（环境工程专业论文）高速公路沿线重金属污染累积规律研究.pdf

a b s t r a c t t r a i l s p o f ti so n eo ft h eb a s i ci n d u s t r yi nn a t i o n a le c o n o m y , m o oa n d m o r eh i g h w a yh a v eb e e nb u i l t a n dp u to nw i t ht h es o c i a ld e v e l o p m e n t i n e v i t a b l y , i tb r i n g st h ep r o b l e mo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n t h e 舔h ，e x h a u s t s ，l e a k i n gf u e l s ，m e c h a n i c a lw e a ra n dv e h i c l e - r o a dw e a r , a l lo f t h e mh a v eb e e nt h ee l e m e n t so f h i g h w a yp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n ta r o u n d a n ds p e c i a l l y , t h eh e a v ym e t a l i sm o s ts e r i o u s s ot h es t u d y f o r c eo nf i g u r i n go u tp o l l u t i o np a t h w a ya n dt h ed i s t r i b u t i n gm e c h a n i s m i nt h i sp a p c r , ic o l l e c tt h es o i ls a m p l e si nf o u rh i g h w a y si ns h a a n x ip r o v i n c ea n dd e t e c tt h eh e a v y 圮t a lc o n t e n ti ni t t h e nw eg e tt h ep o l l u t i o ns i t u a t i o nc l e a r , m a k eo u t t h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec o n t e n ta n d t h eo p e r a t i o ny e a r s ，t h ed i s t r i b u t i n gs y s t e mo fh e a v y m e t a l - s o i ld e p t ha n dt h ec u m u l a t i n ge f f e c t t h es t u d y s h o w st 1 1 a tt l l es o i l 踟0 u n dh a v eb e e np o l l u t e da td i f f e r e n tl e v e la n dt h es o i la s i d ei st h em o s t t h e c o n t e n to f h e a v ym e t a lc h a n g e sa st h ed e p t h f i r s tt h e c u r v eg o e su pt ot h et o pa n dt h e nf a l ld o w na st h ed e p t hc h a n g e a n dm e a n w l l i l et h es t u d ya l s os h o w st h a tt h em a t h e m a t i c a lm o d e lb e t w e e n t h eh e a v ym e t a lc o n t e n t 觚ds o i ld e p t l li sc = kl n ( x ) + c o ；id r a w i n gat e n t a t i v ec o n c l u s i o nt h a tt h ec o e f f i c i e n tk d e p e n d so nt h e o w ec h a r a c “耐s t i co fs o i l ，a n dt h ec o e f f i c i e n tc oi st h ei n i t i a lh e a v ym e t a lc o n t e n to ft o p s o i l t a k ee x a m p l e s ， m em m e m a t i c a lm o d e lo fc uc 伽l t e n ti ne v a p o r a t i o nt a n ki