（环境工程专业论文）城市化对土壤环境质量的影响.pdf

上海大学硕士论文城市化对土壤环境质量的影响 摘要 对上海市宝山区有代表性的3 6 个菜区土壤，居民区土壤和公路边绿化土壤 样点进行监测，研究城市化过程中土壤环境质量的影响。结果表明：宝山区土壤 普遍呈碱性，土壤有机质含量也较高。受城市化影响，宝山区菜区土壤表层p b 、 c i l 、c r 、n i 、c d 、z n 、m n 平均含量分别为1 7 6 r n g k g 、7 1 2m g k g 、8 7 5m g k g 、 3 8 9 m g k g 、0 5 4 7m g k g 、3 5 1m g k g 、7 5 5 m g k g ；z n 、c d 、c u 的变异系数较大， 分别达到2 2 0 、1 6 5 、1 4 1 ，反映了重金属污染的空间分异。p b 、c u 、c r 、 n i 、c d 、z n 平均含量高于上海土壤背景值8 3 、3 0 、1 4 、1 , 2 、4 1 、4 6 倍；高 于全国土壤背景值5 0 、2 0 、1 0 、0 9 、2 7 、3 5 倍。由单因子污染指数和内梅罗 综合污染指数评价可知，所采集宝山土壤样品中1 6 7 达到了警戒级，5 6 为轻 污染，2 8 为中污染，8 3 为重污染级，其中p b 、z n 、c d 为土壤主要污染因子。 宝山菜区土壤重金属污染影响因素主要包括污水灌溉、城市交通、农业活动以及 固体废弃物的不合理堆放。土壤p b 、z n 、c d 、c u 总量和有效态之间以及总量之 间均存在极显著相关性，表明了这几种元素较相似的地球化学行为，以及污染物 来源及成因较一致与人类活动关系较大。 宝山蔬菜中重金属含量较十年前已有较大幅度的增加。对比国家蔬菜卫生标 准，蔬菜已受p b 、c d 、c r 的污染，其中以p b 污染最为严重。p b 、c d 的超标率 分别达到5 8 8 、4 1 2 。不同土壤样点蔬菜，蔬菜品种之间以及同种蔬菜不同 部位重金属含量均存在差异，叶菜类蔬菜报部重金属累积量普遍大于时部。 城市化背景下，宝山土壤中磷素的供给已达到很高水平，有效磷的含量已超 过蔬菜的需求。土壤磷素的超量累积对地表水和地下水构成严重威胁，农业土壤 磷素流失是水体产生富营养化的一个重要影响因素。 宝山区不同污染程度的土壤具有明显不同的磁化率特征。公路边绿化土壤磁 化率显著高于远离交通和工业污染源的菜区土壤。土壤频率磁化率 5 ，表明土 壤中基本不含有超顺磁颗粒，磁性颗粒较粗，大部分来自外部污染源。污染土壤 磁化率和土壤中全铁含量有较好的相关性。 城市化背景下应加强土壤资源的合理利用与保护。都市农业应以规模化，集 约化生产的蔬菜园艺场为主，逐步淘汰由农户分散经营的，面积较小，已处于城 上海大学硕士论文城市化对壤环境质量的影响 市发展夹缝中的小片菜区。 关键词i 城市化重金属蔬菜磷素磁化率 1 1 上海大学硕士论文 城市化对土壤环境质量的影响 t o s t u d yt h ei m p a c to fu r b a n i z a t i o no ns h a n g h a i s o i le n v i r o m n e n t a lq u a l i t y , 3 6 s o i ls i t e sf r o mv e g e t a b l el a n d ，r e s i d e n t i a la r e a sa n dr o a d s i d e sa tb a o s h a nd i s t r i c to f s h a n g h a iw e r em o n i t o r e d t h er e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ：t h es o i l sa tb a o s h a nd i s t r i c t s h o w e da l k a l i n er e a c t i o na n dw e r ed c hi no r g a n i cm a t t e r a f f e c t e db yu r b a n i z a t i o n ， a v e r a g ec o n t e n t so fp b ，c u ，c r , n i ，c d ，z n ，m ni n t h es u r f a c es o i l s ( o 一1 0c m ) m o n i t o r e dw e r e7 1 2 m g k g ，8 7 5m g k g ，3 8 9 m g k g ，0 5 4 7 m g k g ，3 5 1 m g k g ， 7 5 5 m g k g ，r e s p e c t i v e l y v a r i a b i l i t yc o e f f i c i e n t so fz n ，c d ，c u i nt h es o i l sw e r e h i g h e r t h a nt h o s eo fo t h e rm e t a l sa n dw e r e2 2 0 ，1 6 5 ，1 4 1 r e s p e c t i v e l y , w h i c h i