高速公路兩側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對環境的影響，介紹了公路兩側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，需要采取預防和治理相結合的處理措施，并提出了一些預防措施和治理方法。

【關鍵詞】高速公路；重金屬污染；防治措施

Heavy Metal Pollution in Soil Both Sides of Expressway and Countermeasures

Gao Xiao-yan

【Abstract】This paper expounded expressway construction's influence on environment，introduced heavy metal pollution's characteristics，sources and hazards in soil both sides of expressway.Pointed out that combinative countermeasures including prevent and treatment should were adopted to deal with it，and brought forward some preventive and treatment methods.

【Key words】Expressway；Heavy metal pollution；Countermeasures

隨著我國經濟和社會的快速發展，交通在國民生活中日趨顯示出它的重要性，高速公路的建設也勢在必行。大規模地修建高速公路，有效地促進了國家經濟快速發展，方便了人民生活；然而，與此同時，在高速公路建設及營運過程中也給我們帶來了嚴重的生態破壞與環境污染問題。土壤是大氣、水體及固體廢棄物中污染物在環境中遷移、滯留和沉積的目標，是長期環境污染的承受者。隨著社會經濟的飛速發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的跡象。因此，研究高速公路建設所帶來的土壤污染問題及其防治對策就顯得尤為重要，對于保護環境、促進我國高速公路的建設與發展具有重要的指導意義，同時也可為我國高速公路建設環境治理和管理提供科學依據。

1.高速公路建設對環境的影響

高速公路作為人類生存和發展所必需的開發建設活動，會對周圍的環境產生直接或間接的影響，這些影響一般可分為兩大類：一類是對自然環境的破壞，如水土流失、植被破壞等，嚴重時引起生態平衡失調、氣候異常；另一類是環境污染，如噪聲、廢水、廢氣和塵埃等。總的說來，主要有以下幾個方面的影響。

1.1 對社會、經濟的影響。高速公路建成后，會對沿線的社會結構、經濟發展、文化環境等產生影響：首先，公路建成后會增大沿線地區的交通量，增加該地區的交通事故，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系；其次，公路建成后，使沿線各地區的土地功能發生變化，將單一的農業用地、開發用地或商業用地轉變為多行業提供服務的特殊用地，同時也促進了沿線土地資源的開發。公路建設會造成一定數量居民的拆遷，使沿線居民人口結構及需求發生變化，改變了原有居民的聯系及交往方式；對沿線兩側居民交往產生阻隔，影響區域經濟布局和產業結構；高速公路的修建，會破壞一些原有的歷史文化遺址、名勝風景及保護區，產生視覺污染。高速公路建設在對沿線區域環境產生上述影響的同時，也提供了良好的交通條件，加速農產品、礦產、林業產品的輸送，信息交流及勞動人口流動，提高了區域的工業產值，推動城鄉的商品交換、文化交流及農業的綜合開發，使城鄉逐漸一體化^[1]。

1.2 對環境的污染

1.2.1 廢氣污染。以汽油、柴油為燃料的汽車在發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生不良影響，使其生活環境進一步惡化，甚至會造成全球氣候異常，這種污染的程度隨著公路運營時間的增長及交通量的增加而不斷加重。

隨著運輸市場的放開，汽車產量和擁有量的增加，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、污染環境、破壞生態平衡，已引起世界各國的普遍重視。

1.2.2 噪聲污染。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、推土機、平地機、攪拌機以及各種運輸車輛的使用而產生的噪聲污染，這些噪聲較強，對當地居民和施工人員影響嚴重，造成區域聲學環境質量短期內惡化；二是在運營過程中，汽車車體振動、發動機運轉、輪胎與路面摩擦、鳴喇叭以及公路沿線提供各種服務的設施、設備均會產生噪聲，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，尤其對公路兩側人口密度較大的敏感區域(學校、住宅區、商業區、醫院等)干擾較為突出，而野外區域的干擾則相對較小^[3]。

隨著高速公路建設速度的加快，交通噪聲污染問題日趨嚴重，人們對于道路兩側環境的改善也越來越迫切。

1.3 對生態環境的影響。高速公路建設對生態環境的影響可分為兩個階段：一是施工期間對自然環境造成的非污染性破壞，因施工機械的使用及大量的開挖取土破壞了土體原有的自然結構和水的循環路徑，相應地改變了生物的生存環境，影響其生長、活動的規律，阻礙生態系統漫延^[4]；二是公路建成運營后，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、有害物質的產生，會使生物棲息的生態環境(空氣、水、土壤)逐漸惡化，引起生物發育不良、繁殖機能減退、疾病增多、抗病能力下降，從而造成種群數量減少(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、水文地質條件的影響

1.4.1 對工程地質條件的影響。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，尤其是隧道的進出口及仰面坡的開挖，對局部山體穩定不利，可能會引發塌方滑坡、軟土層滑移等不良地質病害；又因土表裸露、土質松軟，增加了水土沖刷量，造成河流、溝渠淤積，積水淹漫農田。此外，臨時施工用地在機械碾壓、人員踩踏下土壤結構發生了變化，一定時期內土壤的肥沃程度難以恢復。

1.4.2 對水環境的影響。高速公路對水環境的影響主要包括施工、生活服務區污水和洗車等對公路沿線自然水系的影響。高速公路定距離設置加油站、收費站及洗車等配套設施，生活服務區污水和洗車廢水都會對高速公路沿線自然水系產生影響^[5]。由于公路建設阻隔原有水系的循環，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區的廢物進入河道也會對水源造成污染；化學危險品運輸中的泄露或交通事故的發生，則可對環境水質造成災難性的破壞。另外，由于橋梁的修建減小了河床的過水斷面，造成橋前局部堵水，水流速度減慢，泥砂下沉淤積、阻塞河道，從而容易引發洪澇災害。

