在環保理念下使用融雪劑

文章編號：1005－6629(2008)10－0068－04中圖分類號：G633.8文獻標識碼：B

由于氣候變化等原因，今冬我國南方持續暴雪導致高速公路大范圍癱瘓、民航、列車大范圍停運，融雪劑一時成為應急物質。現在所使用的融雪劑基本上是以氯化鈉為主，即將原鹽經粉碎、篩分為一定粒度的顆粒或將鹽溶于水成鹽水，再用機械拋灑于路面及其他場地進行融雪作業。但是融雪劑是把“雙刃劍”，在融化冰雪、保障道暢的同時，如使用不當或殘留物未根本清除，就會對周圍草坪、樹木、路面及地下水產生危害。今年春節，廣東韶關乳源大橋鎮的村民發現村蓄水池的水又苦又咸又澀，這也與在那段道路上大量使用融雪劑有直接關系。事實告誡我們，融雪劑雖好，但是一定要在環保的理念下慎用。

1融雪劑的融雪原理和效果

融雪劑是一類能使冰雪在0℃以下自動融化的化學物質，組成為鹽類或可溶于水的有機物，外加少量防滑劑和緩蝕劑。目前使用的融雪劑大體有三類。第一類以醋酸鈣、醋酸鎂、醋酸鉀或多種特殊有機物等為主要成分的非氯鹽環保型融雪劑，鈣鹽類對建筑和環境沒有大的腐蝕危害，但是價格高，主要用于機場路面；第二類是氯鹽類，有氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂、氯化鉀等通稱為化冰鹽；第三類是氯鹽類和非氯鹽的混合物。融雪劑的狀態不完全為顆粒狀也有液體狀態的。

1.1溶液的蒸氣壓降低使冰點發生變化

融雪劑在降雪頻繁地區頗受青睞，是因為冰在其與水形成的溶液中能夠融化。凝固點是物質在固態和液態二者平衡共存時達到的溫度，亦叫熔點。其含義是在一定的外壓下，溶劑液體與溶劑固體具有相同蒸氣壓時的溫度。每一種純溶劑都有其特定的凝固點。水在常壓下的凝固點為0℃，自然界的降雨、降雪在0℃以下時會凝固成冰，并且保持不融；醋酸的凝固點17℃，無水醋酸低溫時會自然凝結成冰，故無水醋酸也叫冰醋酸。

雖然每一種純溶劑都有固定的凝固點，但是當一種溶劑中溶解有其他物質時，伴隨體系蒸汽壓的變化，溶劑的凝固點就會下降。比如冰的飽和蒸汽壓下降與冰點之間有如表1的關系。從表1的數據即可看出：隨著冰的飽和和蒸汽壓的降低冰的冰點在同時降低。事實上不同種類、不同濃度的鹽溶液中水的冰點與純水的冰點相比都有所降低。溶液的蒸氣壓比原先的溶劑固體的蒸汽壓低，故溶劑固體在原冰點顯然不會結冰。只有在更低的溫度下，溶劑固體蒸氣壓與溶液飽和蒸汽壓重新相等，二相才能重新達到平衡，固液才能重新在低于原溶劑固體的溫度下共存。如果外界溫度高于這一溫度，“冰”便可溶化。溶液的這種性質就是著名的拉烏爾溶液定律。

1.2鹽液濃度與冰點的實驗數據

飽和NaCl溶液的冰點為-23℃，飽和CaCl₂的冰點為-50℃。冰點低、價格低是“氯鹽類”融雪劑的誘人之處。當在冰雪中拋灑了這類融雪劑之后，就會導致由冰雪與融雪劑組成混合物的凝固點大幅度降低。不過，溶質的質量分數與溶液的冰點有一定的關系。不同濃度CaCl₂溶液的冰點見表2所示。從表中數據可以看出在不超過鹽的溶解度的范圍內，鹽的濃度越大，冰點越低。所以應該根據外界環境的溫度把握拋灑融雪劑的數量，這樣既可快速融雪又可以減少浪費。另外部分鹽，如醋酸鈣溶于水時伴隨放熱的性質更有助于融冰雪。

2 融雪劑的使用對植物產生的危害

大多數融雪劑都屬于鹽類，故又稱融雪鹽。鹽進入植物生長環境之后會導致植物的生長出現嚴重問題。據園林部門統計：城市行道樹木死亡80%是因為融雪劑。2002年冬季，北京市在9天中將7000多噸融雪劑拋灑在路面上，結果在第二年3000多株行道樹、40多萬株路籬及5萬多平方米的綠地植物相繼死亡。

2.1融雪劑使植物出現“水干旱”或“鹽脅迫”問題

水對植物生命活動的重要性包括兩大方面：即生理作用和生態作用。生理作用表現是直接參與細胞原生質組成。植物細胞的原生質一般含水量在80%以上，這樣才使原生質保持溶膠狀態，黏性較小，細胞代謝活躍，生長旺盛。如果含水量減少，原生質由溶膠狀態變成凝膠狀態，細胞生命活動大大減緩。植物體內絕大多數生理生化過程都是在水介質中進行。光合作用中的碳代謝、呼吸作用的作物分解代謝都發生在水相中，因為參與光合作用的核酮糖1-，5-二磷酸和^3-磷酸甘油酸都是溶于水的。光合作用的產物和無機離子的運轉也是在水介質中完成的。植物體內的水分流動把整個植物體聯系在一起成為一個有機整體，在這個體系內有機物和無機離子取水溶狀態到達需要的創造條件任何部位。