n d i c a t e dt h es p a t i a ld i f f e r e n c eo fs o i lh e a v ym e t a l p o l l u t i o n a v e r a g ec o n t e n t so fp b ， c u ，c r , n i ，c d ，z ni n t h es o i l sw e r e8 3 ，3 0 ，1 4 ，1 2 ，4 1 ，4 6t i m e sm o l et h a n s h a h g h a is o i lb a c k g r o u n d v a l u e sa n dw e r e5 0 ，2 0 ，1 0 ，0 9 ，2 7 ，3 5t i m e sm o r et h a n n a t i o n a ls o i lb a c k g r o u n dv a l u e s e v a l u a t e db yt h em e t h o d so fb o t ht h es i n g l ef a c t o r i n d e xa n di n t e g r a t e df a c t o ri n d e x 1 6 7 o ft h es o i l sm o n i t o r e da tb a o s h a nr e a c h e d t h ea l e r tl e v e l ，5 6 r e a c h e dt h es l i g h t - p o l l u t i o nl e v e l ，2 8 t h em o d e r a t e - p o l l u t i o n l e v e la n d8 3 t h es e v e r e - p o l l u t i o nl e v e l m e a n w h i l e i tw a sa l s of o u n dt h a tt h es o i l s a tb a o s h a nw e r em a i n l yp o l l u t e db yp b ，z na n dc d t h em a i nf a c t o r sf o rs o i lh e a v y m e t a la c c u m u l a t i o na tb a o s h a nw e r ew a s t ew a t e ri r r i g a t i o n ，h e a v yt r a f f i c , a g r i c u l t u r a l a c t i v i t y a n di m p r o p e rd i s p o s a lo fs o l i dw a s t e s ，t h e r ew e r ee x t r e m e l ys i g n i f i c a n t c o r r e l a t i o n sb e t w e e nt o t a lc o n t e n t so ft h em e t a l si nt h es o i l sa n dt h e i ra v a i l a b l ef o r m s a n d e x t r e m e l ys i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o n sa l s oe x i s t e db e t w e e ne v e r yt w o o fp b ，c d ，z n ， c u c o n t e n t s ，i m p l y i n g t h e i rs i m i l a r g e o c h e m i c a l b e h a v i o r s a n dt h es a m e a n t h r o p o g e n i co r i g i n s h e a v ym e t a l s c o n t e n t si n v e g e t a b l e s a tb a o s h a nd i s t r i c th a db e e nr a i s e d s i g n i f i c a n t l yc o m p a r e d w i t ht e ny e a r sb e f o r e a c c o r d i n gt ot h en a t i o n a ls t a n d a r d sf o r v e g e t a b l e sh e a l t h y ，t h ev e g e t a b l e s w e r em a i n l yc o n t a m i n a t e db yp b ，c da n dc r , w i t h t h er a t e so fp b ，c dc o n t a m i n a t i o n5 8 8 ，4 1 2 r e s p e c t i v e l y t h ed e g r e e so f v e g e t a b l e sh e a v ym e t a lp o l l u t i o nd i f f e rf