nx i l i nr o a di sy = 一2 5 8 4 i n ( x ) + 1 0 7 5 4 a n d t l l er 2i s0 7 7 0 4 i nx i l 锄r o a dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo f p bc o n t e n t i sy = 一9 3 1 7i n ( x ) + 3 3 0 3 5a n dt h e = 0 8 1 4 5 k e yw o r d s ：h i g h w a y , h e a v ym e t a lc u m u l a t i n ge f f e c t , d i s t r i b u t i n gm e c h a n i s m 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：铸材冽年，月心日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：铆射 导师签名： 谜年孓只t s 日 qg 年6 月3 日 k 安大学硕士学位论文 1 1 课题研究背景 第一章概述 1 1 1 我国公路交通建设的发展状况 交通运输是国民经济的基础产业之一，对于促进国家经济社会发展、加强国民建设、 提高人民生活水平有非常重要的作用。改革开放以来，随着我国经济迅速发展，大量公 路建成通行，其中高速公路发展尤为迅猛。1 9 8 8 年1 0 月沪嘉高速公路建成通车，实现 我国大陆高速公路零突破；截至2 0 0 6 年我国高速公路总历程达到4 5 4 公里，其中西部 高速公路里程达7 0 0 0 公里。如下图1 1 为我国高速公路里程历年统计。 图1 1 我国高速公路通车里程表 根据交通部“中国交通发展规划”及近年来公路建设历程，我国高速公路网络建设初 步成型。其中，公路主骨架包括总长3 5 万公里、纵贯东西和横穿国境南北的“五纵七 横”1 2 条主要由高速公路组成的国道主干线，贯通首都和直辖市及各省( 自治区) 省会 城市，将1 0 0 万人口以上特大城市和5 0 万人口以上大城市的9 3 连接一体，其连接城 市超过2 0 0 个、覆盖人口超过6 亿。 1 1 2 公路运营过程中引发环境污染造成危害 高速公路在运营过程中，由于各种因素将不可避免的造成环境危害，污染诱发因素 繁多且作用过程复杂。 车辆行驶扬起灰尘、燃油泄露、车辆机械磨损、轮胎与地面摩擦、车辆尾气排放是 导致污染的主要因素。产生的污染物质通过降雨雪( 形成路面径流) 、自然沉降等作用 第一章概述 方式，由高速公路扩散到周边环境，最终对人群产生危害。 污染产生具体因素包括：燃油尾气排放包含有碳氢化合物、铅、锌等：车辆制动衬 面磨损导致铜泄漏；道路路面表层沥青磨损包含有铁、镍、钒、镁、钙等金属以及p a h s ( 多环芳烃，包含1 6 种有机物质，如萘、苯并芘等) 泄漏；冬季防冻剂的使用导致了 多种重金属元素如锌、镉泄漏。 高速公路作为交通主骨架主要组成部分，连接了国家9 0 以上大中型城市，其扩展 范围越广，则污染范围也越大。 通过路面径流，由公路产生的污染可以扩散到周边的河流和土壤中。污染物自然沉 降将对公路两侧各2 0 0 米范围产生环境影响。而通过城市人群密集区域的高速公路将使 环境影响范围更加扩大。 高速公路产生的污染物质中，重金属占很大部分。短时间内，其毒性强，危害大； 长期时间内，在周边土壤环境中有富集效果。重金属由高速公路随路面径流，干沉降等 途径进入土壤，一方面被植物吸收，进而植物被牲畜食用吸收，最终进入人体。另一方 面随着重金属不断富集，越来越渗入地下，甚至可能进入地下水。 1 2 国内外对公路运营环境污染研究现状 1 2 1 国外研究概况 国外欧美国家对高速公路运营期间产生的环境污染研究较多，形成了较为成熟的研 究手段和方法，描述此类研究的技术性资料也逐年增多。 国外研究人员对公路旁重金属污染的研究始于2 0 世纪六七十年代，一般以土壤为 污染物载体( r e s e r v o i r ) 进行研究，早期研究以金属铅为主。其中以澳大利亚、美、德等国 对土壤重金属研究较为深入。v a n d e n n a b e e l e 等( 1 9 7 2 ) 【1 1 、w 枷等( 1 9 7 5 ) 【2 】、o n y a r i ( 1 9 9 1 ) 【3 】、f r a n c e k ( 1 9 9 2 ) 【4 1 、s i t h o l e ( 1 9 9 3 ) 5 1 、t e i c h m a n ( 1 9 9 3 ) 【6 】、h a f e n 等( 1 9 9 6 ) 【7 】、c h a r l e s 等( 1 9 9 9 ) 【8 1 、a 1 c h a l a b i 等( 2 0 0 0 ) 【9 1 均对公路周边土壤p b 污染问题进行 研究。研究表明，公路周边土壤p b 含量明显高于背景值，且随观测点与公路距离增加 而含量明显减少。p b 可通过可溶性卤化物微粒进入土壤，一旦进入就与土壤紧密结合， 长期残留。