（环境工程专业论文）高速公路路域土壤铅污染与植物累积.pdf

s t u d yo ns o i lc o n t a m i n a t i o no fl e a da l o n gt h e f r e e w a y sa n dp h y t o r e m e d i a t i o n b yz h a n gm a ol i n s u p e r v i s e db yp r o f f ud a f a n g s o u t h e a s tu n iv e r sit y a b s r t a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ff r e e w a y si no u rc o u n t r y , t h ep o l l u t i o no fs o i lb e c a u s eo ft h eu s eo f g a s o l i n e ，b e c o m e sau r g e n tq u e s t i o nt os l o v e t h es o i ls a m p l e sa l o n gt h es e v e bf r e e w a y si nj i a n g s up r o v i n c ea r ea n a l y z e d t h er e s u l t ss a yt h a tt h el e a dp o l l u t i o nd i s t r i b u t e sa l o n gt h ef r e e w a y s ，a n d a t t a i n st h em o s tp o l l u t i o ni nt h ed i s t a n c eo f5m e t e r s ，t h e nd e c r e a s e sw i t ht h ea d d m e n to ft h e d i s t a n c e 1 1 1 ei c a d p o l l u t i o n h a sn o i m p a c to n t h es o i lo f1 0 0m e t e r sa w a y 丹o mt h e f r e e w a y s a c c o r d i n gt ot h ei n d e xo f m u l l e r ，t h ed e g r e e so f l e a dp o l l u t i o no f t h ed i f f e r e n tf r e e w a y s a r es u m m a r i z e d t h ee x i s t e n c ef o r m so fl c a di nt h es o i la r ea ni m p o r t a n tr e f e r e n c ep o i n tt os t u d yt h er u l eo f l c a dc u m u l a t i o n a ne l u v i a t et e s to f t h es o i ls a m p l e si sm a d e t h er e s u l t st e l lt h a tt h ew a t e rf o f i l l o f i c a d i s3 9 5 4 o f t h e t o t a l j c a d ，t h ee x c h a n g e f o i t no fj c a d i s3 0 2 3 3 1 ，t h er u d i m e n t a l f o r m o f l c a di s5 0 6 - 5 5 7 o f t h et o t a ll c a d t h ef o r e c a s t i n gf o r m u l ao fl c a dc u m u l a t i o nb a s e do nt h ec o n v e r s a t i o nl a wi sf o u n d t h el c a d p o l l u t i o no ft h ed i f f e r e n tf r e e w a y si nt h ec o m i n gy e a r si s f o r e c a s t e d f o re x a m p l e , t h el e a d p o l l u t i o na l o n gt h eh un i n gf r e e w a yc a na r r i v ea t1 6 3 3m g i ，2 4 9 2m g l ，3 2 3 4m g l ，i nt h ey e a ro f 2 0 1 0 ，2 0 2 0 ，2 0 3 0 t h ep h y t o r e m e d i a t i o na so n eo fl o wc o s ta n dn os e c