r o ms i t e t os i t e a n dt h ep o l l u t i o nd e g r e e s l 上海大学硕士论文城市化对土壤环境质量的影响 a l s od i f f e ri ns p e c i e sa n d p l a n tp a r t so fv e g e t a b l e s f o ri n s t a n c e ，h e a v ym e t a l sw e r e m o r e h i g h l ya c c u m u l a t e di nr o o t st h a nl e a v e so fv e g e t a b l e s i m p a c t e db yu r b a n i z a t i o n ，t h e s o i l sa tb a o s h a nd i s t r i c tw e r ea l s o h i g h l y a c c u m u l a t e db yp h o s p h o r u s ，w h o s e s u p p l y w a sf a rb e y o n dp l a n td e m a n d t h e h y p e r - a c c u m u l a t i o no fp h o s p h o r r i si n t h es o i l sh a dp o s e dat h r e a tt ob o t hs u r f a c e w a t e ra n dg r o u n dw a t e r t h el o s so fp h o s p h o m sf r o ma g r i c u l t u r a ll a n dw a so n eo f i m p o r t a n tf a c t o r sf o rs u r f a c ew a t e re u t r o p h i c a t i o n ， m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yo f t h es o i l sw a s c l o s e l yr e l a t e dt os o i lp o l l u t i o nd e g r e e s f r e q u e n c y 哦p e n d e dm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y o ft h es o i l sw a sl o w e rt h a n 5 ， i n d i c a t i n gt h ec o n t e n t so fs u p e r p a r a m a g e t i ep a r t i c l e s ( s p ) i n t h es o i l sw a sc o m m o n l y f e wa n dt h ed o m i n a n tc o n t r i b u t o r so f m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yw e r ec o a r s e s tm a g n e t i c p a r t i c l e sc l o s e l yr e l a t e dt oa n t h r o p o g e n i ca c t i v i t i e s m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y o ft h e s o i l sf r o mr o a d s i d e sa f f e c t e db yi n d u s t r ya n dh e a v yw a sh i g h e rt h a nt h a to f v e g e t a b l e s o i l s s o i lm a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t yw a sp a r t l yc o n t r o l l e db yt o t a li r o nc o n t e n t so ft h e s o i l s u n d e rt h es h a d o w so fu r b a n i z a t i o n ，s o i lr e s o u r c e ss h o u l db ep r o p e r l yu s e da n d p r o t e c t e d a g r i c u l t u r a ll a n dr o u n dt h em e t r o p o l i s s h o u l db ec o m p r e h e n s i v e l ya n d i n t e n s i v e l ym a n a g e d w i t l l t h ef o r m s o f l a r g e s c a l ea g r i c u l t u r a lg a r d e n