据e r e l ( 1 9 9 8 ) 估计，p b 在土壤的残留时间超过1 0 0 年【1 0 】。虽然现在世界上许 多国家都使用无铅汽油( 无铅汽油并非不含铅，而是指汽油中铅含量低于o 0 1 3 9 l ，虽 然含量较低，但考虑到交通量逐年递增，土壤中铅含量的累积效果依然可观) ，但土壤 中已积累的p b 将长期影响公路两侧土壤环境。 2 长安大学硕上学位论文 2 0 世纪八九十年代以后，研究人员开始研究p b 之外其它重金属对土壤的污染情况。 h e w i t t ( 1 9 9 0 ) 等对厄瓜多尔的c u e n c a 市附近公路旁土壤中的p b ，c d 和z n 进行实验测 定并分析，结果表明p b 和z n 的含量与机动车交通密切相关，而c d 与交通相关性弱【1 1 l 。 s m i t h 等【1 2 】在其研究中发现公路边土壤p b 含量普遍较高，有的公路边土壤中的p b 含量 高达1 0 0 5 0 0m g k g ( 1 9 9 5 ) 。f a k a y o d e 对尼日利亚o s o g b o 公路周边土壤中p b 、c d 、 c u 、n i 和z n 的分布规律进行研究，发现重金属含量与距公路距离的负相关关系，机动 车排放对表层土壤( t o p s o i l ) 的重金属积累起到非常重要的作用【1 3 】。 a n a g n o s t o p o u l o u 等( 2 0 0 6 ) 针对世界范围内的汽油无铅化的环保策略，对希腊的 a t h e n s 和p i r a e u s 城市街道灰尘中的铅进行研究，发现与二十年前相比，铅浓度有显著 地降低，他推断很可能是由于汽油含铅量的下降造成的【1 4 1 。 另外，对于土壤理化性质与重金属相互关系及不同形态重金属性质的研究也较多。 由于重金属自身的化学形态、土壤理化性质( 成土母质、p h 值、有机质含量、氧化还原 电位、土壤质地、硅酸盐和铁锰氧化物含量、阳离子交换量等) 对重金属元素的富集、 迁移现象起到重要的作用【1 5 1 。以土壤黏粒和有机质为例，两者都是胶体物质，对重金属 离子具有强大的吸附作用，能有效地抑制重金属的扩散和流失。 m c g r a t h ( 1 9 9 6 ) 在对爱尔兰农业土壤研究中发现，土壤中的z n 与有机碳呈显著的正 相关关系【1 6 】。b o r g 等( 1 9 8 9 ) 对瑞典的土样研究表明，p h 也对土壤中吸附的重金属产生 重要影响，随着p h 值的降低，c u 的移动性能大大增加【1 7 】。t u r e r 等( 2 0 0 3 ) 在c o r p u sc h r i s t i 附近的i 3 7 和c i n c i n n a t i 附近的i 7 5 公路周边土壤分析结果表明，两地重金属浓度均随 深度而减少，随有机碳的增大而增大，也随离公路距离的增大而减少【1 8 】。 而直接针对公路对周边环境污染传播途径进行研究主要包括两个方面，即干、湿沉 降和路面径流。早于2 0 0 3 年，国外研究人员已经对路面径流( r o a dr u n o f f ) 进行实验研 究，主要对其中所包含的有机物和无机物进行了定性和定量检测。 g i o v a n n am a n g a n i 等研究人员在“e v a l u a t i o no ft h ep o l l u t a n tc o n t e n ti nr o a dr u n o f r f l u s hw a t e r ( 短时间降雨路面径流污染物浓度评估) ”一文中，对雨后收集最初的1 0 l 路 面径流中所含的污染物物质的量进行检测，结合交通量对数据进行了分析，最终得出了 在不同监测点污染物浓度。但文章中提及，铅、p a h ( 多环芳烃) 含量往往在可检测线 以下，由于数据量缺乏，污染物对周边环境( 地表水、土壤、地下水) 的影响程度难以 估算。 从2 0 0 4 到2 0 0 6 年，研究人员针对高速公路周边环境污染从更多方面、采用更新的 3 第一章概述 实验方法和技术手段进行研究。 p n ms c h i p p e r 等研究人员在 r u n o f fa n dw i n d b l o w ns p r a yf r o ms u r f a c er i s ka n d m e a s u r ef o rs o i la n dw a t e r ( 路面径流和风化作用对水体和土壤产生的危害和相应采取的 措施) ”一文中，于2 0 0 6 年在公路某地段采用了模型模拟路面径流污染，在高速公路上 划定一定区域作为雨水汇水面积，将雨水汇集到准备好的土壤床中，研究对土壤的影响。 研究结果表明，路面径流引起的重金属和p a h 的污染主要集中在土壤表层( t o p s o i l ) ， 即耕作层，进而对作物种植造成污染。文章提出的重污染地带解决方法主要为对表层土 壤整体进行更换。 1 2 2 国内研究概况 我国对公路旁重金属污染研究起步较晚( 始于2 0 世纪8 0 年代) ，且多数是对公路 周边土壤关于p b 的研究。