（环境科学专业论文）陇海铁路郑州—商丘段路旁土壤重金属空间分布与污染分析.pdf

( 2 ) 在铁路两侧断面内( 0 - 3 0 0 米范围内) 重金属污染已非常明显，综合污 染指数大多达到重污染。土壤p b 污染最突出，达重度污染，土壤重金属综合污 染指数基本上与距铁路的距离呈负相关，离铁路越近，污染指数越大。两个断面 在铁路两侧5 0i t i 范围内污染更为严重。 ( 3 ) 铁路两侧土壤中的重金属含量随距铁路路基距离的远近而不同，两者并 不是简单的线性负相关。大部分土壤重金属含量都是先随距路基距离的增加先下 降，后增加到峰值或次峰值，再逐渐下降至对照值，大部分重金属元素在距路基 5 0 m 左右的范围内出现一个峰值或次峰值。 ( 4 ) 土壤的重金属主要累积在o 2 0c m 的土壤表层，随着土层深度的增加， 土壤的重金属含量则逐渐减少。 ( 5 ) 铁路旁土壤重金属含量主要与距离铁路路基的距离有关，与土壤理化性 质的关系不甚密切。 关键词：陇海铁路郑州- 商丘段；路旁土壤；土壤重金属污染；重金属分布 a b s t r a c t s o i ls y s t e mi st h eb a s i cu n i to ft h eb i o s p h e r e ，a n di ti so n eo ft h em a i nr e s e a r c h o b j e c t so fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i ft h i ss y s t e m i sp o l l u t e db yh e a v ym e t a l s ，t h e e n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo fa t m o s p h e r ea n dw a t e rw i l lb es e v e r e l ya f f e c t e d ，a n df i n a l l y d oh a r mt oh u m a nh e a l t ht h r o u 【曲f o o dc h a i n t h eh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o nm a i n l y d e r i v e sf r o mi n d u s t r i a lw a s t e ，m u n i c i p a ls o l i dw a s t e ，p e s t i c i d ea n df e r t i l i z e ra sw e l la s a u t o m o b i l ee x h a u s ta n ds oo n ，i nw h i c hw es h o u l da r a c hi m p o r t a n c et ot r a f f i c p o l l u t i o n a sas o u r c eo fe n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n ，a u t o m o b i l ee x h a u s ti s ak i n do f i m p o r t a n t s o i lc h e m i c a lc o n t a m i n a t i o ns o u r c e w i t ht h e d e v e l o p m e n t o ft h e t r a n s p o r t a t i o nc a r r y i n gt r a d e ，v e h i c l e sp o s s e s s i o n si n c r e a s er a p i d l y a c c o r d i n g l y , t h e i n c r e a s e dt r a f f i cv o l u m e sh a v eb r o u 【g l i ta b o u ts e r i o u sh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o n a l o n gr a i l w a yt h e r e f o r e ，t h em o n i t o r i n g a n da s s e s s m e n to ft h es o i lm e t a l c o n t a m i n a t i o nw i l lb ei nf a v o ro fi l l u m i n a t i n g t h er e s i d u a la n da c c u m u l a t i n g m e c h a n i s mo ft h eh e a v ym e t a li nt h es o i ls y s t e m i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，t h ec o n t a m i n a t i o na