在环保理念下使用融雪剂

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文章编号：1005－6629(2008)10－0068－04中图分类号：G633.8文献标识码：B

由于气候变化等原因，今冬我国南方持续暴雪导致高速公路大范围瘫痪、民航、列车大范围停运，融雪剂一时成为应急物质。现在所使用的融雪剂基本上是以氯化钠为主，即将原盐经粉碎、筛分为一定粒度的颗粒或将盐溶于水成盐水，再用机械抛洒于路面及其他场地进行融雪作业。但是融雪剂是把“双刃剑”，在融化冰雪、保障道畅的同时，如使用不当或残留物未根本清除，就会对周围草坪、树木、路面及地下水产生危害。今年春节，广东韶关乳源大桥镇的村民发现村蓄水池的水又苦又咸又涩，这也与在那段道路上大量使用融雪剂有直接关系。事实告诫我们，融雪剂虽好，但是一定要在环保的理念下慎用。

1融雪剂的融雪原理和效果

融雪剂是一类能使冰雪在0℃以下自动融化的化学物质，组成为盐类或可溶于水的有机物，外加少量防滑剂和缓蚀剂。目前使用的融雪剂大体有三类。第一类以醋酸钙、醋酸镁、醋酸钾或多种特殊有机物等为主要成分的非氯盐环保型融雪剂，钙盐类对建筑和环境没有大的腐蚀危害，但是价格高，主要用于机场路面；第二类是氯盐类，有氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾等通称为化冰盐；第三类是氯盐类和非氯盐的混合物。融雪剂的状态不完全为颗粒状也有液体状态的。

1.1溶液的蒸气压降低使冰点发生变化

融雪剂在降雪频繁地区颇受青睐，是因为冰在其与水形成的溶液中能够融化。凝固点是物质在固态和液态二者平衡共存时达到的温度，亦叫熔点。其含义是在一定的外压下，溶剂液体与溶剂固体具有相同蒸气压时的温度。每一种纯溶剂都有其特定的凝固点。水在常压下的凝固点为0℃，自然界的降雨、降雪在0℃以下时会凝固成冰，并且保持不融；醋酸的凝固点17℃，无水醋酸低温时会自然凝结成冰，故无水醋酸也叫冰醋酸。

虽然每一种纯溶剂都有固定的凝固点，但是当一种溶剂中溶解有其他物质时，伴随体系蒸汽压的变化，溶剂的凝固点就会下降。比如冰的饱和蒸汽压下降与冰点之间有如表1的关系。从表1的数据即可看出：随着冰的饱和和蒸汽压的降低冰的冰点在同时降低。事实上不同种类、不同浓度的盐溶液中水的冰点与纯水的冰点相比都有所降低。溶液的蒸气压比原先的溶剂固体的蒸汽压低，故溶剂固体在原冰点显然不会结冰。只有在更低的温度下，溶剂固体蒸气压与溶液饱和蒸汽压重新相等，二相才能重新达到平衡，固液才能重新在低于原溶剂固体的温度下共存。如果外界温度高于这一温度，“冰”便可溶化。溶液的这种性质就是著名的拉乌尔溶液定律。

1.2盐液浓度与冰点的实验数据

饱和NaCl溶液的冰点为-23℃，饱和CaCl2的冰点为-50℃。冰点低、价格低是“氯盐类”融雪剂的诱人之处。当在冰雪中抛洒了这类融雪剂之后，就会导致由冰雪与融雪剂组成混合物的凝固点大幅度降低。不过，溶质的质量分数与溶液的冰点有一定的关系。不同浓度CaCl2溶液的冰点见表2所示。从表中数据可以看出在不超过盐的溶解度的范围内，盐的浓度越大，冰点越低。所以应该根据外界环境的温度把握抛洒融雪剂的数量，这样既可快速融雪又可以减少浪费。另外部分盐，如醋酸钙溶于水时伴随放热的性质更有助于融冰雪。

2 融雪剂的使用对植物产生的危害

大多数融雪剂都属于盐类，故又称融雪盐。盐进入植物生长环境之后会导致植物的生长出现严重问题。据园林部门统计：城市行道树木死亡80%是因为融雪剂。2002年冬季，北京市在9天中将7000多吨融雪剂抛洒在路面上，结果在第二年3000多株行道树、40多万株路篱及5万多平方米的绿地植物相继死亡。

2.1融雪剂使植物出现“水干旱”或“盐胁迫”问题

水对植物生命活动的重要性包括两大方面：即生理作用和生态作用。生理作用表现是直接参与细胞原生质组成。植物细胞的原生质一般含水量在80%以上，这样才使原生质保持溶胶状态，黏性较小，细胞代谢活跃，生长旺盛。如果含水量减少，原生质由溶胶状态变成凝胶状态，细胞生命活动大大减缓。植物体内绝大多数生理生化过程都是在水介质中进行。光合作用中的碳代谢、呼吸作用的作物分解代谢都发生在水相中，因为参与光合作用的核酮糖1-，5-二磷酸和3-磷酸甘油酸都是溶于水的。光合作用的产物和无机离子的运转也是在水介质中完成的。植物体内的水分流动把整个植物体联系在一起成为一个有机整体，在这个体系内有机物和无机离子取水溶状态到达需要的创造条件任何部位。