例如，顾文兴( 1 9 8 9 ) 调查表明，路边土壤p b 含量与公路距离 呈负相关关系，相关系数为一0 9 9 5 1 9 】。索有瑞( 1 9 9 6 ) 等对西宁市重要公路两侧土壤和植 物中的p b 含量进行了测定，表明土壤和植物中p b 污染都较严重，且p b 含量与公路距 离呈负相关关系，在1 0 0 m 处趋于当地背景值【2 0 1 。 王斌( 1 9 9 8 ) 等对公路两侧土壤中p b 的分布规律进行研究，认为公路两侧土壤中p b 的含量与到公路边沿的距离符合高斯衰减分布，模型中各参数具有明确的物理意义；车 速快时对公路两侧土壤中p b 含量的影响范围比车速慢时的小，而且在怠速情况下尾气 排放p b 的量更高；9 9 以上的p b 积累量分布在距路基5 0m 的范围内【2 1 1 。潘如圭等( 1 9 9 8 ) 研究汽车尾气中的p b 对公路两侧蔬菜的污染，认为在公路两侧2 0 0m 范围内生长的蔬 菜均受到汽车尾气中p b 的污染，且蔬菜中p b 含量与距离成负相关；相同距离点上不同 种类的蔬菜中p b 含量有明显差异，表明蔬菜吸收和累积大气中p b 的能力是不同的，一 般是叶菜大于根和果菜【2 2 1 。 张辉( 1 9 9 8 ) 以宁杭公路南京段为例，对公路旁土壤中重金属复合污染进行了研究， 表明研究区已形成p b 、c o 、c r 复合污染，污染缘带沿公路延伸方向展布，污染范围在 距路基1 4 0 - 1 5 0m 之间，重金属来源主要为机动车燃料燃烧和轮胎中所含的重金属成 分【2 3 1 。林健等研究受公路交通污染的土壤和稻谷中的p b 、c d 分布特征，结果表明公路 旁土壤和稻谷受c d 、p b 污染严重，污染范围距路基1 5 0m ，土壤c d 、p b 污染程度影响 稻谷中c d 、p b 含量【2 4 】。 近年来研究元素的范围有所拓宽，殷云龙等( 2 0 0 5 ) 对南京市不同类别公路( 城市干 4 长安大学硕士学位论文 线、绕城公路和城郊公路) 旁土壤重金属污染特点进行了研究【2 5 】。李波等( 2 0 0 5 ) 以江 苏省的宁连高速公路两侧土壤和农产品为研究对象，分路段采集样品，探讨了高速公路 两侧农田土壤及农产品中重金属的污染特征【2 6 】。张永春等( 2 0 0 5 ) 在对江苏省公路两侧 土壤和作物中重金属的累积研究中，采用的四个采样断面中包含有一个高速公路断面【2 7 1 1 3 课题研究意义及方法 1 3 1 课题研究意义及方法 我国高速公路建设的迅猛发展，以及污染物随公路运营年的逐年递增，高速公路运 营给周边带来的影响逐渐扩大，高速公路往往通过农业耕作区域、地表水域、城市人群 居住区域，这就致使周边居民生活直接或间接的受到影响，土壤中污染物质可导致农产 品产量减少，也可能在农作物中富集进而被人食用。地表水被污染，甚至可能影响到地 下水资源。本课题的研究对全面解析高速公路引起周边环境污染以及相应措施的采取有 重要意义。 1 本课题的研究对诱发高速公路重金属污染的主、次要因素有清楚的认识。 2 通过本课题的研究，对高速公路运营重金属污染发生的范围、污染程度有初步认 识，寻找可能的减缓措施。 3 本研究将对高速公路运营环境保护进行初步的、基础的研究，给今后的运营管理 提供数据和经验。 我们通过以下方法步骤进行实验研究： l 。收集调查整理高速公路运营污染物排放的相关资料，明确污染物诱发因素和作用 过程。 2 调查西安周边高速公路运营周边环境，以附近土壤( 包括路边土壤和蒸发池内土 样) 为实验分析对象。选取重金属( 铅、锌、铜) 作为检测指标。 3 通过实验，对污染物进行定性、定量的分析，确定其累积效果，论证其是否造成 环境危害，及其危害大小。 4 确定污染物种类其诱发因素，对污染物累积效果进行分析，总结其累积规律。 1 3 2 课题研究内容 本课题针对不同运营年的高速公路进行调查，采集土壤样本进行实验和分析。课题 5 第一章概述 研究的主要内容包括： 1 土壤样品不同深度层中c u 、p b 、z n 含量实验测定。 2 土壤样品不同深度层中c u 、p b 、z n 分布状况与污染状况。 3 重金属指标在土壤层中累积因素分析与拟合曲线的确定。 4 蒸发池作为高速公路蓄水设施，同样也起到缓解高速公路对周边环境污染的效果。 6 长安大学硕士学位论文 第二章实验采样思路及样品采集 2 1 实验采样思路及方法 2 1 1 重金属在高速公路周边土壤中的累积分析采样 我国高速公路污染情况以重金属污染最为突出，主要由汽车尾气、金属机械磨损等 方面产生，通过大气沉降作用、路面径流等途径扩散到周围环境。其中累积量最大的即 为高速公路周边的土壤。由于水样采集无论时机掌握、设备安置都比较困难，所以直接 针对土样采集样品分析较为简便。对于土样的分析主要可以研究重金属在土壤中浓度的 逐年变化和累积效果，以确定其对何种环境因素造成污染以及污染程度如何。 采用分时间段、分层采样的方法对土壤进行样品采集。