n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a l s rp b 、c d 、n i 、c u 、z n 、c r ) i nt h er a i l w a ys i d e ，s o i ls y s t e ma l o n gz h e n g z h o u - s h a n g q i u s e c t i o no fl o n g x i h a l z h o ur a i l w a yw e r es t u d i e d o nt h eb a s i so fe x p e r i m e n t a ld a t ao f t h eh e a v ym e t a l si ns o i l ，t h ea u t h o ra n a l y z e dh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ns t a t u sa n d l a wo fm i g r a t i o no fh e a v ym e t a l ，a n dt h e nd i s c u s s e dt h ef a c t o r st h a ta f f e c tt h e m i g r a t i o no fh e a v ym e t a lp o l l u t a n t si nt h ea r e a t h e r ea r ef o u rm a i np a r t so ft h i sd i s s e r t a t i o n ： p a r tii nt h i sp a r t ，t h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dd e v e l o p m e n tt e n d e n c yo ft h e r e s e a r c ha b o u th e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni nt h es o i ls y s t e mw e r eg e n e r a l l y i n t r o d u c e d t h e na u t h o rs u m m a r i z e dt h ep r e s e n ts i t u a t i o no ft h es t u d ya th o m ea n d a b r o a do nt h eh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni ns o i ls y s t e mc a u s e db yt r a f f i cp r o b l e m i i l p a r ti ii nt h i sp a r t ，t h eb a s i cc o n d i t i o n so ft h er e s e a r c ha r e aa n dt h es a m p l i n g t r a n s e c t sw e r ei n t r o d u c e d t h e nt h ec o l l e c t i o na n dp r e p a r a t i o np r o c e s so ft h es o i l s a m p l e sa l o n gz h e n g z h o u s h a n g q i ur a i l w a yw e r ea l s op r e s e n t e d f i n a l l y , t h em e t h o d s o ft h ee x p e r i m e n t a li t e m sw e r ee x p o u n d e d p a r ti i ib a s e do nt h ee x p e r i m e n t a ld a t a ，t h eh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o nl e v e l s o fs o i la l o n gz h e n g z h o u - s h a n g q i ur a i l w a yw e r ea s s e s s e d t h el a wo fd i s t r i b u t i o na n d m i g r a t i o no fh e a v ym e t a l si nt h es o i lw a sa n a l y z e d t h ef a c t o r st h a ti m p a c tt h eh e a v y m e t a lm i g r a t i o nw e r ea l s os t u d i e d p a r t i nt h i sp a r t ，t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r ed r a w n a tl a s t t h ea u t h o r p o i n t e do u ts