（土壤学专业论文）哈尔滨市绿地土壤重金属污染及评价.pdf

摘要 摘要 本文针对哈尔滨市区城市绿地重金属污染状况、土壤的理化性质，以及重金属 ( c d 、h g 、p b 和c r ) 在植物叶片的富集情况进行了分析，并且对哈尔滨市区重金属污 染状况进行了综合评价，结果表明： ( 1 ) 哈尔滨市绿地土壤表层这四种藿金属都有不同程度的污染，其中以汞的污染 最为严重，达到了重污染；其次是铅和镉，铬的污染较小。 ( 2 ) 用单因子评价哈尔滨市五个功能区的污染情况，结果是镉和汞污染较重的是 公共绿地，铅污染较重的是道路交通绿地，市郊农业区的铬含量相对较高。用综合污染 评价方法得出重金属污染由重到轻的顺序为：公共绿地 居住绿地 道路交通绿地 市郊 农业区 生产绿地。 ( 3 ) 十种绿地植物的综合污染指数排序为：钻天杨 草坪 核桃楸 小叶丁香 丁香 云杉 早柳 辽东水蜡 榆树 糖槭；其中农作物综合污染顺序为：大豆 油菜 玉米 紫花 苜蓿 高粱 水稻 菜豆；对镉富集能力最强的绿地植物是小叶丁香，对汞和铅富集能力 最强的绿地植物是核桃楸，对铬富集能力最强的绿地植物是钻天杨。 ( 4 ) 土壤中全镉、全汞、全铅和全铬这四种重金属之间存在着复合污染的迹象， 其中全镉和全铅存在极显著的相关性：植物体内重金属之间的相关系数很低，只有镉和 铅具有显著相关性；植物和土壤重金属含量的相关关系只有镉的含量呈显著关系，其它 相关性较低。 ( 5 ) 哈尔滨市绿地土壤和植物的汞污染主要来源是工厂和交通尾气的大气降尘。 荧光灯是汞的污染来源其中之一，而哈尔滨冰雪节对它的广泛使用，造成了许多公共绿 地污染。 关键词城市绿地土壤；重金属污染；评价 东北林业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i n t h i st h e s i s ，t h ep r e s e n ts i t u a t i o no fh e a v ym e t a l sp o l l u t i o na n dt h ep h y s i c a la n d c h e m i c a lp r o p e r t i e so f s o i l sa n dt h ee n r i c h m e n ts i t u a t i o no f h e a v ym e t a l s ( c d 、h g 、p ba n dc r ) i nt h ev e g e t a b l eb o d yi nt h eh a r b i nc i t yg r e e n b e l tw a si n v e s t i g a t e da n de v a l u a t e d t h er e s u l t s w e r es h o w e da sf o l l o w s ： t h ef o u rh e a v ym e t a l sa l lp o l l u t e dg r e e n b e l ts o i lb yd i f f e r e n td e g r e ei nh a r b i n t h e p o l l u t i o no fh y d r a r g y r u mi st h em o s ts e d o u sa n dr e a c h e st ot h eh e a v yp o l l u t i o n t h en e x t p o l l u t i o ni sp l u m b u m ，c a d m i u ma n dc h r o m e u s i n gs i n g l ef a c t o rt oe s t i m a t ep o l l u t i o ns i t u a t i o no f f i v ez o n e si nh a r b i n ，i t sr e s u l ts h o w s t h a tt h ep o l l u t i o ns i t u a t i o no fc a d m i u ma n dh y d r a r g y r u mi sv e r ys e r i o u si nt h ep u b l i cg r e e n b e l t t h ep o l l u t i o ns i t u a t i o no fp l u m b u mi sv e r ys e v e r ei nt h er o a dg r e e n b e l t t h ec o n t e n to f c h r o m i u mi sv e r yh i g hi nt h ea g r i c u l t u r a lz o n e t h ep e c k i n go r d e ro ft h ep o l l u t i o ns i t u a t i o ni s t h ep u b l i cg r e e n b e l t t h eh a b i t a t i o ng r e e n b e l t t h er o a dg r