o n dp o l l u t i o na t t a c h e si m p o r t a n c et ot h e t r e a t m e n to fh e a v ym e t a lp o l l u t i o n al a b o r a t o r yt e s to nt h ep l a n t su s e da l o n gt h ef r e e w a y si s m a d e t h ep o l l u t e dc o n c e n t r a t i o ni s1 0 01 i i l ，2 0 0m g l ，4 0 0m g l ，8 0 0m e , 1 t h er e s u l t st e l lt h a tt h e a b i l i t i e so fl c a dc u m u l a t i o no ft h ef o d rp l a n t sa r ed i t l e r e n tf r o me a c ho t h e r t h es e q u e n c eo fl c a d q u a n t i t yi nf o u rp l a n t si sw h i t ec l o v e r c a n d i d a s t y r a c i f o l i u m d i c h o n d r a t h es e q u e n c eo fl e a d c u m u l a t i o na b i l i t i e si sw h i t ec l o v e r c a n d i d a d i c h o n d r a s t y r a c i f o l i u m k e y w o r d s ：f r e e w a y s o i l l e a dp o l l u t i o n p h y t o r e m e d i a t i o n 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：丛垫整日期：兰! 堕、r 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名： 欲蔑材 导师签名：! 望玉生日期： 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 我国公路建设经过2 0 多年的快速发展，到2 0 0 2 年底通车里程达到】6 0 万k m ，其中高 速公路近2 万k m 。同时，机动车的保有量也随着经济的增长而急剧增加，到2 0 0 2 年我国机 动车保有量已达到2 0 0 0 万辆，其中汽油车占汽车总量的9 0 以上，每年消耗的汽油近4 0 0 0 万吨“1 。为提高汽油的抗爆震性，作为添加剂的四乙基铅长期在汽油中得到使用，所以机 动车尾气排出的含铅颗粒物成为危害严重的污染源之一”。我国从2 0 0 0 年起全面停止含铅 汽油的使用，因此大大降低了空气中的含铅量，但“无铅汽油”的推广使用并不是汽油中没 有铅，其对环境的影响程度还有待时间来证明。重要的是铅在土壤中的积累已经比较明显， 并且铅不可以经过自然降解而得到消除，相反土壤中的铅会随着环境要素的流动和食物链的 转化而影响人体健康，土壤的铅污染问题必须得到有效解决。 1 2 铅的危害 铅是最严重的污染物之一，铅毒l 临床表现包括贫血、便秘、腹痛、呕吐以及食欲减退等。 铅可以与体内一系列蛋白质、酶和氨基酸内的官能团结合，干扰机体的正常生化活动，会对 人体的各种器官造成不同程度的危害。主要影响到造血系统、消化系统及神经系统“1 。与 成人相比，儿童是铅污染的敏感人群儿童消化道对铅的吸收是成人的5 倍，同时儿童单位 体积呼吸的空气和摄取的食物也比成人多。儿童血铅超标后，就会出现精神行为缺陷和电生 理改变，血色素合成受抑制，生长发育缓慢”1 。 人们对铅毒的认识近十年来有一个不断加深的过程，2 0 世纪5 0 6 0 年代，在研究铅的 剂量一效应关系时，大多测定血铅的含量，大约至1 9 7 0 年左右所接受的成人皿铅的最高含 量为0 8 1 tg m l ，1 9 6 0 1 9 6 5 年间儿童血铅的限量为o 5 o 6 1 1g m l 。1 9 7 8 年美国公共疾病 防治中心推荐的可接受的血铅上限降为0 3ug m l 。1 9 9 1 年依据近年来对智商和心理研究的 结果，表明儿童在相当低的血铅时就可能出现脑损伤，因而在过去5 0 年间，儿童可接受的 血铅上限由0 6 ug m l 降为0 1u m l 。 有关血铅与污染土壤之间关系的研究表明，要直接评价土壤中的铅含量对人体的危害是 十分困难的，一是由于低浓度暴露时的个体差异较人：二是由于毒性的差异性；三市难于确 定血铅来源于土壤还是其他污染源。但研究结果表明，暴露于铅污染十壤者的血铅含量是暴 露于无铅污染土壤者的1 1 0 18 6 倍。 