o m el i m i t a t i o n so ft h i ss t u d ya n df u r t h e rp u tf o r w a r ds o m ee x p e c t a t i o n s f o r t h ef u t u r es t u d y c e n t r a lc o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h eh e a v ym e t a lc o n t e n t so f t h es o i ls u r f a c el a y e ra l o n gz h e n g z h o u s h a n g q i u r a i l w a y ( 0 3 0 0m ) i sh i g h e rt h a no u rc o u n t r yc u l t i v a t e ds o i lb a c k g r o i m dv a l u e ，i sa l s o o b v i o u s l yh i g h e rt h a nt h ec o m p a r i s o nv a l u e ( 2 ) t h eh e a v y m e t a lc o n t a m i n a t i o no f t h es o i ls u r f a c e l a y e ra l o n g z h e n g z h o u s h a n g q i ur a i l w a y ( 0 3 0 0m ) h a sb e e ne x t r e m e l yo b v i o u s ，t h es y n t h e s i s p o l l u t i o ni n d e xm o s t l ya c h i e v e st h eh e a v yp o l l u t i o n p bc o n t a m i n a t i o ni ss e r i o u s ，s y n t h e t i c c o n t a m i n a t i o ni n d e xa n dt h ed i s t a n c e sf r o mr a i l w a ys i d ea r en e g a t i v ec o r r e l a t i o n t h e b o t hs a m p l i n gt r a n s e c t sf o r mt h ec o n t a m i n a t i o nb e l tw i t h i nt h ed i s t a n c e5 0 mf r o mt h e r a i l w a ys i d eo fh i g h w a y ( 3 ) c o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si nr o a d s i d es o i l sd e c r e a s ew i t hd i s t a n c ef r o m t h er a i l w a y , a n dc o n c e n t r a t i o n sa n dt h ed i s t a n c ea r en o ts i m p l yn e g a t i v e l yc o r r e l a t e d m o s th e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n si nt h es o i lo ft h es a m p l i n gt r a n s e c t sa r ei n c r e a s e d w i t hd i s t a n c ef r o mt h er a i l w a y , m o s to fh e a v ym e t a lc o n c e n t r a t i o n sr e a c hap e a k v a l u eo rt h ei n f e r i o rp e a kv a l u ea tt h ed i s t a n c eo f5 0 m s c o p e sf r o mr a i l w a y , t h e ng r a d u a l l y i v d r o p st ot h ec o m p a r i s o n v a l u e ( 4 ) t h eh e a v ym e t a l sm a i n l ya c c u m u l a t e i ns o i ls u r f a c el a y e r ( o 2 0 e m ) - c o n c e n t r a t i o n so ft h eh e a v ym e t a l sd e c r e a s ew i t hd e p t h ( 5 ) c o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si nr a i l w a ys i d e sa r em a i n l y w i t ht h