e e n b e l t t h es u b u r ba g r i c u l t u r a l z o n e b y t h ef u z z yc o m p r e h e n s i v ea s s e s s m e n t t h ep e c k i n go r d e ro ft h ec o m p r e h e n s i v ei n d e xo ft e ng r e e n b e l tv e g e t a b l e si sp o p u l u s n i g r al i n n 1 a w n j u g l a n sm a n d s h u r i c am a x i m s y r i n g am i c r o p h y l l a s y r i n g ao b l a t a l i n d d p i c e ak o r a i e n s i sn a k a i s a l i xm a t s u d a n a 上i g u s t r u ms u a v ek i t a g u l m u sp u m i l a a c e rn e g u n d o t h ep e c k i n go r d e ro ft h ea g r i c u l t u r a lv e g e t a b l e si ss o y b e a n c o le c o r n a l f a l f a b r o o m c o r n p a d d y b e a n ；t h es t r o n g e s te n r i c h m e n tc a p a b i l i t yo ft h eg r e e n b e l t v e g e t a b l ei ss y r i n g am i c r o p h y l l a ；t h es t r o n g e s te n r i c h m e n tc a p a b i l i t yt ot h eh y d r a r g y m ma n d p l u m b t t mo ft h eg r e e n b e l tv e g e t a b l ei sj u g l a n sm a n d s h u r i c am a x i m ；t h es t r o n g e s te n r i c h m e n t c a p a b i l i t yt ot h ec h r o m eo f t h eg r e e n b e l tv e g e t a b l ei sp o p u l u sn i g r al i n n t h ec o m p o u n dp o l l u t i o ns i g ne x i s t si nt h es o i lb e t w e e nt o t a lc a d m i u m ，t o t a lh y d r a r g y r u m ， t o t a lp l u m b u ma n dc h r o m e t h ep r o m i n e n tc o r r e l a t i o ne x i s t si n t o t a lc a d m i u ma n dt o t a l p l u m b u m t h ec o r r e l a t i o nc o e 衔c i e n ti sv e r yl o w e rb e t w e e nh e a v ym e t a l si nt h ev e g e t a b l e b o d y t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n ti sv e r yp r o m i n e n tb e t w e e nc a d m i u ma n dp l u m b u mi nt h e v e g e t a b l eb o d y t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nv e g e t a b l ea n d s o i l sh e a v ym e t a lc o n t e n to ft h e c a d m i u mi sv e r yp r o m i n e n ta n do t h e r si sv e r yl o w e r t h em a i np o l l u t i o ns o u r c eo ft h eh y d r a r g y r u mo fv e g e t a b l ea n ds o i li st h ea t m o s p h e r ed u s t o ff a c t o r ya n dg a si nt h eh a r b i n sg r e e n b e l t o n eo f t h ep o l l u t i o ns o u r c e so