1 3 公路路域土壤铅污染 1 3 1 土壤铅的背景值 中国土壤中铅的背景值范围为0 6 8 11 4 3m b ，中位值为2 3 5 m g k g ，算术平均值为 2 6 0 _ - - 4 - 1 23 7m g k g ，江苏省五大类十壤中铅在剖面的含量见下表 东南大学硎i ：论文 表1 - 1 江苏省土壤中铅的背景值 1 3 2 公路路域土壤中铅污染的来源 公路路域土壤中铅污染主要来源丁汽车尾气。四乙基铅作为防爆剂和添加剂以提高汽油 的辛烷值，在机动车发动机燃烧后成为铅盐，以颗粒物形式排入空气中，经过光化学反应， 生成氧化铅、碳酸铅等无机铅化物。根据机动车的运行j ：况，汽油中8 0 左右的铅进入到 空气中。其中的大颗粒铅尘经过自然沉降和雨水冲洗而在公路附近的- 十壤中累积，且有- - d 部分被农田植物吸收或渗入到地下水中。其余以气溶胶形态悬浮在大气中。土壤是植物吸收 铅的主要来源，随着土壤中铅浓度的增加，在一定范围内植物吸收的铅也随之增多。我国粮 食中铅的食品卫生标准为0 4 m g k g ( g b l 4 9 3 5 9 4 ) ，按此标准，当红壤中铅浓度达到 7 8 ，5 m g k g 时，就有可能出现铅米。 无铅汽油的推广使用和禁止生产销售含铅汽油，可以使汽油铅的消耗量和污染程度明显 下降。从我国车用汽油的使用过程可以看到铅含量的变化过程。我国8 0 年代中期制定了辛 烷值为9 0 号，9 5 号和9 7 号的车用汽油标准，规定铅含量不大于0 - 3 5g ，l ，9 0 年代随着车用 汽油质量的提高，汽油中平均含铅量从1 9 9 4 年的o 0 3 1 鲫降至1 9 9 7 年的o 0 1 9g n ，直到 1 9 9 9 年制定了g b l 7 9 3 0 1 9 9 9 车用无铅汽油国家标准，规定铅含量不大于o 0 0 5 刚“l 。 以及国家环保总局发布的强制性标准乍h 汽油有害物质控制标准( g w k b 卜一1 9 9 9 ) 中规 定，铅含量不大于0 0 1 3 l 。因此无铅汽油并不是没有铅。 1 3 3 土壤中铅的累积 根据张辉、马东升对宁杭公路南京东郊段沿线附近的土壤的研究，表明土壤沉积物中铅 元素有效态部分( 指易被植物吸收的部分，包括可交换态、碳酸盐态、f e m n 氧化态及有机 态) 占总量的4 4 9 ，其中碳酸盐态、有机态可忽略。在地表条件下，土壤中被降水淋出的 金属，主要是其有效态部分，根据模拟淋滤实验的结果，淋出量铅远小于其可交换态部分。 顾淑华研究发现，土壤中铅化物的溶解度和降解自由度低，在土壤剖面向下移动很少，随土 壤剖面深度的增加，含铅餐下降，铅大多累积于o 1 5 c m 耕层内且水平移动和垂直移动都 很困难。t a y l o r 等发现，把i o o m g k g 的铅加入土壤后，经过3 0 周的间歇淋洗，铝仍主要集 中在表层几厘米的土壤中，未被水向下淋洗移动。因此钳在土壤沉积物中属丁难以移动的重 金属元素，另一方面可以被作物吸收，参与到农田生态系统的物质循环，表现出毒害效应。 1 3 4 公路路域土壤铅污染现状 徐晓辉等”1 对无铅汽油乍排山的颗粒物进行了组分分析，数据表明无铅汽油排出的颗 粒物中含铅量为0 1 1m g g ，与含铅汽油排山颗粒物的含铅量4 5m g 幢相比有明显下降，表 明使用无铅汽油可以降低公路沿线的火气含钳量。但是公路路域土壤的铅含量在无铅汽油推 广使用前已经大大超过土壤背景值。研究表明士壤中的铅污染是以公路为轴线在其两侧呈带 2 第一章绪论 状顺路延伸，累积的铅主要在公路两侧5 0m 范围内的f f - 一2 0c m 的表层十壤中”。李湘南”。 的研究发现，距离武黄公路两侧5 0m 范嗣内士壤的铅含餐处丁- 重污染状态。索有瑞”l 的分 析表明西宁地区公路两侧的土壤含铅量可达剑l o o 5 0 0m g , k g 。而对于距离公路远近不同的 土壤中铅的分布规律，仍存在着不同的认识。由丁我国私人汽车保有量进入剑快速增长期， 汽油消耗量也剧增，按照西方国家的经验，在今后若干年内我国汽车尾气对土壤的铅污染问 题仍需得到密切关注和妥善处理。 1 4 铅污染土壤的植物修复技术 针对重金属污染土壤的严重情况，国外的污染治理的专家进行了多种尝试，主要包括工 程治理方法、化学治理方法、农业治理方法。i 。群治理方法就是利用以新代旧的物理原理， 暂时缓解重金属污染土壤的危害，主要有：客十是在污染的土壤上加入未污染的新土：换 土，是将已经污染的土壤移走，换上未污染的新土；翻土，是将已经污染的土壤翻至下层。 工程治理可以取得一定的效果，但实施复杂治理费用昂贵，最重要的是不能根本解决土壤 的污染问题。化学治理方法是向污染十壤中加入改良剂、抑制荆，部分改变土壤的物化性质， 使土壤中的重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附等作用，以降低重金属的生物有效性。化学 治理方法最大的问题是加入到土壤中的改良剂和抑制剂带来的二次污染，对这些化学药剂的 环境风险的评估还做得不够。农业治理方法是因地制宜地改变些耕作管理制度，尽量不在 污染土壤上种植易进入食物链的作物，而尽可能种树、种草或经济作物。