e d i s t a n c ef r o mt h er a i l w a y , w h i c ha l en o to b v i o u s l yr e l a t e dw i t ht h es o i ln a t u r e k e yw o r d s ：z h e n g z h o u s h a n g q i us e c t i o no ft h el o n g h a ir a i l w a y ；r o a d s i d e s o i l ； h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni ns o i l ；h e a v ym e t a ld i s t r i b u t i o n v 关子学位论文独立完成j 马虎客创新的声明 太一问河毫犬学提出硕士学位审请。奉八郑重声日月：所呈交的学位论王是 毒人在导师鹋指导下独立完成锏，对所研究配课题有新的见解。据我所戋c 睁 文中特别加以说明、标亟和致谢的地方外，论又中不已括其他人已经发表或撰 写过寺勺研究成杲，也不包括其他人为获得任何教育、科研机构的擎注戴正喜而 段保存；：蝙学1 立论又( 甄质叉表帝电子支杰：。 ( 涉及保奢眵各的学位论文在解藿后适用五较枫韦) 学位荻得者( 擎住论父作者) 釜名：趱蔓 鐾：1 立论五椎导教师圣 0 引言 土壤系统是生物圈的基本结构单元，该系统发生重金属污染，可影响到大气 和水环境，并可通过食物链危害生物和人类的健康。土壤的重金属污染主要来自 工业“三废”、城市生活垃圾、农药和肥料以及汽车尾气等，其中交通运输造成的 重金属污染不容忽视。机动车尾气作为环境污染源，是土壤化学污染的一个重要 来源。近一二十年来，国内外学者对普通公路和高速公路路旁土壤重金属积累与 污染状况进行了较深入的研究，但铁路旁土壤重金属污染研究还非常少见。与公 路相比，铁路交通的污染源组成和性质、污染物排放和扩散方式等都有其独特特 征。随着我国铁路运输业的发展，致使铁路路边土壤重金属污染日趋严重。因此， 开展铁路路旁土壤重金属污染监铡和评价，对于揭示重金属在土壤系统中的残留 和累积动态，具有重要的理论意义。 当代社会人类正面临环境污染、土地减少、能源危机、入口膨胀等重大问题 和严峻挑战，走可持续发展之路已成为全世界的共识。农业的可持续发展是经济 社会可持续发展的基础，而未来农业能否持续发展主要取决于土壤环境资源可否 持续利用，换言之也就是取决于土壤环境能否得到保护与改善，土壤肥力能否得 到维持与提高。土壤系统的重金属问题正与上述问题解决密切相关。 本文在全面回顾道路交通对路旁土壤重金属污染研究的基础上，以陇海铁路 郑州一商丘段作为研究对象，通过野外土壤调查取样、室内土壤理化性质和重金 属含量分析，揭示铁路壤重金属含量空间分布规律和污染状况，为丰富铁路旁 土壤重金属污染理论提供基础资料，并为铁路旁土地合理利用和污染防治提供理 论依据。 1 道路交通对土壤重金属污染研究述评 1 1 土壤重金属污染研究 1 1 1 土壤重金属污染物来源及其存在形态研究 重金属指的是比重大于或等于5 0g c m 3 的金属，如c d 、c r 、n i 、c u 、z n 、 p b 等。一般说来，土壤重金属污染指的是由于人类活动将重金属加入到土壤中， 致使土壤重金属含量明显高于原有含量，并造成生态环境质量恶化的现象( 陈怀 满等，1 9 9 6 ) 1 1 】。农田土壤中的重金属元素从生物化学特征上可分为两类，一类 是对作物和人畜都有害的，如p b 、c d 和h g 等；另一类是在常量下对作物或人 体为有益元素，而过量时出现危害，如c i l 、z n 、m n 、c r 等( t y l e r 等，1 9 8 9 ) 2 1 。 土壤的重金属污染主要来源有工业“三废”的排放，汽车尾气，城市生活垃 圾、污泥农用和有机肥等，含重金属的农药、化肥的不合理使用，等等。例如， 未经处理的工业与生活废水经污灌或任意排放进入土壤后，大量的重金属元素可 在土壤中富集，从而进入食物链，对人体健康造成影响。据调查发现，成都、沈 阳张士污灌区常见病发生率明显高于对照地区，其中张士污灌区居民癌症死亡率 达0 1 1 7 ，尿c d 浓度也高达3 8 3p g l ，明显高于对照区l 列。不仅如此，一些地 区土壤c a 的污染甚至已发展到生产“镉米”的程度。未经处理的废气中的重金 属污染物通过干湿沉降进入土壤，从而造成土壤重金属污染，尤以汞、铅等元素 的污染最为突出。另外，汽车尾气也会引起交通干线附近的土壤污染，使这些地 区土壤的含铅量明显增加。农田中喷洒的农药通常只有很少部分落在植物体上， 其余绝大部分最终进入土壤。其中，一些农药中含有的p b 、h g 、a s 等重金属， 如有机汞、砷制剂等，其残效期长达5 0 - 6 0 年，因此，长期使用这样的农药也会 在一定程度上造成农田的重金属污染。化学肥料中也含有一定数量的重金属，如 磷肥中就含有较高数量的c d 。这些化肥长期施入土壤后，可引起土壤重金属污 染。 2 由于土壤组成的复杂性和土壤物理化学性状( p n 、e h 等) 的可变性，造成了 重金属在土壤环境中的赋存形态的复杂和多样性n i 。