃｏｍ。

以往，人们主要关注蔬菜、瓜果的农药残留与控制等问题，这是因为某些农药对人体的危害表现为急性中毒。但重金属残留是一种慢性中毒，不容易被察觉，一旦发现则难以治疗［１］。城市化、工业化进程中矿山开采、金属冶炼、工业废水、化石燃料的燃烧、施用农药化肥、生活垃圾等人为因素和地质侵蚀、风化等天然因素均能引起重金属的污染［２］。

公路作为人类赖以生存的依托条件，是人类生活必不可少的资源，中国人口大部分在公路沿线密布，公路对居民的影响至关重要。高速公路作为交通干线主要组成部分，连接了国家９０％以上的大中型城市。公路重金属污染属于线源式污染，短时间内毒性强，污染严重。长期会在周围环境中逐渐富集，潜在危害性强［３］，线源式污染比点源式污染流动性强，难以控制。公路沿线农业发达，蔬菜种植面广，分布零散，但蔬菜的种植并不像大棚种植那样严格控制生长条件和营养条件，易受到周围环境因素的影响，而这些因素恰恰被老百姓所忽视，长此以往会严重危害食用者的身体健康［４］。近年来关于不同土壤蔬菜中重金属的污染和公路旁土壤重金属的污染已有较深入的研究，孙清斌等［５］通过研究大冶矿区土壤－蔬菜重金属污染特征得出矿区土壤不同重金属污染程度及对人体健康的潜在危害风险。李仰征等［６］研究了公路旁土壤重金属空间分布及其与理化性质的关系，指出土壤重金属水平方向分布总体表现为公路临近区域积累较强。公路重金属污染以Ｐｂ为主［７］，大量研究表明叶菜中Ｐｂ含量最大，本研究以公路临近区域大白菜及土壤中重金属为研究对象，得出其变化特征及影响因素，为解决临近公路蔬菜安全利用和污染防治及当地居民饮食健康问题提供一定的参考依据。

１ 材料与方法

１．１ 样品采集

１．１．１ 采样点的设置 在江西境内４条颇具代表性的交通道路及２个背景区域（郊区）进行调查采样，距离路基１０ ｍ内，采集农田土壤和大白菜。采样点为沪昆高速、德昌高速、乐平２０６国道、玉山３２０国道、乐平郊区和新余郊区。

１．１．２ 采集方法 蔬菜用多点混合法［８］采集，每个采样区域采集蔬菜样品６个，共获取蔬菜样品３６个。农田土壤样品采于蔬菜生长的根区土壤，即采集农作物生长的耕作层（０～２０ ｃｍ）作为土壤样品［９］。每个样品在１０ ｍ×１０ ｍ正方形４个顶点和中心共５处各采集１ ｋｇ土壤，将５处土壤充分混匀后以四分法保留１ ｋｇ土壤作为该点样品，每个采样区域采集土壤样品３个，共获取土壤综合样１８个。土样经自然风干后剔除碎石、植物根系、有机残渣等杂物，磨碎后，过２０目尼龙筛，混匀备用［１0］。

１．２ 样品处理和分析

１．２．１ 样品预处理 土壤样品采用高压密闭消解法［１１］，蔬菜样品的预处理选择湿式消解法［１２］。

１．２．２ 样品测定 Ｐｂ的测定选用石墨炉原子吸收光谱法［１３］。

１．２．３ 分析方法 单因子指数法可用于分析土壤和蔬菜中重金属的污染程度，计算公式如下：

Ｐｉ＝Ｃｉ／Ｓｉ （１）

式中，Ｐｉ为污染物单因子指数；Ｃｉ为实测浓度，ｍｇ／ｋｇ；Ｓｉ为土壤环境质量标准或蔬菜国家限量值，ｍｇ／ｋｇ。Ｐｉ＞１表示受到污染，Ｐｉ＜１表示未受污染，Ｐｉ数值越大，表示污染越严重。Ｐｂ的土壤自然背景值为３２ ｍｇ／ｋｇ，蔬菜中Pb国家限量标准为０．３ ｍｇ／ｋｇ。土壤环境质量分级标准见表１。

