东北地区城市环境中化学融雪剂的污染行为及其生态风险

本项目针对我国东北地区城市冬季除雪化冰时化学融雪剂使用量逐年递增，其对城市环境危害已日益凸现的现实环境问题，在对该区域当前广泛使用的不同类型化学融雪剂成分确定的基础上，分析其主要成分在城市环境中的时空分布特征；探明化学融雪剂在城市生态系统中向大气、土壤和水环境介质迁移的主要途径；并结合东北地区城市中典型工业区重金属污染严重的特点，阐明其对重金属迁移行为的影响机理；揭示化学融雪剂对土壤、植物和水环境的生态效应；建立剂量效应关系，并对其在城市环境中的生态风险进行系统评价。研究成果不仅对化学融雪剂污染防治及我国东北地区城市生态环境建设具有重要的指导作用，而且对同类地区化学融雪剂的科学使用具有重要的借鉴作用。

随着高纬度地区冬季化学融雪剂施用量的逐年增加，其对土壤、植被、地表水、地下水和水生生物的生态环境效应受到广泛关注。本项目针对我国东北地区城市冬季除雪化冰时化学融雪剂使用量逐年递增，其对城市环境危害日益凸现的现实环境问题，以辽宁省沈阳市为研究对象，采用野外调查、室内模拟与分析测试相结合的方法，对融雪剂在城市环境中的主要污染行为及生态效应展开系统研究。结果表明，融雪剂在城市环境中主要迁移途径（残雪、绿化土壤、典型绿化植物、雨水地表径流和环城水系）中均具有显著的积累作用。结合东北老工业基地沈阳市城区土壤重金属污染严重的特点，融雪剂在土壤中的积累导致土壤对Cd和Zn的释放量达到总量的20.9%和16.2%，土柱淋溶试验表明氯化络合物的形成是Cd和Zn迁移的主要方式之一， Pb和Cu迁移的主要方式为小胶体运移。比较传统型融雪剂（NaCl）和替代型融雪剂（KCOOH）对土壤重金属迁移行为影响的异同，结果表明KCOOH对土壤中Cd、Pb、Cu和Zn的释放量均低于NaCl。融雪剂对土壤生物化学性质的试验结果表明，随融雪剂处理浓度的增加，土壤微生物量碳氮、土壤呼吸、土壤酶活性、矿化作用和硝化作用均受到不同程度的抑制，其对土壤微生物量、微生物活性和群落结构变化的影响可能是导致融雪剂抑制土壤氮转化过程的重要因素。以城市典型绿化树木油松、灌木唐棣、复叶槭和冷季型草坪草为研究对象，确定融雪剂对其种子发芽、生理生态（叶绿素、质膜透性、酶、丙二醛MDA、光合特性等）的剂量–效应关系以及K+、Na+吸收运输和分配的影响，在筛选抗逆植物的基础上进一步探究受害植物的缓解措施，研究表明20 mmol/L KNO3和2 mmol/L SA处理能有效缓解融雪剂对油松幼苗的伤害。融雪剂对水生生物小球藻、草鱼和斑马鱼的毒性效应评估结果表明，无机氯盐型融雪剂和有机融雪剂单一暴露对小球藻的96h-EC50分别为4.973g/L和7.109g/L，无机氯盐型融雪剂对草鱼96 h LC50值14.19 g/L，安全浓度值4.03 g/L，融雪剂对斑马鱼96 h LC50值13.49 g/L，安全浓度值4.26 g/L。融雪剂和重金属Cu、Zn和Pb的联合毒性效应高于单一毒性效应。研究成果不仅对化学融雪剂污染防治及我国东北地区城市生态环境建设具有重要的指导作用，而且对同类地区化学融雪剂的科学使用具有重要的借鉴作用。