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高速公路兩側(cè)土壤重金屬污染及其防治措施
【摘要】本文論述了高速公路建設(shè)對環(huán)境的影響，介紹了公路兩側(cè)土壤重金屬污染的特點、來源以及危害；指出對于高速公路土壤重金屬污染，需要采取預(yù)防和治理相結(jié)合的處理措施，并提出了一些預(yù)防措施和治理方法。
【關(guān)鍵詞】 高速公路；重金屬污染；防治措施
隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會的快速發(fā)展，交通在國民生活中日趨顯示出它的重要性，高速公路的建設(shè)也勢在必行。大規(guī)模地修建高速公路，有效地促進(jìn)了國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，方便了人民生活；然而，與此同時，在高速公路建設(shè)及營運(yùn)過程中也給我們帶來了嚴(yán)重的生態(tài)破壞與環(huán)境污染問題。土壤是大氣、水體及固體廢棄物中污染物在環(huán)境中遷移、滯留和沉積的目標(biāo)，是長期環(huán)境污染的承受者。隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口的不斷增加，土壤作為人類賴以生息的資源，越來越暴露出不堪重負(fù)的跡象。因此，研究高速公路建設(shè)所帶來的土壤污染問題及其防治對策就顯得尤為重要，對于保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)我國高速公路的建設(shè)與發(fā)展具有重要的指導(dǎo)意義，同時也可為我國高速公路建設(shè)環(huán)境治理和管理提供科學(xué)依據(jù)。
1. 高速公路建設(shè)對環(huán)境的影響
高速公路作為人類生存和發(fā)展所必需的開發(fā)建設(shè)活動，會對周圍的環(huán)境產(chǎn)生直接或間接的影響，這些影響一般可分為兩大類：一類是對自然環(huán)境的破壞，如水土流失、植被破壞等，嚴(yán)重時引起生態(tài)平衡失調(diào)、氣候異常；另一類是環(huán)境污染，如噪聲、廢水、廢氣和塵埃等�？偟恼f來，主要有以下幾個方面的影響。
1.1對社會、經(jīng)濟(jì)的影響。高速公路建成后，會對沿線的社會結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、文化環(huán)境等產(chǎn)生影響：首先，公路建成后會增大沿線地區(qū)的交通量，增加該地區(qū)的交通事故，在一定程度上干擾附近居民的出行，割裂了村莊間的原有聯(lián)系；其次，公路建成后，使沿線各地區(qū)的土地功能發(fā)生變化，將單一的農(nóng)業(yè)用地、開發(fā)用地或商業(yè)用地轉(zhuǎn)變?yōu)槎嘈袠I(yè)提供服務(wù)的特殊用地，同時也促進(jìn)了沿線土地資源的開發(fā)。公路建設(shè)會造成一定數(shù)量居民的拆遷，使沿線居民人口結(jié)構(gòu)及需求發(fā)生變化，改變了原有居民的聯(lián)系及交往方式；對沿線兩側(cè)居民交往產(chǎn)生阻隔，影響區(qū)域經(jīng)濟(jì)布局和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；高速公路的修建，會破壞一些原有的歷史文化遺址、名勝風(fēng)景及保護(hù)區(qū)，產(chǎn)生視覺污染。高速公路建設(shè)在對沿線區(qū)域環(huán)境產(chǎn)生上述影響的同時，也提供了良好的交通條件，加速農(nóng)產(chǎn)品、礦產(chǎn)、林業(yè)產(chǎn)品的輸送，信息交流及勞動人口流動，提高了區(qū)域的工業(yè)產(chǎn)值，推動城鄉(xiāng)的商品交換、文化交流及農(nóng)業(yè)的綜合開發(fā)，使城鄉(xiāng)逐漸一體化[1]。
1.2對環(huán)境的污染
1.2.1廢氣污染。
（1）以汽油、柴油為燃料的汽車在發(fā)動和行駛過程中會排放大量廢氣和固體微粒，廢氣中含有水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳、氮氧化合物、硫化物、甲烷、乙烯、醛和鉛顆粒等污染物[2]，這些污染物排放到大氣中，滲透到水、土壤中，并逐漸積累，會對沿線的人類和動植物產(chǎn)生不良影響，使其生活環(huán)境進(jìn)一步惡化，甚至?xí)斐扇驓夂虍惓�，這種污染的程度隨著公路運(yùn)營時間的增長及交通量的增加而不斷加重。