2.高速公路兩側的土壤重金屬污染

土壤是人類生態環境的重要組成部分，是人類賴以生存的基礎。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：重金屬污染物進入土壤后，通過土壤對懸浮污染物的物理機械吸收、阻留、膠體的物理化學吸附、化學沉淀、生物吸收等過程，不斷在土壤中積累。當達到一定數量時，便引起土壤成分、結構、性質和功能的變化，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呈帶狀順公路延伸，污染程度自公路向其兩側逐漸減弱^[6]，且主要分布在公路兩側50m范圍內。

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、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、農業生態及自然生態產生嚴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、風力、風向以及公路兩側是否有影響重金屬顆粒運動的障礙物，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化為毒性更大的甲基化合物，影響農作物的產量和質量，也可以導致大氣和水環境質量的進一步惡化。重金屬污染物的長期積累、富集會使生物地球化學平衡遭到破壞，隨食物鏈富集，也會對人體健康產生潛在危害。據報道，我國每年因土壤重金屬污染而減產糧食1000多萬t，另外被重金屬污染的糧食每年也多達1200萬t，合計經濟損失至少200億元人民幣。

3.重金屬污染的預防及治理措施

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、累計性和不可逆轉性^[7]。一旦土壤中重金屬含量超過環境容量，要清除污染則相當困難，故對重金屬引起的土壤污染需要采取預防和治理相結合的措施。

3.1 高速公路土壤重金屬污染的預防措施

3.1.1 通過國家立法，健全有關環境保護的法律、標準和制度，制定相關的高速公路汽車尾氣排放標準，加強汽車尾氣排放管理，控制汽車尾氣排放必須有法可依，有標準可據。

3.1.2 管理部門要加強監管力度，減少交通事故的發生。加強對有害物資的運輸管理，制定此類突發事件預案，防止有害物質泄漏事故的發生。加強防范措施，控制事態的發展，將損害減少到最小。

3.1.3 完善汽車的自身結構，改進發動機，采用電子控制燃油噴射；研制和推廣廢氣減毒裝置，完善汽車保養和修理制度，推廣節油裝置。

3.1.4 優先使用無鉛汽油，推廣應用氣體燃料，使用符合規定的潤滑劑或燃油添加劑。

3.1.5 公路設計部門在設計時應充分考慮汽車尾氣排放對環境的影響，在普通路段加強綠化設計，隧道路段增加部分通風設備。

3.2 重金屬污染土壤的治理方法。污染土壤的治理是根據污染物和土壤的物理、化學性質及存在狀態，進行有效分離或其它處理，使土壤特性得以恢復和利用，減輕或消除污染物對生態環境的不良影響。

重金屬以其在土壤中難降解、毒性強、具有積累效應等特征受到科學家們的廣泛關注，已成為多學科研究的活躍領域。重金屬污染的治理途徑主要有兩種：一是改變重金屬形態，使其由活化態轉變為穩定態；二是從土壤中去除重金屬，使其存留濃度接近或達到背景值。現有的重金屬污染土壤修復技術主要包括換土法、化學修復、生物修復、電修復和熱修復等。常用的物理及物理化學方法有熱解法、電化學法和提取法等^[8]。

化學治理就是向污染土壤中投入改良劑、抑制劑，增加土壤有機質、陽離子代換量和粘粒的含量，改變土壤的物理化學性質，使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制等作用，以降低重金屬的生物有效性。化學治理措施的優點是治理效果和費用適中，缺點是容易再度活化。

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，從而達到凈化土壤的目的。生物修復的途徑主要有兩條：(1)植物修復技術：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、根濾、穩定等作用，對重金屬加以吸收、富集或與重金屬結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，從而達到凈化土壤的目的。但其重金屬生物載體可能產生二次污染，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，該研究是目前環境科學研究中比較活躍的領域之一。

在西方發達國家，為了降低污染土壤修復的成本并提高修復的效率，對原位微生物修復更為重視。目前，主要的技術包括：(1)生物啜食法，它主要采用本地微生物或實驗室培養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物質和氧氣(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，或經垂直井的慢速滲漏，加人營養物質和氧氣到污染土壤中，以優化降解生態條件，特別是加入表面活性物質等一些化學物質，以降低污染物的毒性來達到提高污染物的生物降解能力；(2)生物通氣法，它結合了蒸汽浸取技術的優點，采用真空梯度井等方法把空氣注人污染土壤中，以達到氧氣的再補給，可溶性營養物質和水則經垂直井或表面滲入的方法予以補充。這兩種方法結合了微生物修復和化學修復的內涵和優點，符合生態化學修復的原理和發展方向。更確切地說，這兩種方法更趨于向生態化學修復領域邁進。

4.結論與建議

長期以來，人類對土地資源的不合理開發、利用已造成比較嚴重的土壤污染，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防和治理措施顯得尤為迫切。對于高速公路兩側土壤的重金屬污染問題，要采取防與治相結合的處理措施：首先，應加強高速公路汽車尾氣排放管理，嚴格控制尾氣排放標準；其次，對于已經受到重金屬污染的土壤，則應采取相應的治理措施進行治理。

開展高速公路旁土壤中重金屬污染、富集程度的監測和評價，研究土壤重金屬污染的預防和治理措施，對于保護生態環境、促進我國高速公路的建設和發展都具有重要的指導意義。

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[文章編號]1619-2737(2008)12-26-070

[作者簡介]高曉燕(1962-)，女，山東文登人，高級工程師，從事公路工程的試驗、檢測與研究工作。