公路源重金屬對路域環(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、公路建設在帶動經濟發(fā)展的同時,也導致了一些環(huán)境問題,并引起學術界的廣泛關注。本文運用系統(tǒng)科學理論與方法,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。對不同耕作方式下路旁土壤重金屬含量進行泛克里格插值

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、污染狀況和風險評價,從線源顆粒物擴散模型出發(fā),對路旁大氣顆粒物和路旁土壤重金屬空間分步進行擬合,較好地揭示了路源重金屬遷移和沉降規(guī)律。經研究,得出以下主要結論：
　　⑴公路交通對路域土壤、水體、生物、大氣環(huán)境都有重大影響。公路源重金屬產生后,賦存于大氣顆粒物中,隨其進行干濕沉降,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行模型驗證。該模型對于大氣顆粒物、大氣顆粒物重金屬含量實測值擬合效果較好,對土壤重金屬含量實測值擬合效果很好。
　?、聘鞣绞郊爸亟饘偬匦詫β放酝寥乐亟饘倏臻g分布具有強烈影響。克里格空進插值分析表明,杏花營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,賦存于較大顆粒物上的重金屬在道路兩側呈指數遞減分布模式,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狀或斑塊狀分布,與距路基距離的相關性較差。這主要是淹水條件增強了重金屬水平遷移所致。
　?、锹放酝寥拉h(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)風險、健康風險。以國家土壤環(huán)境二級質量標準為基準的重金屬污染指數法評價表明,杏花營斷

5、面和項店斷面路旁土壤重金屬單項、綜合污染均為安全級別;杜良斷面土壤Ni在路基100 m(南側)和500 m(北側)范圍內達到輕度污染,Zn在距路基140和150 m(南側)處的樣點達到輕度污染,Cu、Cd、Pb和Cr均為安全級別,杜良斷面土壤重金屬綜合污染總體為安全級別。以對照樣土壤重金屬含量為基準的地積累指數評價表明,土壤6種重金屬均出現(xiàn)不同程度的污染。杏花營斷面南側土壤Cr在距路基0~30 m之間達到中度污染,35~120 m之間達

6、到輕度污染;北側土壤Cr在距路基15 m左右達到中度污染,0~10、20~120 m之間達到輕度污染;杏花營斷面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。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;項店斷面土壤 Cr、Ni、Zn、Cu、Cd局部達到輕度污染,Pb為安全級別。以對照樣土壤重金屬含量為基準的潛在生態(tài)風險指數評價表明,杏花營土壤 Cd達到中等生態(tài)風險的

7、樣點數占總樣數的82.43％,杜良斷面為45.07%,項店斷面為87.83%;杜良斷面土壤Pb達到中等生態(tài)風險的樣點數占總樣點的8.45%,其余樣點均為輕微風險。3個斷面土壤均存在重金屬綜合潛在生態(tài)風險。3個斷面土壤重金屬的單項和綜合非致癌和致癌健康風險甚小,可忽略。
　?、菺310公路兩側200 m范圍內糧食作物(水稻、小麥)重金屬含量顯著高于對照樣點。樣點小麥籽粒Cr、Ni和Pb全部污染,其中Pb屬于重度污染,Cr達到輕度污染

8、、中度污染和重度污染的樣點數分別占總樣數的2.70%、16.22%和81.08%,Ni達到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點數占總樣數分別為8.11%、40.54%和51.35%, Cu、Cd和Zn達到分輕度污染的樣點數占總樣數的89.19%、9.11%和45.95%。水稻Cr為重度污染,Ni達到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點數分別占總樣數的19.44%、16.67%和11.11%;Pb達到輕度污染的樣點數占總樣數的25.00%;C

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

10、致癌風險因子。小麥和水稻的Cr、Pb存在非致癌健康總風險,Cu總體存在健康總風險,Zn、Cd和Ni的不存在健康總風險,小麥和水稻存在重金屬綜合非致癌健康總風險。
　?、膳c對照樣點相比,距路基200 m范圍內的地表水體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達到輕度污染、中度污染和重度污染的樣點數分別占總樣數的16.67%、8.33%和8.33%;Zn達到輕度污染的樣點數占總樣數的4.17%。路域降水中的重金屬含

11、量也高于對照樣點,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相關,粒徑越小,遷移越遠。大氣顆粒物重金屬含量空間分布有指數和偏態(tài)兩種分布類型,其中Pb和Cr屬于指數遞減分布趨勢,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險,Cr為主要健康風險