s s m a l lp l o t so f f a r ml a n da l r e a d yi nt h eg a p sb e t w e e nb u i l d i n ga n dr o a d s ，s e p a r a t e l ym a n a g e db y p e a s a n t s ，s h o u l d b e g r a d u a l l y e l i m i n a t e d ， k e y w o r d s ：u r b a n i z a t i o n ，s o i l ，h e a v ym e t a l s ，v e g e t a b l e s ，m a g n e t i cs u s c e p t i b i l i t y i v 原创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已发表 或撰写过的研究成果。参与同一工作的其他同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名： 鳟日期乒剑 本论文使用授权说明 本人完全了解上海大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留论文及送交论文复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可 以公布论文的全部或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名导师签名： 日 衅 z 上海大学硕士学位论文城市化对土壤环境质量的影响 第一章前言 城市化随着科学技术的进步和大工业的发展而加速，近5 0 年来，世界城市 化进程十分迅速，世界城市人口由1 9 5 0 年的2 9 上升到1 9 8 5 年的4 1 。发达 国家城市总人口由1 9 5 0 年的5 4 ，增加到2 0 0 3 年的7 3 i ”。中国城市化率也由 1 9 4 9 年的1 0 6 提高到目前的3 2 。城市化已是世界性的普遍现象，是社会进 步的标志。但是城市化的发展和城市人口的高度集中，也带来了一系列城市环境 问题，如用地紧张、交通拥挤、环境污染等。城市化也给土壤环境质量带来严重 的冲击和影响。城市土壤环境质量与城市化和工业化的发展有着密切的关系。 1 1 城市土壤特征 城市土壤是指在城市经济半径内，由于土壤产品专业化、商品化带来的集约 利用，使土体性质发生了显著改变的土壤，称为城市土壤【2 1 ，也包括农村中庭院 经济利用的土壤，其与自然土壤有着较大的区别( 表1 ) 。 表1 城市土壤与自然土壤之比较 城市土壤自然土壤 高温、多雨、少风、低湿干燥、多云、基本与自然气候带的特征 气候环境 多污染、多放射、少太阳辐射 相吻合 易形成地表径流、雨水下渗少、通透性具较好的土壤通透性和排 水文状况 差水性能 殖被与七壤植物转类与数量单一贫乏、稀疏；t 壤具多样性的上覆植被和土 生物生物少壤生物 组成多样且多变、沙粒、粘 e 、矿物、组成多样、但较为均一、人 物质 l 成 有机质及人为附加物等 为附加物少 人为成过程( 加搬运、堆移 、填充、自然成土过程、人为熟化过 成七过程 混合等) 为主、自然成十过羁为辅 程 无正常或完整的自然削面分异特征，结具明显的土壤剖面分异特 f i | 面结构特征 构紧实征，结壮j 发育较好 养分贫瘠、养分循环迷率与效率，少人养分较为丰富葬分循环迷 养分 t 祉 上施肥 率与效率相对较高 第1o ! 共7 8 负 上海大学硕士学位论文 城市化对土壤环境质量的影响 城市土壤具有以下几个方面的基本特征1 3 】：( 1 ) 较大的时间和空间变异性。 城市的兴衰发展、土地利用的改变与城市景观的变迁在某种程度上决定着土壤的 发育史。( 2 ) 混乱的土壤剖面结构与发育形态。城市土壤剖面结构分异程度低，土 层分异不连续，土层缺失，有的甚至发生“土层倒置”现象，即a 层在下，b 层在上，或古土壤层在上，新土壤在下；另外还可能有古土壤的埋藏而呈现出“双 层构造”。( 3 ) 丰富的人为附加物。由于人类活动的多样性和广泛性，城市土壤中 的外来物极其丰富，如碎石、砖块、矿渣、塑料、尼龙、玻璃、钢铁、布丁、垃 圾等，这是城市土壤的一个重要的诊断特征。( 4 ) 变性的土壤物理结构。由于人 为践踏和车辆压轧以及对土壤的人工组合等，使土壤结构受到严重毁坏，土壤紧 实变性，通透性差。( 5 ) 受干扰的养分循环与土壤生物活动。( 6 ) 高度的污染特征。 严重的土壤污染特别是重金属污染是城市土壤的是重要特征。 城市土壤研究在国内外起步均较晚，自2 0 世纪7 0 年代起，在城市化、工业 化程度和人口密度均较高的西欧和中欧国家，这类土壤开始引起人们的注意，8 0 年代中后期相继开展了城市土壤的特性、分类、恢复等诸多方面的研究n 但多 数尚局限于小范围的城市土壤污染、城市周边矿山废弃地复垦与改良、公园与运 动场土壤，以及郊区土壤的肥力研究，缺少对城市土壤的形成及其演化规律的全 面系统研究。在我国，有关城市土壤的系统研究就更是少见，然而，随着工业文 明的到来，工业化、城市化程度的日益提高，目前全球已有4 0 左右的人口生活 在城市，预计到2 0 5 0 年，城市化人口将占人类总数的2 3 ，有约5 0 亿人【5 1 。