城市化对土壤环境的影响_1

第20卷 第1,2期

2001年 6月生态科学EcologicScience

XVol120 No11,2 Jun1 2001城市化对土壤环境的影响

廖金凤

(中山大学地理学系,广东广州510275)

摘 要:城市化对土壤环境产生深刻影响,城市污水灌溉、工业废气和汽车废气、城市生活

垃圾等都会改变土壤的理化性质。防治土壤污染、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。

关键词:城市化;城市土壤;土壤污染

-8873(2001)01,2-0091-05中图分类号:X144 文献标识码:A 文章编号:1008

城市化随着科学技术的进步和大工业的发展而加速,近50年来,世界城市化进程十分迅速,世界城市人口由1950的29%上升到1985年的41%。发达国家城市总人口由1950年的54%,增加到1990年的73%。中国城市化率也由1949年的1016%,提高到目前的32%。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带来冲击和影响,城市土壤环境与城市化和城市环境有密切关系。1 土壤利用方向方式变化对土壤的影响

城市化的发展使土壤环境和土壤理化性质发生明显变化,城市化使部分土壤的利用方向和利用方式发生改变,利用方向和方式的改变就会影响土壤理化性质的变化。城市建设使一部分耕作土壤变为园林土壤,对于耕作土壤,作物从土壤中吸收养分成为植物体的组成部分,由于作物收获,来自土壤中的大部分养分元素离开土壤,长年累月,土壤中这些养分就会不断损失,使土壤趋于贫瘠,这就需要通过施肥等不断向土壤补充N、P、K以及其他植物营养元素,以补充种植作物而损失的养分。耕作土壤的耕层厚度一般也较为稳定,大多稳定在犁底层之上的20~30cm土层以内。耕作土壤改为园林土壤后土壤养分损失、补充、循环明显不同,园林土壤的养分主要靠生物小循环的/自肥0作用,即园艺植物从土壤中吸收养分,然后又通过枯枝落叶凋落物或植物残体把从土壤中吸收的元素归还土壤,土壤中养分的补充主要来自植物残体有机质的矿质化作用,土壤有机质层将随着园艺土壤年龄的增长而加厚,而且原有的犁底层也将逐渐消失,土体的通气性、透水性随之发生变化,土壤水分和养分的移动较为通畅,不受犁底层所阻隔。

城市化使部分土壤的利用方式发生变化,城市人口集中,每天需要大量蔬菜,这就使城市郊区部分或大部分土壤由原来种植粮食作物或其他作物而改种蔬菜,这不仅是城市居民生活的需要,而且种植蔬菜的经济效益往往比种植粮食高。由于种植蔬菜与种植粮食的耕作方式不同,如种植蔬菜与种植水稻的耕作方式差异很大,因此菜园土与水稻土的理化性质就有明显区别,如土壤氧化还原电位菜园土大多处于以氧化状态为主,Eh值较高,09-:廖),男,

92生态科学第20卷 而水稻土在种植水稻期间由于淹水作用,往往处于以还原为主的状态,Eh值是较低的,有利土壤有机质累积,但Fe、Mn大多成为低价态,这就增加了土壤中Fe、Mn的淋失。从总体看来,菜园土的土壤肥力状况通常要比水稻土高。

2 城市污水对土壤的影响

城市化的特征之一就是人口集中,工业企业种类多,分布广,城市生活污水和工业废水的去向大多是排入江河,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。河涌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。又如广东省南海市郊有的地方来自河涌的农田灌溉水受电镀废水的污染,导致土壤和农作物中Cu、Zn、Cr、Ni的质量浓度明显异常,菜园土Cu、Zn、Cr、Ni的质量浓度分别达156146,475132,382156和157108mg/kg。若以土壤环境质量标准(BG156189-95)来衡量,分别超标2113,1138,015和2192倍,水稻土Cu、Zn、Ni分别超标1199,0193,4154倍。其上作物中Cu、Zn、Cr、Ni普遍超过中国食品卫生标准,如生菜和菜心Cu分别超标2倍和116倍,Zn分别超标618倍和812倍。这些地方作物中Cr、Ni也超过允许限值0134~1123倍。

