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关于公路路域土壤重金属污染研究进展综述

减小字体 增大字体 作者:591代写毕业论文网  来源:http://www.591lw.com  发布时间:2012-10-19 23:57:00

1 公路路域土壤污染现状
  近年来,随着经济的快速发展,交通运输业也相应发展迅猛。其中公路交通对中国经济发展做出了巨大贡献。但是,公路交通在促进经济发展的同时,也引起了很多环境问题,包括噪声污染、大气污染和土壤污染等,土壤污染中以重金属污染较为严重。中国是一个农业大国,许多公路邻近农田,公路汽车尾气和灰尘中的重金属通过自然沉降或者经雨水冲刷后进入农田土壤,长期存在并累积。一方面会影响农作物生长,另一方面重金属进入农作物后,通过食物链在生物体内富集,对食品安全和人类健康造成影响。重金属污染具有隐蔽性和滞后性,往往在发现时已经造成了很大的影响。公路土壤重金属污染以铅为主,其次是锌、镉、铬、铜、镍和锰等[1,2],其中铅污染主要来源于汽车尾气。自1932年四乙基铅被作为汽油抗暴剂使用以来,公路路域铅污染便不断加剧,对人类健康造成威胁。这一问题引起了各国政府的注意并采取了相应措施。中国于2000年7月1日起全国所有汽车停止使用含铅汽油,改用无铅汽油。但是,一方面含铅汽油已经使用了几十年,公路路域土壤中的铅短期内无法消除,另一方面无铅汽油并不是绝对无铅,含铅汽油是指铅含量不大于0.013 g/L,无铅汽油是指铅含量不大于0.005 g/L,所以即使使用无铅汽油,经过汽车大流量、长时间累积后,仍然会对公路路域土壤形成铅污染。据报道,京珠高速[3]、沪宁高速[4]、312国道[5]、316国道[6]等公路路域土壤已经受到严重的铅污染。其他重金属污染主要来自汽车轮胎等零部件磨损产生的碎屑。汽车轮胎和刹车片中含有锌,轮胎中含有镉、铅和铜等重金属,汽车皮带轮、制动器等处含有铬。实际上在公路路域土壤重金属中锌的含量超过铅,只不过其危害不如铅明显,所以人们关注较少。国外对于公路重金属污染的研究从铅开始,20世纪90年代开始研究重金属复合污染[7],包括对污染物分布规律与影响因素研究[8]。中国对公路路域重金属污染的研究主要是重金属污染的分布规律和影响因素研究,但目前缺少较为系统全面的资料,多限于对某一小段公路路域进行研究,而且对于铅污染的研究较多,对于其他重金属污染的研究相对较少。随着汽车保有量的增加,公路路域土壤重金属污染问题会日益突出,农产品所受污染也会日渐严重。在大力提倡生态农业和绿色农产品的现代社会,研究公路路域土壤重金属污染可以为安全农产品生产基地规划与农业、农村的可持续发展提供科学依据。
  2 公路路域土壤污染物分布规律
  2.1 随着公路垂直距离增加,重金属污染程度下降
  研究发现,在距离公路35~150 m[3,4,9-11]范围以内,土壤中重金属含量相对较高,随着垂直距离的增加,污染程度下降,在150 m以外,土壤中重金属污染物含量较低,接近背景值。对于铅污染,一般认为对土壤污染程度明显的是在距离公路0~100 m范围内,且随着距公路的垂直距离的增加而急剧降低。黄忠臣等[12]研究发现,随着距离公路垂直距离增加,重金属污染程度下降。李湘南等[13]研究认为,在距离公路100 m范围内,污染程度随离公路距离增加而降低,相当多的污染物是在距离公路50 m以内,以5~80 m范围内的污染最为严重。但也有研究发现,公路路域土壤重金属含量随着离公路垂直距离的增加并不是一直下降,而是先逐渐升高,至某一峰值后再下降,最后接近背景值。詹凤平等[14]研究发现,在距离公路10~15 m处铅的污染最为明显,而后逐渐下降。甄宏[11]研究沈大高速公路时发现,公路路域土壤镉含量在距离公路20~40 m处出现峰值,而后逐渐下降,在距离公路50 m范围内污染明显,距离公路100 m以外污染接近背景值。
  2.2 污染程度随土壤深度的增加而下降
  詹凤平等[14]研究发现,在土壤表层30 cm以内,铅污染随深度增加变化不明显,在30~50 cm范围内明显降低。分析原因是采样点土壤长期翻种,30 cm以内为耕作层,经常翻耕,土壤混合度高,铅含量变化不大。30~50 cm土壤接近深耕层,不经常耕作,铅含量变化不大,且含量低。魏秀国等[10]研究发现,公路两侧表层土壤中铅含量较高,40~60 cm土壤中铅含量较低,接近背景值水平。一方面是下层土壤不经常翻耕,不易污染,另一方面是重金属易被植物根系和土壤颗粒吸附,导致重金属污染较轻。 3 影响公路路域土壤重金属污染分布的因素
  3.1 公路运营时间和车流量
  公路运营时间越长,车流量越大,公路两侧土壤受重金属污染越严重[10,15,16]。有研究表明,香港城市公路两侧土壤中铅含量是交通流量较小的深圳公路土壤中铅含量的1.45倍。詹凤平等[14]研究209国道和229国道时发现,209国道铅污染明显大于229国道,209国道车流量要大于229国道。黄忠臣等[12]研究发现,京通快速路远通桥南侧土壤中铅含量最高,原因是其为京通快速路和北京五环路连接处,车流量大。Ideriah等[17]研究了高密度行车区(>200 000辆/d)、低密度行车区(<100 000辆/d)和交通限制区(0~5辆/d)不同公路路域土壤重金属的含量,经过线性回归显示,土壤中重金属含量与交通流量呈正相关。我国学者曾对多地公路路域土壤重金属污染情况进行研究,包括西宁、扬州、上海、沈阳、广州、北京、长株潭以及312国道自东向西系列地区。从区域上看,山东和广东经济发达,车流量大,土壤重金属污染严重。其次是辽宁、山西、河南、河北、浙江以及四川和云南,而西藏、青海、新疆、宁夏和贵州一带,由于车流量小,土壤所受重金属污染的程度相对要轻一些。