这些措施虽然易于 操作，费用较低，但周期较长，对解决土壤的重金属污染不显著。 广义的植物修复技术是指利用植物来吸收、转化、清除大气、水、土壤中的各种有机物、 重金属等污染物质；狭义的植物修复技术主要是利用超积累植物，将土壤中各种过量重金属 元素大量转移到植株体内特别是地上部分，再对植株进行人工收集，从而达到修复污染土壤 的目的。由于重金属难以被自然降解或生物降解，并且可以在土壤中长期存留和积累，因此 是土壤污染防治中最难解决的问题之一。而近年米出现的植物修复，由于与传统的化学、物 理和工程修复等技术手段相比，它具有投资和维护成本低、操作简便、不造成二次污染、具 有潜在或显见经济效益等优点，并且其更适应环境保护的要求，因而越来越受到世界各国政 府、科技界和企业界的高度重视和青睐。白从2 0 世纪8 0 年代问世以来，植物修复己经成为 了国际学术界关注的重点问题，并且开始进入产业化初期阶段“。目前针对铅污染土壤的 植物修复技术主要可分为两种：直接利崩自然生长域经基因改性后的超积累植物来吸收土壤 重金属铅的方法称之为持续植物提取；利川有效的鳌台刑来促进植物吸收土壤中重金属铅的 方法称之为诱导植物提取1 。 1 4 1 铅超积累植物 一般而言超积累植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 是指对重金属元素的吸收量超过一般植物1 0 0 倍以上的植物。一般认为超积累植物庶该具备的主要特点是，植物必须有高的忍耐重金属毒 害的能力；植物必须有很强的重金属吸收书l 积累的能力。但如果要把超积累植物用于重金属 污染土壤的生态修复，则此类超积累植物还须具备以f 特点：是超积累植物地上部分富集 的金属达到一定的量：二是地上部分的重金属含量应高丁：根部、。富集系数是衡量植物对重 金属积累能力大小的一个重要指标，它是植物体内某种重金属含量与土壤中该重金属含量的 比值。富集系数越大，植物对重金属的富集能力就越强，尤其是地上部分富集系数越大，越 有利于植物对污染土壤的修复。地上部富集系数人丁1 ，意味植物地上部分的重金属含量大 东南大学硕i ：论文 于所生长土壤中重金属的浓度，这是超积累植物区别于普通植物对重金属累积的一个重要特 征。这是因为植物对重金属的累积会随着十壤中重金属浓度的增加而增加，普通植物在土壤 p h 等因素的影响下，在土壤重金属浓度较高时，也能正常生长，但其体内重金属和累积量 却远远小于超积累植物所应该达到的临界含量，坩富集系数这个指标可以明显地比较出普通 植物与超积累植物的差别。表1 - 2 重金属在十壤和普通植物中的平均浓度及在超积累植物中 临界浓度的比较：表1 3 是目前已经发现的超积累植物。 表1 2 重金属在土壤、 = 孚通植物及超积累植物浓度的比较m 鲋噜 表1 - 3 目前己发现的超积累植物 根据国内外的研究成果，可以认为，只有铅累积量达到l m r d g ( 干重) ，才能称为铅超 积累植物。已见报道的铅超积累植物有b r a s s i c a n i g u a 瑚菜) ，b r a s s i c a j u n c e a ( 印度芥菜) b r a s s i e a p e l d n e n s i s ( 大白菜) 等5 种 1 4 2 持续植物提取 运用持续植物提取技术来修复铅污染十壤的关键是植物超积累铅的能力。一般认为，只 有铅积累量达到1m g g ( 干重) 才能称为铅超积累植物 1 2 3 已见报道的铅超积累植物有 b r a s s i c an i g u a 1 3 17 b r a s s i c a j u n e e a 1 利z r o t u n g f o l i u m 1 5 1 其中z r o t u n g i f o l i u m 的铅积累 量最大，可达到8 2m g g ( 干重) 。 由于铅在土壤中一般呈难溶态，根据张辉，马东升”6 1 的淋滤试验结果分析，地表条件 下，淋出量铅占其有效态含量的5 _ 3 。因此只有把铅从吲定相转化到溶液中才能被植物吸 收。普通植物根系都可以分泌出质子，但超积累植物分泌山质子和有机酸的能力要强于一般 植物“”，从而可以显著活化土壤中难溶态的铅，促进超积累植物对土壤中铅的吸收。 目前对于这些植物运输高含量铅的机制还在研究中。l i u “等发现印度芥菜 ( b r a s s i c a j u n c e a ) 可在根部积累大量的钳但只有极少部分运输到地上部。原因可能是由于 根部细胞内存在高浓度磷酸盐或碳酸盐，在细胞内近中性p h 条件下，铅主要以磷酸盐或碳 酸盐形式沉淀在根细胞壁或细胞内。w o z n y “等认为铅进入茎部后随蒸腾流被动运输到地 上部分。运输过程中铅可能会与茎部内的阳离子交换位点结合，从而被固定在茎部内。推测 铅也有可能与多种小分子有机物或各种小分子有机酸鳌合，减少与阳离子交换位点结合的机 会，从而增加了铅进入了植物叶部的数耸。 4 箝一章绪论 植物对铅的耐受机制有多种途径 2 0 o 经对用于除污后的秋茄进行分析，发现进入体内 的铅主要分布于根、胚轴和周皮的木栓层细胞、皮层补充细胞和细胞间隙等非生理活动区。 