城市污水是一种污染源,但从某种意义上说来,也是一种资源,污水,特别是北方缺水城市作为灌溉水源或补充水源,而且污水中含有较丰富的N、P、K、Cu、Zn等,为作物提供营养元素。利用城市混合污水灌溉,作物一般是增产的。但污水灌溉也使部分土壤和作物污染。据农业部门对30多万hm污灌面积调查,有害物质在土壤中有累积的达1514hm2,占污灌面积的51%,粮食中污染物超标的0173hm2,占污灌面积的216%。长期污灌会使土壤中的一些重金属的含量增加,如广州市郊污灌区土壤中Cd、Pb、Hg、Zn、Cr的质量浓度为清灌区的118~415倍(表1),污灌区土壤Hg的质量浓度最高可达213mg/kg,Zn的质量浓度最高可达1320mg/kg,明显异常。

表1 广州市郊污灌区与清灌区土壤中元素的质量浓度

项目

样点数

污灌区最大值

污灌区平均值

清灌区平均值

污灌区/清灌区Cd[**************]15Pb[**************]10Hg[**************]8Zn[***********]Cr[**************]11Cu[**************]2mg/kgAs[***********]

城市污水中全盐量较高,会引起土壤盐渍化,如新疆乌鲁木齐市东郊水磨河灌区,污水矿化度为1138~2111g/L,多年污灌后土壤表层含盐量达0121%~0151%,出现轻度至中度盐渍化。污水中Na+、K+过高还会引起土壤颗粒分散,物理性质恶化。污水含有大量悬浮物,土壤经长期污灌,还会使土壤容重增加,孔隙度下降,土壤出现板结现象等。

第1,2期廖金凤:城市化对土壤环境的影响933 城市工业废气和机动车废气对土壤的影响

311 工业废气对土壤的影响

城市工业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Hg、Sn、Cr、Pb、As等元素,如石油中Hg的质量浓度为0102~30mg/kg,在煤和石油燃烧过程中部分金属元素和类金属元素随工业废气排放,最终降到地面进入土壤,使土壤中这些元素含量明显增加或引起污染。又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土壤,如有色金属冶炼过程中汞大多进入大气中,矿石中的镉约22%~30%进入大气中。内蒙古某钢铁厂排放的含氟工业废气污染范围达数十公里,氟污染严重地区土壤和牧草中氟含量超标几倍至几十倍,使人畜普遍患氟病。美国蒙大拿州某有色冶金企业每年排入大气中的锌约5t,镉约250kg,其周围地区土壤表层0~215cm内锌的含量很高,离厂118km达1090mg/kg,离厂316km为233mg/kg,离厂712km为48mg/kg,在上述距离土壤中镉的含量分别为37,17和4mg/kg,可见冶金企业排放的废气中Zn、Cd对周围土壤有明显污染,而且离厂越近,污染越严重。在波兰上西里斯克工业区,每昼夜降落到地面的灰尘达3000mg/m3以上,导致土壤性质的改变和大量硫酸盐、铅、锌、铜等在土壤中大量累积。广东增城市仙村镇水泥工业企业集中区周围土壤受水泥粉尘的影响,土壤孔隙度减少,并出现明显的碳酸钙结核和板结现象。

酸雨是大气环境污染的结果,酸雨对生态环境的危害越来越大,这在工业发达地区表现得较为突出,珠江三角洲地区已成为中国的酸雨重灾区之一,如广州市、佛山市酸雨频率都在70%以上,酸雨最低pH值3113,为极强酸性。酸雨使中国南方的酸性土壤变得更酸,不仅直接影响作物对土壤pH值的适应性,而且土壤酸度增加往往加速了土壤养分的淋失,特别是Cu、Zn等植物必需元素的淋失,而对于受重金属污染的土壤,酸度增加会引起重金属活性的提高,从而增加对植物的毒害。

312 机动车废气对土壤的影响

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,不仅表现在公路两旁土壤中氮氧化物、碳的氧化物和碳氢化合物明显增加,而且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。在瑞典距离公路515m的土壤中易溶性铅和难溶性铅的质量浓度分别为919和3314mg/kg;距离20m的土壤中,分别为217和22同mg/kg;距离40m的土壤中分别为212和716mg/kg。由于公路两旁土壤受铅的污染,其上植物中铅的含量往往比其他地区高,在德国,公路旁青草中铅的质量浓度为35~50mg/kg,而清洁地区仅2~3mg/kg,甜菜叶子中含铅量为25~32mg/kg,超过欧洲经济共同体规定的标准115~212倍,甜菜和马铃薯茎中铅的质量浓度分别达70和100mg/kg,白菜、菠菜中铅的质量浓度也都较高。