在陕西境内按时间段分选定 运营年分别为5 年、7 年、1 4 年、1 7 年( 以上) 的4 条公路周边土壤，按土壤分层方法 选定土壤层o 1 、l 一3 、3 5 、5 1 0 、1 0 2 0 、2 0 4 0 ( e r a ) 的深度采集分析，然后将数据在 时间轴层面( 横向) 、空间轴层面( 纵向) 进行对比。 2 1 2 采样点布设 在采样过程中，蒸发池、背景土样、无蒸发池时( 或蒸发池损毁) 泄水面采样点布 设如下图2 1 所示： 兰墅l 图2 1 采样点布设示意图 图2 1 中，a 点为蒸发池设置采样点，b 点为蒸发池与公路同距离( 2 5 m ) 对比土 样采样点，c 点为当高速公路无蒸发池时( 或蒸发池已经损坏，无法正常发挥作用时) 路侧采样点，距离高速公路3 m 以内。 7 第二章实验采样思路及样品采集 我们研究的目的包括以高速公路为中心造成的污染是否危及地下水。在高速公路沿 线周边环境体系中，以蒸发池底层土壤与地下水距离最为接近，且蒸发池中由于降雨汇 集并沉降，以底部的污染物含量最高。所以必须选取它作为土壤采样点进行实验测定和 分析。 以表层土壤( 即t o p s o i l 土层深度o - - 2 0 c m ) 为主要研究对象，土壤层主要在o , - - 2 0 c m 深度进行分层。采样深度布设如图2 2 所示 c m 图2 2 采样深度布设示意图 其中，由于被研究高速公路路段周边环境多为农田，所以对农作物主要生长土层， 即o - - 2 0 c m 表层土壤( t o p s o i l ) 进行细分。 2 2 采样过程 2 2 1 采样依据及采样工具 根据“土壤环境监测技术规范”( h j 1 1 6 6 2 0 0 4 ) 相关规定进行采样，按照实际情况 有所变动。 1 采样布点：根据研究方向，选取采样点为高速公路蒸发池内及与其公路相同距离 的背景比较点，总共二处。当高速公路由于修建时间早无蒸发池时，确定采样点为高速 公路路边路面径流流向周边环境( 包括农田、水域等) 处及周边环境土壤背景比较点( 主 要为农田) 。， 2 采样方式：采集土层由0 厘米向下至4 0 厘米深度的土样，每一个采样点按照既定 深度采样( 即0 , - - 1 、1 3 、3 5 、5 1 0 、1 0 - - 2 0 、2 0 - - 4 0 ) 。 3 采样工具：聚乙烯样品袋、铁铲、竹刀( 木铲) 、直尺、三角尺、皮尺、标签纸、 笔、样品保存箱( 纸箱) 。 8 长安大学硕士学位论文 2 2 2 采样路段基本情况 西宝高速公路于1 9 9 3 年1 2 月开通运营，采样时间与之相差1 3 年9 个月。西宝高 速公路土壤采样点有2 处，一处为西宝高速蒸发池土样，一处蒸发池附近与公路同距离 农田对比土样。蒸发池周围为农田，面对公路左侧距离1 5 米处有一河流，采集的土样 为砂质土壤，颜色为浅黄，入手发潮，腐殖质含量极少，植物根系较多。农田采集对比 土样为中壤土，颜色为黄棕色入手发潮，腐殖质含量丰富，且含有较多蚯蚓，植物根系 较少。 西户高速公路于2 0 0 2 年1 1 月开通运营，采样时间与之相差4 年9 个月。西户高速 公路土壤采样点共2 处，一处为西户高速蒸发池土样，一处为蒸发池附近与公路同距离 农田对比土样。蒸发池采集的土样为重壤土，颜色为黑色，入手潮湿，腐殖质含量极其 丰富，植物根系较少。农田采集对比土壤为中壤土，颜色为黄棕色，入手发潮，腐殖质 含量丰富，且含有较多蚯蚓，植物根系较少。 西临高速公路于1 9 9 0 年1 2 月开通运营，采样时间与之相差1 6 年1 0 个月。西临高 速公路土壤采样点共2 处，一处为西临高速公路路侧土样( 路面径流经过处) ，一处为 距离公路2 5 m 处对比土样。路侧采集的土样为轻壤土，颜色为灰黑色，表层土壤入手干 燥，底层土壤入手微潮，腐殖质极少，无植物根系。对比土样为中壤土，颜色为黄棕色， 入手发潮，腐殖质含量丰富，植物根系较少。 西蓝高速公路于2 0 0 0 年1 1 月开通运营，采样时间与之相差6 年1 0 个月。西蓝高 速公路土壤采样点共2 处，一处为西蓝高速公路路侧土样( 路面径流经过处) ，一处为 距离公路2 5 m 处对比土样。路侧采集的土样为轻壤土，颜色为灰黑色，表层土壤入手干 燥，底层土壤入手微潮，腐殖质极少，无植物根系。对比土样为中壤土，颜色为黄棕色， 入手发潮，腐殖质含量丰富，植物根系较少。各采样点具体情况总结如下表： 表2 - 1各采样点样本物理特征表 9 第二章实验采样思路及样品采集 2 2 3 采样操作及结果记录表 采集样本包括：蒸发池土样、对比土样和路侧土样。其中对比土样指与蒸发池距离 公路相同平行线上环境土样( 蒸发池周围通常为农田，此时称对比土样为农田对比土 样) 。路侧土样是指当高速公路没有蒸发池或蒸发池损坏失去作用时，选择公路排水经 过的路边土壤采样点采集的样本，距高速公路3 m 以内。 选择蒸发池内采样点并测量其距离高速公路距离。选定以后首先用铁铲掘开大概 5 0 c m x 5 0 c m 正方形坑，以木铲刮除土坑边壁表面土壤( 排除金属铁铲接触土壤造成污 染) ，用直尺、三角尺标定采样表面积及采样深度，以木铲为工具按深度进行采样。采 集土块装入样品袋中，放入纸箱保存。