ft h eh y d r a r g y r u mi s t h ef l u o r e s c e n tl a m p t h eu n i v e r s a la p p l i c a t i o no ft h ef l u o r e s c e n tl a m pp r o d u c e sal o to f p o l l u t i o n so f p u b l i cg r e e n b e l ti nt h ei c ea n ds n o wd a yo f h a e r b i n k e y w o r d sc i t yg r e e n b e l ts o i l ，h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ，a s s e s s m e n t t 绪论 1 绪论 人类走出森林向城市集聚，与逃避城市回归自然，是一种双向的历史趋势。历史的 钟摆会不断地在这二极之间调整城市与自然的关系。在2 l 世纪，各国、各城市、各发 展阶段，问题、对策、任务有所不同，钟摆的位置也不会相同。但是它们将趋近于同一 个大目标，即：城市绿地系统将更有力地支持城市物流、能流、信息流、价值流、人流， 使之更为通畅，它与城市各组成部分之间的功能耦合关系将更为细密，生态合理的城市绿 地系统将使城市系统运行更加高效和谐。2 l 世纪，将是人类重整城市与自然的关系、 寻求人类与大自然共生的新纪元“1 。 1 1 城市绿地土壤概述 1 1 1 城市土壤的概念与研究现状 1 1 1 1 城市土壤概念 城市土壤是指在城区和城郊区域、受强烈人为活动影响的土壤。1 。陈清硕认为城市 土壤是指在城市经济半径内，由于土壤产品专业化、商品化带来的集约利用，使土体性 质发生了显著改变的土壤，也包括农村中庭院经济利用的土壤。3 。 1 1 1 2 城市土壤研究现状 随着人口的增长和城市化过程的加快，城市建筑物愈来愈密集拥挤，城市温室效 应、空气和水质污染加剧，人类赖以生存的生态环境目趋恶化，把森林引入城市，城市 建在森林中，回归自然环境已成为人们的迫切需要，因此，城市森林应运而生。而与之 密切相关的城市土壤自上世纪8 0 年代也相继受到国内外土壤科学家的关注。这是因为 城市土壤的成土环境、剖面形念、理化特性、土壤物质组成、养分循环过程和土壤生物 学特性等方面相对森林土壤和农业土壤有显著区别。虽然城市土壤仅零星地分布在城市 区域里，但是在城市生态系统中具有重要作用，是城市系统的重要组成成分，它是美化 和净化城市环境的绿色植物生长的介质和营养供给者，同时对有害物质有过滤、氧化、 吸附和固定以及净化城市环境的作用，它关系到城市环境质量与人类的健康。1 9 9 8 年在 法国召开的第1 6 届国际土壤学会上，首次设立了城市及城郊土壤学科讨论组。2 0 0 0 年 7 月在德国e s s e n 大学召开的首届s u i t m a 国际会议。会议受到全世界有关土壤工作者的 关注。来自4 0 多个国家的2 0 0 多名土壤学家首次专门地研讨城市土壤研究中各方面的 问题。另外美国、德国和英国以及各国土壤学家分别对城市土壤进行了定义、分类和肥 力诊断与评价“。我国城市土壤研究刚刚起步。大多仅局限于城市土壤污染“、城市 土壤概念、形成特征及分类“。”3 、园林用地土壤肥力诊断与综合评价”、花园及郊区土 壤研究。巴，缺乏对城市土壤基本性质与形成、土壤质量演变规律较为系统的研究和探 讨，尤其是城市绿地土壤重金属污染、绿化树种对重金属的富集以及城市绿地土壤重金 属污染综合评价的研究更为少见。 ( 1 ) 形念特征 城市土壤受人为活动的影响强烈，其形成和性质与所处的自然环境没有必然的联 系，本质上是一种泛域的人为土或人为新成土“。城市土壤在空间上变异十分明显，在 较短距离内会出现完全不同的土壤类型”。”川。这导致不同土层的结构、质地、有机质 含量、p h 、容重及与其有关的通气性、排水性、持水量和肥力状况的显著差异”+ 2 “。城 市土壤土层排列凌乱，许多土层之间没有发生学上的联系，腐殖质层被剥离或者被埋 藏，其它土层破碎且没有统一的出现规律，土层深浅变异较大“3 。大多数城市土壤缺少 发生学的a 层和b 层，土壤剖面中包含不同颜色和厚度的人造层次，层次之间过渡明显 o ”。土壤中人工粗骨物质较多，包括建筑和家庭废弃物、碎砖块和玻璃、沥青碎块、木 炭、煤渣、钢渣、混凝土块、金属、铁钉、陶瓷、骨头等，与工业废弃物、泥炭一堆肥 混合物和自然土壤发生层的土壤碎块混合在一起，有些层次完全由固体废弃物组成”“ 2 “。土壤可能出现特异的颜色，这种特异的颜色是由于特异物质的存在或有色化学物质 污染所致，而非发生学过程的结果。1 。裸露的城市土壤，在表面的几厘米内有明显形成 结壳的趋势”“”。 ( 2 ) 物理特性 城市土壤中含有一定量的砾石、石块和其它固体碎屑状物质。由于建筑、修路等， 城市生态系统中输入了砂和砾石，且在煤矿场的废料、工业残余物、废弃物、和其它工 业底质中含有相当的砾石和石块，因此，城市壤中的砾石和石块等在不断增加“2 “ ”1 。有些土壤层次砾石和石块( 直径 2m m ) 含量可达8 0 一9 0 以上“”1 。