这 势必使城市土壤和与之有关的环境问题日益突出，研究并管理好这类土壤就显得 相当紧迫。城市土壤的研究就是在这种背景下发展起来的【6 】。鉴于城市土壤在城 市和郊区系统中的重要性，它涉及到城市和郊区的环境质量与居民的健康，1 9 9 8 年在法国蒙特利尔市召开的第1 6 届国际土壤学会上，首次设立了城市及城郊土 壤学科国际工作组s u l t m a ，即城市、工矿和交通用地土壤工作组。与这个 主题有关的第一次国际性会议也于2 0 0 0 年6 月在德国的埃森市召斤。目前，城 市土壤的研究己日益受到土壤学界及全社会的关注。 城市是一个重要的污染源，同时也是一个被污染体。城市土壤污染的主要来 源是：亡业“三废”物质、生活垃圾、交通运输等。城市土壤污染主：要是重金属、 有机物和病原菌污染。与农业土壤相比，城市土壤的化肥和农药污染相对较少， 第2 虹共7 8 贝 上海大学硕士学位论文城市化对土壤环境质量的影响 但土壤中污染物特别是金属污染物的浓度往往要高于农业土壤，而且城市土壤的 环境容量小，对污染物的净化功能低。主要是由于城市土壤多零星分布，面积小 而孤立，土壤生态系统较为封闭，物质循环与转化过程单调、缓慢。而且土壤微 生物种类和数量少，因而对污染物的生物降解及环境负荷能力均较差。因此，城 市土壤污染是一个值得深入研究的领域。 1 2 城市化对土壤重金属污染的影响 1 2 1 城市化过程及城市土壤重金属污染现状 本世纪以来，特别是近几十年来，世界城市化潮流汹涌澎湃。二十一世纪将 是城市化世晃，表2 为1 9 5 0 - - 2 0 3 0 年世界城市化趋势。目前约有1 的地球陆地 表面已被城市占据，人口从农村向城市的迁移在未来5 0 至1 0 0 年中仍将继续进 行，这种现象在发展中国家和地区尤为突出，估计到2 0 2 5 年，将近有6 6 的世 界人口生活在不同规模的城市中1 7 1 。 表21 9 5 0 2 0 3 0 年世界城市化趋势1 8 】 t l l b l e 2u r b a n i z a t i o nt r e n di nw h o l ew o r l di n1 9 5 0 2 0 3 0 年份 指标 1 9 5 01 9 7 01 9 9 0 2 0 1 02 0 3 0 世界总人口( 百万人) 2 5 0 13 6 9 3 5 2 4 66 8 9 18 3 7 2 城市人口( 百万人) 7 5 01 3 5 72 2 8 03 5 8 65 1 1 7 城市化水平( ) 2 9 73 6 74 3 25 26 1 ，l 城市人口年增长率( ) 3 0 12 7 l2 6 42 1 11 5 5 中国拥有世界上最大的城市人口，但城市化水平相对较低【。城市化是经济 和社会发展的一个必然产物，是实现我国第三步战略目标的基础，也是工业化和 现代化发展的必然结果，也是世界历史性潮流。依照我国经济的发展，城市化可 能在未来3 0 4 0 年内完成快速发展阶段的任务，城市化率将达到7 0 左右。按 此速率计算，未来城市化率大约是1 9 7 8 - - 1 9 9 8 年年均速度的1 倍左右。中国的 城市化进程经历了长时间的缓慢发展阶段，近1 0 多年来进入快速发展时期，经 济发达的东部沿海地区城市化水平已为4 0 5 0 ，本世纪末可达6 0 6 5 。 征【是城市化不是我们的目标，而是我们实现经济增长【i 勺一个手段。怎样在实现经 第3 页共7 8 负 上海大学硕士学位论文 城市化对士壤环境质量的影响 济增长的同时保护好自然资源才是我们国家发展的一个目标。由于中国人口众 多，随着城市的发展，规模的扩大，城市人1 2 1 迅速膨胀，加上中国人均资源匮乏， 特别是土地资源和水资源非常有限，同时在城市发展过程中，环境不断恶化，形 成了城市发展中无限膨胀的城市人口与与城市有限土地、城市经济发展与城市可 持续发展的矛盾，不利于城市居民生活质量的提高。我国是耕地资源极其匮乏的 国家，近年来其数量又在不断减少，并已成为限制农业可持续发展的重大障碍。 另一方面，我国的土壤污染问题仍在不断恶化，尤其是在下一世纪达到人口高峰 期之前，我国粮食需求的增长和经济的高速发展，将会对土壤环境保护工作提出 严峻的挑战。随着城市化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤， 造成土壤严重污染。土壤重金属污染可影响农作物产量和质量的下降，并可通过 食物链危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此引起 世界各国的广泛重视。据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地 面积近2 0 0 0 万h m 2 ，约占总耕地面积的1 5 ；其中工业“三废”污染耕地1 0 0 0 万h m 2 污水灌溉的农田面积已达3 3 0 多万h m 2 。污水灌溉等废弃物对农田已造成 大面积的土壤污染。如沈阳张士灌区用污水灌溉2 0 多年后，污染耕地2 5 0 0 多公 顷，造成了严重的镉污染，稻田含镉5 7 m g k g 。天津近郊因污水灌溉导致2 3 万公顷农田受到污染。