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,公路交通對沿線農(nóng)田土壤和作物的重金屬污染一直受到學者和公眾的廣泛關注。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,但對其污染特征及規(guī)律的認識尚不非常清楚。公路沿線土壤中重金屬含量相對較低,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。導致這些不確定性的主要原因可能是由于對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識不足。高速公路作為未來交通的主干網(wǎng)絡,對沿線農(nóng)田環(huán)境的影響尤其嚴重。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,可為我國高等級公路沿線作物生產(chǎn)的產(chǎn)地環(huán)境保護和種植規(guī)劃提供科學依據(jù)和技術支撐。
　　

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象,于2007-2009年選擇車流量不同的六個典型路段,采集公路兩側農(nóng)田土壤和作物(水稻、小麥)樣品,測定土壤中重金屬(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。同時采用盆栽對比試驗和穩(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源(大氣或土壤),以及不同器官

4、中大氣來源重金屬和土壤來源重金屬所占比例。在產(chǎn)地監(jiān)測和作物試驗的基礎上,借助人工神經(jīng)網(wǎng)絡法對高速公路兩側農(nóng)田土壤和作物中重金屬含量進行模擬,建立高速公路沿線土壤和作物重金屬含量的預測模型。本文獲得的主要結論如下:
　　 1.滬寧和京滬高速六個路段兩側土壤、水稻和小麥均受到不同程度的重金屬污染,污染邊界最遠已經(jīng)達到了路兩側330m。土壤中Pb、Cd、Cr、Zn和Cu含量均高于對照區(qū)土壤,但沒有超過國家土壤環(huán)境二級標準；水稻和小麥中

5、上述五種重金屬含量均高于對照樣品,部分樣品中Pb、Cd、Zn含量超出了國家食品安全限量標準,其中Pb和Cd的超標率較高。
　　 2.高速公路兩側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,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源于不同的途徑,大氣污染途徑不可忽視。盆栽對比試驗和作物中Pb穩(wěn)定性同位素組成分析結果顯示,高速公路沿線水稻中累積的Pb、Cd和Zn部分來源于葉片對大氣中重金屬的吸收,而Cr和Cu主要來源于根系對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來源于大氣；

7、在水稻籽粒中,約有46％的Pb和41％的Cd來自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運；在水稻莖中,約有49％的 Zn來自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運。公路旁不同距離水稻葉、莖、籽粒中大氣來源的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部分來源于葉片對大氣中重金屬的吸收,而Pb、Cr和Cu主要來源于根系對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來自于葉片對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來自于葉片的吸收和轉(zhuǎn)運,在小麥莖中,Pb、Cd、Cr、Zn和Cu主要來自于根系的吸收和轉(zhuǎn)運。公路旁不同距離小麥葉、籽粒中大氣來源的Cd和Zn的比率隨與公路距離增加而不斷降低。
　　 4.車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流量、風向、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路段土壤中Pb、Cd、Zn和Cu累積指數(shù)與車流量呈顯著正相關,

9、風向、土壤pH、有機質(zhì)等因素的影響相對較小.滬寧高速和京滬高速沿線6個路段水稻中Pb和Cd累積指數(shù)、小麥籽粒中Cd和Zn累積指數(shù)與車流量呈顯著正相關。沿線水稻、小麥籽粒中重金屬的累積受到車流量、風向、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)絡具有很強的自學習、自組織與自適應功能,具有高度非線性函數(shù)映射功能,將其應用于高速公路沿線農(nóng)田土壤和作物中重金屬含量分布