土壤压实和 板结是城市壤的物理特性之一。土壤压实和板结导致土壤容重增大，孔隙度减小。 s h o r t 等”研究了华盛顿马尔的土壤，土壤体积质量表层平均为1 6 1m g m 3 ( 1 2 5 1 8 5 m g m 3 ) ：0 3i 】深度处的更大，平均为1 7 4m g m 3 ( 1 4 0 2 0 3m g m 3 ) ；表层和0 3m 深度 处的土壤孔隙度分别为3 6 6 和3 2 8 。j i m ”“踟对香港行道树和城市公园的土壤进行了 详细研究，行道树土壤体积质量平均为1 6 5m g m 3 ( 1 1 5 2 6 3m g m 3 ) ；总孔隙度平均 为3 7 7 5 ( 0 7 5 一5 6 6 0 ) ，城市公园土壤也基本相似。城市土壤因紧实而减少了总孑l 隙度，降低了大孔隙的比例，不利于土壤的通气、排水、有效水分的储存和植物根系的 生长“。城市土壤中的水分运动受土壤的石质度、孔隙度、水分含量以及土壤化学组成 的影响；土壤中的石块、孔隙和裂隙也影响水分运动，土壤剖面中的水分沿着建筑废弃 物和家庭废弃物等产生的孔辣运动是城市土壤水分运动的特征“2 ”。”。土壤容重影响到 水分入渗速率。如人行道紧实土壤和邻近末压实的土壤体积质量分别为1 4 1 和1 3 0 m g m 3 ，而水分入渗速率则分别为0 8 和3 5m m m i n 。由于城市的“热岛效应”，城市土 壤温度比周围自然土壤高”3 。i d o u n t 等“”监测了纽约市中央公园和拉托里特公园温特 征，结果表明，人为活动明显提高了土壤温度，城市土壤年均土温比邻近的林地高 3 1 3 - 1 1 2 2 。 ( 3 ) 化学特性 城市土壤p h 值比周围的自然土壤高“”1 ，热带、亚热带地区尤为明显。如香港， 主要的土壤是由花岗岩母质发育，p h 通常为4 5 ，而城市行道树和公园土壤大部分土层 p h 呈碱性，甚至高达9 9 5 。高p h 僖导致城市土壤营养元索有效性降低，影响树木的! 卜 长”1 2 “。城市土壤碱性增强的原因可能包括：融化道路积雪的氯化钙、氯化钠和其它种 类的盐，随地表径流积累在土壤中；用富钙的水灌溉植物；建筑废弃物、水泥、砖块和 1 绪论 其它碱性混合物中钙的释放；大量含碳酸钙和碳酸镁的灰尘的沉降；流经混凝土和石灰 石表面的径流到处存在，而径流中含有钙离子等碱性物质；土壤中碳酸盐与碳酸反应形 成重碳酸盐等“2 “。2 “。城市土壤中有机质含量决定于原层次的性质和管理措施，常常大 于本底土壤“。但也有研究认为，在城市土壤中，由于表层土壤有机质氧化或者侵蚀的 损失，或者由于表层土壤被除去，心土层露出地表，导致有机质水平低。b e y e r 等。“ 研究了城市土壤有机质组成，与自然土壤比较，城市土壤中富里酸比例低，疏水类脂化 合物组分很低，这种变化是由于城市土壤高p h 值所致。研究表明1 ，城市土壤腐殖质的 组成不同于自然土壤，胡敏酸和富里酸组分中以钙结合态为主；胡敏酸富里酸比大于 1 ；游离胡敏酸和富里酸、不水解残留物含量低。 1 1 2 城市绿地概念与研究现状 1 1 2 1 城市绿地概念 城市绿地( g r e e ns p a c e ) 一词，各国的法律法规和学术研究对它的定义和范围有 着不同的解释，西方城市规划概念中一般不提城市绿地，而是开敞空间( o p e ns p a c e ) ”1 。各国对此词的解释也不同，例如，英国将公共开敞空问定义为：“所有具有确定的 及不受限制的公共通路并能用开敞空间等级制度加以分类而不论其所有权如何的公共公 园、共有地、杂草丛生的荒地以及林地”o ”。我国的城市绿地指城市中以绿化为主的各 级公园、庭园、小游园、街头绿地、道路绿地、居住区绿地、专用绿地、风景区绿地、 生产防护绿地”“。 绿地不同于非绿地( 如建筑物、水泥、沥青、砖石铺盏的场地以及裸地等) 的本质 特征是它的生命性绿色植物。绿地土壤的质量直接关系到其环境学和美学价值，而 绿地质量除科学的人工设计外，还更多地取决于影响绿地植物生存、生长和发育的自然 条件。绿地受到了人类不同方式、不同程度活动的强烈影响以及不同类型、不同程度的 污染而大大改变了其原来的属性。”。 城市生态绿地是景观的重要自然要素，在提高城市生态质量、维护生态平衡等方面 起着重要作用1 。对基于生态学原则下的城市景观的绿地生态规划，不论是从中国城市 建设的实际需要出发，还是从世界范围内谋求可持续发展的人居环境的大趋势考虑，都反 映了人类社会发展的历史必然，体现了未来城市发展的方向，是当前规划界普遍感到急待 解决的实际问题o “。 城市内的绿地斑块在调节城市生态环境、保护生物多样性方面起着极其重要的作用 因此，在规划上强调如下几个方面：绿色斑块的位置。绿色斑块尤其是大型绿地如公 园，其相对位置对于其功能有重要的影响；绿色空间异质性和景观多样性。由于城市 下垫面的不同分布、不同地段存在较大差异，利用立地条件即环境资源景观要素的空间 异质性，可创造出城市园林景观的多样性；通过创造不同风格的小游园、花园、广场 绿地等实现城市园林的多样化”。 1 1 2 2 城市绿地的类型 城市的生态绿地从空间层面上看可分为三种：城市周边的绿色空间是城市宏观的绿 色生态环境，建城区的绿地系统是城市的中观绿色生态环境，城市用地内的绿地是城市的 东北林业大学硕士学位论文 微观绿色生态环境市域绿地。