采样总共分两次进行，具体情况如下： 采样时间：2 0 0 7 年0 9 月0 9 日 采样地点：西安宝鸡高速公路，西安户县高速公路 采样过程：分别在临路农田中和高速路旁蒸发池内采集土壤作为样本，按深度( 1 c m 、 2 c m 、2 c m 、5 c m 、1 0 c m 、2 0 c m ) 分层次采样，采集土样量大于5 0 0 9 。 表2 2 高速公路采样记录单位：c m 地点土样编号简介 采样深度 横面积备注 ( 起终) 西安 宝鸡 x l b b 0 0 0 l x l b b 0 1 0 3 x l b b 0 3 0 5 x l b b 0 5 l o x l b b 1 0 2 0 x l b b 2 0 4 0 x l b e 0 0 0 1 ) ( l b - e 0 1 0 3 j x l b e 0 3 0 5 x l b e 0 5 1 0 x l b e 1 0 2 0 x l b e 2 0 4 0 对比样本 通车时问 1 9 9 3 1 2 1 ( 1 ) 2 ( 1 3 ) 2 ( 3 5 ) 5 ( 5 - 1 0 ) 1 0 ( 1 0 n 之o ) 2 0 ( 2 0 4 0 ) l ( 睢1 ) 2 ( 1 3 ) 蒸发池样本 2 ( 3 5 ) 通车时间 1 9 9 3 1 2 5 ( 5 1 0 ) 1 0 ( 1 m 乞0 ) 2 0 ( 2 阻4 0 ) 距路2 5 m 距路2 5 m 1 0 o o 0 0 o 0 0 o 0 0 o l q q q q q q q q q q q 烨 加 加 加 加 加 加 加 加 m m k 长安大学硕士学位论文 续表2 - 2高速公路采样记录单位：c m 地点土样编号简介 采样深度 横面积备注 ( 起终) 西安 户县 x h b b 0 0 0 l x h b b 0 1 0 3 2 0 1 0 2 ( 1 - 3 )2 0 1 0 x h b b 0 3 0 5 对比样本 2 ( 3 5 )2 0 1 0 通车时间 距路2 5 m x h b b 0 5 1 0 2 0 0 2 1 2 5 ( 5 1 0 )2 0 奉1 0 b b 1 0 2 0 x h b - b 2 0 4 0 e 0 0 0 l x h e 0 1 0 3 1 0 ( 1 0 艺o )2 0 1 0 2 0 ( 2 0 - , 4 0 ) 2 0 1 0 2 0 1 5 2 ( 1 3 ) 2 0 1 0 - 】巳0 3 0 5 蒸发池样本 2 ( 3 5 )2 铲l o 通车时间距路2 5 m x h e 0 5 1 0 2 0 0 2 1 2 5 ( 5 1 0 ) 1 0 1 0 x h - e 1 0 2 0 x h e 2 0 4 0 1 0 ( 1 肚2 0 ) 1 0 1 0 2 0 ( 2 0 - 4 0 ) 1 0 5 采样时间：2 0 0 7 年1 0 月2 6 日 采样地点：西安临潼高速公路，西安蓝田高速公路 采样过程：分别在西临路、西蓝路农田中和路侧采集土壤作为样本，农田处采集样 本为对比土样，由于西临路、西蓝路蒸发池严重损坏失去作用，所以采集路侧土壤。按 深度( 1 c m 、2 c m 、2 c m 、5 c m 、1 0 c m 、2 0 c m ) 分层次采样，采集土样量大于5 0 0 9 。 1 1 第二章实验采样思路及样品采集 表2 - 3 高速公路采样记录 单位：e m 地点 土样编号简介 采样深度 横面积备注 ( 起终) 西安 临潼 西安 蓝田 x t - b 0 0 0 1 x t - b 0 1 0 3 路侧样本 x t - b 0 3 0 5 通车时间 x t - b 0 5 1 0 1 9 9 0 1 2 x t - b 1 0 2 0 x t - e o 0 0 1 x t e 0 1 0 3 x t - e 0 3 0 5 对比样本 通车时间 x t - e 0 5 1 0 1 9 9 0 1 2 x t e 1 0 2 0 x t - e 2 0 4 0 x l b 0 0 0 1 x l b 0 1 0 3 路侧样本 x l b 0 3 0 5 通车时间 2 0 0 0 1 1 x l b 0 51 0 x l b 1 0 2 0 x l e 0 0 0 1 x l - e 0 1 0 3 x l e 0 3 0 5 对比样本 x l e 0 51 0 x l e 1 0 2 0 通车时间 2 0 0 0 1 1 l ( 1 ) 2 ( 1 3 ) 2 ( 3 5 ) 5 ( 5 1 0 ) 1 0 ( 1 m 也o ) 1 ( 肛1 ) 2 ( 1 3 ) 2 ( 3 5 ) 5 ( 5 1 0 ) 1 0 ( 1 0 2 0 ) 2 0 ( 2 0 - 4 0 ) 1 ( 肛1 ) 2 ( 1 3 ) 2 ( 3 5 ) 5 ( 5 1 0 ) 1 0 ( 1 m 艺o ) 1 ( 肛1 ) 2 ( 1 3 ) 2 ( 3 5 ) 5 ( 5 - 1 0 ) 1 0 ( 1 口乏0 ) 2 0 * 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 