南京市公路旁土壤—植物系统重金属污染研究

摘要

本论文以江苏省南京市境内的主要公路为研究对象，对绕城公路(机场高速、城市干线)两侧农田和林地土壤及植物(农作物水稻、小麦和蔬菜，林带意杨和落羽杉树木，绿化植物乔木香樟、灌木大叶黄杨和海桐、草坪植物狗牙根、马尼拉草)样品进行采集，分别测定样本中Al、Fe、Mn、Cu、Zn、Cr、Pb和(Ni)的含量。通过测定结果分别对土壤和农产品(绕城公路)中重金属质量安全进行分析和评价，土壤和农作物中重金属污染的分布特征及来源进行分析；并比较了不同林带树木对除Ni外的7种重金属的累积效应，意杨树木不同部位对重金属的吸收、吸附及监测功能，还探讨了不同层次乔灌草植物叶层对重金属(除Ni外)的蓄积作用。在此基础上，本文主要得到以下结论： 1.在所调查的绕城公路中，路侧不同植被类型表层土壤除Mn、Cu、Zn和Pb(部分或全部)外，其它重金属的含量一般均低于南京地区土壤元素背景值。稻田、菜田(除北侧Al和Ni)及南侧林地中全部或多数重金属的含量均高于相对清洁点植物园。在北侧，稻田中Al、Fe、Cr和Ni的含量明显地高于莱田；在南侧，菜田中Cu、Pb和Zn，林地中Mn、Cu、Zn和Pb均明显高于稻田。稻田中Cr和Ni的含量北侧显著地高于南侧；而它们在菜田中的含量，南侧显著地高于北侧。 2.公路北侧200m范围内农田土壤中Mn(稻田)和Cu、Zn、Pb(菜田)的污染指数随距离的增加而明显的增加，后者在距路侧30m后才出现污染现象。公路环境重金属污染对土壤中某些重金属的影响范围可能已超过200m。北侧农田和南侧林地中Al、Fe、Cr和Ni可能主要来源于交通污染；Mn可能来自于土壤等非交通污染；Pb可能来源于土壤和交通污染；Cu和Zn在稻田与菜田、林地的来源有一定的差异。 3.公路北侧莱田垂直剖面土壤中Mn、Cu、Zn和Pb的含量全部或部分地高于相对清洁点植物园，其它植被类型土壤中重金属含量一般均不同程度地超出同层次的植物园。总体上垂直剖面土壤中重金属含量随层次的变化规律不明显，仅有稻田中Pb，南侧稻田中Cr，北侧菜田中Pb和Zn随深度的加深表现为显著地降低。 4.以南京地区土壤元素背景均值为标准，评价路侧不同植被类型表层土壤环境质量，土壤污染程度均达3级，属轻度污染(南侧林地污染最严重；北侧稻田较南侧稍重；北侧莱田最轻)；它们一般以Pb的污染较重且均未受到Al、Fe、Cr(除北侧稻田)和Ni的污染，其它重金属(除南侧稻田中Cu、Zn和Cr)对土壤均造成了不同程度的污染；其中稻田以Mn、Cu和Pb为主要污染特征元素，菜田为Cu、Zn和Pb，而林地为Mn、Cu、Zn和Pb。5．公路两侧主要农作物水稻各部位中重金属的含量一般在两侧的差异性不明显(除北侧稻叶中Zn和南侧稻米中Cr显著地低于另一侧)。水稻中A1、Fe、Mn、Cu和Zn主要累积在叶片；Cr和Ni以稻米中含量最低，而Pb在稻米中累积最多。小麦中Pb在叶片中的累积最多；A1、Fe、Cr和Ni在麦粒中最低，而Mn、Cu和Zn在麦粒中累积最多。麦叶中Al和Zn，麦叶和麦壳中Fe、Mn、Cr和Ni，麦粒中Ni显著或极显著地低于稻叶、稻壳或稻米；而麦壳中Cu乖Pb，麦粒中Fe、Mn、Zn均明显高于稻壳或稻米。蔬菜作物中大多重金属在叶片中的累积多于可食部分；叶片和可食部分中Zn和Ni的含量均以山芋最低；除南侧叶片外，Pb和cr分别以四季豆(最低)或山芋(最高)；Al、Fe在叶片和可食部分分别以花菜和山芋最低；除北侧可食部分中Mn和南侧可食部分中Cu，均以山芋中最低。6．公路两侧主要农作物不同部位中重金属含量随距离的变化特征如下：稻叶中Al、Fe和Pb随距离的增加而显著的下降；而北侧稻壳中Mn和zn，南侧麦叶中Al和Ni表现为明显地升高；其它重金属在稻叶(壳)和麦叶，8种重金属在稻米、麦壳(粒)中，含量随距离的变化均不明显。北侧蔬菜作物山芋叶片中Mn随距离的增加而明显地降低；而花菜叶片中Zn，山芋可食部分中A1、Zn、Pb随距离的增加反而增高；其它重金属在叶片及可食部分中含量随距离的变化也均不明显。