城郊景观处于过渡区域，为生态脆弱带，既有自然景观又有 不断产生的人为干扰景观，是人与自然接轨的枢纽。规划时应尽量保护自然景观，加强城 市景观与自然景观的连接，。 目前，关于城市绿地类型的划分往往不十分严格( 有些相互交叉) ，划分标准也不 一致。例如，有人把城市绿色根据生态空间分为：公共绿地( 市区级综合公园、儿童公 园、劳动公园、植物园等) 、居住绿地( 居住区游园、宅旁绿地、居住区道路绿地) 、 附属绿地( 工业、仓库绿地等) 、交通绿地( 道路绿地、公路、铁路等防护绿地) 、风景 区绿地、生产防护绿地( 苗圃、花圃、卫生防护林、风沙防护林、水源涵养林、水土保 持林等1 ) 。东京绿地计划协议会把绿地则分为：普通绿地( 公园；墓地；公用绿地； 联络道路等) ；生产绿地( 普通农业绿地；林业地区等) ；准绿地( 庭园；保存地：景园 地等) m 3 。本次调查根据研究对象的土地利用类型分为公共绿地( 公园和广场) ，道路 交通绿地，生产绿地( 苗圃、林场) 、居住绿地和市郊农业区，来进行样品采集、分析和 评价。 1 1 2 3 城市绿地的功能 ( i ) 绿地能够调节光照 在城市和居民区里，利用植物调节目光的强度，主要是利用植物的枝叶，遮挡光 源，交童射光为散射光，使来自太阳的光线，通过树木的枝叶分散减弱。 ( 2 ) 绿地可以调节温度 改善环境温度的方法和手段同样很多，最有效的方法就是增加居民区和城市内及其 周边的绿地。 ( 3 ) 绿地能够调节空气湿度 自然的湿度环境是可以通过人为的方法加以改变的，最有效的是利用树木和其他植 物来调节整个城市或居民区内的空气湿度。值得一提的是，被树木吸收的水分，通过树 体理化作用后，再释放出来，其水质也得到了相当程度的改善。 ( 4 ) 绿地可以净化空气 绿色植物对于改善大气环境来说，有两大作用：一是它能吸收二氧化碳；“制造”氧 气；二是能够吸收大气中的有害气体，以及大气中的一些放射性物质，净化空气。 ( 5 ) 绿地降低噪音 在噪音和它的接受者之间，设置植物的隔离带，阻止噪音的传播，减少噪音对人的 干扰，声音通过3 0 米宽的绿化带，在8 0 分贝的情况下，可以降低7 一l o 分贝。 ( 6 ) 绿地减少尘埃和细菌 ( 7 ) 绿地可以美化城市和增加经济效益 1 1 3 城市绿地土壤概念 城市绿地土壤是针对其他所有非绿地土壤或非绿地用途的土壤而言的，它既指绿地 植被覆盖下的土壤，又指园林绿化部门或绿化经营者的经营活动所涉及的土壤，总地来 说是依人的主观意志划分出来的。 城市绿地土壤目前研究较少，有见报道的有管东生对广州城市绿地土壤的特征进行 了研究，并探讨其对树木生长的影响，表明广州城市绿地土壤受到不同程度的人为干扰， 其中公园和大学校园树林土壤的理化性质虽有一定改变，但仍接近自然土壤的状况，行道 树的土壤则过于紧实，j t p h 值太高，而有机质及氮、磷含量较低”1 。苏州城市在调查分 析主干道绿地土壤理化性质的基础上，提出改良利用措施及绿化施工用土质量标准，得 出苏州绿地土壤有机含量多在1 3 1 5 9 k g 之间，皆属低水平状态。 1 2 土壤重金属研究的现状和发展趋势 什么是重金属? 目前尚没有严格统一的定义。在化学中一般指密度4 5 9 c m 3 以上 ( 也有人认为大于4 ) 的金属称为重金属”1 。例如c d 、c r 、c u 、h g 、n i 、p b 、z n 等，a s 由于其性质与重金属类似，通常也归入重金属的研究范畴。土壤中的重金属元素从生物 化学特征上可以分为两类：一类是对作物和人畜有害的元素，如p b 、c d 和l g 等：一类是 在常量下对生物体有益，但是过量时造成危害的元索，例如c u 、z n 等1 。一般来说， 土壤重金属污染指的是人类活动导致土壤中重金属含量增加，超出原有的本底或背景 值，并导致环境质量恶化“”。 1 2 1 土壤重金属的研究现状 1 2 1 1 土壤熏金属的来源 ( 1 ) 工业“三废”排放，采矿和冶炼，家庭燃煤，生活垃圾渗出，汽车尾气排 放，是中国城市重金属污染的主要来源。矿产冶炼加工、电镀、塑料、电池、化工等行 业是排放重金属的主要工业源。 ( 2 ) 燃煤释放也是土壤重金属重要来源之一，王起超等研究得出1 9 9 5 年中国燃 煤排放汞3 0 2 9t ，其中向大气排放量为2 1 3 8t “，。虽然近些年城市的供暖供气都 已有了很大的改善，但过去的燃煤所释放的重金属已经沉降至城市土壤中，这会对城市 生态系统、环境及人体健康产生长期效应。 ( 3 ) 机动车尾气排放既是城市大气的主要污染源，也显著引起公路两侧土壤的重 金属污染，汽车汽油、发动机、轮胎、润滑油和镀金部分都能燃烧或磨损而释放蹦 p b 、c d 、c u 、z n 等重金属“。例如，铅对环境污染的主要来源是由于在汽油里常用四乙 基铅或四甲基铅作“抗爆剂”，汽油燃烧后，铅就随废气摊出来，引起大气、土壤和农 作物的铅污染。经空气传播的铅微粒，可以远离排气地点，它们是决定公路旁土壤中铅 含量的重要因素n 1 2 1 2 重金属污染土壤的治理方法与修复 ( i ) 治理方法 工程治理方法 工程治理方法是指用物理或物理化学的原理来治理土壤重金属污染。