盐渍是植物生长的大敌。一般植物对盐渍都有敏感生理反应，表现是影响其正常生长，实质是外界土壤的水环境与植物之间的水渗透势出现反差，导致细胞失水直到死亡。因为盐分过多，使植物吸水困难。严重时植物组织中的水会产生渗透胁迫(盐胁迫)即外渗，造成生理干旱，使得生长和光合作用等生理过程受抑制。一般情况下，土壤溶液盐浓度较低，水势(化学势)较高。水总是从高水势区域向低水势区域移动。若环境水势高于细胞水势，细胞吸水；反之，水从细胞流出。植物水分进出细胞由细胞与周围环境之间的水势差决定，但是水势的绝对值不易测得，因此规定纯水的水势为零。其他溶液与纯水比较，得出化合物溶液和不同环境下植物叶片的水势范围。土壤盐分过多，降低了土壤溶液中的水势，若土壤溶液中的水势低于根系水势，植物不能吸水，反面要丧失水分。土壤溶液的渗透势不低于-0.1MPa时，对植物根吸水影响不大。

盐胁迫抑制种子萌发，这是妨碍作物在盐渍土地上立苗的一个重要因素。其主要原因是降低了水解酶的活性，特别是α-淀粉酶的活性，α-淀粉酶是含Ca2+的金属蛋白，酶的活化至少要结合一个Ca2+。盐胁迫下种子α-淀粉酶的活性可作为区别植物耐盐性的重要依据之一。外源Ca2+和赤霉素(gibberellin,GA能刺激细胞分裂和伸长的一类化合物的总称)可增加种子中K+积累，减少Na+积累，提高α-淀粉酶的活性，缓解盐抑制作用。在严重胁迫下会使细胞膜系统的选择透性丧失，细胞内溶物渗漏，代谢失调，有毒物质积累。如小麦和玉米等在盐胁迫下产生的游离NH3对细胞有毒害作用。美国的高尔夫协会研究结果是：对于草皮TDS(总溶解固体)小于450mg/L没有影响，450mg/L～2000mg/L轻度或中度影响，大于2000mg/L重度影响。盐分过多使磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(C4植物和CAM植物光合碳代谢的关键酶，该酶起着固定环境中CO2的作用)和叶绿体中的1,5-二磷酸核酮糖羧化酶的催化活性降低，叶绿体趋于分解，叶绿素和类胡萝卜素的生物合成受干扰，气孔关闭，光合作用受到抑制。低盐时植物呼吸受到促进，而高盐时则受到抑制，氧化磷酸化解偶联。盐分过多会降低植物蛋白质的合成，促进蛋白质分解。例如蚕豆在盐胁迫下叶内半胱氨酸和蛋氨酸合成减少，从而使蛋白质含量减少。

2.2融雪剂中某些离子对植物产生毒害作用

盐渍使某些离子对植物产生毒害作用。土壤盐渍往往由于少数离子含量过高，形成不平衡的土壤溶液，导致特殊的离子毒害作用。这些毒害包括以下两个方面。

2.2.1离子的竞争性抑制作用导致营养缺乏

当土壤中Na+、Cl-、Mg2+、SO42-等含量过高时会抑制K+、NO3-等的吸收，特别是当土壤中Na+含量过多时植物对K+、PO43-、Ca2+的吸收减少，导致这些营养元素的缺乏，影响植物的生长发育，极度缺乏会导致植物死亡。对于大多数植物来说，钠的需求是非常有限的，钠通过影响土壤的渗透性间接影响植物的生长，并引起植物营养障碍。如果土壤交换络合物被钠饱和，钙就会从植物根部组织离去，结果因为缺钙而引起死亡，钠中毒还可引起叶灼伤。当土壤吸附的钠离子量超过土壤中阳离子总量的10%～15%时，土壤渗透性较差。渗透性减小的典型征兆包括：水堵塞、慢渗透、结壳、压紧、不良通风、野草入侵、疾病出没。相对渗透性可以用钠吸附比(SAR)表示。SAR表示钠与钙、镁离子总和的二分之一的平方根之比。当这个值大于6，表明出现渗透性问题。对于根吸收的植物不造成影响的值小于3，造成中度影响的3～6，高度影响大于9；对于叶吸收的植物没有影响的值小于3，造成中度影响以上的大于3。水体中的Na+进入土壤溶液，如果其含量过高，就有可能引起土壤次生碱化的发生。土壤的碱化过程通常指土壤吸收性复合体从土壤溶液中吸附钠离子的过程，这个过程常是通过阳离子交换进行的，即溶液中钠离子与土壤胶体表面其他阳离子进行交换的过程。