（2）隨著運(yùn)輸市場的放開，汽車產(chǎn)量和擁有量的增加，汽車排放物對大氣的污染已成為主要公害，汽車排放物危害人體健康、污染環(huán)境、破壞生態(tài)平衡，已引起世界各國的普遍重視。
1.2.2噪聲污染。
（1）高速公路的噪聲源主要包括兩個方面：一是在施工過程中，由于挖掘機(jī)、推土機(jī)、平地機(jī)、攪拌機(jī)以及各種運(yùn)輸車輛的使用而產(chǎn)生的噪聲污染，這些噪聲較強(qiáng)，對當(dāng)?shù)鼐用窈褪┕と藛T影響嚴(yán)重，造成區(qū)域聲學(xué)環(huán)境質(zhì)量短期內(nèi)惡化；二是在運(yùn)營過程中，汽車車體振動、發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、輪胎與路面摩擦、鳴喇叭以及公路沿線提供各種服務(wù)的設(shè)施、設(shè)備均會產(chǎn)生噪聲，在公路沿線形成一條噪聲帶，這些噪聲會對附近的人群產(chǎn)生心理和生理上的影響，降低人們的工作效率，尤其對公路兩側(cè)人口密度較大的敏感區(qū)域（學(xué)校、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、醫(yī)院等）干擾較為突出，而野外區(qū)域的干擾則相對較小[3]。
（2）隨著高速公路建設(shè)速度的加快，交通噪聲污染問題日趨嚴(yán)重，人們對于道路兩側(cè)環(huán)境的改善也越來越迫切。
1.3對生態(tài)環(huán)境的影響。高速公路建設(shè)對生態(tài)環(huán)境的影響可分為兩個階段：一是施工期間對自然環(huán)境造成的非污染性破壞，因施工機(jī)械的使用及大量的開挖取土破壞了土體原有的自然結(jié)構(gòu)和水的循環(huán)路徑，相應(yīng)地改變了生物的生存環(huán)境，影響其生長、活動的規(guī)律，阻礙生態(tài)系統(tǒng)漫延[4]；二是公路建成運(yùn)營后，路體分割了生物的生存空間，使公路附近的動物容易被汽車撞傷、壓死；而且，由于汽車廢氣、噪聲、有害物質(zhì)的產(chǎn)生，會使生物棲息的生態(tài)環(huán)境（空氣、水、土壤）逐漸惡化，引起生物發(fā)育不良、繁殖機(jī)能減退、疾病增多、抗病能力下降，從而造成種群數(shù)量減少（特別是珍稀物種），有時可能會影響整個生物群落。
1.4對工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件的影響。
1.4.1對工程地質(zhì)條件的影響。高速公路施工時，由于填方和挖方對地表擾動較大，并改變了原有的地形、地貌，尤其是隧道的進(jìn)出口及仰面坡的開挖，對局部山體穩(wěn)定不利，可能會引發(fā)塌方滑坡、軟土層滑移等不良地質(zhì)病害；又因土表裸露、土質(zhì)松軟，增加了水土沖刷量，造成河流、溝渠淤積，積水淹漫農(nóng)田。此外，臨時施工用地在機(jī)械碾壓、人員踩踏下土壤結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，一定時期內(nèi)土壤的肥沃程度難以恢復(fù)。
1.4.2對水環(huán)境的影響。高速公路對水環(huán)境的影響主要包括施工、生活服務(wù)區(qū)污水和洗車等對公路沿線自然水系的影響。高速公路定距離設(shè)置加油站、收費(fèi)站及洗車等配套設(shè)施，生活服務(wù)區(qū)污水和洗車廢水都會對高速公路沿線自然水系產(chǎn)生影響[5]。由于公路建設(shè)阻隔原有水系的循環(huán)，影響地表水和地下水的流通路徑，汽車尾氣的排放和生活服務(wù)區(qū)的廢物進(jìn)入河道也會對水源造成污染；化學(xué)危險品運(yùn)輸中的泄露或交通事故的發(fā)生，則可對環(huán)境水質(zhì)造成災(zāi)難性的破壞。另外，由于橋梁的修建減小了河床的過水?dāng)嗝�，造成橋前局部堵水，水流速度減慢，泥砂下沉淤積、阻塞河道，從而容易引發(fā)洪澇災(zāi)害。 2. 高速公路兩側(cè)的土壤重金屬污染
土壤是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存的基礎(chǔ)。由于重金屬在土壤中易蓄積，殘留時間長，因而已成為土壤的主要污染。
2.1土壤重金屬污染的特點及來源。
2.1.1土壤重金屬污染的特點。