4 城市固体废弃物对土壤的影响

城市工业企业多,每天都产生大量工业废渣。城市人口集中,每天排放出大量生活垃圾11

94生态科学第20卷 工业废渣堆放场周围土壤中许多化学元素或化合物含量异常。如广东南海市黄岐沙溪铬渣堆放场周围菜园土铬的质量浓度在330mg/kg以上,比该地区正常土壤高2~3倍。

据A1A别乌斯等资料,在垃圾堆放场周围土壤(0~20cm)中某些化学元素的含量比远离堆放场的高得多,如距垃圾堆放场50,100,250m土壤中铜的质量浓度分别为300,100,40mg/kg,Pb、Zn、Cr、Ni也是距垃圾场越近,其含量越高。哈尔滨市韩洼子垃圾堆放场周围100m以内土壤受重金属明显污染,土壤中汞含量高达0126mg/kg,比无堆放地的正常土壤高815倍。

许多国家和城市往往把生活垃圾用于堆肥,施入农田和绿地,广州市郊自20世纪50年代始就利用垃圾作堆肥。堆肥的养分、重金属元素含量因城市垃圾组成不同而有很大差异,如广州市垃圾中有机质含量为2019%,全氮0153%,全磷0121%,全钾1158%,Zn为25313mg/kg,Cd为0123mg/kg。广州市长期施用垃圾的土壤有机质含量、磷、有效磷、速效钾的含量分别为未施用的419,613,510,118倍,可见施用垃圾后土壤中植物养分明显增加,但施用垃圾使土壤变得渣砾化,同时土壤侵入体如煤渣、玻璃、塑料、瓦片等明显增加,不利幼苗生长和耕作。施用垃圾增加了土壤中重金属含量,广州市郊未施用垃圾的菜园土中Cd、Pb、Cu、Zn的含量分别为0165,4115,3112,7010mg/kg,施用垃圾后增加到113,9818,73,18715mg/kg。天津市未施用垃圾的土壤Hg的质量浓度为0111mg/kg,施用垃圾后为0128mg/kg,增加118倍。此外,城市化使农村中的大量劳动力转向第二三产业,从事农业生产的劳力减少,这在珠江三角洲地区表现的很突出,相当部分农田由外地农民来耕种,这种短期耕作行为不可能对土壤有较大的投入,会使土壤肥力退化。5 防治土壤污染,改善土壤环境

城市化使土壤环境产生一定变化,局部地区出现土壤污染。防止土壤污染首先必须治理污染源,特别是工业污染源。治理工业污染源首先必须工业合理布局,设置工业区。如广东顺德市1997年工业企业8529个,其中乡以上工业企业仅380个,而村和村以下工业企业8149个,平均每km2就有1016个,工业企业布局相当分散,工业污染难以集中控制,给环境造成巨大压力,调整分散的工业布局,每个镇设置3~5个有一定规模的工业区,可以大大缩小污染面,而且有利污染集中控制。治理工业污染源必须优化能源结构,提高能源利用率,推行清洁生产,如使用低硫低灰分的优质煤,燃料中添加脱硫节能添加剂等,把原来的未端污染控制转向生产全过程的污染控制,减少工业三废的排放量。

制定和完善农业环境保护法规,加强农业环境监测,特别对污灌区的农田灌溉水、土壤和农产品进行监测,及时掌握其动态变化,控制其污染。完善固体废弃物法规体系和管理制度,实施废物减量化、无害化、资源化,减少固体废弃物对土壤环境的污染。对于污染土壤,可施用相应的改良剂,如受重金属污染的土壤可施用石灰,增施有机肥,改善土壤理化性质,调节土壤pH值、Eh值等加以控制和消除。对于污染严重、对作物产生危害的土壤,改种非食用作物或种植花卉等。

参考文献:

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[2],.[:,

第1,2期廖金凤:城市化对土壤环境的影响95

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[5] 廖金凤.南海市农业土壤中的重金属[J].中山大学学报(自然科学版),1996,35(增刊):45-50.

TheAffectsofUrbanizationtoSoilEnvironment

LIAOJin_feng

(DepartmentofGeography,ZhongshanUniversity,Guangzhou510275,China)

Abstract:Urbanizationaffectsthesoilenvironmentdeeply.Municipalpollutedwater,industrialwastegas,wastegasofautomobilesandgarbagecanchangethephysicalandchemicalnatureofthesoil.Someactionsmustbetaleentopreventthesoilpollutionandimprovemunicipalsoilenvironmentsuchasreasonableindustryallocation,rectifyingtheresourceofpollution,enhancementofthecustodyona-gricultureenvironment,etc.

Keywords:urbanization;municipalsoil;soilpollution