随着中国社会经济的发展和人们生活水平的提高，各种车辆急剧增加，带来土壤和环境的污染，主要污染源有汽车尾气、轮胎磨擦碎屑、发动机泄漏的机油、公路沥青等，部分污染物随路面径流进入公路两侧土壤[1]，污染物中的重金属主要包括Pb、Ni、Cd、As、Hg、Cu、Zn等[2-5]。这些污染物进入土壤中自然净化过程十分漫长，具有隐蔽性和不可逆性，难以被微生物降解，迁移性小而发生污染累积，并经水、植物等介质进入人体，最终影响到人类的健康，因而土壤重金属污染及其修复日益受到关注[6]。
摘要：采集河南省信阳市境内国道两边13个具有代表性的水稻产区的26份水稻田耕层土壤，测定Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn8种重金属元素含量，采用单因子指数和内梅罗综合污染指数对土壤环境质量进行评价。结果表明，土壤中重金属元素Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的平均含量均未超过国家二级标准值，单项污染指数平均值均小于1；东双河、十三里桥、双井和龙山的内梅罗综合污染指数分别为0.7304、0.7547、0.7920、0.9102，说明这4个地区的土壤虽属尚清洁，但已达到警戒限；甘岸、长台、明港、吴家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族铺内梅罗综合污染指数均小于0.7，属清洁状态。公路交汇点污染相对较重，土壤重金属污染状况受汽车活动影响较大。总体来看，土壤环境质量安全，部分地区土壤重金属污染处于警戒水平。Pearson相关性检验表明，Cd与Pb、Cr之间、Pb与Zn之间、Cr与Ni之间均呈显著正相关，说明Cd、Pb、Cr、Zn、Ni可能为同源污染物；As与Pb、Zn之间呈显著负相关，说明As、Pb、Zn可能为异源污染物。
关键词：重金属,内梅罗综合污染指数,环境质量,国道,稻田土壤,信阳市
中国学者们对京沪高速[7]、沪宁高速[8]、成渝高速[9]、沈大高速[10]、312国道[11]、107国道[12]等路段两侧土壤中重金属污染做了详细的研究，发现高速公路两侧土壤中重金属元素含量超出背景值，受重金属污染明显。本研究对312国道和107国道河南省信阳市境内路段两侧稻田土壤重金属污染现状展开调查和评价，了解信阳市境内国道两边稻田土壤环境质量状况，对于减少和预防农田受重金属污染的危害、保障粮食安全生产具有重要意义。
1材料与方法
1.1样品采集与处理
土样主要采集自河南省信阳市107国道和312国道边的主要水稻栽培区。信阳市主要为丘陵地带，农田面积不大，但每块农田比较平坦，所以采用棋盘式布点法，每块农田分别取10个耕层0～20cm土样，四分法组成一个混合土样（1.0kg），共26份土壤样品。土壤样品在风干室风干磨碎，用四分法分为两份，一份研磨过孔径20目尼龙筛，用于测定土壤pH，另一份研磨过孔径100目筛，用于测定土壤重金属（Cu、Zn、Pb、Cr、Cd、As、Hg、Ni）含量[13]。
1.2土壤样品分析测定
pH采用酸度计法[14]测定，土壤重金属全量采用HCl-HNO3-HClO4-HF消解法[14]。Cd、Ni采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AESThermoiCAP6000系列）测定，Pb、Cr采用德国耶拿石墨炉型原子吸收分光光度计（ZEEnit600型）测定，Cu、Zn采用上海天美火焰型原子吸收分光光度计（AA6000型）测定，As、Hg采用北京吉天原子荧光光度计（AFS-930型）测定。样品测定采用20%样品平行样，并加入国家标准土壤样品（GSS-4和GSS-8）作为质量控制样品，质控样品相对误差小于10%。
1.3土壤重金属含量评价方法
2.1研究区土壤重金属含量的分布特征
信阳市312国道和107国道沿线主要水稻产区的稻田土壤重金属含量分布见图1。由图1可知，不同地点稻田土壤中重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn含量均呈不同程度的波状曲线，说明312国道与107国道沿线各路段稻田重金属污染存在一定的差异，这与钱鹏等[11]、王学锋等[12]的研究结果一致。Pb的最高含量为20.706mg/kg，含量最高值出现在游河；Cd的最高含量为0.608mg/kg，含量最高值出现在十三里桥；Cr的最高含量为61.091mg/kg，含量最高值出现在胡族铺；As的最高含量为10.095mg/kg，含量最高值出现在吴家店；Hg的最高含量为0.618mg/kg，含量最高值出现在龙山；Ni的最高含量为9.783mg/kg，含量最高值出现在附店；Cu的最高含量为48.583mg/kg，含量最高值出现在寨河；Zn的最高含量为99.978mg/kg，含量最高值出现在游河。
2.2研究区土壤重金属污染评价