广州近郊因为污水灌溉而污染农田2 7 0 0 公顷，因施用含 污染物的底泥造成1 3 3 3 公顷的土壤被污染，污染面积占郊区耕地面积的4 6 。 8 0 年代中期对北京某污灌区进行的抽样调查表明，大约6 0 的土壤和3 6 的糙 米存在污染问题。另一方面，全国有1 3 0 0 1 6 0 0 万公顷耕地受到农药的污染。 除耕地污染之外，我国的工矿区、城市也还存在土壤( 或土地) 污染问题。中国 北方大城市的蔬菜基地和部分商品基地存在着不同程度的重金属污染【lo ，如北 京、天津、西安、沈阳等地；南方相对较轻，如福州、宁波、上海等地。土壤重 金属污染将会造成生态系统的严重破坏，从中国土壤资源状况看，到2 0 0 0 年底 中国人均耕地仅为0 1 h m 2 ，而且随着今后中国经济社会的发展如生念退耕、农 、止结构调整及自然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少，因而如何有效地控制及 治理：| ：壤重金属的污染改良土壤质量，将成为生态环境保护工作中十分重要的 一项内容。城市化迅速扩大，生产力高度发展的同时给城市土壤带来严重的环境 污染题。在各种污染因素中，重金属污染范围广，持续时间长，又不易在生物 第4 页姓7 8 l 上海大学硕士学位论文 城市化对土壤环境质景的影响 物质循环和能量交换中分解【1 】，因而城市化进程中土壤重金属的污染问题已引起 社会的特别关注。 1 2 2 城市土壤重金属污染的主要影响因素 在城市化过程中，影响城市土壤重金属污染的因素是很多的，包括城市污水 灌溉、工业废气和汽车废气、城市固体废弃物等都会改变土壤的理化性质。防治 土壤及蔬菜污染、改善城市土壤环境，必须工业合理布局，治理工业污染源，加 强农业环境的监测等。 ( 1 ) 城市污水灌溉的影响 在城市中，人口大量的集中，各种工业企业多、分布广，城市生活污水和工 业废水大多是排入江河。目前，城市污水大多未经处理或处理率和处理达标率低， 导致江河水体和农田灌溉水受污染，进而污染土壤或使土壤的理化性质变差。随 着工业的发展及城市化程度的不断提高，河流污染日益加重，清洁水资源日趋紧 张。水资源的匮乏，使污水成为农业灌溉用水的重要组成部分。而污水中含有大 量的重金属元素，重金属大多有变价的特征，在水体中易迁移转化，在土壤中和 分散，通过食物链最终在人体的不同部位，如镉、铅主要在肾脏和肝脏，铅还可 损害中枢神经系统l ”】。污水灌溉和污泥施用造成了土壤中重金属元素的积累。河 道污染使部分城镇农田灌溉水出现水质性缺水，如深圳市宝安区市郊有的农田灌 溉水受工业废水和生活污水的污染而不能用于灌溉，导致部分农田丢弃，这些农 田在旱季时土壤干裂，寸草不生，土壤理化性质变劣。在对广州市的调查也存在 同样的情况，长期施用重金属含量较高的下水污泥，造成污施地区土壤的重金属 富集水平也相应较高，其水、乎与污泥重金属的污染状况基本一致。许炼烽等人【1 2 i 在对广州市土壤污染的调查研究中发现，最高污染土壤的c d 含量为清灌土壤的 8 - 8 倍，p b 为6 7 倍，c r 为2 0 倍，z i l 为1 6 倍。孙正风等人通过对宁夏污灌区 土壤和农产品的研究发现，污灌水中盐分已造成土壤环境污染，土质下降，土 壤、农产品中部分有毒有害重金属有累积升高的趋势。医l 而，采用含大量重金属 的污水灌溉是造成土壤中重金属污染的一个重要原因。 第5 贞共7 8 - 贝 上海大学硕士学位论文城市化对壤环境质量豹影响 ( 2 ) 城市工业废气和机动车废气的影响 城市工业厂区往往分布在市郊和城乡结合部，市区一些污染较重的工业企业 也往往向市郊或农村转移，使市郊土壤受工业三废的污染，工业废气污染是其中 的一方面。目前工业能源大多以煤、石油类为主，煤和石油中含有许多重金属和 类金属如h g 、s n 、c r 、p b 、a s 等元素。如金属冶炼厂等在生产过程中部分重金 属元素和一些非金属元素也会随工业废气排放进人士壤，如有色金属冶炼过程中 汞大多进入大气中，矿石中的镉约2 2 3 0 进入大气中。c a r m e nd o n i s a 在对玻 利维亚一硫矿附近的土壤的研究中明显的发现1 1 4 l ，大气沉降是造成该地区土壤重 金属累积的主要原因，由大气沉降造成的土壤重金属累积量远远高于没有受到大 气沉降的地区。庄树宏【1 5 】等人通过对烟台市区不同大气污染区域绿化植物叶片中 重金属p b 、c d 、c u 、z n 富集量和大气与土壤中相应重金属的含量研究分析发现， 植物叶片中重金属p b 、c u 和z i l 的量与大气中p b 、c u 和z n 的相对含量呈显著 的正相关，丽植物叶片中c d 的富集量与大气中重金属的相对含量相关不显著。 机动车废气也是一个重要的影响因素，城市是一定区域的经济中心，机动车 辆频繁出入，机动车排放的废气对土壤环境产生影响表现在公路两旁土壤中铅的 含量明显增加，且距公路越近，铅的含量越高。o t h m a ni 等在对大马士革市土壤 和蔬菜的研究中表明f 1 6 3 ，铅含量的水平和交通流量、距公路的远近，气候有很好 的相关性。土中的铅含量在干旱时比在潮湿时要高，而植物中则干好相反。潘如 圭等f 1 7 j 研究了汽车尾气中铅对公路两侧蔬菜的污染，结果表明：在公路两侧2 0 0 m 范围内生长的蔬菜均受到汽车尾气中铅的污染，且蔬菜中铅含量与距离成负相 关。