进入土壤中的重金属，通过 溶解、沉淀、凝聚、络合，吸附等各种过程，形成不同的化学形态，并表现出不 同的活性，进而影响植物的有效性1 5 1 。按t e s s i e r 连续浸提法，一般将土壤中的 金属形态划分为可交换态，碳酸盐结合态，铁锰氧化物结合态，有机态和残余态。 但不同的提取方法划分的形态有所差异。在西安污灌区0 - - 2 0c m 土层中，p b 的 各种形态的含量大小顺序是碳酸盐结合态 硫化物残渣态 有机结合态 吸附态 交换态。c l i 则是碳酸盐结合态 硫化物残渣态 有机结合态 交换态 吸附态。菠 菜吸收z n 量与土壤铁锰氧化态z i l 含量呈极显著正相关，这与土壤中的z n 主要 以铁锰氧化物态和碳酸盐态存在有关，且铁锰氧化物态z n 在还原条件下可被释 放出来，易被植物吸收利用1 6 1 。因此，在重金属污染土壤的治理中，如果使对植 物有效的重金属形态转化成无效的难溶态，则可减少作物对重金属的吸收。 1 1 2 土壤重金属污染迁移规律研究 进入土壤的重金属污染物由于土壤胶体的吸附、代换，络合和螯合作用以及 生物作用，大部分被固定在耕作层中，很少向下迁移。夏增禄( 1 9 8 5 ) 等人对北 京地区重金属在土壤中的纵向分布和迁移的研究表明，重金属进入土壤后，由于 土壤对它们的固定。不易向下迁移，多集中分布在表层。在旱作农田中重金属 一般集中分布在耕作层，向下迁移的深度大约在2 0 枷6 0c m 。进入土壤的c d 主要分布和富集在0 2 0 锄的耕作层1 7 1 。丁中元( 1 9 8 9 ) 的研究也表明，重金属c 、 p b 、c a 主要富集在土壤耕作层，而且其可给态含量较高，c d p b c u ，分别占全 量的6 0 1 、3 8 8 、3 0 1 1 s 。冯恭衍( 1 9 9 1 ) 等人的研究表明，土壤中的重金属 元素一般在上层( o ，2 0e m ) 聚积，尤以0 1 0c m 的表层为最高。重金属元素主要 分布在土壤耕作层的现象，对作物的生长及其卫生品质都带来了不利影响【伽。陈 3 健安( 2 0 0 i ) 等的研究表明，污染区的p b 主要滞留在土壤表层，随着深度的增 加，含量逐渐下降。这种分布状态与土壤性质有关。土壤p h 值是影响重金属迁 移、转化的重要因素，其溶解度随土壤p h 值的升高而降低，因而重金属在p _ h 值高的土壤中不易迁移。有机质含量是影响p b 迁移的又一个方面。一般进入土 壤中的p b 易与有机质络合，使p b 在土壤中的活动性减弱。由于表层土壤有机质 含量比较高，p h 值又不太低，因此p b 不易在土壤表层中迁移、转化，这是p b 主要滞留在土壤表层的主要原因i 埘。马丽( 2 0 0 4 ) 对佳木斯至七台河某路段旁水稻 田( 污染区) 土壤和稻谷中c d 、p b 含量的研究表明，各污染区c d 、p b 含量在土壤 剖面中的分布以表层( 肛1 2 锄) 为最多，随着土壤深度增加，存留量逐渐降低。 污染区与重污染区底层土壤c a 、p b 含量明显高于对照区底层土壤c d 、p b 含量 i n 。 1 1 3 土壤系统重金属污染物生物有效性研究 重金属进入土壤后，会被作物吸收。重金属的生物有效性( b i o a v a i l a b i l i t y ) 指 重金属能被生物吸收或对生物产生毒性的性状【切。土壤一植物系统中影响重金属 生物有效性的因素很多，主要有土壤性质、重金属的复合污染和根际环境等。 1 1 3 1 土壤性质对重金属生物有效性的影响 重金属离子在土壤中会进行一系列络合、吸附、解吸、迁移等物理化学反应， 这些过程决定着重金属离子在土壤中的有效性和分散性，只有溶解性的和可交换 态形式的离子才可直接被作物吸收。而土壤条件的改变控制着有效金属离子的 浓度。这些土壤参数包括p h 值、交换阳离子容量( c e c ) 、有机物含量、碳酸盐 含量、水和f e m n 氧化物、氧化还原能力( e h 值) 和温度等。对生长在一定土壤 中的植物来说，其种类和栽培技术也是影响植物组织中各污染因子浓度的因素 f 1 4 j 。 p h 值增高会引起土壤对金属的吸附量增加，从而使植物的吸收量下降。 r o m k c n sp e a m 的研究表明，随着土壤p h 值、有机物和黏粒含量的增加，大 4 部分微量元素会因吸附作用，或者形成络合物而使浓度下降、离子活性减小【1 4 1 。 有机质对土壤中重金属的吸附作用有着深刻的影响，它可改变溶液态重金属 的存在状态，或改变吸附体的表面性质而影响重金属的吸附。有机质能增加或抑 制重金属的吸附【1 5 1 。据张敬锁( 1 9 9 9 ) 等研究，向土壤中施入有机肥可减缓c d 污染对作物的危害。有机质有很大的比表面积，对c d 2 + 有强烈的吸附作用，尤其 是腐殖酸可与c d 2 + 形成螯合物而沉淀。有机质也可与c d 形成高稳定性的可溶性 物质，虽然能大大提高土壤中c a 2 + 浓度，但不增加植物的吸收；而形成小分子的 可溶性络合物时，却能提高植物对c a 2 + 的吸收。利用有机质作为c d 污染土壤的 改良剂时，这种情况应值得注意【1 6 1 。 1 1 3 2 根际环境对重金属生物有效性的影响 由于根系分泌物的存在，所以根际微区的物理、化学、生物特性等都异于土 体。重金属在这里发生酸碱反应、氧化还原、络合、离解，以及吸附解吸，导致 重金属形态变化，改变其生物有效性和生物毒性【切。 