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1、高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究一、 项目立题依据1.1 项目背景随着我国社会经济改革的不断推进，处于基础和先导地位的交通运输行业发展迅猛，高速公路网络系统得到不断完善。2008 年，我国高速公路达6.03 万公里，居世界第二。根据国家高速公路网规划 ，我国将用 30年时间建设 “ 七射九纵十八横 ” 的高速公路网， 总里程将达到 8.5万公里。快速发展的高速公路网络在服务社会经济的同时，也对两侧农田土壤造成了严重污染，近年来有关此方面的报道日益增多。因此，加强高速公路两侧农田土壤的污染调查和防治，对于保障高速交通事业健康发展和推进新农村建设，实践“ 科学发展观 ” ，具有重大战略意义和现
2、实价值。近年来，国家高度重视交通运输业的污染防控和农村环境的保护工作，陆续出台了多项政策和措施。我国国家中长期科学与技术发展规划纲要明确指出，要“ 促进交通运输向节能、环保和更加安全的方向发展 ” 。中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要将 “ 加强农村环境保护，开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染 ” 作为建设社会主义新农村的重要内容。 国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定也明确将“ 以防治土壤污染为重点，加强农村环境保护” 作为七项重点任务之一。可见，加强高速公路两侧农田土壤的污染调查和防治工作是实现国家战略目标和落实政府工作的重要举措。重金属污染问题， 特别是铅
3、污染， 是高速公路两侧土壤污染防治工作的重点。 据文献报道， 汽车尾气排放是土壤中铅的主要人为来源之一，汽油中添加的四乙基铅 （防暴剂）在发动机里燃烧后成为铅化物粒子 , 以颗粒物的形式排入到大气中，其中约有三分之一的大颗粒铅尘经过自然沉降和雨水冲洗而在公路附近的农田土壤中存积。其中一部分随着灌溉、 收获等活动迁移到生态系统外或土层深处，另一部分有积累效应。植物（作物）吸收了土壤中的铅，引起生理不良变化或者导致品质、 产量下降，造成次级污染； 铅还可通过食物链进入人体，引起血铅增加，集中于肝脏和肾，还会危及骨骼和神经系统。尽管随着无铅汽油的应用推广，汽车尾气的铅排放浓度急剧降低，但由于此前公路
4、两侧土壤铅含量已大大超过背景值，而且我国私人汽车保有量进入快速增长期， 按照西方国家的经验， 我国高速公路两侧土壤铅污染问题仍将长期存在。高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究，作为开展污染防治工作的前提和基础， 已受到国内外政府和学者的广泛关注。目前相关研究工作主要集中在以下几个方面：通过布点采样监测， 考察高速公路两侧土壤铅污染的时空分布规律，探明地形、表面植被、气象条件等因素对铅污染扩散过程的影响；研究铅元素在土壤中的迁移转化行为，探究土壤pH、有机质等物化性质对迁移转化过程的影响及其机理；研究高速公路两侧植物（作物）对土壤中铅元素的吸收和积累效应。由于世界各国高速公路两侧的生态特征及环境
5、因素等均有所差异，导致土壤铅污染特性各不相同。近年来，我国高速公路事业发展迅猛，但由于起步较晚， 有关高速公路两侧土壤铅污染的调查和研究较少，相关的基础数据和资料积累严重缺乏，已有的研究也大部分限于定性描述，这严重阻碍了我国高速公路两侧土壤铅污染的防治工作。因此，加强我国高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究，为土壤铅污染的防治工作提供基础数据和理论指导，迫在眉睫。本项目欲选择嘉善县作为典型研究区域，开展高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究。嘉善县地处沪、江、浙三地交界，境内及附近的高速公路纵横交错 （包括沪杭高速、申嘉湖高速、乍嘉苏高速及规划中的苏通高速等） ，高速公路密度约 11公里百平方公