2.2.2离子对细胞膜和酶类有所伤害

用一定浓度的NaCl处理植物，细胞膜的透性增大，内容物外渗，其外渗量与处理的盐浓度成正比。在渗透浓度相同时NaCl处理的外渗量显著大于山梨醇，说明盐分对细胞膜的伤害不仅是渗透效应，更主要的是离子效应。高浓度的Na+可置换质膜和细胞内膜系统所结合的Ca2+，使膜结构的完整性及膜功能改变，促进细胞内K+、PO43-和有机溶质外渗；Cl-能使PO43-吸收受到限制。氯离子对植物造成伤害的主要症状是叶变黄，叶类灼烧和生长速度降低。对于草皮，氯没有显著的毒性，但是大多数树木和灌木对氯相当敏感。对于根吸收的植物，氯浓度小于70mg/L没有影响，70mg/L～355mg/L中度影响，氯浓度大于355mg/L重度影响；对于叶吸收的植物，氯浓度小于100mg/L没有影响，氯浓度大于100mg/L中度影响以上。

3使用融雪剂带来的其他隐患

美国由氯盐腐蚀破坏环境的成本占GDP的4%。几乎与美国的国防开支相当，美国每年用于修复被氯盐融雪剂腐蚀的工程费用是2000亿美元，是初建费的4倍，在丹麦哥本哈根地区，被调查的102座桥之中，50%的严重的钢筋腐蚀。主要原因就是在桥面使用了氯盐融雪剂。

融雪剂的使用还可能对饮用水源造成污染。今年南方雪灾期间，国家环保局了《关于加强防范应对雨雪冰冻灾害次生环境污染事故的紧急通知》通知指出饮用水安全问题是环保应急预防的工作重点，要求各地加强饮用水源地水质的监测工作，预防大量使用融雪剂后可能对水环境的污染。但是令人遗憾的是随着天气转暖，冰雪消融。融化的冰水和雪汇成小溪，涌向京珠高速旁沿线的一些小村庄。乳源县大桥镇红光村、大桥村、柯塑下村等三个村子的村民先后反映，村里蓄水池的水以前一直甘甜清爽。现在却突然变得又苦又咸，“不少人喝了都发烧、呕吐、喉咙痛”。这种事故都是由于工业盐作为融雪剂使用所带来的后果。因此使用融雪剂理当慎重。

4 在环保理念下使用新型融雪剂

由于交通运输事业的迅速发展，为保证道路畅通和安全，上世纪九十年代以来，北美、北欧、日本等多雪地区和国家，对融雪产品的需求量与日俱增，年需求量在2000万吨左右，其中仅日本就需20万吨～30万吨。因氯化钠对环境会造成污染，对道路设施会产生腐蚀，及其在高寒地区的使用效果不佳等原因，还因盐水用量大而不适用长距离融雪作业，故正逐步被环保型新型融雪产品所代替。

醋酸钙镁盐CMA是环保型融雪剂。有人对菱镁矿粉与CaO试剂以不同的比例制备出9个融雪剂样品，并与氯化钠做对比实验结果见表3。

V融雪剂：冰化后液体总体积；表中的数据引自参考文献2。

由试验可知选择CaO含量在50%～60%比较理想。CaO与MgO按照1∶1的比例与醋酸作用得到醋酸钙和醋酸镁。醋酸镁的融雪速度快，但价格高，醋酸钙的融雪速度慢但价格低，将两者结合可以取长补短。还有人用三水琥珀酸钾、铵、钠单一或混合配制出了一种低腐蚀性融雪剂。日本科技人员研制了以石灰石和盐酸制得的氯化钙与硫酸镁为主要成分加入可溶的磷酸盐、钾盐和氯化镁，喷入羟基乙表4 非氯盐融雪剂的原料和组成

基纤维素溶液及着色剂，然后造粒筛分得到粒状制品。另外由MgCl2、NaCl、MgSO4可以组成一种提供植物营养元素镁、硫的融雪剂，同时加入具有防锈作用的偏硅酸钠。用氯化钙、尿素、亚硝酸钠、硫酸钾也可以制出冰雪速溶产品。更多的非氯盐融雪剂列于表4中。这类融雪剂既环保而且来源于废物回收，发展前景广阔。为了保证融雪剂质量北京2002年制定了融雪剂的技术指标(见表5)。这些指标中有植物耐卤的指标要求，体现了对环境的呵护。

但是任何融雪剂其环保性能都是相对的。面对冰雪，融雪剂是否会给环境带来新的危害问题应该与交通安全同样重要。再此呼吁加强融雪剂用量的严格控制，防止各种融雪剂特别是工业盐的滥用，尽可能使用机械设备清除积雪。除雪千万不要忘记科学、理智和环保。

参考文献：

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