一般认为，根际活动能活化根际重金属，提高其生物有效性。c a c a d o r ( 1 9 9 6 ) 等发现，z n 、p b 、c u 在非根际环境中以可迁移的化学形态存在，而在根际环境 中它们主要以残渣态存在。他认为根际可能存在交换态，碳酸盐态向铁锰氧化物 结合态转化的机制【堋。m e n c h ( 1 9 9 4 ) 等发现，燕麦根际分泌物可以溶解铁锰氧 化物，从而增加z n 、c d 和n i 的植物有效性。但机理方面的研究尚处于探索阶 段f 1 9 1 。 1 1 3 3 重金属交互作用对生物有效性的影响 据陈怀满( 1 9 9 8 ) 等研究，土壤c d 、p b 、c u 、z n 和缸的交互作用促进了c d 、 p b 、z n 的活化，而增加植物的吸收，对a s 反而有所抑制。以c d 为例， p b 、 c u 、z n 和a - s 浓度增加有利于土壤c d 的解吸，7 0 以上的吸附态c d 可以被解 吸下来，进入土壤溶液。当c a 和p b 交互作用时，p b 可能会夺取c a 在土壤的 吸附位而提高土壤中c d 的有效性。据水培研究，当c d 与z n 共存时，z n 有 促进c a 向地上部分转移的作用，a s 可促进苜蓿吸收c d 向地上茎叶运转的功能 5 【2 1 1 。 重金属交互作用的强弱与土壤p h 值密切相关。当p h 值较低时，土壤中重 金属可溶态含量增加，植物对污染物的吸收量增加，元素间交互作用就强。复合 污染研究表明，多离子共存更接近现实条件，而过去根据单元素试验制定的环境 质量标准，没有充分考虑多种金属离子共存时的交互作用，与实际情况有差异。 除以上几个影响因素外，土壤的营养成份含量、氧化还原作用、温度及时间 等因素也会不同程度地影响重金属的有效性。只是在不同条件下所起作用不同。 我们可以利用这些因素，适当控制植物对重金属的吸收，从而减少重金属对食物 链的危害。 1 1 4 土壤重金属污染评价研究 开展重金属污染土壤的环境质量研究，一方面可以了解土壤重金属的污染程 度和现状，并且以直观的数学方式表达出来，有利于进行判断；另一方面可以针 对现有的情况进行合理的农业和工业生产布局，维护人们的自身的健康，同时还 可以有计划、有步骤的开展防治和修复工作。现有重金属污染土壤的环境质量评 价包括两个大的方面。 1 1 4 1 评价标准的选择 土壤作为环境要素不像大气和水体那样，污染物可直接进入人体危害健康。 土壤污染物须通过食物链，主要是透过作物才能进人体，而且土壤和人体之间的 物质平衡关系比较复杂，故确定土壤污染的卫生标准难度较大。另外，土壤作为 自然体而有其固有的地域成因，组成物质均一性差，这也是难以确定统一的土壤 污染物质卫生标准的原因之一。i 捌目前，一般选用如下的标准进行土壤质量评价： ( 1 ) 以区域土壤背景值为评价标准。土壤背景值是指在一定区域内，远离工 矿、城镇和道路，未曾受到或相对受到“三废”污染的土壤有毒物质的平均含量。 ( 2 ) 以土壤本底值为评价标准。土壤本底值是指未受人为污染的土壤中有毒 物质的平均含量。 s ( 3 ) 以区域性土壤自然含量为评价标准。区域性土壤自然含量是指在清水灌 6 区内，选用与污水灌区的自然条件、耕作栽培措施大致相同、土壤类型相近的土 壤中有毒物质的平均含量。 ( 4 ) 以土壤对照点含量为评价标准。土壤对照点是指在未污染地区的土壤上 选择与污染地区的自然条件、土壤类型和利用方式大致相同的土壤作为对照点， 以一个或几个对照点的污染物平均含量作为对照点含量。 ( 5 ) 以国内外现以认可得的土壤环境标准( 或基准) 作为评价标准。我国在 1 9 9 5 年制定了国家土壤环境质m , 标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 。 ( 6 ) 以土壤的临界含量作为评价标准。土壤临界含量是土壤污染评价中另一 个关键的土壤重金属污染的限值，但现在对土壤临界含量的含义、依据和临界值 的高低还不统一。一般以作物体中污染物含量超过食品卫生标准时，土壤中该污 染物的浓度含量为重要依据。如日本以稻米中含c d 量达到1m g k g 时的土壤中 c d 的浓度2m e , k g 为临界含量。 如何确定和统一土壤环境评价与分级标准是一个有待进一步解决的重要问 题评价标准的高、低，均会给土壤环境评价带来影响，为土壤污染防治带来经 济和人力上的浪费。 1 1 4 。2 评价方法 ( 1 ) 生物法。所谓土壤被污染，主要是由于土壤引起了生物的某种反应，所 以可根据生物反应的情况，来判断土壤污染程度。 植物反应：常根据植物叶片、长势和产品产量来衡量土壤污染状况。例如， a s 污染的土壤，其生长的植物首先表现在新“功能叶”萎蔫，继而阻止植物根 部和顶部生长。水稻受a s 毒害，表现出叶卷曲，死组织呈紫红色或淡红色，最 后变成淡黄色。n i 污染土壤所生长的植物，最初没有表现，以后叶片才失绿， 与缺铁相似。 累积量：利用植物中重金属累积量；或者用它与土壤中重金属累积量之比， 或用农作物对重金属的吸收率作为土壤环境质量评价标准。 评定不同土壤的污染程度，须采用同一作物，同一部位的重金属累积量进行 7 比较。 ( 2 ) 毒理法。根据作物中毒物对人体影响的剂量作为土壤污染评价标准。