城市化過程中環境污染效應的研究進展

余廣彬 朱茂杰

摘要簡述了國內外快速城市化背景下環境污染的研究現狀，重點分析了城市化對土壤、大氣、地表水的環境污染效應，并提出了城市化與環境污染效應研究的方向。

關鍵詞城市化；環境污染；人類活動

中圖分類號S181.3文獻標識碼

A文章編號0517-6611（2015）29-280-03

自工業革命以來，世界城市化進程不斷加速。例如，1780年世界城市化率僅為3.0%，1960年升至33.0%，1990年為42.6%，2010年世界有一半的人口居住在城市（發展中國家45.1%，發達國家75.2%）。人口從農村向城市的遷移在未來50～100年中仍將繼續，發展中國家和地區尤為突出。預計到2030年，世界城市人口比例將達59.0%。過去10年，我國城市化率以年均增長率1.12%的速度發展，我國城市化已進入一個空前高漲時期。城市環境質量與公眾健康息息相關，快速城市化背景下的環境污染效應成為普遍關注和研究的熱點。

1城市化過程中環境污染效應的概述

快速的城市化是生態環境污染的主要驅動因子。土壤、大氣和水體與人類活動密切相關，是人類生存發展的三大環境要素，受城市化過程的劇烈干擾。城市化導致城市土壤、大氣、地表水和沉積物環境質量不斷惡化。發達國家的城市生態環境質量普遍優于發展中國家，我國同大多數的發展中國家一樣，城市土壤、大氣、水體存在較嚴重的環境污染。這是由于發達國家經歷了上百年的發展過程，其環境保護投入較大、環保設施完善、環保技術成熟、環保觀念較強等。

2城市化過程中環境污染效應的研究現狀

2.1土壤環境污染效應

城市土壤在快速城市化和工業化的背景下，受強烈的人類活動影響，如城市建設、工業活動、交通和日常生活等。城市土壤作為支撐城市發展和人們日常生活的基礎資源，在保證城市健康生活和城市生態系統可持續發展方面扮演著重要的角色。然而，伴隨著經濟的快速發展和城市進程的加速，尤其是在新興國家，城市環境正面臨土壤污染的挑戰，城市土壤質量日益退化，城市化進程中的土壤污染效應受到了眾多的關注。城市化伴隨各種途徑和形式的人為影響，使城市土壤性質顯著偏離同地帶（區域）背景土壤的特征。嚴重的土壤污染特別是金屬污染是城市土壤的重要特征。伴隨工業生產和高強度農業利用進入土壤的有機污染物，也成為土壤環境質量下降的重要因素。城市土壤已成為接納城市代謝污染物的主要匯。大量污染物在城市土壤中富集，如多環芳烴、重金屬、氮和磷等。重金屬常被用作檢驗城市化對土壤環境影響的重要指標，其中Pb含量被認為最能表現城市化過程對土壤質量演變的影響程度。世界范圍內，城市土壤均遭受了不同程度的重金屬污染。與發達國家和其他發展中國家相比，我國城市的土壤污染較為嚴重，大多數重金屬含量為背景值的20倍以上，其中城市土壤Pb的含量高達25 380 mg/kg，分別為全球頁巖背景值和我國土壤背景值的461和1 123倍。通過對美國、英國、蘇格蘭、威爾士地區共50個城市的采樣分析，發現城市地區威脅最大的環境污染來自Pb、Cd、Hg和PAHs，其中上海和芝加哥城市土壤中Pb的含量分別為自然背景值的8和13倍，呈顯著的城市源特征。城市土壤遭受污染后，也可導致土壤微生物特性的顯著變化。在英國Berdeen的一項研究表明，與農業土壤相比，城市土壤微生物的基底呼吸作用明顯增強，但微生物生物量卻顯著降低，微生物的一些生理生態參數明顯升高；Biolog數據顯示，城市土壤對能源碳的消耗量和速度也明顯提高[22]。主成分分析顯示，土壤中有效態鉛是控制城市與農業土壤微生物特征差異的主要因素，其次為有效態和有機態的鋅、銅和鎳。