内梅罗综合污染指数法是人们在评价土壤重金属污染时运用最为广泛的综合指数法，可以全面反映各重金属对土壤的不同作用，突出高浓度重金属对环境质量的影响，避免由于平均作用削弱污染重金属权值现象的发生[15]。本研究采用内梅罗综合污染指数法进行重金属污染评价。以国家土壤质量二级标准[16]和土壤环境检测技术规范[13]为标准，不同地区不同重金属元素含量、重金属元素的单项污染指数、内梅罗综合污染指数以及土壤污染物分担率分别见表2、表3、表4。结果显示，不同地区稻田土壤的重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的单项污染指数大部分小于1，从单项污染指数的角度评价，信阳市稻田重金属含量尚处于比较安全的水平，土壤质量对环境和植物基本上不会造成危害和污染。以内梅罗综合污染指数为评价等级时，东双河、十三里桥、双井、龙山内梅罗综合污染指数均高于0.7，低于1.0，说明这4个地区土壤重金属污染虽尚轻，但已达到警戒限，其他7个地区内梅罗综合污染指数均低于0.7，处于安全范围，总体上信阳市稻田土壤质量适合农业生产，并能维护人体健康。由表2和表3可知，在信阳市13个水稻主产区土壤重金属单项污染指数除双井、龙山、附店和胡族铺Hg最高外，其他地区均为Cd最高，各地区不同重金属污染物分担率由大到小依次为Cd、Hg、Zn、Cu、As、Cr、Ni、Pb，说明Cd在不同地区的稻田土壤中污染强度最大，Hg、Zn次之。
2.3研究区土壤重金属元素的相关性分析
重金属元素之间的相关性在一定程度上反映了这些元素污染程度的相似性或污染元素有相似的来源[17，18]。目前有不少学者用相关性来评价和研究污染元素的来源及其累积的原因，提出相应的降低或减少污染的措施与方法[17，19-21]。对不同地区国道两边稻田土壤重金属元素之间进行了相关性检验，所有变量间Pearson相关系数如表5所示。Cd与Pb、Cr呈显著正相关；Pb与Zn呈极显著正相关；Cr与Ni呈极显著正相关，As与Pb、Zn呈显著负相关。
3讨论
钱鹏等[11]、王学锋等[12]对312国道和107国道沿线重金属元素含量进行了调查和评价，土壤中重金属Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn均存在一定的污染。本研究中信阳市国道两边稻田土壤的质量状况尚比较好。通过内梅罗综合污染指数评价表明，龙山的内梅罗综合污染指数最高，为0.9102，处于重金属污染警戒限，这可能是因为龙山处于交通枢纽位置，是312国道、40国道、219省道汇集区，同时有宁西铁路通过，车流量比较大，造成一定的污染。东双河、十三里桥以及双井内梅罗综合污染指数分别为0.7304、0.7547、0.7920，比龙山低，但也达到重金属污染警戒限，这可能有2个原因，一是这些地区离市区比较近，车流量比较大。双井位于京九、宁西铁路汇集区和40国道、107国道、312国道汇集区；东双河有339省道、107国道和京九铁路通过。二是信阳市位于季风气候区，十三里桥位于信阳市西南部，东北季风造成这些地区大气的沉降较多[22]，同时十三里桥离市区比较近，车流量和人流量都比较大。这些区域的土壤质量应引起人们的重视，采取一定的措施保护土壤环境质量。甘岸、长台、明港、吴家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族铺的内梅罗综合污染指数均小于0.7，属于清洁无污染的地区。
Nicholson等[23]通过收集重金属在土壤中的累积和工农业重金属的排放信息，调查分析了英格兰和威尔士农田土壤中重金属的来源，发现Cd更多地来源于无机肥料。据估计，在人类活动对土壤Cd的贡献中，磷肥施用率占54%～58%[24]。本研究中，调查的信阳市13个水稻主产区有9个地区土壤中Cd的单项污染指数和污染物分担率均为最大，可能是因为土壤中重金属Cd的来源除了公路交通外，施肥也是其中一个重要来源。
4结论
信阳市境内国道两边水稻田土壤重金属调查结果表明，水稻田土壤中重金属元素Pb、Cd、Cr、As、Hg、Ni、Cu、Zn的平均含量均未超过国家二级标准值，单项污染指数平均值均小于1，东双河、十三里桥、双井和龙山的内梅罗综合污染指数分别为0.7304、0.7547、0.7920、0.9102，为Ⅱ级污染，污染等级为“警戒限”级。甘岸、长台、明港、吴家店、游河、五里店、附店、寨河、胡族铺内梅罗综合污染指数分别为0.5404、0.5202、0.5293、0.5969、0.6288、0.5770、0.6735、0.5045、0.6237，污染等级均为Ⅰ级，处于清洁区。结果表明车流量较高的公路交汇点两边污染指数比较高，说明交通对土壤环境质量有一定的影响。Pearson相关性检验表明，Cd与Pb、Cr之间、Pb与Zn之间、Cr与Ni之间均存在显著或极显著正相关，说明Cd、Pb、Cr、Zn、Ni可能为同源污染物；As与Pb、Zn之间呈显著负相关，说明As、Pb、Zn可能为异源污染物[17，18]。
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