2.1.1.1持久性：重金屬污染物進(jìn)入土壤后，通過土壤對懸浮污染物的物理機(jī)械吸收、阻留、膠體的物理化學(xué)吸附、化學(xué)沉淀、生物吸收等過程，不斷在土壤中積累。當(dāng)達(dá)到一定數(shù)量時，便引起土壤成分、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和功能的變化，造成土壤污染。土壤污染以后很難消除，其凈化過程需要相當(dāng)長的時間，而且重金屬污染是不可逆的持久積累過程。
2.1.1.2間接傷害性：首先，重金屬污染物通過食物鏈危害動物和人體健康；其次，土壤污染物還能危害自然環(huán)境，污染地下水、地表水和大氣，成為水和大氣的污染源。
2.1.1.3高速公路重金屬污染以公路為中心在其兩側(cè)呈帶狀順公路延伸，污染程度自公路向其兩側(cè)逐漸減弱[6]，且主要分布在公路兩側(cè)50m范圍內(nèi)。
2.1.2高速公路土壤重金屬污染的來源及影響因素。
2.1.2.1土壤重金屬污染的來源：目前公認(rèn)的高速公路土壤重金屬污染的主要來源是交通工具使用的油料燃燒所排放的尾氣以及油料的揮發(fā)、泄漏等。事實上，油料中除了含有鉛和錫外，尚含多種微量重金屬元素，公路旁重金屬污染以Pb、Cd污染為主。這些重金屬污染物不但不易被自然凈化，而且可通過食物鏈得以富集而對人體、家畜、農(nóng)業(yè)生態(tài)及自然生態(tài)產(chǎn)生嚴(yán)重的潛在影響和危害。
2.1.2.2影響因素：影響土壤重金屬污染的因素很多，也比較復(fù)雜。土壤受重金屬污染的程度主要取決于交通量、土壤類型、植被、降雨、風(fēng)力、風(fēng)向以及公路兩側(cè)是否有影響重金屬顆粒運(yùn)動的障礙物，如樹木、建筑物等。
2.2土壤重金屬污染的危害。重金屬污染物進(jìn)入土壤后不能為土壤微生物所降解，易被作物吸收、在土壤中積累，甚至在土壤中可能轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物，影響農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，也可以導(dǎo)致大氣和水環(huán)境質(zhì)量的進(jìn)一步惡化。重金屬污染物的長期積累、富集會使生物地球化學(xué)平衡遭到破壞，隨食物鏈富集，也會對人體健康產(chǎn)生潛在危害。據(jù)報道，我國每年因土壤重金屬污染而減產(chǎn)糧食1000多萬t，另外被重金屬污染的糧食每年也多達(dá)1200萬t，合計經(jīng)濟(jì)損失至少200億元人民幣。
3. 重金屬污染的預(yù)防及治理措施
由于重金屬在土壤中不被微生物降解，且遷移性小，重金屬污染具有長期性、潛伏性、累計性和不可逆轉(zhuǎn)性[7]。一旦土壤中重金屬含量超過環(huán)境容量，要清除污染則相當(dāng)困難，故對重金屬引起的土壤污染需要采取預(yù)防和治理相結(jié)合的措施。
3.1高速公路土壤重金屬污染的預(yù)防措施。
3.1.1通過國家立法，健全有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律、標(biāo)準(zhǔn)和制度，制定相關(guān)的高速公路汽車尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)汽車尾氣排放管理，控制汽車尾氣排放必須有法可依，有標(biāo)準(zhǔn)可據(jù)。
3.1.2管理部門要加強(qiáng)監(jiān)管力度，減少交通事故的發(fā)生。加強(qiáng)對有害物資的運(yùn)輸管理，制定此類突發(fā)事件預(yù)案，防止有害物質(zhì)泄漏事故的發(fā)生。加強(qiáng)防范措施，控制事態(tài)的發(fā)展，將損害減少到最小。
3.1.3完善汽車的自身結(jié)構(gòu)，改進(jìn)發(fā)動機(jī)，采用電子控制燃油噴射；研制和推廣廢氣減毒裝置，完善汽車保養(yǎng)和修理制度，推廣節(jié)油裝置。
3.1.4優(yōu)先使用無鉛汽油，推廣應(yīng)用氣體燃料，使用符合規(guī)定的潤滑劑或燃油添加劑。
3.1.5公路設(shè)計部門在設(shè)計時應(yīng)充分考慮汽車尾氣排放對環(huán)境的影響，在普通路段加強(qiáng)綠化設(shè)計，隧道路段增加部分通風(fēng)設(shè)備。
3.2重金屬污染土壤的治理方法。污染土壤的治理是根據(jù)污染物和土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)及存在狀態(tài)，進(jìn)行有效分離或其它處理，使土壤特性得以恢復(fù)和利用，減輕或消除污染物對生態(tài)環(huán)境的不良影響。