例 如，稻米中c a 含量超过0 4m g k g ，成人日摄取量超过0 3m g ，土壤的0 1m o l l h c i 漫提液中含c d 达0 3 3m g k g ，为土壤污染区。 ( 3 ) 指数法。土壤污染评价指数法包括分指数法和综合指数法。 分指数法：以土壤单项污染物的实测值与评价标准相比( 分指数) ，用以表 示土壤中该污染物的污染程度，即： l f c g s i 式中，五为第f 种污染物的污染分指数；c f 为第f 种污染物实测含量；& 为第i 种 污染物质量评价标准。 根据分指数的大小，划分污染等级，作为土壤污染评价的客观依据。综合指 数法：土壤一般被多种重金属元素所污染，因而土壤污染评价多应用综合指数法 进行综合污染评价。综合指数法的计算，一般是在求得各单项因子污染分指数的 基础上，再计算多因子综合污染指数。综合指数法主要有： 均权迭加法： 扛 均权迭加均值法： 扛1 2 i 均权平方根法： h 2 ) 墟 均权均值平方根法： i = ( 1 2 f ) 地 内梅罗指数法： ， i = 1 2 a v e r a g e ( 1 。- ) 2 + m a x ( ) 2 1 尼 。 ，7 8 加权迭加法： 扛i 弼匀 基数迭加法： i - - “一1 1 以上公式中，为综合污染指数，五为第f 种污染物的污染分指数，晰为权重。 在求得土壤污染综合指数后，根据综合指数值的大小，划分土壤污染等级， 然后依据土壤污染等级指标，可对研究区进行土壤污染评价。 ( 4 ) 其它评价法。国内外许多学者将模糊数学理论和灰色系统理论应用于土 壤重金属污染评价中，产生了模糊数学综合评判法和灰色聚类法。其后将灰色聚 类法加以改进，出现了等斜率灰色聚类法以及将层次分析法理论用于土壤重金属 污染评价的基准分析法等。 模糊数学综合评判法简称模糊法，是利用土壤质量分级差异中间过渡的模糊 性，将土壤污染方法按照不同分级标准。通过建立隶属函数在闭区阊l o ，q 内连 续取值来进行评价的方法【矧。主要步骤有：对单项污染指标分别建立隶属函数， 求出隶属度；建立模糊关系矩阵；计算各污染因子的权重；进行模糊聚类，综合 评判，取聚类系数最大者为该测定对象的污染级别。 灰色聚类法基于环境质量系统的灰色性，考虑多项因子的综合影响，将聚类 对象对于不同聚类指标所拥有的白化数。按几个灰类进行归纳。从而判断该聚类 对象属于哪一级【矧。它须经过将实测值和评价标准进行无量纲化处理，通过建立 白化函数来反映聚类指标对灰类( 评价指标) 的亲巯关系求取聚类权，计算聚类系 数等步骤。最后根据聚类系数的大小来判断土壤污染级别，污染级别为聚类系数 中最大者。 等斜率灰色聚类法是在灰色聚类法的基础上作了一些改进的评价方法。其 原理与灰色聚类法大致相同，只是以等斜率方式构造白化函数，并以修正系数代 替灰色聚类法中的聚类权而对白化函数进行修正。在评价中要经过求白化函数的 9 阈值，构造白化函数，求算修正系数，计算聚类系数等步骤，以聚类系数最大者 为污染级别。 基准分析法是在特定的指标下，从众多的评价对象中选择少数的几个具有代 表性的点，作为评价的基准点嘲。基准点包括在特定的指标下评价对象中的最大、 最小值点，其余各点以选择出现频率较多的点，或次大、次小值点，但也可任选。 然后，基准点两两比较，根据层次分析法原理给出相应的基准判断矩阵，求出基 准点在特定指标下的相对单排列顺序向量。在相同条件下，各评价对象与基准点 比较，得出总体判断矩阵，而后求出总排序向量。叠加各指标下的总排序向量， 并经归一化处理，即可得出各评价对象的相对优差程度。 1 1 5 土壤重金属污染治理研究 由于土壤重金属污染的潜在性、不可逆性、长期性和后果的严重性，所以土 壤重金属污染的治理应立足于“防”重于“治”的基本方针i 明。目前，大多数土 壤一植物系统重金属污染治理方法尚处于试验阶段，再加上治理费用等问题，实 际能应用的成熟方法很少。 1 1 5 1 工程措施 工程措施治理土壤植物系统重金属污染的方法主要包括客土、换土、翻土、 去表土等。此种方法效果好，适用于大多重金属污染物治理和多种条件。汪雅各 等人对上海市宝山区和川沙县两种重金属污染土壤进行客土改良试验表明，经客 土处理后土壤表层重金属元素含量大大降低，同时可使青菜体内c a 等重金属残 留量平均下降5 0 8 0 圜。但是该方法投资大，易导致土壤肥力的减弱。 1 1 5 2 化学措施 施用化学改良剂、抑制剂等降低土壤重金属污染物的水溶性、扩散性和生物 有效性，从而降低污染物进入生物链的能力，减轻对土壤生态环境的危害。例如， 在某些重金属污染的土壤中施入石灰、矿渣等碱性物质，可使重金属生成氢氧化 物沉淀；添加膨润土、合成沸石等交换容量较大的物质来钝化土壤中的重金属等。 化学措施虽然操作简便，在污染不太严重的地区能获得良好的改良效果，但是在 污染严重地区，很难将粮食、蔬菜等作物可食部分的重金属含量降低到可以接受 的水平 2 9 - 3 “。 1 1 5 3 生物措施 生物措施是利用特定的动、植物和微生物吸收或降解土壤中的重金属元素， 以达到净化土壤的目的。早期生物治理采用的主体生物类群多为微生物。最近， 植物修复已成为生物治理措施中的一个亮点。植物对污染土壤的修复有植物提 取、植物固定、植物挥发和植物降解四种方法p 2 l 。