栖霞山刺楸年轮中Pb&Zn含量与降水变化的关系.doc

1、栖霞山刺楸年轮中 Pb&Zn 含量与降水变化的关系随着苏南地区的工业化和城市化进程加快，各城市对自然资源的需求量和消耗量在不断增加，并且在开采、运输、利用资源的过程中排放各种污染物。这些污染物构成了典型的城市复合型污染，给自然生态系统的维持以及社会、经济可持续发展带来极大困难和挑战。近年来，以研究污染物排放种类、途径和浓度为主要内容的常规监测体系都得到了不断完善和发展，积累了丰厚的资料，对环境污染的治理也起到重要指导作用。然而，由于受到监测手段和技术水平的限制，区域重金属含量变化的连续性资料仍旧匮乏2。 对大部分木本植物而言，环境中的重金属能在树木生理活动作用下通过植物组织的运输累积在木质部中

2、，并且相对稳定地存在。在对树木年轮定年的基础上分析逐个（或某个时间段）年轮中的元素含量，便可以获得树木生长环境中元素浓度的年表记录。树木年轮中的重金属含量与树木生长环境和植物本身特性高度相关，所以可以通过不同生长时期年轮中重金属含量来监测环境的变化。探索较长时间范围内重金属元素连续变化的规律，以此推测地区的历史环境质量的变化，为生态环境修复提供理论依据。 材料与方法 研究区概况： 栖霞山位于南京东北郊，距市区约 20km，北距长江仅 1.5km，山体呈东北至西南走向。土壤类型为发育在石灰岩残丘和其他基性岩浆岩上的黄棕壤，地貌类型属于丘陵，气候属于北亚热带湿润气候。栖霞山蕴藏丰富的铅、锌、银等矿

3、藏资源，栖霞铅-锌矿始建于 20 世纪 60 年代，开采方式为坑采和露采，70 年代改为地下开采，生产规模由小到大逐步发展，几十年的矿石开采导致山体土壤中的金属含量较高2。森林植被以落叶阔叶和常绿阔叶混交林为主，主要由壳斗科、桑科、榆科、松科、樟科等组成，小营盘地区主要树种有刺楸、构树、麻栎、枫香、山胡椒等，其中刺楸优势地位明显。 研究方法： 样品的采集与处理。在南京栖霞山小营盘地区（E118?？6173118?？6179，N32?？53232?？541）刺楸天然次生林中选择 46 个具有较强代表性的调查区，每个调查区设样地一块，每块样地长宽约 10?？0m，分别在不同水平位置上选取了 8棵刺

4、楸作为树木样本，在每棵树距离地面 10cm 处截取厚 4cm 的树干圆盘1 片，样品总数为 8。用 WINDENDROTM2005a 年轮扫描仪测定年轮宽度，并进行交叉定年；用不锈钢锥从定年的路径处挖取木质部，分别编号，用粉碎机粉碎样品成粉末状，通过 40 目筛孔，分别放入离心管内；将粉碎的年轮样品放置在 60的烘箱中，烘烤 72h 后保存于干燥器中。经过筛选后的年轮样品用湿法灰化（硝酸-高氯酸消煮法）处理，然后用等离子发射光谱测定年轮中 Pb 与 Zn 元素的含量3。 分析计算。重金属元素含量（mg/kg）= V/M0 式中： 为测得待测液的浓度 V 为消煮后溶液定容的体积（本实验中溶液定容

5、的体积为 25mL） M0 为样品的质量（本实验中样品质量为 0.5g） 结果分析 降水资料： 降水资料从江苏省水文局获得，包括 19622007 年的月降水量和年降水量，19622007 年年降水量平均值为 1022mm（见图 1） 。 图 1 历年降雨量变化 Fig.1Variation of Precipitation From 19622007 Zn 元素含量与降水变化的关系： 由 Zn 含量动态变化曲线（见图 2）可知：A 组和 B 组样品中的 Zn 含量大体保持在稳定状态，从 19622009 年，大部分数据在 1321mg/kg之间，只有少数几年有较大的波动，如 1972 和 1

6、987 年。1972 年和 1987的降雨量为 1279.6mm 和 1377.9mm，稍高于平均值的降水量，能促进植物从土壤中吸收 Zn 元素，所以 1972 年、1975 年和 1987 年样品中积累的Zn 含量值高于其他年份。从 19831986 年，两组样品中 Zn 元素的含量差距逐渐缩小；从 19861992 年，两组样品中的 Zn 元素含量则基本接近，这段时间内，降水量有很大的波动，而样品中的 Zn 元素含量差距却没有太多变化，表明 Zn 在年轮中的积累受降水的影响不大，Zn 在树木中的积累强度还是主要由植物本身的特性或者其他环境因素来决定，这种特性需要进一步研究才能够了解。 图

