公路源重金屬對(duì)路域環(huán)境的影響及其遷移規(guī)律——以G310開封段和S337息縣段為例.pdf

1、公路建設(shè)在帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí),也導(dǎo)致了一些環(huán)境問題,并引起學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。本文運(yùn)用系統(tǒng)科學(xué)理論與方法,將路域環(huán)境各因素看作是相互聯(lián)系的統(tǒng)一整體,從重金屬“源→路徑→匯→影響”角度出發(fā),研究交通源重金屬遷移及對(duì)路域環(huán)境的影響。以河南省公路(G310、S337)為例,采集路旁土壤、小麥、水稻、大氣顆粒物、降水、地表水樣品,用ICP-MS分析其Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn等重金屬含量。對(duì)不同耕作方式下路旁土壤重金屬含量進(jìn)行泛克里格插值

2、分析,開展路旁土壤、小麥、水稻、地表水公路源重金屬含量、分布、污染狀況和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),從線源顆粒物擴(kuò)散模型出發(fā),對(duì)路旁大氣顆粒物和路旁土壤重金屬空間分步進(jìn)行擬合,較好地揭示了路源重金屬遷移和沉降規(guī)律。經(jīng)研究,得出以下主要結(jié)論：
　?、殴方煌▽?duì)路域土壤、水體、生物、大氣環(huán)境都有重大影響。公路源重金屬產(chǎn)生后,賦存于大氣顆粒物中,隨其進(jìn)行干濕沉降,最終通過干濕沉降匯于地表水及土壤,引起路域環(huán)境重金屬積累,甚至發(fā)生污染。建立公路源重金屬遷移

3、模型和路旁土壤重金屬空間分布模型,并使用大氣顆粒物、大氣顆粒物重金屬及土壤重金屬含量進(jìn)行模型驗(yàn)證。該模型對(duì)于大氣顆粒物、大氣顆粒物重金屬含量實(shí)測(cè)值擬合效果較好,對(duì)土壤重金屬含量實(shí)測(cè)值擬合效果很好。
　?、聘鞣绞郊爸亟饘偬匦詫?duì)路旁土壤重金屬空間分布具有強(qiáng)烈影響?？死锔窨者M(jìn)插值分析表明,杏花營(yíng)斷面旱旱輪作的路旁土壤重金屬呈現(xiàn)出與道路平行的條帶狀空間分布,其中Cr和Cu含量呈指數(shù)遞減分布,Pb、Ni、Zn和Cd呈偏態(tài)分布,峰值出現(xiàn)在距

4、路基30~50 m之間。重金屬分布類型與該元素主要賦存的大氣顆粒物粒徑有關(guān),賦存于較大顆粒物上的重金屬在道路兩側(cè)呈指數(shù)遞減分布模式,相反則呈偏態(tài)分布模式。與此相反,杜良段面水旱輪作的土壤重金屬含量呈斑點(diǎn)狀或斑塊狀分布,與距路基距離的相關(guān)性較差。這主要是淹水條件增強(qiáng)了重金屬水平遷移所致。
　　⑶路旁土壤環(huán)境已發(fā)生不同程度重金屬污染,存在一定的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、健康風(fēng)險(xiǎn)。以國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)的重金屬污染指數(shù)法評(píng)價(jià)表明,杏花營(yíng)斷

5、面和項(xiàng)店斷面路旁土壤重金屬單項(xiàng)、綜合污染均為安全級(jí)別;杜良斷面土壤Ni在路基100 m(南側(cè))和500 m(北側(cè))范圍內(nèi)達(dá)到輕度污染,Zn在距路基140和150 m(南側(cè))處的樣點(diǎn)達(dá)到輕度污染,Cu、Cd、Pb和Cr均為安全級(jí)別,杜良斷面土壤重金屬綜合污染總體為安全級(jí)別。以對(duì)照樣土壤重金屬含量為基準(zhǔn)的地積累指數(shù)評(píng)價(jià)表明,土壤6種重金屬均出現(xiàn)不同程度的污染。杏花營(yíng)斷面南側(cè)土壤Cr在距路基0~30 m之間達(dá)到中度污染,35~120 m之間達(dá)

6、到輕度污染;北側(cè)土壤Cr在距路基15 m左右達(dá)到中度污染,0~10、20~120 m之間達(dá)到輕度污染;杏花營(yíng)斷面Cu、Zn、Ni、Cd和Pb的輕度污染帶出現(xiàn)在距路基80 m范圍之內(nèi)。杜良斷面土壤Pb、Ni、Zn、Cr、Cu出現(xiàn)局部區(qū)域的中度污染,Cd造成局部區(qū)域的輕度污染;項(xiàng)店斷面土壤 Cr、Ni、Zn、Cu、Cd局部達(dá)到輕度污染,Pb為安全級(jí)別。以對(duì)照樣土壤重金屬含量為基準(zhǔn)的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)表明,杏花營(yíng)土壤 Cd達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的