水稻叶片中Pb含量随距离变化的两个拟合方程分别为：①y=θ<,1>+θ<,2>exp(-θ<,3>(x-θ<,4>)<'2>)θ=2.1821，1.0300，0.6179，0.2915；q=3.2796和②y=θ<,1>+θ<,2>exp(-θ<,3>x<'2>)θ=2.0248，6.3756，0.1210；q=2.9458 7．路侧农作物(水稻和小麦)叶片中A1、Fe、Pb的主要来源可能为交通污染，Zn为土壤。稻叶中，Cr可能主要来自交通污染；Mn、Ni和Cu来源于土壤和交通污染。麦叶中，Cu可能来自土壤等非交通污染；Mn的来源不同于其它重金属，较为复杂：而cr和Ni来自于土壤和交通污染。 8．以国家食品卫生标准来评价路侧主要农产品质量安全性，未受污染的包括麦粒中A1和Zn、稻米中Cu和Zn、山芋中Zn；出现普遍污染且较严重的包括稻米中Cr、Pb和Ni(一般北侧比南侧重)，山芋中Cr，花菜中Zn和Ni，四季豆中Zn、Cr和Ni。麦粒受到不同程度的Cu、Cr、Pb和Ni污染，其中Pb较重，Cr和Ni次之，Cu最轻。蔬菜均受到一定程度的Cu的污染但较轻；山芋以Pb和Ni，花菜和四季豆以Pb的污染较为普遍。花菜受到Zn的污染重于四季豆；山芋受到Pb和Ni的污染轻于花菜或四季豆，而Cr重于后两者。山芋以Cr的污染较重，Pb和Ni相对较轻；花菜以Ni的污染较重，Pb次之，Cr较轻；四季豆以Ni的污染最重，其次为Cr，Pb较轻。 9．落羽杉林带在吸收净化公路环境重金属元素的效应方面的优势可能较意杨强。 城市干道环境下生长的5种不同层次乔灌草植物中，乔木香樟叶层在累积具有营养作用的Al、Cu、Fe、Mn和Zn等一般重金属元素方面有综合优势，且对Al、Cu和Pb的蓄积能力最强；草本植物马尼拉草在吸收有害重金属Cr和Pb方面有明显的优势且它对Al、Fe的蓄积能力较强；灌木海桐对多种重金属的蓄积作用均较强，其中以Mn、Zn和Pb最强；草本植物狗牙根叶层对重金属的蓄积能力均较低；灌木大叶黄杨对Cr和Pb的蓄积能力较弱，而对其它重金属的蓄积能力均不突出。10．Al、Fe或Mn、Cu和Zn在绕城公路路侧意杨树木各部位中的分布特点与非公路环境的相对清洁点植物园相似，以叶片和细根的含量较高，其次为树皮，木质部最少；Cr、Pb和Ni等有害重金属在细根和侧根皮中的含量较高，木质部最低，其它部位居中。路侧树木叶片中Al、Fe和Cr、Pb、Ni的含量有明显地增加。Al、Fe的总含量(除侧根皮、侧根木质部)，Mn、Cu和Zn的总含量(除树枝皮)，Cr、Pb和Ni的总含量(除侧根皮、树枝皮和侧根木质部)，其余部位在路侧均高于植物园。意杨树木三个部位(树干皮、树枝皮和叶片)对重金属的吸附能力差异明显，总的来说，以叶片对Zn的吸附能力最强，其次为Al、Fe、Cu和Pb，对Mn和Ni的吸附能力较弱；以树枝皮对Mn和Cr，树干皮对Ni的吸附能力较强，其中后者对Al、Fe、Cr和Pb的吸附能力较弱，而前者对Cu和Zn的吸附作用介于叶片和树干皮。三者对Al和Fe的吸附量和吸附率均较高，而对Cr或Ni等最低。 11．采用意杨树木不同部位对公路环境进行监测的结果差异很大。以侧根和树枝的皮部，环境质量达到Ⅰ级清洁水平；以侧根木质部，则为Ⅱ级轻度污染；以叶片、细根、树干木质部和树干的皮部、树枝木质部指示环境，达到Ⅲ级中度或Ⅳ级重度污染级别。依前述评价结果，土壤环境质量属于轻度污染水平，因此以树木的侧根木质部监测公路环境土壤重金属污染可能较合理。

目录

文摘

英文文摘

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引言

第一章文献综述

第二章研究方法

第三章路侧土壤重金属空间分布特征及污染评价

第四章路侧农作物中重金属含量的变化特征及农产品质量安全性

第五章路侧绿化林带净化重金属污染的环境效应研究

全文小结

讨论

参考文献

作者简介

致谢