２ 结果与分析

２．１ 公路临近区域土壤中Ｐｂ含量的分布特征

不同公路段土壤重金属Ｐｂ的统计结果见表２。 高速及国道临近公路土壤中Ｐｂ含量高于远离公路的郊区土壤。临近公路蔬菜中Ｐｂ含量呈现为高速路高于国道，国道高于郊区。

以江西土壤自然背景值32 mg/kg为标准，沪昆高速和昌德高速临近土壤重金属Ｐｂ平均超标分别是１．６２和１．０６倍，最高超标为２．３２和１．３４倍，存在明显的累积现象；乐平２０６国道临近土壤重金属Ｐｂ平均值未超过当地土壤背景值，积累较弱；玉山３２０国道土壤Ｐｂ的平均值是当地背景值的１．２４倍，最高值是土壤背景值的１．３９倍，存在较明显的累积现象；乐平郊区、新余郊区土壤中Ｐｂ的最高值虽然超过了当地的土壤背景值，但是其平均值均未超出当地的土壤背景值，不存在Ｐｂ累积现象。

２．２ 邻近公路蔬菜中Ｐｂ含量特征

我国蔬菜重金属的主要评价标准如表３所示，１～４级可视为无公害绿色蔬菜，５级为国家食品安全限量标准。沪昆高速和德昌高速公路临近区域蔬菜中Ｐｂ含量的平均值均超过了国家食品安全标准，其中超过国家限量的样品分别占６９．０％、７８．０％，不宜食用；乐平２０６国道和玉山３２０国道蔬菜中Ｐｂ含量的平均值均大于０．２ ｍｇ／ｋｇ，超过了绿色蔬菜范畴但未超过安全标准，其中３～４级之间的样品分别占４７．６％、５０．５％，说明样品区属于中度或者轻度的污染区，存在较小的风险；乐平郊区和新余郊区蔬菜中重金属Ｐｂ含量的平均值均小于０．２ ｍｇ／ｋｇ，其中在３级以下的分别占６０．０％、４９．３％，属于无公害绿色蔬菜，适于广大居民的食用。

２．３ 不同公路段蔬菜和土壤中Ｐｂ的差异

临近高速公路和国道蔬菜中Ｐｂ的单因子污染指数均大于１，而远离公路的郊区蔬菜中Ｐｂ的单因子污染指数均小于１；临近公路蔬菜中Ｐｂ的单因子污染指数大于相应土壤中Ｐｂ的单因子污染指数，而郊区蔬菜中Ｐｂ的单因子污染指数小于相应土壤中Ｐｂ的单因子污染指数（表４）。蔬菜中Ｐｂ变异系数的平均值远大于土壤中Ｐｂ变异系数的平均值，以沪昆和德昌高速附近蔬菜表现最明显，说明蔬菜对Ｐｂ的富集作用比土壤对Ｐｂ的富集作用更复杂，公路对蔬菜中Ｐｂ的迁移具有很大的影响（表５）。

２．４ 交通对蔬菜重金属Ｐｂ的影响

蔬菜种植受到土壤、水体灌溉、施肥等诸多因素的影响，临近公路的蔬菜种植受交通源的影响，不同公路段临近蔬菜中Ｐｂ含量具有差异性，公路源中的车流量是污染蔬菜的主体因素。从本研究的结果来看，首先，临近公路蔬菜受到不同程度的重金属Ｐｂ的影响，其中沪昆高速公路沿线蔬菜中Ｐｂ含量最高，污染最严重，公路样本区蔬菜中的Ｐｂ含量均超过了无公害蔬菜的限值，说明临近公路蔬菜中Ｐｂ污染具有一定的普遍性，这可能与交通污染源有关，交通环境重金属的来源主要有机动车尾气的排放、燃油的蒸发、油料泄漏、汽车金属部件和轮胎的磨檫磨损、沥青或路面的磨损老化、融雪（冰）剂等道路维护化学物质［１６，１７］。其次不同公路源对Ｐｂ的污染程度不同，如表４，根据单因子污染指数，蔬菜中Ｐｂ的污染程度表现为德昌高速＞沪昆高速＞乐平２０６国道＞玉山３２０国道＞新余郊区＞乐平郊区，总体而言公路＞郊区，高速、国道与乡道最大的差异是交通量的不同，因此，蔬菜中Ｐｂ含量受交通量的影响，钱鹏等［１８］的研究表明大气颗粒物中Ｐｂ浓度随车流量的增加而增加，证明了交通活动是Ｐｂ等重金属的主要来源，这与本研究的结果一致。