相同距离点上不同种类的蔬菜中铅含量也有明显的差异。李湘洲【18 l 在对株洲 公路系统沿线作物铅累积的研究结果也表明，公路系统汽车尾气排放已导致路旁 作物茎时和根部中有一定程度的铅累积，而且全部超过食品卫生标准，公路系统 作物铅含量随e 壤铅含量的增加而增加。 ( 3 ) 城市同体废弃物的影响 城市工业企业多，每天都产生大量工业废渣；城市人口集中，每天排放出大 量的生活垃圾，如广州市人均每天生活垃圾约1 5 k g 。这些固体废弃物堆放会对 周阿的土壤产7 匕污染。在工业废渣堆放场周围土壤中许多化学元素或化合物含蹙 异常。如广东l 旨海市黄岐沙溪铬渣堆放场周围菜日土c r 的质量浓度在3 3 0 m g k g 第6 鳆共7 8 上海大学硕士学位论文 城市化对土壤环境质量的影响 以上，比该地区正常土壤高2 3 倍。天津市未施用垃圾的土壤h g 的质量浓度 为o 1 1m g k g ，施用垃圾后为o 2 8m g k g ，增加1 8 倍【1 9 】。 城市固体废弃物在对土壤造成污染的同时，也对蔬菜产生了影响。由于目前 大多数城市的工业废弃物和生活垃圾没有完全分开堆放，而近郊的菜农又多有就 近施用一定的垃圾作肥料的习惯，因而，虽然能在一定程度上提高土壤的养分， 但其中的重金属成分也构成了对蔬菜的影响。如天津市在以施用城市垃圾为主的 菜田，检出土壤中的c u 、p b 、a s 、c d 含量高于背景值的0 3 1 倍，h g 甚至高 出3 0 多倍。有的研究已证明了施用含重金属的垃圾，造成小麦中重金属含量明 显增加。但也有研究认为施用一定量的污泥和污泥垃圾堆肥，不会造成植物可食 部分中的p b 、c d 、h g 和a s 的含量超过国家食品卫生标准。由此看出，土壤污 染是造成蔬菜中重金属累积的基础，而造成富集的程度则受制于其它多种环境因 素，如重金属形态、有机质和p 壬值等等。 ( 4 ) 农业活动的影响 农业生产中化肥、农药的施用是土壤重金属污染和影响农产品品质的因素之 一。在农业进入“石油化”的当代社会，化肥的广泛大量使用，使农作物产量增 加，在一定程度上缓解了人口增加所带来的粮食危机：但同时大量使用化肥破坏 土壤结构，改变土壤构成成分，使农产品品质下降。进入9 0 年代，化肥生产趋 向于复合化、高效浓缩化、专业化发展，但由于原料矿石本身的杂质以及生产工 艺流程的污染，化肥中常含有不等量的副成分，大多是重会属元素、有毒有机化 合物以及放射性物质，施入土壤后发生一定程度的积累，形成土壤潜在污染。重 金属元素作为肥料中的污染物质日益受到重视，其重金属元素主要来源于母肥料 及加工工艺流程l 捌。天津市多年来自l 于大量使用化学农药，使蔬菜农药污染不断 加重，并造成公害。如近年束在韭菜上用含砷剧毒农药灌根现象十分普遍，人 食用后发生中毒，严重地影响了人们的身心健康，致使人们对韭菜产生了恐惧心 理。欧洲有报道指出，有机肥、化肥和农药的大量使用，是土壤中的c u 和z n 污染的主要途径【2 2 l 。r a v e n d r an 研究发现1 ，亚热带土壤大部分被用柬种植稻 谷和食物，许多这些土壤都因为缺互必要的营养元素而必须使片j 大量的化学肥 料，从而导致了土壤重金属的污染。t a y l o r m d 通过对新西兰土壤中来自肥料中 的c d 的积累的研究表明1 2 4 l ，t l j 干磷肥的施用导致了土壤中c d 的大量积累，而 第7 页共7 8 硪 上海人学硕士学位论文城市化对土壤环境质量的彩响 且磷肥中8 0 的c d 仍然保留在表层土壤中。 1 3 城市化对土壤磷素累积的影响 城市化进程的加快给环境带了的一个压力就是大量磷素在土壤中的累积。农 业的集约化生产增加了磷肥的施用，被施入土壤中的磷一般主要集中在表土层， 较难穿透较厚的土层。据英国洛桑实验站进行的1 0 0 多年的研究结果表明：磷的 移动每年不超过0 1 - - 0 5 m m ，它只能从施肥点向外移动l 3 c m 的距离。同时作 物对磷肥的利用率很低，磷肥的当季利用率一般只有1 0 2 5 。加上后效一般 也不超过2 5 ，所以约占施肥总量7 5 - - 9 0 的磷滞留在土壤中f 矧。土壤磷素累 积是菜园土的共同特征，据周艺敏【2 6 】对天津市郊菜园的土壤磷素研究结果，菜园 土壤耕层o l s e n p 含量比大田土壤高近6 倍，总磷菜园土壤比粮田增高了4 8 。 我国土壤磷素的不断积累，来自农田磷素对水体环境的潜在威胁在日益增大。不 ， 同土壤条件、耕作制度和管理水平下的模拟实验和实测结果都已经证明土壤尤其 是表层土壤的o l s e n p ( 有效磷) 水平与径流中的各种形态的磷含量呈显著相关 关系1 2 7 】。据英格兰和威尔士1 3 个侵蚀敏感的耕种集水区域的土壤侵蚀和磷紊流 失状况1 9 8 9 - - 1 9 9 4 年的监测表明【冽大约3 8 5 个监测点的3 8 发生侵蚀，这些侵 蚀区域磷素经细流和沟渠等流失的量是整个农田磷素流失的1 8 。 近年来的研究表明，磷是地表水产生富营养化的限制因素，如果磷素未达到 定含量，仅有氮、碳等元素不会引起水体富营养化。我国水体环境日益恶化， 几乎所有的湖泊、小河流都存在富营养化问题，其原因主要是n 、p 过量输入。 