6、里，达到欧美国家的水平，选择此区域可使研究具有典型性和便利性；另外，嘉善县是中央学习实践科学发展观活动的试点单位，同时也是是嘉兴市开展城乡统筹发展综合配套改革的试点区域，在嘉善县开展高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究具有很好的示范作用。1.2 项目意义根据上述立项背景， 并结合我省实际情况和客观需求，嘉善县环境监测站确定进行 高速公路两侧土壤铅污染现状调查和研究课题的研究。本项目旨在通过对目前高速公路两侧土壤铅污染特征的调查和研究，为高速公路两侧农田土壤的重金属污染防治提供基础数据和理论支撑，具有十分重要的意义。（1）在国家层面上，是落实科学发展观的重要举措。国家和政府在法律、 法规和政策方
7、面， 均明确指出了加强交通运输业的污染防控和农村环境的保护工作的重要性和必要性，而本项目的实施可为高速公路两侧农田土壤的重金属污染防治提供基础数据和理论支撑，是落实科学发展观的重要举措。（2）在浙江省层面上，是全面建设生态省的必然要求。浙江生态省建设规划纲要明确提出了建设生态省，打造“ 绿色浙江 ” 的宏伟目标，因此加大生态建设和环境保护力度，实现生态环境质量进一步改善势在必行。 浙江省经济发达，高速公路事业发展迅猛，土壤铅污染情况也相对较严重， 加强高速公路两侧土壤铅污染调查和研究，推进污染防治工作，是全面建设生态省的必然要求。（3）在嘉善县层面上，是社会经济可持续发展的内在需求。嘉善县高速
8、公路网络发达，公路两侧铅污染呈现污染严重、涉及面广、和影响范围大等特征， 若任由此污染的持续和蔓延，将严重影响到嘉善县特色农业发展和人民身体健康，加强高速公路两侧土壤铅污染调查和研究， 推进污染防治工作， 是嘉善县社会经济可持续发展的内在需求。1.3 国内外概况和发展趋势自 20世纪 70年代以来，交通运输过程中造成的土壤铅污染问题就引起了各国政府和学者的广泛关注。相关的研究工作主要集中在三个方面：公路两侧土壤铅污染的时空分布规律研究、铅元素在土壤中的迁移转化行为研究、 公路两侧植物 （作物）对铅元素的吸收和累积效应研究。 我国在此方面的研究起步较晚，但近几年该领域的报道也日益增多。（1）公路
9、两侧土壤铅污染的时空分布规律研究一直以来，公路两侧土壤铅污染的时空分布规律研究均是各国学者研究的热点。土壤铅污染在公路两侧垂直方向上呈现规律性变化，这已成为各国研究者的共识。Ward 等对新西兰一条低车流量高速公路土壤植被的铅污染进行了研究，结果表明铅污染主要集中在高速公路边线 100m 范围内。 David 等研究发现，土壤中铅含量随着高速公路距离的增加而迅速减少，在1200m 距离附近已接近本底值。Warren 、Hafen Turer和等也得到了相似的实验结果。Leonzio等则根据铅污染在公路两侧垂直方向上的变化规划，建立了一个公路两侧生态系统中铅污染的分布评估模型。Enayatzam
10、ir 等也通过在高速公路两侧 0-15mm土壤深度密集采样分析， 探明了铅污染的空间分布状态，并在此基础上利用克里格法可得出未被调查的土壤中铅分布。胡晓荣等也在高速公路尾气扩散模式基础上建立了低丘地区公路下风侧土壤中铅含量分布模型。公 路 两 侧 土 壤铅 污 染 程 度 受 交 通 密 度 的 影 响 也较 大 。Rodriguezflores等研究发现，高速公路两侧土壤和植物中的铅水平比背景值高，且铅浓度同交通密度有较好的正相关性。AI-Shayeb 等在研究沙特首都利雅得主干道沿线和环形道两侧的铅污染问题时，也得到相同的结论。Fakayode等对奥索各博主要公路两侧土壤中铅含量进行了比较
11、，研究发现在车流量在3200/h 的主干道上，距离公路边线5m 处的铅含量约为128g/g，车流量为2200/h的次干道上，相同距离土壤中铅含量约为80g/g ，车流量在1000/h 的城市道路两侧，铅含量为 54g/g ，土壤的本底值约为15g/g 。地形、主风向、地质条件和植被等均对公路两侧的土壤铅污染情况有重要影响。 Zupancic研究发现， 凹处和斜坡处土壤的铅含量较平地和凸处高；由碳酸盐岩石风化的土壤中铅含量高于其他母质物质风化成的土壤； 主风向位置的铅水平高于其他方位；高速公路两侧植有树木可有效减少铅的扩散。Jaradat 、李鱼、 Franz 等的研究均验证了此结论。季节或其他