  3.2 公路所处地理位置
  山区公路较平原公路相对而言更容易造成两侧土壤重金属污染,且受污染范围会更大,污染更为严重。原因是山区空气流通不畅,污染物难以在大气中扩散稀释,更容易形成污染。十字路口、盘旋山路和路况较差的公路,轮胎摩擦严重,从而产生大量含重金属的颗粒物造成污染。陈建安等[18]对山区公路的研究显示,坡度为20°的坡道旁10 m处的土壤中铅含量为126 mg/kg,是坡度为10°坡道同距离处污染值的1.7倍,是平道同位置处的2.5倍。
  3.3 气候及气象因素
  包括降雨量、降雨时间、湿度、风向、风速和风力等。多雨潮湿地区,含重金属颗粒物很容易随降水(雨雪等)沉降下来,公路两侧重金属扩散范围一般较小,但相对而言,离公路较近土壤所受污染也就越严重。南方公路土壤污染比北方相对要明显[19]。风向和风速也会影响公路土壤重金属污染程度。一般下风向地区土壤中重金属平均含量比上风向地区要高。在上风向和风力较大一侧,大气中重金属颗粒物被稀释,使得这一侧污染减轻,但却导致另一侧重金属污染加剧。
  3.4 土壤覆盖情况及土壤自身性质
  农田系统中的重金属,一部分被截留在生长的植被表面,随着农作物的收获或者植物的凋谢而迁移到其他区域,减少了本区域的污染,一部分重金属则进入土壤,在土壤中累积导致土壤的污染。其累积程度与土壤自身性质,如pH值、颗粒轻重、有机质含量、生长的植物种类等有关,研究表明,质地粘重、有机质含量高的土壤中重金属更易累积,不易迁移,土壤污染严重[20,21]。研究发现,同一地区、同一类型土壤,稻田土壤铅含量高于旱田土壤[22]。土壤中大部分重金属以不溶态的无机盐形式存在,或被络合在有机质的交换位置上。有机质的存在可以使其被络合,导致其迁移率下降,污染加重。土壤pH可影响重金属的溶解从而影响其迁移。另外,当有农作物生长时,重金属会向植物根系迁移,从而被吸收,降低土壤重金属污染,但此时已经对农作物造成污染,影响其生长。农作物对重金属的吸收主要通过根系完成,不同农作物对重金属的吸收能力不同,从而对污染的影响也不同。
  3.5 公路两侧障碍物
  公路两侧防护林、绿化带能有效影响公路重金属颗粒的扩散。阮宏华等[1]研究发现防护林能有效阻止铅的扩散,因为防护林不但对含铅颗粒物有吸附作用,还能阻止和减弱空气流动,防止铅进一步扩散。不同绿化带由于树种、树龄、种植密度、林带宽度等因素,对重金属污染的防护效果不同。但是防护林宽度有限,而且多为落叶乔木,防护效果也有限,一般是防护林加绿化带,绿化带一般为30 m。绿化植物应以乔木、灌木、草本植物相搭配。公路两侧绿化带宽度往往因涉及农业用地而受限。解决方法是选择对重金属富集能力较强的植物。目前已经发现360多种植物能富集各种重金属,大多是十字花科植物,影响较大的有蜈蚣草、天蓝芥蓝菜等。
  4 结论和展望
  我国对公路路域土壤重金属污染的研究,近年来日益增多,但多限于对某一路段污染情况的研究,缺乏长距离大范围统一研究,对全国范围公路污染情况缺乏统一了解,这有待于相关部门来协调组织,从而进一步了解各地区主要公路沿线农业土壤和农产品生产基地污染程度及特征,为安全农产品生产基地的规划和建设提供科学依据。部分地区或者某些科研人员对于某一类型公路,包括高速公路、城市市郊公路以及农村、山区公路的研究结果,可以作为该地区评价或者安排工作的依据,以利于合理安排该地区工农业生产,并对该地区环境保护等提供依据。
  虽然无铅汽油已经推广使用10余年,但随着工业化进程的加快,公路网的延伸,车流量的增大,根据各地科研人员研究结果看,公路路域重金属对土壤的污染并没有明显下降。由于经济发展的需求,车流量不会下降,污染很难降低,这就需要我们在设计公路路线时合理规划,尽量减少对于农业耕地和农产品的污染。另外,应适当发展电动汽车、乙醇汽车等,减少传统汽油汽车的使用,从而减少铅的排放。
  对于污染的修复,传统的理化方法工作量较大,难以实现,植物修复是一种可行的污染修复方法,应加大能对多种重金属富集、生长迅速的超累积植物的研究。
  参考文献:
  [1] 阮宏华, 姜志林. 城郊公路两侧主要森林类型铅含量及分布规律[J].应用生态学报,1999,10(3):362-364.
  [2] HILTON F G H, LEVINSON A. Factoring the environmental kuznets curve: evidence from automobile lead emission[J]. Journal of Environmental Economics and Management,1998,35(2):126-141.

 
 

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