由于在周皮中含有大量的单宁，表明植物受胁迫诱导植物络合素的合成，使毒性金属铅转变 为无害的蛋白结合形式。超积累植物还可以通过铅的区域化分布和自身细胞的修复作用来消 除铅对植物体的毒害。 没有针对公路路域铅污染土壤特点进行相应植物的筛选和试验研究是应用持续植物提 取技术的较大障碍。受汽车尾气污染的土壤与含钳污水灌溉的土壤相比，其含铅量小于目前 具有推广价值的超积累植物的要求，而且这类植物植株矮小、生物量低、生活周期长，因而 修复效益低，不易于机械化操作，从而限制了植物修复技术往铅污染士壤治理方面的应用； 另一方面野生植物对土壤肥力、气候、水分、盐度、p h 值等有一定的要求，目前对其生活 习性和耕种方法还不了解，而对野生植物进行基因改良的工作还在进行中。 1 4 3 诱导植物提取 施用鳌合剂诱导植物超富集作用被称为鳌合诱导修复技术或诱导性萃取技术“。由于 己发现的铅超积累植物种类极少，而且植物生k 慢、生物量小。而对于在土壤中极难移动的 铅元素，施用鳌合剂可促进植物对其的吸收。因而鳌合诱导修复技术比持续提取技术更引入 注目。此项技术是将超积累植物与新型土壤改良剂结合，以增加植物产量及提高植物对重金 属的累积速率。诱导性萃取包括土壤中束缚态重金属铅转化为非束缚态和铅向地上部运输两 个基本阶段。通过使用e d t a ( 乙二胺四乙酸) 、c d t a ( 环己烷二胺四乙酸) 、e g t a ( 7 , 一- - 胺氧 乙基氮基四乙酸) 和柠檬酸等人工合成鳌台剂，能够打破铅在土壤液相和固相之间的平衡， 减少士壤对铅一整合剂复合体的吸持强度，使十壤同相中的铅释放出来，增加士壤溶液中铅 的浓度，有效提高超积累植物对铅的吸收能力。 骆永明“的研究证明施用上述鳌台剂后，可以明显提高士壤中铅的溶解度，从而显著 增加植物茎叶中铅的含量。b l a y l o c k “等削c “e d t a p b 作标记的试验中发现，在含这 种标记物的介质中生长的植物地上部能快速积累铅，表明铅与鳌合剂结合形成的鳌合物有利 于植物对铅的吸收。s a l t “o 等认为金属与鳌合剂结合后阻止了金属的沉淀和吸附，从而提 高了金属的可提取性。r o m h e l d 和m a r s c h n e r “认为鳌合剂与金属结合后，金属鳌合物可 以从内皮层裂口处进入根内，然后被迅速地转移到茎叶。 鳌合诱导修复技术还可选用一般植物。在十壤锚浓度为2 5m g g 的污染土壤上种植玉 米和豌豆，加入e d t a 后，植物地上部铅的浓度从0 5 m g g 提高到1 0 m g g ；而且e d t a 还能极大的提高铅从根系向地上部的运输能力，每千克土中加入1 0g e d t a ，2 4h 后，玉 米木质部中铅的浓度是对照的1 0 0 倍，从根系到地上部的运输转化量是对照的1 2 0 倍 2 6 1 0 鳌台诱导修复技术的潜在环境风险主要是鳌合物残留、土壤重金属元素流失与水质污 染。使用鳌台剂后增加了土壤溶液中的钳浓度，有利于植物的吸收，但如果处理不当，被鳌 合物活化出来的铅容易随水流失，进而会污染地f 水。在重点研究十壤中添加鳌合物所产生 的环境风险问题的同时，研制缓释鳌台剂，使活化铅的速度与植物吸收铅的速度相匹配，可 能是今后鳌合诱导修复技术的研究方向之一 2 7 1 。 东南人学坝j ：论文 1 5 课题的研究内容、目的和意义 本课题的主要研究内容为； 1 江苏省内七条典型高速公路路域的铅污染现状 通过现场采集高速公路路域土壤样晶进行测试分析实验数据，得出目前这些高速公路 路域土壤铅累积的分布特点并根据相应的污染指数，评价它们的污染程度。 2 土壤中铅的存在形态的研究 分析土壤中铅的各种存在形态，研究铅在十壤中的累积规律并为建立土壤中铅累积的预 测模式提供基础资料。 3 高速公路路域铅污染的累积预测 分析现有的铅累积的预测模式，建立适合于江苏省高速公路特点的铅累积修正预测模 式，然后根据高速公路运营时间和午流量等参数进行公路路域土壤铅累积的预测。 4 高速公路路域植物的铅累积研究 运用植物修复技术的基本条件是筛选山适官r 丁公路路域铅污染特点的超积累植物。根据 对国内外研究成果的调研，十字花科的植物中具有超积累特性的植物较多，而这些植物 在公路两侧种植不是很广泛所以选取在公路两侧绿化常用的草本植物进行实验研究， 以得到这些不同植物铅累积的特点。同时根据植物修复技术的现有研究成果，研究试验 植物对铅的不同累积和迁移能力。 通过本课题的研究可以掌握无铅汽油推广使用后，汽油尾气中的含铅颗粒物在高速公路 两侧土壤的累积情况和分布特点，是研究土壤铅污染的第一手资料，具有重要的理论和实践 价值。建立数学模式并预测高速公路路域十壤铅的累积，可以很好地掌握未来时间内公路路 域土壤铅污染的变化特点和趋势。结合对植物根、茎、叶中铅累积的研究，为今后对铅污染 土壤采取植物修复的治理措施提供一定的参考价值。 土壤铅污染的植物修复研究已经成为当前国内外的热点问题和前沿领域。