中科院对我国淡水生态环境质量的现状分析表明：在已监测的全国1 3 1 个主要湖 泊中有6 7 个是富营养化，其中农业面源氮、磷负荷占的比例比较大。水体富营 养化物质氮、磷的来源主要有城镇生活污水、含氮含磷的工业废水和农田氮磷肥。 其中，农田氮、磷的流失是引起水体富营养化的重要原因3 “。农业生产实践在 富营养化方面的作用一直受到国内外许多学者的高度重视。 农业土壤磷素流失导致的水体富营养化无法采取集中治理的方法加以解决， 但可以根掘特点呆取针对性的措施减轻其危害。减少农田土壤磷鬃流失的措拖可 归纳为两个主要疗面，即控制磷素向农阳生态系统的投入( 养分管理) 和减少磷 豢从农吲g ：冬系统的输入( 土地管理) 1 3 1 2 , 甜。我国地少人多，为保障粮食供给， 第8 砭共7 8 砸 上海大学硕士学位论文 城市化对士壤环境质量的影响 农田生态系统的磷素投入在相当长的时间内还要呈上升趋势，农田土壤中的磷素 还将进一步积累。通过优化景观格局，合理配置土地资源来提高土壤保持养分的 能力，减轻农田土壤磷素流失，具有实用、高效和投资少的特点，有着广阔的应 用前景，发达国家目前采取的各种行政、法律和经济手段，鼓励和刺激农民运用 更加有利于环境的耕作方法、施肥制度和土地利用方式，取得了显著成效，值得 我们认真借鉴。 1 4 环境磁学在土壤污染研究中的应用 环境磁学兴起于2 0 世纪7 0 年代，是一门介于地球科学、环境科学和磁学之 间大边缘学科。其原理是测量土壤等自然物质和人类活动物质在人为磁场中的磁 性响应，提取地理环境的信息。由于系统磁性测量技术本身的优点，高灵敏度测 试仪器，以及计算机处理磁测数据，使环境磁学广泛应用于湖泊及流域古地理研 究、土壤形成和分类、黄土一古土壤研究和环境污染研究等许多领域。近年来环 境磁学有一些新的发展趋势。 环境磁学的基本原理就是通过对环境物质，如土壤、岩石、湖泊和海洋的沉 积物、火山灰、大气尘埃等自然物质，以及人类活动所产生的物质，如化石燃料 燃烧后释放的微粒等的磁性测量，并通过模拟实验与相关研究的对比加以映证， 了解环境物质中磁性矿物的含量、类型和运动，然后反推地理环境演变过程，提 取地理环境变化信息，了解自然过程和人类活动对地理环境的影响，预测地理环 境长期变化的趋势，为创造环境监控新手段、制定环境控制战略提供新的依据。 环境磁学主要监测现代环境污染、重建污染历史、以及典型地区的污染等几 个方面。根据j o h nd e a r i n g 的资料吲，磁性测量已经被用来识别来自化石燃料 燃烧、汽车、表面建筑材料、钢铁制造和其它金属冶炼所释放的颗粒物。根据湖 泊和水库沉积物、泥炭沼泽，甚至有机质桔落层的磁性分行，许多研究已经重建 了大气污染的近期历史。t m w i l l i a m s 叫采用磁化率曲线，对比沉积物中重金属 化学分析和1 8 2 0 年以来欧洲煤炭燃烧的资料，得出低频磁化率曲线( x 1 。) 与p b ， z i 】和c u 高度相关( 相关系数大约为0 8 ) ，并与历史上欧洲煤炭消耗有相同趋势 的结论。b e c k w i t hr r 【3 5 i 等完成了城市来源的沉积物重金属和磁性关系研究。e o l d f i e l d i3 6 】等对芬兰泥炭剖丽的研究，指出磁性颗粒的大气污染降落物从1 8 6 0 年 上海大学硕士学位论文城市化对土壤环境质量的影响 ( 大约工业革命开始的时候) 加速增加，到第二次世界大战以后达到峰值。该项 工作为颗粒物大气污染磁学研究提供了一个有用的途径。长江口潮滩沉积物的磁 性研究指t i l t ”1 ，沉积物的磁参数值与重金属元素含量相关，并与粒度组成有关。 磁性测量可为大城市极其临近的河口海岸环境监测提供有效手段和重要依据。 近年来，环境磁学有几个新的发展趋势。首先更加注重机理研究，其次应用 于生产实践的方向。张卫国，俞立中【3 8 l 等对东海陆架表层沉积物的磁性测量表明， 磁测可以作为油气勘探的间接手段。重金属污染也是近年的重要应用领域，h _ y a n g 等【3 9 】对武汉东湖的研究，张- o i n ，俞立中等m i 对长江口南岸潮滩沉积物的 研究，表明环境磁学应用于重金属污染研究有重要意义。第三，定量化是环境磁 学的学科要求，成为近年来的研究趋势之一。第四，湖泊和深海沉积物研究是应 用磁测技术研究区域气候变化乃至全球环境变迁的有效方法之一。最后，环境磁 学与多学科的分析测试技术的结合： 1 5 本研究内容及意义 随着城市化、工业化的迅速发展和人类环境意识的增强，欧、美、大洋等洲 的发达国家对城市土壤污染问题研究兴趣不断增加1 4 1 删。在国内很多地方，比如 广州、北京、天津、重庆、沈阳等地方都对土壤污染问题进行了比较深入的探讨 1 4 4 - 4 7 1 。对于上海城市土壤重金属污染的环境监测工作早在1 9 4 9 年就开始了，并 有相关机构在1 9 7 8 年和1 9 8 3 年对全市土壤环境质量进行过两次大规模的调查。 1 9 8 6 年开始，每年对土壤环境质量进行定点监测。在1 9 8 9 1 9 9 0 年，进行了更为 广泛的土壤质量监测【4 8 l ，获得了大量的土壤污染监铡资料。上海地区土壤重金属 污染问题，早已引起人们的关注。在上海地区八十年代初，以上海农科院士肥所 为首的五家单位也曾对e 海近郊菜区土壤重金属污染风险做过调查和评估【4 ，然 而随着二十多年的城市化发展，市区范围迅