主要有：客士 和换土法。这两项技术是针对重金属污染土壤表层土的特性，去除表层污染土壤后，把 污染土壤堆放到非农田地或用于筑路，进行固化处理。而这种将表土移走后，换上新的 束被污染的土壤就是换土法。客土法是在污染土壤的表层覆盖未污染的新土。虽然这两 种方法效果比较好，但是存在工程量大和二次污染的问题，目前只用于污染严重、面积 东北林业大学硕士学位论文 较小的地区。 化学治理方法 化学的治理方法主要有施入还原性有机物质，提取法和施加改良剂。还原性有机物 质主要包括牧草、未腐熟稻草、家畜粪肥等，主要原理是有机物料在土壤中分解形成有 机酸，或者糖类和含氮、硫杂环化合物等，这些物质通过其活性基团与重金属络合，影 响其有效性。提取法包括洗土法和冲洗法，主要原理是运用试剂和土壤中重金属的作用 形成溶解性的重金属离子或金属试剂络合物，然后用清水把污染物冲至根耕层外， 在施入能和重金属形成稳定的络合物或生成沉淀，防止污染地下水。施加改良剂主要是 在重金属污染的酸性土壤，施用石灰等碱性物质，提高土壤的p h 值，降低重金属的溶解 性，从而有效的降低了植物体内的重金属浓度。 ( 2 ) 植物吸收去除重金属 植物修复起始于2 0 世纪8 0 年代，c h a n e y 就提出利用重金属超积累植物 ( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 的提取作用清除土壤重金属污染这一思想，经过人们不断的时 间、总结和归纳才形成了植物修复的概念“。植物吸收重金属是目前研究最多并且最有 发展前景的植物修复( p h y t o r e m e d i a t i o n ) 方式，植物修复的过程是绿化环境的过程， 因此有人认为植物修复是一种既经济，又高效的污染处理方法。植物修复技术的对象既 包括铜、铅、锌、镉、钴、镍、锰、铬、砷等重金属、类金属和放射性无机元素，也包 括有机氯溶剂、农药、炸药、多环芳烃等有毒有机污染物；用于植物修复的植物，既包 括高大的乔木( 如杨树、桦树) ，野生的灌木、草类( 如苋、荨麻、苜蓿) ，也包括作物如 向日葵、烟草、玉米，还包括水生植物( 如浮萍、水葫芦) 等多种多样的植物品种；植物 修复的介质既包括固相的士壤沉积物、污泥，也包括液相的地下水和地表水。植物修复 是利用耐受并能积累重金属的植物吸收土壤环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植 物体的地上部分。因此，选育和栽培有较强吸收土壤重金属能力的植物来降低土壤重金 属含量，如：羊齿类铁角蕨类属的植物，对镉的吸收率可达1 0 ；蜈蚣草对砷的积累可 达5 0 0 0 m g k g ；灯心草对镉的吸收可达8 6 7 0 m g k g ；高山甘薯对铜的吸收可达 1 2 3 0 0 m g k g 。 1 2 2 国内外土壤重金属研究的发展趋势 1 2 2 1 国内研究的发展趋势 土壤污染与大气污染和水污染不同，看不见，摸不着“”，具有不可逆性、长期性、 隐蔽性和滞后性，又不易在生物物质循环和能量交换中分解”，再加上人们的认识有 限，因而受到的关注相对较少。但是当有毒物质的积累超出土壤的承受能力或环境条件 发生变化时，有毒物质可能会突然活化，导致严重的环境危害，因而有“化学定时炸 弹”的说法“。因此，国内外都比较关注重金属污染引起的问题。 我国现在对于土壤重金属的研究越来越重视，尤其是对农田土壤的重金属的研究， 在2 0 世纪九十年代末是一个热点问题。因为据研究后估计，全国仅重金属污染的耕地面 积就达2 0 0 0 万公顷，约占耕地总面积的j 5 “，每年因土壤污染而减产粮食1 0 0 0 万吨； 另外还有1 2 0 0 万吨粮食受污染而超标，二者的直接经济损失达2 0 0 多亿元“”。对于农n i 巷- 1 绪论 土壤的重金属研究，近些年来国内已有较多报道。例如，张民等人的研究表明，菜园土 壤随种菜历史的延长，熟化程度的增加，重金属元素z n 、c u 、p b 的含量有明显增高的趋 势“。沈阳市于9 0 年代对近郊菜区土壤及蔬菜重金属污染状况做了两次调查，发现土壤 及蔬菜均受到不同程度的污染，土壤h g 超标1 3 7 6 倍，c d 超标3 5 2 倍；而蔬菜则受到 p b 、h g 、z n 、c d 的污染，其中大白菜中p b 的超标率为1 0 0 ，c d 次之，为5 8 3 “， “。广州市菜地约有9 5 被污染，p b 的污染严重且普遍，其次是c d 、a s 的污染。 国内对于公路两边土壤重金属的研究也有报道，但是大多是针对p b 这种重金属的污 染。蔡志洲等人在1 9 9 4 年就曾对公路两侧土壤铅污染的评价体系进行了初步研究，指出 距路5 0 米内，铅含量无明显规律，提出了预测铅的累积含量和动容量指标。”。倪建华等 人曾对南通市交通干线周围土壤做了铅污染的调查，结果表明随距交通干线距离的增 加，土壤铅含量有下降的趋势，两者呈负相关”1 。徐永洲等曾对3 1 6 国道华容至鄂州临 江段公路，研究了绿带对公路两侧土壤重金属含量的研究，表明土壤中p b 、c u 的含量随 距公路距离的增加而降低m ，。 