高速公路沿農(nóng)田土壤和作物的重金屬污染特征及規(guī)律.pdf

1、公路交通是環(huán)境中重金屬污染物的主要排放源之一。由于耕地資源有限,全球公路沿線的作物種植仍非常普遍。鑒于農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的隱患,公路交通對(duì)沿線農(nóng)田土壤和作物的重金屬污染一直受到學(xué)者和公眾的廣泛關(guān)注。大量研究表明,公路沿線土壤和作物均受到了不同程度的Pb、Cd、Cr、Zn等重金屬污染,但對(duì)其污染特征及規(guī)律的認(rèn)識(shí)尚不非常清楚。公路沿線土壤中重金屬含量相對(duì)較低,而沿線的水稻、小麥、蔬菜、水果等農(nóng)產(chǎn)品中均存在Pb、Cd、Zn等重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象；土壤

2、中累積量較高的重金屬元素,在作物中含量并不一定高,而土壤中累積量較低的元素,在作物中含量卻較高。導(dǎo)致這些不確定性的主要原因可能是由于對(duì)公路沿線重金屬污染途徑、土壤中不同重金屬的生物有效性及其影響因素等的認(rèn)識(shí)不足。高速公路作為未來(lái)交通的主干網(wǎng)絡(luò),對(duì)沿線農(nóng)田環(huán)境的影響尤其嚴(yán)重。因此,研究高速公路沿線農(nóng)田土壤和作物中重金屬分布特征、累積規(guī)律和影響因素,可為我國(guó)高等級(jí)公路沿線作物生產(chǎn)的產(chǎn)地環(huán)境保護(hù)和種植規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支撐。
　　

3、 本論文以江蘇省交通流量最大的兩條高速——滬寧高速和京滬高速為研究對(duì)象,于2007-2009年選擇車(chē)流量不同的六個(gè)典型路段,采集公路兩側(cè)農(nóng)田土壤和作物(水稻、小麥)樣品,測(cè)定土壤中重金屬(Pb、Cd、Cr、Zn和Cu)總量和有效態(tài)含量,以及作物籽粒中重金屬含量；分析高速公路沿線土壤和作物中重金屬含量的分布特征和影響因素。同時(shí)采用盆栽對(duì)比試驗(yàn)和穩(wěn)定性Pb同位素示蹤法,分析高速公路沿線水稻、小麥中重金屬的主要來(lái)源(大氣或土壤),以及不同器官

4、中大氣來(lái)源重金屬和土壤來(lái)源重金屬所占比例。在產(chǎn)地監(jiān)測(cè)和作物試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對(duì)高速公路兩側(cè)農(nóng)田土壤和作物中重金屬含量進(jìn)行模擬,建立高速公路沿線土壤和作物重金屬含量的預(yù)測(cè)模型。本文獲得的主要結(jié)論如下:
　　 1.滬寧和京滬高速六個(gè)路段兩側(cè)土壤、水稻和小麥均受到不同程度的重金屬污染,污染邊界最遠(yuǎn)已經(jīng)達(dá)到了路兩側(cè)330m。土壤中Pb、Cd、Cr、Zn和Cu含量均高于對(duì)照區(qū)土壤,但沒(méi)有超過(guò)國(guó)家土壤環(huán)境二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；水稻和小麥中

5、上述五種重金屬含量均高于對(duì)照樣品,部分樣品中Pb、Cd、Zn含量超出了國(guó)家食品安全限量標(biāo)準(zhǔn),其中Pb和Cd的超標(biāo)率較高。
　　 2.高速公路兩側(cè)土壤和作物中重金屬含量的空間分布特征差異明顯。公路兩側(cè)土壤中Cd、Cr、Zn和Cu含量隨與公路距離的增加而不斷降低,Pb含量隨與公路距離的增加而先增加再不斷降低。高速公路兩側(cè)水稻和小麥籽粒中五種重金屬含量均隨與公路距離的增加而先增加再不斷降低。公路兩側(cè),作物中重金屬含量高值區(qū)的分布與土壤

6、中重金屬含量高值區(qū)的分布存在差異,土壤中重金屬含量高的區(qū)域作物中重金屬含量并不一定高。
　　 3.高速公路沿線水稻和小麥中的重金屬污染來(lái)源于不同的途徑,大氣污染途徑不可忽視。盆栽對(duì)比試驗(yàn)和作物中Pb穩(wěn)定性同位素組成分析結(jié)果顯示,高速公路沿線水稻中累積的Pb、Cd和Zn部分來(lái)源于葉片對(duì)大氣中重金屬的吸收,而Cr和Cu主要來(lái)源于根系對(duì)土壤中重金屬的吸收。高速公路旁水稻葉片中,大約有20％的Pb、35％的Cd和60％的Zn來(lái)源于大氣；

7、在水稻籽粒中,約有46％的Pb和41％的Cd來(lái)自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)；在水稻莖中,約有49％的 Zn來(lái)自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。公路旁不同距離水稻葉、莖、籽粒中大氣來(lái)源的Pb、Cd或Zn的比率隨與公路距離增加而不斷降低。高速公路沿線小麥中Cd和Zn部分來(lái)源于葉片對(duì)大氣中重金屬的吸收,而Pb、Cr和Cu主要來(lái)源于根系對(duì)土壤中重金屬的吸收。在公路旁小麥葉片中,大約有22％的Cd和29％的Zn來(lái)自于葉片對(duì)大氣中重金屬的吸收,在小麥籽粒中,約有21％

8、的Cd和20％的Zn來(lái)自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),在小麥莖中,Pb、Cd、Cr、Zn和Cu主要來(lái)自于根系的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。公路旁不同距離小麥葉、籽粒中大氣來(lái)源的Cd和Zn的比率隨與公路距離增加而不斷降低。
　　 4.車(chē)流量是高速公路沿線土壤中重金屬累積最主要的影響因素,沿線作物中重金屬的累積受到車(chē)流量、風(fēng)向、土壤性質(zhì)、重金屬有效態(tài)含量等因素的綜合影響。滬寧高速和京滬高速沿線六個(gè)路段土壤中Pb、Cd、Zn和Cu累積指數(shù)與車(chē)流量呈顯著正相關(guān),

9、風(fēng)向、土壤pH、有機(jī)質(zhì)等因素的影響相對(duì)較小.滬寧高速和京滬高速沿線6個(gè)路段水稻中Pb和Cd累積指數(shù)、小麥籽粒中Cd和Zn累積指數(shù)與車(chē)流量呈顯著正相關(guān)。沿線水稻、小麥籽粒中重金屬的累積受到車(chē)流量、風(fēng)向、土壤性質(zhì)、重金屬有效態(tài)含量等因素的綜合影響,不同重金屬元素累積的最主要的影響因素各有不同。
　　 5.BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自組織與自適應(yīng)功能,具有高度非線性函數(shù)映射功能,將其應(yīng)用于高速公路沿線農(nóng)田土壤和作物中重金屬含量分布