7、樣點(diǎn)數(shù)占總樣數(shù)的82.43％,杜良斷面為45.07%,項(xiàng)店斷面為87.83%;杜良斷面土壤Pb達(dá)到中等生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的樣點(diǎn)數(shù)占總樣點(diǎn)的8.45%,其余樣點(diǎn)均為輕微風(fēng)險(xiǎn)。3個(gè)斷面土壤均存在重金屬綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。3個(gè)斷面土壤重金屬的單項(xiàng)和綜合非致癌和致癌健康風(fēng)險(xiǎn)甚小,可忽略。
　　⑷G310公路兩側(cè)200 m范圍內(nèi)糧食作物(水稻、小麥)重金屬含量顯著高于對(duì)照樣點(diǎn)。樣點(diǎn)小麥籽粒Cr、Ni和Pb全部污染,其中Pb屬于重度污染,Cr達(dá)到輕度污染

8、、中度污染和重度污染的樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣數(shù)的2.70%、16.22%和81.08%,Ni達(dá)到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點(diǎn)數(shù)占總樣數(shù)分別為8.11%、40.54%和51.35%, Cu、Cd和Zn達(dá)到分輕度污染的樣點(diǎn)數(shù)占總樣數(shù)的89.19%、9.11%和45.95%。水稻Cr為重度污染,Ni達(dá)到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣數(shù)的19.44%、16.67%和11.11%;Pb達(dá)到輕度污染的樣點(diǎn)數(shù)占總樣數(shù)的25.00%;C

9、u、Zn和Cd為未污染。小麥籽粒綜合污染指數(shù)達(dá)到重度污染水平。水稻籽粒重金屬多為中度污染,部分達(dá)到重度污染。小麥Cr、Pb存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn),Cu、Cd、Zn和Ni無明顯的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn),有綜合非致癌健康風(fēng)險(xiǎn),小麥Cr風(fēng)險(xiǎn)占總風(fēng)險(xiǎn)的52.16%,為主要非致癌風(fēng)險(xiǎn)因子,Pb風(fēng)險(xiǎn)占總風(fēng)險(xiǎn)的26.59%,為次要風(fēng)險(xiǎn)因子。水稻 Cr存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn), Cu、Pb、Zn、Cd和Ni無明顯的非致癌健康風(fēng)險(xiǎn),Cr風(fēng)險(xiǎn)占總風(fēng)險(xiǎn)82.90%,也是主要非

10、致癌風(fēng)險(xiǎn)因子。小麥和水稻的Cr、Pb存在非致癌健康總風(fēng)險(xiǎn),Cu總體存在健康總風(fēng)險(xiǎn),Zn、Cd和Ni的不存在健康總風(fēng)險(xiǎn),小麥和水稻存在重金屬綜合非致癌健康總風(fēng)險(xiǎn)。
　?、膳c對(duì)照樣點(diǎn)相比,距路基200 m范圍內(nèi)的地表水體6種重金屬含量顯著升高,造成部分地表水環(huán)境的污染。地表水Cu達(dá)到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點(diǎn)數(shù)分別占總樣數(shù)的16.67%、8.33%和8.33%;Zn達(dá)到輕度污染的樣點(diǎn)數(shù)占總樣數(shù)的4.17%。路域降水中的重金屬含

11、量也高于對(duì)照樣點(diǎn),但沒有造成污染。
　?、事酚虼髿忸w粒物遷移距離與其粒徑呈負(fù)相關(guān),粒徑越小,遷移越遠(yuǎn)。大氣顆粒物重金屬含量空間分布有指數(shù)和偏態(tài)兩種分布類型,其中Pb和Cr屬于指數(shù)遞減分布趨勢(shì),Cd、Cu、Ni和 Zn屬于偏態(tài)分布。重金屬所賦存顆粒物粒徑從大到小依次為Cd=Cu>Cr>Ni>Pb。路域大氣環(huán)境出現(xiàn)Pb的中度或重度污染,顆粒物的粒徑越小,污染程度越重。路域大氣顆粒物重金屬存在綜合非致癌和致癌健康風(fēng)險(xiǎn),Cr為主要健康風(fēng)險(xiǎn)