国内对于城市土壤重金属污染的研究起步较晚，在近几年才逐渐被重视，但是大多 数是针对某一种重金属的污染进行研究。严建华等研究结果表明：利用t c l p ( t o x i c i t y c h a r a c t e r i s t i cl e a c h i n gp r o c e d u r e ) 浸出方法用沥青固化城市垃圾以后，重金属 p b ，c u ，z n 的浸出量远远低于飞灰的，重金属c r 、n i 甚至没有检出“。有人对北京城市公 园土壤铅含量进行研究，表明北京城区已有部分公园存在铅污染问题。长春市土壤也 同样存在铅污染问题“。另外，殷效彩对我国的城市地区土壤的铅背景值进行了分析， 说明我国铅背景值高于或接近于世界铅背景值的上限呻1 。有些大城市，如北京、广州、 沈阳等，已经针对各自的研究状况，对城市土壤的重金属污染研究进行了分析，但是大 多是针对城郊的土壤一蔬菜系统之间的研究。 12 2 2 国外研究的发展趋势 国外对土壤重金属污染的报道最早可以追溯到十九世纪发生在日本的足尾铜山公害 事件。在5 0 年代前后，日本出现了“水俣病”和“骨痛病”，并且查明这是由于汞和镉 污染所引起的公害之后，重金属的污染才开始备受关注。 在城市士壤重金属污染方面，国外许多学者进行了探索。b i l o s 等人研究认为：城 市中污染源较多，可释放大量重金属进入大气和土壤，因此城市绿地土壤一植物受重金 属污染更为严重“6 “。有研究显示，在特定地物( 如建筑物等) 周围，土壤重金属的污染 程度与该地物的建成时间旧1 和位置”1 有关：另外，人类活动越密集的地区重金属污染越 严重”。工业化程度与城市土壤中重金属的含量( 例! i c d 、c u 、p b 、z n ) 密切相关”6 “。 m a d r i d 等人对西班牙塞维利亚市主要公园和绿地土壤重金属含量的调查显示，位于居 住、体闲地区的土壤样点的p b ，z n 和c u ( 尤其是c u ) 的含量超出人们可接受的范围。显示 机动车辆是土壤中重金属含量增加的一个重要原因。a l b a s e l 等人的研究发现，土壤 c u 、p b 、z n 的含量在逐渐远离公路时而迅速降低。“。这不仅是因为汽车尾气会释放重金 属进入周围环境，而且车辆的e 常损耗同样可以造成土壤中重金属的积累“。汽车尾气 对重盒属增加的贡献主要是p b ，同时也会影响到z n ，c u ”“。土壤中的c u ，、z n 、c d 含 量，特别是p b 的含量，与机动车辆有密切的关系”3 。b l a k e l 等人的研究还表明，大气 沉晦会导致二卜壤以及作物中的重金属增加，包括通过大气降水“”以及气液悬浮物进入 、 东北林业大学硕士学位论文 土壤”。据b a n d h j 等人的研究，大气中的重金属与土壤中的重金属之间有密切的相关性 t 6 o d u d k a 等人研究表明人类通过食物链途径，即人类食用污染土壤生产的农产品，包 括粮食、蔬菜以及肉类等，都会使污染物通过食物进入人体m 1 ，这也是最普通、最为大 众所熟知的途径。然而，f e r g u s o n 等人的研究表明，人们直接接触污染土壤，通过“手 至嘴”的方式直接摄取熏金属也是污染物进入人体的重要途径之一m 3 ，尤其是儿童。另 外，通过扬尘悬浮在空气中的重金属，部分会吸附在食物的表面，如果没有适当的清 洗，就会形成另外的污染。 1 3 本研究的目的和意义 现在的城市发展由单纯静止的、优美的自然环境趋向于全面的生态化“生态城 市”，生态城市是人、自然和环境和谐发展的形式，是城市物质文明和精神文明高度发达 的标志，也是城市经济、文化和科技发展的必然结果。哈尔滨是黑龙江省省会，中国东 北北部地区政治、经济、文化的中心，位于黑龙江省南部松花江主流的中游。市区面积 有1 6 3 7 平方公里，人口3 3 8 万，素有“东方小巴黎”、“天鹅项下珍珠城”的美称。目前 以我国的国情，城市依然是人们从事生产和生活的主要地区，而像哈尔滨这样的大城市 又面l 临着城市高速发展、城市规模不断扩大所带来的诸多环境问题，我们不能以牺牲环 境和人群健康为代价。我们的城市土壤的环境质量状况也一样令人担忧。 根据哈尔滨市的地域特点，进行城市绿地土壤的重金属污染及其评价的研究就尤为 重要，以此合理评价哈尔滨市绿地土壤一植物重金属污染的现状，掌握不同地区污染的 程度，以及对比出哈尔滨市主要的绿地植物对于重金属富集的优势种，找出哈尔滨市主 要的重金属污染因子及其污染源产生的原因和途径，而且通过本研究建立的采样调查、 污染评价方法，不仅可以用于哈尔滨市，而且可以推广至全国各级行政单位，作为全国 土壤环境质量评价乃至全国土壤普查的参考。因此，具有很大的现实意义和广阔的推广 前景。 ：塑塞垫量塞堡堡圣塑墼塞奎鎏 2 研究地区自然概况和研究方法 2 1 研究地区自然概况 哈尔滨人文历史悠久，荟萃北方少数民族历史文化于一身，融合中外文化精华于一 城，俗称为“东方小巴黎”。哈尔滨是黑龙江省会，中国北方历史文化名城，也是中国 东北北部最大的政治、经济、文化中心，是全国省辖市中面积最大的城市。它辖七区十 二县( 市) ，面积5 3 0 6 8 万平方公里( 市区1 6 3 7 ) ，人口9 4 6 万人( 市区3 3 8 ) 。