鹽漬是植物生長的大敵。一般植物對鹽漬都有敏感生理反應，表現是影響其正常生長，實質是外界土壤的水環境與植物之間的水滲透勢出現反差，導致細胞失水直到死亡。因為鹽分過多，使植物吸水困難。嚴重時植物組織中的水會產生滲透脅迫(鹽脅迫)即外滲，造成生理干旱，使得生長和光合作用等生理過程受抑制。一般情況下，土壤溶液鹽濃度較低，水勢(化學勢)較高。水總是從高水勢區域向低水勢區域移動。若環境水勢高于細胞水勢，細胞吸水；反之，水從細胞流出。植物水分進出細胞由細胞與周圍環境之間的水勢差決定，但是水勢的絕對值不易測得，因此規定純水的水勢為零。其他溶液與純水比較，得出化合物溶液和不同環境下植物葉片的水勢范圍。土壤鹽分過多，降低了土壤溶液中的水勢，若土壤溶液中的水勢低于根系水勢，植物不能吸水，反面要喪失水分。土壤溶液的滲透勢不低于-0.1MPa時，對植物根吸水影響不大。

鹽脅迫抑制種子萌發，這是妨礙作物在鹽漬土地上立苗的一個重要因素。其主要原因是降低了水解酶的活性，特別是α-淀粉酶的活性，α-淀粉酶是含Ca²⁺的金屬蛋白，酶的活化至少要結合一個Ca²⁺。鹽脅迫下種子α-淀粉酶的活性可作為區別植物耐鹽性的重要依據之一。外源Ca²⁺和赤霉素(gibberellin，GA能刺激細胞分裂和伸長的一類化合物的總稱)可增加種子中K⁺積累，減少Na⁺積累，提高α-淀粉酶的活性，緩解鹽抑制作用。在嚴重脅迫下會使細胞膜系統的選擇透性喪失，細胞內溶物滲漏，代謝失調，有毒物質積累。如小麥和玉米等在鹽脅迫下產生的游離NH₃對細胞有毒害作用。美國的高爾夫協會研究結果是：對于草皮TDS(總溶解固體)小于450mg/L沒有影響，450mg/L～2000mg/L輕度或中度影響，大于2000mg/L重度影響。鹽分過多使磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(C4植物和CAM植物光合碳代謝的關鍵酶，該酶起著固定環境中CO₂的作用)和葉綠體中的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的催化活性降低，葉綠體趨于分解，葉綠素和類胡蘿卜素的生物合成受干擾，氣孔關閉，光合作用受到抑制。低鹽時植物呼吸受到促進，而高鹽時則受到抑制，氧化磷酸化解偶聯。鹽分過多會降低植物蛋白質的合成，促進蛋白質分解。例如蠶豆在鹽脅迫下葉內半胱氨酸和蛋氨酸合成減少，從而使蛋白質含量減少。

2.2融雪劑中某些離子對植物產生毒害作用

鹽漬使某些離子對植物產生毒害作用。土壤鹽漬往往由于少數離子含量過高，形成不平衡的土壤溶液，導致特殊的離子毒害作用。這些毒害包括以下兩個方面。

2.2.1離子的競爭性抑制作用導致營養缺乏

當土壤中Na⁺、Cl^-、Mg²⁺、SO₄2-等含量過高時會抑制K⁺、NO₃-等的吸收，特別是當土壤中Na⁺含量過多時植物對K⁺、PO₄^3-、Ca²⁺的吸收減少，導致這些營養元素的缺乏，影響植物的生長發育，極度缺乏會導致植物死亡。對于大多數植物來說，鈉的需求是非常有限的，鈉通過影響土壤的滲透性間接影響植物的生長，并引起植物營養障礙。如果土壤交換絡合物被鈉飽和，鈣就會從植物根部組織離去，結果因為缺鈣而引起死亡，鈉中毒還可引起葉灼傷。當土壤吸附的鈉離子量超過土壤中陽離子總量的10%～15%時，土壤滲透性較差。滲透性減小的典型征兆包括：水堵塞、慢滲透、結殼、壓緊、不良通風、野草入侵、疾病出沒。相對滲透性可以用鈉吸附比(SAR)表示。SAR表示鈉與鈣、鎂離子總和的二分之一的平方根之比。當這個值大于6，表明出現滲透性問題。對于根吸收的植物不造成影響的值小于3，造成中度影響的3～6，高度影響大于9；對于葉吸收的植物沒有影響的值小于3，造成中度影響以上的大于3。水體中的Na⁺進入土壤溶液，如果其含量過高，就有可能引起土壤次生堿化的發生。土壤的堿化過程通常指土壤吸收性復合體從土壤溶液中吸附鈉離子的過程，這個過程常是通過陽離子交換進行的，即溶液中鈉離子與土壤膠體表面其他陽離子進行交換的過程。