由于植物主要 通过根与根际周围的铅起作用达到对污染十壤修复的效果，因此在深入了解植物生物学特性 与植物修复的关系的基础上，采用各种适宜的生物年| l 化学强化措施尤为重要。从近期看，培 育高效吸收和寓积铅的超积累植物，研制环保型土壤改良剂以及优化植物栽培等农业措施将 促进铅污染土壤的植物修复技术的发展；从| 王= 远看，需要应用分子生物学和基因工程技术， 以提高超积累植物的铅含量和生物产量，在研究植物超积累作用的生理和分子机制的基础 上，通过植物生理学、土壤学、遗传学、环境科学并生物 ：程等多个学科的交叉研究，植物 修复必将成为整治铅污染土壤最具潜力和麻_ l j 价值的绿色环保技术。 6 第一章绪论 参考文献： 1 张志红，杨文敏汽油车排出颗粒物的化学组分分析 j 中国公共卫生工程，1 7 ( 7 ) ， 2 0 0 1 ：6 2 3 6 2 4 2 杨国勋强制性国家标准一车用无铅汽油 n 标准宣贯指导2 0 0 0 ：1 3 1 6 3 m i r i a mc ，r o o r d a - k a n p en i c o l eah t r a f f i cr e l a t e da i rp o l l u t i o ni n c i t y d i s t r i c t sn e a r m o t o r w a y j t h es c i e n c eo f t h et o t a le n v i r o n m e n t ，1 9 9 9 ，2 3 5 ：3 3 9 3 4 1 4 阮宏华，姜志林城郊公路两侧主要森林类1 4 铅含量及分布规律 j 应用生态学报， 1 0 ( 3 ) ，1 9 9 9 ：3 6 2 3 6 4 5 沙拉麦提，郑星泉我国儿童铅污染源调查 j 广东微量元素科学5 ( 5 ) ，1 9 9 8 ：1 0 1 7 6 冯福建，王兰我国铅污染的时空走势 j 辽宁工程技术大学学报，2 0 ( 6 ) ，2 0 0 1 ：8 4 0 8 4 3 7 李湘南，凌玲，李海东汽车尾气中铅对沿线农田污染的环境质量评价 j 武汉汽车 工业大学学报，2 2 ( 6 ) ，2 0 0 0 ：3 7 4 1 8 索有瑞西宁地区公路两侧土壤并| l 植物中铅含量及评价 j 环境科学， 1 7 ( 2 ) 1 9 9 6 ：7 4 7 6 e 9 徐晓辉，袁东，叶舜华无铅汽油排出颗粒物组分分析 j 中国卫生工程学， 2 ( 1 ) ，2 0 0 3 ：l 一3 i o 周乃元，王仁武植物修复一治理土壤重金属污染的新途径 j 中国生物工程杂 志2 2 ( 5 ) ，2 0 0 2 ：5 3 5 7 1 1 s a l t d e ，s m i t h r d ，r a s k i n i p h o t o r e m e d i a t i o n j a n n u a lr e v i e wo fp l a n t m o l e c u l a r b i o l o g y ，1 9 9 8 ，4 9 ：6 4 3 6 4 8 1 2 沈振国，刘友良重金属超积累植物研究进展 j 植物生理学通讯， 1 9 9 8 ，3 4 ( 2 ) ：1 3 3 1 3 9 1 3 x i o n g z t l e a du p t a k ea n de f f e c t so ns e e d g e r m i n a t i o na n d p l a n t g r o w t h i n a p b h y p e r a c c u m u l a t o rb r a s s i c ap e k i n e n s i sr u p r j b u l le n v i r o n c o n t a m t o x i c a l ，1 9 9 8 ，6 0 ( 2 ) ：1 3 3 1 3 9 1 4 k u m a r p b a n ，d u s h e a k o w v ，m o t t o h p h o t o e x t r a c t i o n ：t h eu s eo f p l a n t s t or e m o v e h e a v y m e t a l s f r o ms o i l j e n v i r o ns c it e c h n o l ，1 9 9 5 ，2 9 ：1 2 3 2 1 2 3 8 1 5 r e e v e r d ，b r o o k s r r h y p e r a c u m u l a t i o n o f l e a da n dz i n c b y t w o m e t a l l o p h y t e s f r o ma m i n ek r e ai nc e n t r a le f i r o p e j e n v i r o np o l l ts e ra ，1 9 8 3 ，3 1 ：2 2 7 2 8 7 1 6 张辉，马东生公路重金属污染的形态特征及其解吸、解持能力探讨 j 环境化学， 1 7 ( 6 ) ，1 9 