12、因素也会影响到公路两侧土壤铅污染。Gratani 等在考察意大利罗马市内高速公路两侧土壤铅污染时，发现从秋季到夏季这段时间里土壤铅含量逐渐升高，而耕种活动也会降低表层土壤中铅含量。（2）铅元素在土壤中的迁移转化行为研究沉积于土壤中的铅会随土壤环境和外界因素的变化而发生迁移和转化。 S bastien等在 pH 区间为 3-8、有机质含量23.8-83g/g 、原始铅含量为 284g/g 的土壤中进行铅的迁移转化规律研究，结果发现在低 pH 区间，30-50%的可溶性铅为可生物吸收铅， 而在中性土壤中，80-99%的铅为可生物吸收铅。当pH 小于 6.5时，铅的吸收主要受溶解度限制， 而当 pH
13、大于 6.5时，有机质的含量决定了铅的吸收速率。Turer 研究发现，土壤中铅含量随着深度的增加而迅速降低，且铅含量随着有机碳含量的降低而降低；绝大数铅分布在土壤的不可溶有机物中，这决定了其较差的迁移性；其可能的迁移途径有两条，即通过灰尘飘移和径流冲刷。Hanna 等考察了不同pH、金属离子强度等因素对于公路两侧土壤中铅迁移的影响，提出了SCM 模型：式中 m和 im分别为可迁移与不可迁移铅含量，C 为浓度， Dm为迁移速率， q 为 Darcian 常数， 为液固相界面迁移速率常数。该模型在中性土壤中较为适用。（3）公路两侧植物（作物）对铅元素的累积效应研究随着土壤铅污染生态效应的发现，公路
14、两侧植物（作物）对铅元素累积效应的研究成为了该领域的热点问题。Scanlon对四条高速公路两侧土壤、 植被、蚯蚓以及鼠类整条食物链中铅含量的积累效应进行研究。 Muhammet、Massadeh和 Farrukh也分别在土耳其、巴基斯坦和阿根廷做了类似研究。Ward 和 Crump 等考察了季节变化对机动车道两侧草皮铅污染的影响规律，而 Wheeler等则就交通容量对铅在土壤及植被中的分布影响进行了研究。考察公路两侧蔬菜和经济作物的铅污染问题也引起了各国学者的关注。 Gebologlu 等对土耳其托哈特地区高速公路两侧土壤和蔬菜的铅含量进行了研究，结果发现番茄中铅含量约为0.54g/g ，豆科
15、植物中平均铅含量为0.45g/g，相对应的土壤中铅含量为5.69g/g。Bakirdere等研究了土耳其埃拉泽公路边葡萄和苹果树的铅污染问题。我国学者在该领域也进行了大量研究。石元值等研究发现茶叶中铅元素含量受汽车尾的影响很大。林建等研究发现， 在距道路 5 米处表层土壤中铅含量约为116g/g ，本底值31g/g ，糙米中铅含量为0.722 g/g（国家粮食标准0.4 g/g） ，是本底值的3.7倍。李其林等发现，公路边50m 内汽车尾气明显增加了土壤和蔬菜铅含量，蔬菜铅含量随蔬菜品种的不同而有较大差异。由以上分析可知， 国内外学者就交通运输过程中造成的土壤铅污染问题进行了深入研究， 未来发
16、展的趋势主要在以下几个方面：加强公路两侧土壤铅污染的时空分布规律研究，考察多因素耦合影响， 建立多变量参数模型； 研究铅元素在土壤中的迁移转化行为，考察土壤物化性质和环境因素对此过程的影响规律；加强公路两侧经济作物对铅元素的累积效应及机理研究。二、主要研究内容和预期成果2.1 主要研究内容（1）高速公路两侧土壤铅污染的时空分布规律研究 监测方案确定和基础资料收集分别选取申嘉湖高速、沪杭高速和乍嘉苏其中一段作为研究对象，根据时空分布规律研究的要求，确定监测方案，包括土壤采样点的布置、采样时间、采样频率、分析方法等；收集相关的气象资料、地理和环境资料，建立详细档案；调查研究段周边的生产力发展状况，收集相关的污染源普查数据；在以上基础上， 建立课题基础资料数据库。 土壤铅污染的时空分布规律研究考察土壤铅污染在高速公路两侧0-100m范围内、0-30cm深度的空间分布规律； 研究非汽车源铅污染的时空分布规律；研究铅元素在土壤、植物（作物）和水体中的分布特征；考察土壤铅污染的时间分布规律，包括不同时间段、不同季节的影响；考察地形、主风