4 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 0 2 0 1 5 2 0 1 0 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 距路3 m 距路2 5 m 距路3 m 距路2 5 m x l - e 2 0 4 0 2 0 ( 2 0 - - 4 0 )1 0 5 _ l _ _ _ - i _ _ _ l _ - _ _ _ - l _ - i _ l - _ _ _ i _ l _ - i _ l _ _ l - - _ _ _ - - h _ _ l _ l - _ _ _ i _ l _ _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ - - - _ - _ _ _ _ _ - - 一 1 2 长安大学硕士学位论文 3 1 土样预处理 第三章土样测定与结果评价 3 1 1 制样工具及容器 风干用白色搪瓷盘及木盘：粉碎用木棒、有机玻璃棒、硬质木板；磨样白色瓷研钵。 3 1 2 土壤预处理 土壤样品的预处理主要根据土壤环境监测技术规范( h j t 6 6 2 0 0 4 ) 进行操作。 1 风干：在风干室将土样放置于风干盘中，摊成2 - 3c m 的薄层，适时地压碎、翻 动，拣出碎石、砂砾、植物残体。 2 样品粗磨：在磨样室将风干的样品倒在有机玻璃板上，用木锤敲打，用木滚、木 棒再次压碎，拣出杂质，混匀，过孔径2 m m ( 2 0 目) 尼龙筛。过筛后的样品全部置无色聚 乙烯薄膜上，并充分搅拌混匀。再全部通过孔径o 1 5 m m ( 1 0 0 目) 筛进行研磨，用于 土壤元素全量分析。 3 样品分装：研磨混匀后的样品，分别装于样品袋，填写土壤标签，贴于袋外一份。 制样过程见图3 1 。 土壤样品( 5 0 0 9 ) 自然风干 去除砂砾植物根系等杂物 过2 m m 筛 收集、记录 验样 2 0 0 a 2 m m 部j 百 磨、过1 0 0 目筛。0 1 5 n l m l 堡曼型竺i 图3 - 1 制样过程示意图 1 3 存档样 2 0 0 a 第三章土样实验与结果评价 4 土样全酸消解预处理 称取1 0 0 0 0 9 样品，放于1 0 0 m l 聚四氟乙烯烧杯中，加入少量蒸馏水润湿，投加 2 0 m l 盐酸，置于电热板加热2 0 m i n 3 0 m i n ；继续投加2 m l 高氯酸、1 0 m l 盐酸、1 0 m l 氢氟酸，继续加热直到白烟冒尽，取下冷却，加入盐酸( 1 + 1 ) 5 m l ，放置于电热板温 热，使可溶性盐溶解，然后加入5 m l 饱和硼酸水，加热5 m i n 1 0 m i n ，取下冷却，移入 5 0 m l 容量瓶，定容摇匀，备用。 5 标准曲线绘制 取l m g l 铜、l m g m l 铅、l m g m l 锌溶液各1 5 m l ，置于2 5 0 m l 容量瓶中，定容。 此溶液即为铜、铅、锌测定工作液。每毫升含2 0 x 1 0 6 9 铜、铅、锌。 分别取工作液0 、5 、1 0 、1 5 、2 0 毫升置于1 0 0 毫升容量瓶中，加入盐酸( 1 + 1 ) 1 0 m l ， 同时加入饱和硼酸水1 0 m l ，用蒸馏水定容，摇匀备用。 3 1 3 测定方法及仪器工作条件 土壤重金属( p b 、c u 、z n ) 含量的测定方法列于表3 1 。 表3 - 1土壤分析实验的项目方法 实验仪器工作条件如下表3 2 所示： 表3 2w f x 1 2 0 型原子色谱分析仪工作条件表 1 4 长安大学硕士学位论文 3 2 重金属测定结果与评价 各路段采样点土壤重金属c u 、p b 和z n 含量测定结果分别如下表3 3 、3 4 、3 5 所示： 表3 - 3c u 实验分析结果单位：m g k g lo l3 01 8 2 73 23 29 23 37 2 2l 一32 92 02 7 33 52 92 62 5 3 01 0 23 19 0 3 07 63 06 5 45 1 02 92 92 42 72 94 7 2 74 6 51 m 乏o2 91 9 2 42 62 93 72 63 5 62 0 - - 4 01 91 52 02 61 82 0 o l3 l2 72 85 23 32 3 7 2 81 8 7 21 - 33 23 4 2 65 43 33 0 52 62 0 9 33 52 84 02 54 62 82 2 8 2 51 5 5 45 l o2 94 82 42 82 81 0 72 4 8 5 5l 肛2 02 83 22 62 32 8 7 52 64 7 62 0 - - 4 02 42 52 42 32 4 第三章土样实验与结果评价 由以上表3 3 ，3 4 ，3 5 中，我们可以发现采集土样中，重金属含量变化趋势为随 深度增大而明显减少，且在较小的深度变化范围重金属含量变化较大。