9 8 ：3 6 4 3 6 8 1 7 常学秀，段昌群根分泌作刚与植物对重金属毒害的抗性 j 应用生态学报， 1 1 ( 2 ) ，2 0 0 0 ：3 1 5 3 2 0 1 8 l i u d ，j i a n g w ，l i u c u p t a k e a n da c c u m u l a t i o no f l e a db yr o o o t s ，h y p o e o t y l sa n d s h o o t si n d i a nm u s t a r d j b i o r e s o u r t e c h n o l ，2 0 0 0 ，7 1 ( 3 ) ：2 7 3 2 7 7 1 9 w o r m y a ，s c h n e i d e rj ，g o o z d z e a t h ee f f e c t so f l e a da n d k i n e t i no ng r e e nb a r l e y l e a v e s j ，b i o lp l a n t ，1 9 9 5 ，3 7 ：5 4 1 5 5 2 2 0 范昌发，贾敬芬植物整治研究现状 j 环境科学进展，7 ( 5 ) ，1 9 9 9 ：1 0 7 一1 1 2 2 1 陈英旭污染环境的植物修复 j 科技和产业，2 ( 3 ) ，2 0 0 2 ：3 4 2 2 骆永明，金属污染土壤的土壤修复 j 十壤，3 1 ( 5 ) ，1 9 9 9 ：2 6 1 2 6 5 2 3 b a y l o c km j ，e n h a n c e da c c u m u l a t i o no f p bi ni n d i a nm u s t a r db ys o i l - a p p l i e d c h e l a t i n g a g e n t s j e n v i o ns e it e c h ，1 9 9 7 ，3 l ：8 6 0 8 5 5 2 4 s a l tde p y o t o r e m e d i a l i o n ：an o v e ls t r a t e g yf o rr e m o v a lo f t o x i cm e t a l sf r o mt h e 东南人学颂i ：论义 e n v i r o n m e n t u s i n g p l a n t s j b i o t e c h n o l o g y ，1 9 9 5 ，1 3 ，4 6 8 4 7 4 2 5 r o m h e l d v ，m a r s c h n e r h j o o u r n a lo f p l a n t n u t r i t i o n ，1 9 9 6 ，3 ：l 一4 2 6 h u a n g jw ，c h e nj ，b e r t iw r p y o t o r e m e d i a t i o no f l e a d c o n t a m i n a t e ds o i l s ：r o l eo f s y n t h e t i c sc h e l a t e s i n p h o t o e x t r a e t i o n j e n v i r o ns c it e c h n o l ，1 9 9 5 ，1 3 ，4 6 8 4 7 4 2 7 褚贵新，任岗重金属污染十壤的植物修复技术的研究进展f j 】石河子大学学报， 5 ( 4 ) ，2 0 0 1 ：3 4 2 3 4 6 8 第二章高速公路路域土壤铅污染现状研究 2 1 引言 第二章高速公路路域土壤铅污染现状研究 江苏省到2 0 0 3 年年底的高速公路通车里程达到2 0 0 0 公里，高等级公路密度居全国首位。 本次高速公路铅污染现状调查包括江苏省内的以下具有代表性的七条高速公路：宁沪高速、 宁通高速、广靖锡澄高速、京沪高速、j 。靖盐高速、雍六高速、锡宣高速。其中宁沪高速江 苏段全长2 4 9 2 5 k m ，双向四车道，设计车速1 0 0 k m h ，于1 9 9 7 年1 0 月通车。最近三年的 车流量以每年3 0 的速度持续增长，目前日均车流量达到3 5 万辆，高峰时甚至可以达到7 万量，日。于1 9 9 9 年9 月通车的广靖锡澄高速，车流量以1 06 的速度增加，已达到2 5 万 辆日。京沪高速沂淮江段全长2 6 1 5 k m ，于2 0 0 0 年1 2 月通车，目前日均车流量达到2 万 量。全长1 8 9 k m 的雍六高速，设计车速1 0 0 k m h ，丁2 0 0 1 年3 月通车，车流量达到2 万辆 ，曰。宁靖盐高速于2 0 0 1 年8 月通车，车流龄达到1 8 万辆，日。全长6 9 6 k m 的锡宜高速于 2 0 0 3 年1 0 月通车。 2 2 材料与方法 2 2 1 土壤样品的采集与处理 设置平行于高速公路的六条采样线，每条采样线距公路的距离分别为5 m 、1 0 m 、2 0 m 、 3 0 m 、5 0 m 、1 0 0 m ；每条采样线上设4 个采样点，采样点之间的距离为5 m 。