超量积累植物已成为环境保护 工作者追寻、筛选的目标。我国对植物修复和超量积累植物的研究己有良好的开 端【3 3 1 。但是植物修复的研究多集中在超量积累植物上，面野生超量积累植物有其 自身不可克服的缺陷( 生长速度缓慢，植株矮小，单株干物质重量小) ，这为实际 应用带来很大的困难出l 。 1 1 5 4 生态措施 无论是工程、化学措施，还是生物措施，其目标都是希望彻底改良土壤， 消除重金属污染危害，恢复作物的最佳生长环境。生态措施不刻意追求对环境作 根本性改造或改良，而是充分利用生物( 植物) 的抗逆基因，使生物最大限度地适 应污染环境，同时辅以适当的工程、化学措施，降低环境对生物的胁迫作用，在 协调生物与环境的相互关系之中获取符合要求的产品和生产效益i 矧。生态措施的 最终目标是实现污染壤的安全与高效的农业利用。汪雅各等人在上海宝山区进 行蔬菜重金属富集轮作试验，根据各种蔬菜的重金属富集率不同的特点，合理安 排蔬菜轮作茬口。试验结果表明，低富集轮作与普通轮作相比，可使蔬菜镉含量 降低5 0 - 8 0 ，还可明显提高蔬菜产量和产值【蚓。 1 2 道路交通对土壤重金属污染研究现状 公路两侧土壤中的重金属污染，主要以p b 、z n 、c d 、c r 、c o 、c a 的污染为 主。它们来自于含铅汽油的燃烧，汽车轮胎磨损产生的含锌粉尘等，它们成条带 状，以公路为轴向两侧污染强度逐渐减弱；随着时间的推移，公路土壤重金属污 染具有很强的叠加性。 交通污染被认为是环境中多种重金属污染的重要来源。机动车向环境中排放 重金属污染物的方式主要是燃烧过程、汽车配件磨损( 引擎、轮胎、刹车) 、燃料 渗漏以及腐蚀过程。表1 表明了荷兰( 车辆保有量为6 0 0 0 0 0 0 ) 的机动车每年排放 到环境中的重金属总量鲫。从表1 可以看出，p b 主要来自子燃料燃烧后排放的 废气，z n 主要来自于轮胎磨损( z n 作为催化剂用于轮胎制造) ，c u 主要来自于刹 车和散热器的腐蚀磨损，其他重金属来自多种混合源。 表1 荷兰机动车每年排放到环境中的重金属排放量单位：t a 注：资料来源：h d v a a b o h e m e a da 1 t h e i n f l u c e c e o fr o , a d i 皿f i a s l r t l c t l t r ea n d b a 琦c o l ts o i l , w a t e r , a e da i rq u a l i t y , 2 0 0 3 , ( 1 3 伍5 5 - 6 8 车辆排放的污染物可以通过多种途径被传播或者沉降到环境中( 表1 ) 。例如， 大气对污染物的扩散，以湿沉降或者干沉降方式沉积到路面或者公路边农田，通 过路面径流排放到路沟或者路旁农田。 公路路面径流作为一种具有较大污染潜力的污染源已经得到了各国的广泛 关注。公路路面径流中污染物的来源很多，包括机动车辆的运行( 包括轮胎磨损 颗粒、筑路材料磨损颗粒、运输物品的泄漏、车体部件产生的颗粒物质及除冰剂1 产生的污染物、雨水本身的污染物和大气降尘污染物等等，其中由于公路交通活 动而形成的路面沉积物是公路路面径流最重要的污染源。通过对路面沉积物的实 测可知，公路路面径流中的重金属污染物有p b 、z n 、c u 、c r 、n i 、f c 、c d 等网。 通过路面径流，污染物可以扩散到公路两侧的沟渠，或者排放到公路两侧的农田。 1 2 1 国外路旁土壤重金属研究现状 国外研究者对公路旁土壤重金属污染的研究开始较早。许多学者 ( v a n d e n n a b e e l e 等，1 9 7 2 ；w h e e l e r 等，1 9 7 9 ；o n y a r i ，1 9 9 1 ；f r a n e e k ，1 9 9 2 ； g r a t a n i ，1 9 9 2 ；s i t h o l e ，1 9 9 3 ；t e i c l m a a n ，1 9 9 3 ；h a f e n 等，1 9 9 6 ：c h a r l e s w o r t h 等，1 9 9 9 ；m e l l o r 等，1 9 9 9 ；a 1 - c h a l a b i 等，2 0 0 0 ) w 研究过公路旁p b 污染问题 p 9 4 9 1 。这些研究都表明，公路旁土壤中p b 含量明显高于背景值，并且随着距公 路距离的增加，土壤中p b 含量明显减少。有证据表明，p b 通过可溶性卤化物微 粒进入土壤，一旦进入就和土壤紧密结合，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【删。虽然现在世界上许多国家都使用无铅汽油，但土 壤中已积累的p b 将长期影响公路两侧土壤环境以及植物。 有一些学者也研究了除p b 之外的其它重金属对路旁土壤的污染。 h e w i t t ( 1 9 9 0 ) 等对厄瓜多尔的c u e n c a 市内和附近的一些公路旁土壤中的p b 、c d 、 z n 等重金属进行了实验分析。他们发现，土壤中p b 、z n 含量与机动车交通关 系密切，而c d 与交通关系不大1 5 n 。m u n c h ( 1 9 9 3 ) 对德国的一条市区公路旁土壤 中的a s 、c d 、c r 、c u 、h g 、n i 、