7、2 Zn 含量动态变化 Fig.2 Content Fluctuated Curve of Zn Pb 元素含量与降水变化的关系： 图 3 Pb 含量动态变化 Fig.3 Content Fluctuated Curve of Pb 由 Pb 含量动态变化曲线（见图 3）可知：A 组样品中 Pb 含量的最大值分别出现在 1975 年、1977 年和 1979 年，这三年的降水量分别为1338.9mm、1160.2mm 和 956.9mm，降水量在年平均量附近，适宜植物生长；而 1976 年、1978 年的降水量只有 891.77mm 和 534.0mm，尤其是1978 年的降水量明显偏低，相应

8、地样品中 Pb 大幅度下降；1991 年南京的降雨量为 1825.8mm，远超过了年平均量 1022mm，充足的降水使得 Pb元素不易在土壤中累积，伴随着雨水的冲刷，通过化石燃料燃烧释放进入大气的 Pb 元素含量也随之下降，植物从土壤或者从大气中吸收的 Pb的量就相对减少，导致所测得积累在样品中的 Pb 元素含量也就处于一个低水平状态；A 组和 B 组样品在 1999 年树木 Pb 积累量都为最低，一方面是降雨量少影响植物生长，另一方面随着时间的推移环境质量也在不断改善。 样品中测得的 Pb 元素含量偏高，证明土壤重金属有较多的来源。由于栖霞山周边有大量的石化、汽车、电子、建材工业区，山体周围

9、还有公路、铁路交通网络，企业和交通工具排放的含 Pb 污染物经过大气干湿沉降后输入到土壤中，是造成样品中 Pb 含量偏高的最可能原因。 此外栖霞山铅、锌、银矿床是长江下游地区最大的铅锌银多金属矿床。长年的采矿活动导致山体内部下陷，降水在流经地表时容易经土壤间隙渗漏进入地下矿区，渗漏的水流同时也会淋溶部分土壤和土壤中的重金属元素进入地下，也会使样品中 Pb 含量偏高。 结论与讨论 结论： 降水量对不同元素吸收的影响。树木在不同年份对同一种元素的吸收量不同，在同一年对不同元素的吸收也同样存在差异。外界环境的影响使得年轮对重金属的吸收出现峰值和谷值，造成了样品中的重金属元素含量上下波动，其中降水对元

10、素含量波动的影响较为明显。降水因素很容易影响植物对大气和土壤中 Pb 元素的吸收强度，而对 Zn 元素的影响则不大。 栖霞山重金属来源与变化。栖霞山重金属主要有两大来源，即：历史开矿活动和周围工业污染。但是随着时间的推移，两种重金属含量都逐渐趋于平稳，说明森林内部抵御外界的污染能力越来越强，另一方面国家对工矿企业的搬迁与污染整治也起到一定作用。 讨论： 本文是对树木年轮中重金属含量与环境变化，尤其是降水变化关系的一个初步性探索，选取乡土树种刺楸作为样本也是一次探索性的试验。在实际应用过程中，由于不同的立地条件，植物对重金属元素的吸收和累积情况是非常复杂的。以降水为例，降水对植物吸收重金属元素的

11、影响主要有三个方面：降水量过多，导致大气和土壤中的重金属元素随着降水进入地下水源，难以在土壤表层累积，植物对重金属元素的富集量自然就下降，并且过多的降水会导致植物根系呼吸作用下降，对重金属元素的吸收也减少；降水量适宜，植物代谢正常，尤其是根系呼吸作用正常，保证其对重金属元素的充分吸收；降水量过少，使得环境中的重金属元素难以被溶解，或者处于难以被吸收的络合物状态，植物对重金属元素的富集量也会降低，与此同时植物代谢下降，根系的呼吸作用也随之下降，对环境中重金属元素的吸收也降低。 （作者单位：南京栖霞山风景名胜区 管理处） 1苏继申，赵永艳.南京栖霞山风景区色叶树种资源的利用与保护J.南京林业大学学报，2003.03 2聂瑞丽，罗海江，赵承义.北京市大气污染动态变化的树木年轮分析J.中国环境监测，2001.08 3刘 婷，王汝成等.南京栖霞山铅锌矿山中的现代钙华：一种高度富锌和锰的方解石J.中国科学，2009