3.2.1重金屬以其在土壤中難降解、毒性強(qiáng)、具有積累效應(yīng)等特征受到科學(xué)家們的廣泛關(guān)注，已成為多學(xué)科研究的活躍領(lǐng)域。重金屬污染的治理途徑主要有兩種：一是改變重金屬形態(tài)，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉�(wěn)定態(tài)；二是從土壤中去除重金屬，使其存留濃度接近或達(dá)到背景值�，F(xiàn)有的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括換土法、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)、電修復(fù)和熱修復(fù)等。常用的物理及物理化學(xué)方法有熱解法、電化學(xué)法和提取法等[8]。
3.2.2化學(xué)治理就是向污染土壤中投入改良劑、抑制劑，增加土壤有機(jī)質(zhì)、陽離子代換量和粘粒的含量，改變土壤的物理化學(xué)性質(zhì)，使土壤重金屬發(fā)生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金屬的生物有效性�；瘜W(xué)治理措施的優(yōu)點是治理效果和費(fèi)用適中，缺點是容易再度活化。
3.2.3生物措施是利用某些特定的動、植物和微生物，較快的吸收或降解土壤中的重金屬污染物，從而達(dá)到凈化土壤的目的。生物修復(fù)的途徑主要有兩條：（1）植物修復(fù)技術(shù)：利用金屬超累積植物，通過植物自身具有的特定的吸收、揮發(fā)、根濾、穩(wěn)定等作用，對重金屬加以吸收、富集或與重金屬結(jié)合成不具有生物活性的化合物，來清除或降低土壤中的重金屬元素，從而達(dá)到凈化土壤的目的。但其重金屬生物載體可能產(chǎn)生二次污染，至今也未能找到有效的解決途徑。（2）利用微生物沉積、氧化和還原等作用，降低或消除重金屬對土壤的污染，該研究是目前環(huán)境科學(xué)研究中比較活躍的領(lǐng)域之一。
3.2.4在西方發(fā)達(dá)國家，為了降低污染土壤修復(fù)的成本并提高修復(fù)的效率，對原位微生物修復(fù)更為重視。目前，主要的技術(shù)包括：（1）生物啜食法，它主要采用本地微生物或?qū)嶒炇遗囵B(yǎng)的具有特異功能的菌株降解污染物，采用把污染的地下水抽出加人營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣（通常是過氧化氫或過氧化氫化合物）后再回灌到污染土壤中，或經(jīng)垂直井的慢速滲漏，加人營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣到污染土壤中，以優(yōu)化降解生態(tài)條件，特別是加入表面活性物質(zhì)等一些化學(xué)物質(zhì)，以降低污染物的毒性來達(dá)到提高污染物的生物降解能力；（2）生物通氣法，它結(jié)合了蒸汽浸取技術(shù)的優(yōu)點，采用真空梯度井等方法把空氣注人污染土壤中，以達(dá)到氧氣的再補(bǔ)給，可溶性營養(yǎng)物質(zhì)和水則經(jīng)垂直井或表面滲入的方法予以補(bǔ)充。這兩種方法結(jié)合了微生物修復(fù)和化學(xué)修復(fù)的內(nèi)涵和優(yōu)點，符合生態(tài)化學(xué)修復(fù)的原理和發(fā)展方向。更確切地說，這兩種方法更趨于向生態(tài)化學(xué)修復(fù)領(lǐng)域邁進(jìn)。
4. 結(jié)論與建議
長期以來，人類對土地資源的不合理開發(fā)、利用已造成比較嚴(yán)重的土壤污染，直接或間接地危及人類健康，因此，探討合理的、有效的土壤重金屬污染預(yù)防和治理措施顯得尤為迫切。對于高速公路兩側(cè)土壤的重金屬污染問題，要采取防與治相結(jié)合的處理措施：首先，應(yīng)加強(qiáng)高速公路汽車尾氣排放管理，嚴(yán)格控制尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)；其次，對于已經(jīng)受到重金屬污染的土壤，則應(yīng)采取相應(yīng)的治理措施進(jìn)行治理。
開展高速公路旁土壤中重金屬污染、富集程度的監(jiān)測和評價，研究土壤重金屬污染的預(yù)防和治理措施，對于保護(hù)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)我國高速公路的建設(shè)和發(fā)展都具有重要的指導(dǎo)意義。
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