如西临路侧土样 z n 含量在l 3 c m 深度范围达到最大4 8 4 m g k g ，在3 - 5 c m 深度范围急速下降到3 3 3 m g k g ， 在5 l o e m 深度范围降到1 7 8 m g k g ，深度范围跨度小，而重金属含量变化( 减小) 大。 由以上3 表可以发现，对比土样中c u 含量浮动范围1 9m g k g - - - 3 3m g k g ，p b 含量 含量浮动范围2 4m g k g 3 3m g k g ，z n 含量浮动范围5 8m g k g - 9 3m g k g ；蒸发池土样 中c u 含量浮动范围1 5m g k g 3 2m g k g ，p b 含量浮动范围2 3m g k g - 5 5m g k g ，z n 含 量浮动范围5 7 m g k g - 1 9 4m g k g ；路侧土样中c u 含量浮动范围3 5m g k g - 1 0 2m g k g ， p b 含量浮动范围4 7m g k g - 3 0 5m g k g ，z n 含量浮动范围9 6 m g k g - 4 8 4 m g k g 。 西宝蒸发池土样为砂质土壤，其c u 、z n 和p b 含量值在各深度层都出现低于西宝 对比土样中c u 、z n 和p b 含量值。其他采样点中蒸发池土样或路侧土样中各重金属含 量明显高于相应高速公路对比土样中各重金属含量。 3 2 1 土壤重金属含量本底值确定 由于对土壤采用了分层采样实验测定的方法，得到的实验数据均为每个采样点深度 范围内重金属含量均值，这个含量与土壤和重金属本身性质相关( 本底值大小、土壤本 身物化性质、重金属本身物化性质) ，含量大小由上个层面土壤中重金属决定( 扩散理 论) ，如下表3 - 6 为土壤深度2 0 4 0 c m 范围内各个采样点重金属含量及确定平均值。 1 6 长安大学硕十学位论文 表3 - 6采样深度2 0 , - - 4 0 c m 土壤c u 、p b 和z n 含量统计特征 单位：m g k g 注：表中带“ 表示数据异常，在统计过程中未采用； 表示数据未采集。 表3 - 6 表明，在土壤深度2 0 , - 4 0 c m 范围内，各个路段采样点土壤中所含有的重金属 浓度非常接近。一方面采样深度已经达到2 0 c m ，上层土壤污染扩散效果已经非常微小， 另一方面2 0 - - , 4 0 c m 采样深度跨度大，由于受上层重金属扩散影响非常小，随土壤深度越 往下重金属含量越接近本底值。如下表3 7 为土壤深度2 0 , - , 4 0 c m 数学统计数据。 表3 - 7采样深度2 0 - - 4 0 c m 土壤c u 、p b 和z n 含量数学统计特征 表3 7 表明，c u 的平均含量为1 9 6 7m g k g ，标准差3 3 m g k g ，变异系数o 1 6 7 8 ； p b 的平均含量为2 4 0 0m g k g ，标准差0 5 8 m g k g ，变异系数0 0 2 4 2 ；z n 的平均含量为 5 8 2 0m g k g ，标准差0 7 5 m g k g ，变异系数o 1 2 9 0 。统计数据中，重金属标准差和变异 系数的值都非常小。此时，可以确定各个采样点在2 0 - - 4 0 c m 深度所采集到的土样中重金 属含量即为采样公路段区域土壤重金属含量本底值。 3 2 2 评价方法 采用内梅罗综合污染指数法对土壤受污染情况进行评价 首先计算各个重金属元素的污染分指数，计算公式为： t = c s j1 1 ) ( 1 ) 式中，i i 为土壤中第i 种污染物的污染分指数，c i 为土壤中第i 种污染物实测含 量，s i 为第i 种污染物土壤中本底值，具体如表3 7 所示。然后计算内梅罗综合污染指 数，其公式为： 1 7 第三章土样实验与结果评价 i = a v e r a g e ( c i s f ) 2 + m a x ( c , s f ) 2 】2 ) 1 2 - ( 2 ) ( 2 ) 式中，i 为土壤重金属综合污染指数，a v e r a g e ( c i s i ) 为土壤各重金属污染分指数 的平均值，m a x ( c i s i ) 为土壤重金属污染指数中最大的污染指数。 土壤重金属污染分指数的分级标准为： i i l 非污染，1 l i 受轻污染，2 i i 3 重污染。 土壤重金属内梅罗综合污染指数分级采用土壤监测技术规范( i - i j t 1 6 6 2 0 0 4 ) 中的标准如下表3 8 。 表3 8土壤重金属内梅罗综合污染指数分级标准 3 2 3 污染现状评价 评价标准是开展土壤质量评价的基础。根据实际情况，为研究地区土壤重金属的污 染现状与累积效果，采用该区域土壤重金属元素背景本底值( 表3 7 中列出) 作为标准 进行评价。 由表3 - 9 表明，不同路段采样点重金属污染程度差异比较大，而同一采样点不同深 度污染变化相对较小。从总体上而言，所有对比( 包括农田、蒸发池) 土壤采样点都受 到轻微污染( 采样点距路2 0 - - - ，3 0 m ) ，达到污染i i i 级程度；而靠近高速公路土壤采样点更 是受到极其严重污染( 采样点距路o 2 m ) ，达