交通源可以通过影响土壤的中Ｐｂ含量和理化性质间接影响蔬菜中Ｐｂ的含量，也可以以大气沉降和漂移等途径直接影响蔬菜中Ｐｂ的含量，公路源产生的重金属Ｐｂ对蔬菜的污染程度高于对土壤的污染。大量的研究结果表明，公路源污染可以改变土壤的pＨ、有机质、盐度等理化性质和重金属的含量及其Ｐｂ的存在形态，进而影响蔬菜等农作物对营养物质的吸收和重金属在蔬菜等植物体内的富集［１９－２０］。本研究结果表明，一方面，高速路和国道采样区蔬菜中Ｐｂ的变异系数＞土壤中Ｐｂ的变异系数，说明蔬菜对Ｐｂ的富集和迁移作用明显，同时也表明土壤并不是蔬菜中Ｐｂ的唯一来源，蔬菜中Ｐｂ一部分来自于机动车辆尾气的大气颗粒物沉降和地面扬尘的溅射，方凤满等［２１］的研究表明芜湖市三山区蔬菜中重金属的积累并不完全决定于土壤重金属的全量，这与本研究临近公路蔬菜中Ｐｂ的污染特征具有相似性。另一方面，根据单因子污染指数，高速公路Ｐｂ的污染程度大于相应土壤中污染程度，高速公路设有排水沟、防护林可以有效地减缓雨水冲涮和径流带来的污染［６］，可以近似认为土壤Ｐｂ来自于含Ｐｂ颗粒物的大气沉降，由于土壤面积大，土壤比表面积小，雨水稀释度高，而蔬菜承载降水量较小，比表面积大，并且蔬菜可以从土壤中吸收Ｐｂ，所以在相应的土壤背景值和蔬菜标准值一定的条件下，蔬菜中的Ｐｂ污染程度高于土壤中Ｐｂ的污染。

公路交通量不仅是构成交通环境的主要因素，还是影响邻近公路土壤和蔬菜中重金属含量特征的主导因素，即交通量越发达、交通流量越大，其沿线土壤和蔬菜重金属污染越严重，随交通环境的变化，土壤和蔬菜中重金属Ｐｂ的含量有显著的相关关系，呈现一定的线性关系。本研究结果表明，首先，不同的公路重金属含量表现出明显的不同，对土壤而言沪昆高速＞玉山３２０国道＞德昌高速＞乐平２０６国道＞乐平郊区＞新余郊区，对蔬菜而言德昌高速＞沪昆高速＞乐平２０６国道＞玉山３２０国道＞新余郊区＞乐平郊区，整体而言临近高速公路蔬菜中Ｐｂ含量＞临近一般公路蔬菜中Ｐｂ含量＞郊区蔬菜中的Ｐｂ含量，表明交通流量大的区域土壤和蔬菜中重金属Ｐｂ含量高，陈长林等［２２］的研究表明土壤两侧重金属污染随着运营时间的延长和交通流量的增加而越来越强，这与本研究的蔬菜中的Ｐｂ含量的变化和污染具有相似性。其次，根据对这几条公路交通流量的跟踪调查，做出交通量与邻近公路土壤和蔬菜中重金属Ｐｂ的散点图，添加变化趋势曲线，如图１和图2所示。

邻近公路土壤中的重金属Ｐｂ和蔬菜中的Ｐｂ含量与交通量的线性关系非常好，Ｒ２值分别为０．９０６ ０和０．８２０ ７，呈现显著的正相关关系。

３ 小结与结论

１）蔬菜种植受到临近公路的影响，不同的交通源对蔬菜中重金属含量的影响存在着显著差异， 国道及其国道级以上的公路临近蔬菜中的Ｐｂ平均含量均超过了国家无公害绿色蔬菜的限值，属于污染蔬菜，而郊区等远离公路的地区蔬菜中Ｐｂ平均含量的平均值小于０．２ ｍｇ／ｋｇ，在无公害蔬菜范畴之内。

２）推测交通源运营过程中机动车辆尾气、路面沥青、油料泄漏等污染源产生的Ｐｂ可以通过影响土壤中的Ｐｂ含量和理化性质间接影响蔬菜中Ｐｂ的含量，也可以通过大气沉降和漂移等途径直接影响蔬菜中Ｐｂ的含量，公路源对蔬菜的污染程度高于对相应土壤的污染程度。

３）交通流量构成的交通环境对于公路沿线土壤和蔬菜的重金属污染有非常密切的正相关关系，交通越发达、交通流量越大，其沿线土壤和蔬菜受重金属污染越严重。土壤和蔬菜中重金属Ｐｂ的含量和污染分布规律为：高速公路＞一般公路＞郊区。

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（责任编辑 龚艳）