2.2.2離子對細胞膜和酶類有所傷害

用一定濃度的NaCl處理植物，細胞膜的透性增大，內容物外滲，其外滲量與處理的鹽濃度成正比。在滲透濃度相同時NaCl處理的外滲量顯著大于山梨醇，說明鹽分對細胞膜的傷害不僅是滲透效應，更主要的是離子效應。高濃度的Na⁺可置換質膜和細胞內膜系統所結合的Ca²⁺，使膜結構的完整性及膜功能改變，促進細胞內K⁺、PO₄^3-和有機溶質外滲；Cl^-能使PO₄^3-吸收受到限制。氯離子對植物造成傷害的主要癥狀是葉變黃，葉類灼燒和生長速度降低。對于草皮，氯沒有顯著的毒性，但是大多數樹木和灌木對氯相當敏感。對于根吸收的植物，氯濃度小于70mg/L沒有影響，70mg/L～355mg/L中度影響，氯濃度大于355mg/L重度影響；對于葉吸收的植物，氯濃度小于100mg/L沒有影響，氯濃度大于100mg/L中度影響以上。

3使用融雪劑帶來的其他隱患

美國由氯鹽腐蝕破壞環境的成本占GDP的4%。幾乎與美國的國防開支相當，美國每年用于修復被氯鹽融雪劑腐蝕的工程費用是2000億美元，是初建費的4倍，在丹麥哥本哈根地區，被調查的102座橋之中，50%的嚴重的鋼筋腐蝕。主要原因就是在橋面使用了氯鹽融雪劑。

融雪劑的使用還可能對飲用水源造成污染。今年南方雪災期間，國家環保局發布了《關于加強防范應對雨雪冰凍災害次生環境污染事故的緊急通知》通知指出飲用水安全問題是環保應急預防的工作重點，要求各地加強飲用水源地水質的監測工作，預防大量使用融雪劑后可能對水環境的污染。但是令人遺憾的是隨著天氣轉暖，冰雪消融。融化的冰水和雪匯成小溪，涌向京珠高速旁沿線的一些小村莊。乳源縣大橋鎮紅光村、大橋村、柯塑下村等三個村子的村民先后反映，村里蓄水池的水以前一直甘甜清爽。現在卻突然變得又苦又咸，“不少人喝了都發燒、嘔吐、喉嚨痛”。這種事故都是由于工業鹽作為融雪劑使用所帶來的后果。因此使用融雪劑理當慎重。

4 在環保理念下使用新型融雪劑

由于交通運輸事業的迅速發展，為保證道路暢通和安全，上世紀九十年代以來，北美、北歐、日本等多雪地區和國家，對融雪產品的需求量與日俱增，年需求量在2000萬噸左右，其中僅日本就需20萬噸～30萬噸。因氯化鈉對環境會造成污染，對道路設施會產生腐蝕，及其在高寒地區的使用效果不佳等原因，還因鹽水用量大而不適用長距離融雪作業，故正逐步被環保型新型融雪產品所代替。

醋酸鈣鎂鹽CMA是環保型融雪劑。有人對菱鎂礦粉與CaO試劑以不同的比例制備出9個融雪劑樣品，并與氯化鈉做對比實驗結果見表3。

V融雪劑：冰化后液體總體積；表中的數據引自參考文獻2。

由試驗可知選擇CaO含量在50%～60%比較理想。CaO與MgO按照1∶1的比例與醋酸作用得到醋酸鈣和醋酸鎂。醋酸鎂的融雪速度快，但價格高，醋酸鈣的融雪速度慢但價格低，將兩者結合可以取長補短。還有人用三水琥珀酸鉀、銨、鈉單一或混合配制出了一種低腐蝕性融雪劑。日本科技人員研制了以石灰石和鹽酸制得的氯化鈣與硫酸鎂為主要成分加入可溶的磷酸鹽、鉀鹽和氯化鎂，噴入羥基乙表4 非氯鹽融雪劑的原料和組成

基纖維素溶液及著色劑，然后造粒篩分得到粒狀制品。另外由MgCl₂、NaCl、MgSO₄可以組成一種提供植物營養元素鎂、硫的融雪劑，同時加入具有防銹作用的偏硅酸鈉。用氯化鈣、尿素、亞硝酸鈉、硫酸鉀也可以制出冰雪速溶產品。更多的非氯鹽融雪劑列于表4中。這類融雪劑既環保而且來源于廢物回收，發展前景廣闊。為了保證融雪劑質量北京2002年制定了融雪劑的技術指標(見表5)。這些指標中有植物耐鹵的指標要求，體現了對環境的呵護。

但是任何融雪劑其環保性能都是相對的。面對冰雪，融雪劑是否會給環境帶來新的危害問題應該與交通安全同樣重要。再此呼吁加強融雪劑用量的嚴格控制，防止各種融雪劑特別是工業鹽的濫用，盡可能使用機械設備清除積雪。除雪千萬不要忘記科學、理智和環保。

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