采集土层表面 2 0 e m 深度的土壤，每份样品重量约为5 0 0 9 。 采集的样品用四分法缩分至1 0 0 9 ，缩分后的土壤样品经过自然风干后，除去土样中石 子和动植物残体等异物，用玛瑙棒研压，通过2 m m 尼龙筛( 除去2 m m 以上的沙砾) ，混匀， 用玛瑙研钵将通过2 r a m 尼龙筛的- 十样研磨至全部通过1 0 0 目( 孔径0 1 4 9 m m ) 尼龙筛，混 匀j 罱备用。 2 2 2 分析仪器 ( 1 ) 一般实验室仪器和以下仪器： ( 2 ) a a 一6 8 0 0 岛津原子吸收分光光度计 ( 3 ) 铅空心阴极灯； ( 4 ) 乙炔钢瓶； ( 5 ) 空气压缩机： ( 6 ) 仪器参数。 表2 - 1 仪器测苗条件 东南大学砸士论文 i通带宽度( n m ) 1 3 灯电流( m a ) 2 0 0 火焰性质氧化性 2 2 3 分析步骤 ( 1 ) 土壤样品的消解 用氢氟酸( 分析纯) 、硝酸( 分析纯) 、高氯酸( 分析纯) 、盐酸( 分析纯) 在专用消煮 器上将土样消化至为澄清溶液。 ( 2 ) 空白实验 用去离子水代替土样，采用与土壤消解同样的步骤和试剂做全程序空白实验。 ( 3 )标准曲线 配置铅标准溶液，浓度分别为0 2 m g l 、o 5m g i 、1 om g l 、2 0m g l 、3 0m g l 。测定吸 光度，绘制标准曲线。 ( 4 )测定 按照仪器使用说明，调节仪器至最佳：r 作条件，测定土壤消化液的吸光度。 ( 5 )土样水分含量的测定 准确称取通过1 0 0 目筛的风干士样，置丁称量瓶中，在1 0 5 ( 2 烘箱中烘干至恒重。 2 3 结果与分析 2 3 1 沪宁高速公路 沪宁高速公路共分析土壤样品2 6 份，其中对照土壤样品2 份，对照土壤样品含铅量为 2 52m g 唔，离沪宁高速公路边不同距离土壤的铅含量见表2 - 2 。与对照土壤样品含铅量比 较，随着距离公路远近的不同，公路两侧士壤样品中铅富集的数值变化比较明显。 表2 - 2 离沪宁高速公路边不同距离士壤的铅含量m g k g 根据以上数据做回归分析，可以得到离该高速公路不同距离士壤铅含量的衰减分布的指 0 第二章高速公路路域十壤铅污染现状研究 数函数。见图2 一l ，回归函数的方程为y = 1 5 9 7 1 2 6 6 7 1 n x ( x 为离路边的距离i n ，y 为土壤 含铅量，m 眺g ) 。沪宁高速公路运行7 年米，车流量不断增加，而且其中货车占4 0 以上的 比例，而期间经历了从含铅汽油到无铅汽油的过渡。分析表明公路两侧有较明显的铅污染带 的形成，铅污染带主要集中在离高速公路5 0 m 的范围内，而且在距离公路两侧的3 0 m 内， 随着与公路距离的增大，土壤样品中铅含量减小的速率很快，在距离公路5 0 m 以外，土壤 样品铅含量的变化趋势变缓，在l o o m 处，与对照土壤样品的铅含量差别不大。 2 3 2 宁通高速公路 口 2 0 4 06 0 8 0 1 0 0 离公路边距离m 图2 1 沪宁高速公路路域十壤铅含量变化曲线 宁通高速公路共分析十壤样品2 6 份，其中对照十壤样品2 份，对照十壤样品含铅鼍为 2 4 7 m g ，蝇，离宁通高速公路边不同距离土壤的铅含量见表2 - 3 。与对照土壤样品含铅量比 较，随着距离公路远近的不同，公路两侧士壤样品中铅富集的数值变化比较明显。 表2 3 离宁通高速公路边不同距离土壤的铅含量 m g k g 根据以上数据做回归分析，可以得到离该高速公路不同距离土壤铅含量的衰减分布的指 数函数。见图2 - 2 ，回归函数的方程为y = 1 2 5 0 9 - 18 6 6 1 n x ( x 为离路边的距离m ，y 为土壤 相 )i奄g嘲窜如群叫 东南人学坝j j 论义 含铅量m g k g ) 。分析表明公路两侧有较明显的铅污染带的形成，铅污染带主要集中在离高 速公路5 0 m 的范围内，而且在距离公路两侧的5 0 m 的范围内，随着与公路距离的增大，土 壤样品中铅含量以较快的速率减小，但在距离公路5 0 m 处时，仍与对照土壤样品的含铅量 有较大差距，在距公路两侧 o o m 处，有向对_ 【! 十壤样品的铅含量接近的趋势。 离公路边距离m 图2 - 2 宁通高速公路路域土壤铅含量变化曲线 2 3 3 广靖锡澄高速公路 广靖锡澄高速公路共分析土壤样品2 6 份，其中对照土壤样品2 份，对照土壤样品含铅 量为2 6 3m g k g ，离广靖锡澄高速公路边不同距离土壤的钳含量见表2 - 4 。其中平行采样的 土壤样品的铅含量比较接近，与对照十壤样品含铅量比较，随着距离公路远近的不同，公路 两侧土壤样品中铅富集的量比较明显。 表2 4 离广靖锡潞高速公路边不同距离土壤的铅含量 m g m g 根据以上数据做 亓1 归分析，可以得到离该高速公路不同距离土壤铅含量的衰减分布的指 数函数。见图2 3 ，回归函数的方程为y = 1 1 2 ，7 8 - 1 6