2.2大氣環境污染效應

自產業革命以來，城市工業迅猛發展，石油、化石等燃料在城市中大量消耗，導致大氣中CO2和NOx等有害氣體急劇增加，造成城市區域大氣環境污染。建筑施工、道路交通等產生的城市揚塵、懸浮顆粒物，也使城市大氣環境進一步惡化。與郊區相比，城市區域大氣中CO2、SO2和NOx的含量遠高于郊區。城市化是導致城市區域大氣環境質量下降的主要因素。通常，城市中大氣污染物的來源分為固定源（工廠企業）和流動源（交通工具），主要包括工業生產、交通運輸、爐灶、鍋爐等。近年來，隨著城市區域工廠企業的搬遷，城市交通工具已經成為大氣污染的主要來源。城市區域大氣污染物主要有氣溶膠和氣體污染物兩類，包括煙塵、SO2、CO、NOx、PAHs、氟化物、硫酸氣溶膠和重金屬等。其中，城市大氣顆粒攜帶的Hg是土壤、水體等環境中Hg污染的主要來源[23-24]。此外，土壤污染物也可通過揚塵或再懸浮進入大氣。最近，通過核探針研究大氣顆粒物的指紋特征，表明上海市大氣顆粒物中大約有31%來自土壤揚塵。隨著汽車尾氣排放的控制和能源結構的調整，可以預計土壤揚塵仍將繼續成為我國城市大氣污染的主要來源。

2.3地表水環境污染效應

城市化進程中水環境質量狀況的研究已經成為環境科學家關注的熱點[26-27]。水體（地表水和沉積物）是城市源污染物的主要受納介質，在地表水環境研究中扮演著重要的角色。長期以來，城市周邊的河流、湖泊和沿海水域一直被當作城市代謝污染物稀釋和消耗的最佳自然場所[28]。城市擴張已成為非點源污染加重的主要因素[29]，城市化已成為僅次于農業的水環境第二大污染源[30]。因此，城市水體（地表水和沉積物）富集了大量的城市源污染物。世界范圍內地表水存在不同程度的污染現象。我國城市區域地表水質量總體上要優于其他發展中國家和發達國家。根據2009年《中國環境狀況公報》，2009年全國地表水污染依然較重，七大水系總體為輕度污染，湖泊富營養化問題突出，近岸海域總體為輕度污染。與國家地表水環境質量III類標準相比，營養元素（N、P）是我國地表水的重要污染物。我國城市區域地表水中重金屬濃度總體上低于國家地表水環境質量III標準（GB 3838-2002），但顯著高于美國EPA規定的CCC限制[31]。進入水體的污染物通過絮凝、沉積、吸附等作用進入水體沉積物[32-35]，因此沉積物成為污染物的主要歸宿[36-38]，成為污染物的主要匯。與全球頁巖背景值和我國淺海沉積物背景值相比，世界各國城市區域沉積物存在顯著的重金屬富集現象，大部分重金屬含量為背景值的幾倍到幾十倍。總體上，我國和發展中國家城市區域沉積物重金屬含量相對低于發達國家。此外，城市污染物通過各種途徑（如干濕沉降、地表徑流等）源源不斷地進入城市及其周邊水體。地表徑流攜帶的城市源污染物是地表水污染的主要途徑[39-42]。城市區域內存在廣泛的地表封閉與土壤壓實現象，土壤水分入滲和短期儲蓄緩沖功能減弱或消失[43]，地表徑流系數大幅度增加，從而導致徑流產生[44]。徑流攜帶的污染物負荷（包括氮磷、有機污染物、重金屬等）增加[44-45]，導致地表水污染加劇。城市地表積水還可能導致有害生物的繁衍，從而直接影響城市居民的身體健康。

3結語

近年來，城市化對環境的影響日益凸顯，我國由于經濟的持續增長和快速的城市化，被稱為“城市化的實驗室”。 時間尺度上，城市化進程表現為：城鎮—小型城市—中型城市—大型城市，但由于時間跨度長，難以追蹤研究。因此，“空間換時間”的研究方法將成為研究城市化過程中環境污染效應的最佳途徑，也可選取同屬一個地理區系，且具有相似產業結構特征的不同城市化階段的城鎮/城市作為研究對象。

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