哈尔滨 俗称“冰城”，位居亚太经济发展区的腹地，具有中国东北最大的国际航空港及内河港 口，是沟通东北亚、欧洲和太平洋的交通枢纽。这里腹地辽阔，周围沃野千里，石油、 煤炭、木材资源十分丰富，是国家重要工业基地之一。哈尔滨以冰雪文化运动而出名， 第三届亚洲冬季运动会曾在这里进行。豫布力的高山滑雪，兆麟园冰灯游园会、松花江 上冬泳、雪雕、冰雪游乐在国内外享有盛誉。 哈尔滨地处松嫩平原，位于黑龙江省南部，松花江主流的中游。地理坐标为北纬 4 5 。2 0 4 6 。2 0 、东经t 2 6 。1 5 1 2 7 。3 0 。哈尔滨市区及地域平坦、低洼，东部 1 0 县( 市) 多山及丘陵地。东南临张广才岭支脉丘陵，北部为小兴安岭山区，中部有松 花江通过，山势不高，河流纵横，平原辽阔。哈尔滨市区主要分布在松花江形成的三级 阶地上，哈尔滨由东南向西北倾斜，地域平坦，平均海拔1 5 1 米。气候区地处中温带， 属于大陆性季风气候，四季分明，冬季长，春秋两季短，年均气温为3 6 ；夏季高温 多雨，降雨量为6 0 0 毫米左右，雨量集中在7 、8 、9 月。土壤层次发育显著，剖面形态 一般由黑土层、淀积层和母质层组成，质地为重壤，中壤和轻壤土。有机质含量为3 8 ，全氮含量为0 2 o 9 ，全磷含量为0 0 8 0 3 ，全钾含量为2 3 ，碱解氮平 均含量为1 4 8pg k g ，速效磷平均含量为1 5ug k g ，速效钾平均含量为2 2 7pg k g 。黑 土呈中性至微酸性反应，土壤容重1 0 3 1 4 1 克厘米2 ，毛管持水量1 6 5 5 3 9 2 7 。 2 2 研究方法 幺2 1 采样点的设置与样品采集 2 2 1 1 采样点的设置 由于不同的绿地有不同的功能性和不同的特点，其污染的程度和其污染源也有差 别。为了能更好地评价哈尔滨市绿地土壤表层重金属污染的状况，在哈尔滨市区根据绿 地所在地理位置和土地利用类型，按照绿地的划分方法，把他们划分为公共绿地、道路 交通绿地、市郊农业区、生产绿地和居民绿地五个功能区o ”。本次采样时间在八月下 旬，一共设置7 0 个采样点，每一个采样点用全球定位系统g p s 进行定位，并汜录每个 样点的( ；p s 坐标，结合地理信息系统的方法，把采样点的地理坐标绘制在哈尔滨市区圈 哈尔滨市区采样点分布图 幽2 1 哈尔滨市区采样点分布闰 1 0 ! 堑塞些曼窒竺堡堡塾至塞查童 表2 一l呛尔滨市取样地点及其植物名称 样号地点植物拉丁名称样号地点 植物拉丁名称 l 动物园l丁香 2 动物圊2草坪 3 动物园3 4 动物同4糖槭 a 动物园5旱榔 6 动物园门口绿化带小叶丁香 7 和避路与西丈直街路口早柳 8建园公园1 榆树 9 建国公园2丁香 】o 建田公园3 榆树 1 1 建国公园4早柳 1 2 建国公园j旱柳 1 3 巾央大街云杉 1 4 兆麟公园1云杉 1 5兆麟公列2 榆树 1 6 兆群公园3丁香 jr 兆麟公匿4丁香 1 8 兆瞎公随5榆钳 1 9 滨江火车站前草坪 2 0南岗区情公示广场 辽东术蜡 2 l 先锋路立交耩丁香 2 2 红旗大街 小叶丁香 2 3 红旗大街与闽江小区交叉辽东水蜡 2 4 红旌大街与公滨路 丁香 2 j 省政府前丁香 2 6 宣化街钻天杨 2 r 孛范五花园钻天杨 2 8 璋览中心前云杉 2 9 红博广场草坪 3 0 铁路中心医院 3 l 老哈= 三巾门口( 临街)丁吞 3 2 老哈三t p 后面，一曼公园 u j 香 3 3 地段钎与新阳路交叉 叫 新阳路与安发桥 j 4 香 榆树 8 y r m g oo b l o t a lc n d l c 盯n e g n n d o s 3 r m g a m | c r o p h y l l a 卑r i i t g a o b l o t o l i n d l s a “xm d t d m s a l i x m a t s t m a 加 p l c k o * “s m 5 ) ，_ m g ao b l a t a l i n d l s y 舯o b l a t a l i e u t l l i g m t n k t s $ r 他口o b l a t al i n d f s ) r i n g a m w r o p h y l l a ，g ，k u a g s ) r c n ，g ao b l m a l n 4 s ) r i n g ao b l a l al i ，r d l p o 驰n i g m l i n n p o p “h u n i g m l i n n l 一k c h s h n d h i 母m o 秘o b l a l al i 柚t s y r i n g ao h l w a l m d l s y r i n g ao b t o ml i n d l 学府路头 学府路( 中央缸商墟对面) 学府路( 农科院对面) 学府路顺延往前 省农科院试验 l l ( 农田) 省农科院试验田( 衷出) 省农科院试验田( 农出) 省农科院试验 h ( 农田】 省农科院试验田( 农田) 省农科院试验田( 农田) 省农科院试验田( 农田) 哈平路农田( 距路较远)