棲霞山刺楸年輪中Pb&Zn含量與降水變化的關系

隨著蘇南地區的工業化和城市化進程加快，各城市對自然資源的需求量和消耗量在不斷增加，并且在開采、運輸、利用資源的過程中排放各種污染物。這些污染物構成了典型的城市復合型污染，給自然生態系統的維持以及社會、經濟可持續發展帶來極大困難和挑戰。近年來，以研究污染物排放種類、途徑和濃度為主要內容的常規監測體系都得到了不斷完善和發展，積累了豐厚的資料，對環境污染的治理也起到重要指導作用。然而，由于受到監測手段和技術水平的限制，區域重金屬含量變化的連續性資料仍舊匱乏[2]。

對大部分木本植物而言，環境中的重金屬能在樹木生理活動作用下通過植物組織的運輸累積在木質部中，并且相對穩定地存在。在對樹木年輪定年的基礎上分析逐個（或某個時間段）年輪中的元素含量，便可以獲得樹木生長環境中元素濃度的年表記錄。樹木年輪中的重金屬含量與樹木生長環境和植物本身特性高度相關，所以可以通過不同生長時期年輪中重金屬含量來監測環境的變化。探索較長時間范圍內重金屬元素連續變化的規律，以此推測地區的歷史環境質量的變化，為生態環境修復提供理論依據。

材料與方法

研究區概況：

棲霞山位于南京東北郊，距市區約20km，北距長江僅1.5km，山體呈東北至西南走向。土壤類型為發育在石灰巖殘丘和其他基性巖漿巖上的黃棕壤，地貌類型屬于丘陵，氣候屬于北亞熱帶濕潤氣候。棲霞山蘊藏豐富的鉛、鋅、銀等礦藏資源，棲霞鉛-鋅礦始建于20世紀60年代，開采方式為坑采和露采，70年代改為地下開采，生產規模由小到大逐步發展，幾十年的礦石開采導致山體土壤中的金屬含量較高[2]。森林植被以落葉闊葉和常綠闊葉混交林為主，主要由殼斗科、桑科、榆科、松科、樟科等組成，小營盤地區主要樹種有刺楸、構樹、麻櫟、楓香、山胡椒等，其中刺楸優勢地位明顯。

研究方法：

樣品的采集與處理。在南京棲霞山小營盤地區（E118€？6′173″～118€？6′179″，N32€？5′32″～32€？5′41″）刺楸天然次生林中選擇4～6個具有較強代表性的調查區，每個調查區設樣地一塊，每塊樣地長寬約10€？0m，分別在不同水平位置上選取了8棵刺楸作為樹木樣本，在每棵樹距離地面10cm處截取厚4cm的樹干圓盤1片，樣品總數為8。用WINDENDROTM2005a年輪掃描儀測定年輪寬度，并進行交叉定年；用不銹鋼錐從定年的路徑處挖取木質部，分別編號，用粉碎機粉碎樣品成粉末狀，通過40目篩孔，分別放入離心管內；將粉碎的年輪樣品放置在60℃的烘箱中，烘烤72h后保存于干燥器中。經過篩選后的年輪樣品用濕法灰化（硝酸-高氯酸消煮法）處理，然后用等離子發射光譜測定年輪中Pb與Zn元素的含量[3]。

分析計算。重金屬元素含量（mg/kg）= V/M0

式中： 為測得待測液的濃度

V為消煮后溶液定容的體積（本實驗中溶液定容的體積為25mL）

M0為樣品的質量（本實驗中樣品質量為0.5g）

結果分析

降水資料：

降水資料從江蘇省水文局獲得，包括1962～2007年的月降水量和年降水量，1962～2007年年降水量平均值為1022mm（見圖1）。

圖1 歷年降雨量變化

Fig.1Variation of Precipitation From 1962～2007

Zn元素含量與降水變化的關系：

由Zn含量動態變化曲線（見圖2）可知：A組和B組樣品中的Zn含量大體保持在穩定狀態，從1962～2009年，大部分數據在13～21mg/kg之間，只有少數幾年有較大的波動，如1972和1987年。1972年和1987的降雨量為1279.6mm和1377.9mm，稍高于平均值的降水量，能促進植物從土壤中吸收Zn元素，所以1972年、1975年和1987年樣品中積累的Zn含量值高于其他年份。從1983～1986年，兩組樣品中Zn元素的含量差距逐漸縮小；從1986～1992年，兩組樣品中的Zn元素含量則基本接近，這段時間內，降水量有很大的波動，而樣品中的Zn元素含量差距卻沒有太多變化，表明Zn在年輪中的積累受降水的影響不大，Zn在樹木中的積累強度還是主要由植物本身的特性或者其他環境因素來決定，這種特性需要進一步研究才能夠了解。

圖2 Zn含量動態變化

Fig.2 Content Fluctuated Curve of Zn

Pb元素含量與降水變化的關系：

圖3 Pb含量動態變化

Fig.3 Content Fluctuated Curve of Pb

由Pb含量動態變化曲線（見圖3）可知：A組樣品中Pb含量的最大值分別出現在1975年、1977年和1979年，這三年的降水量分別為1338.9mm、1160.2mm和956.9mm，降水量在年平均量附近，適宜植物生長；而1976年、1978年的降水量只有891.77mm和534.0mm，尤其是1978年的降水量明顯偏低，相應地樣品中Pb大幅度下降；1991年南京的降雨量為1825.8mm，遠超過了年平均量1022mm，充足的降水使得Pb元素不易在土壤中累積，伴隨著雨水的沖刷，通過化石燃料燃燒釋放進入大氣的Pb元素含量也隨之下降，植物從土壤或者從大氣中吸收的Pb的量就相對減少，導致所測得積累在樣品中的Pb元素含量也就處于一個低水平狀態；A組和B組樣品在1999年樹木Pb積累量都為最低，一方面是降雨量少影響植物生長，另一方面隨著時間的推移環境質量也在不斷改善。

樣品中測得的Pb元素含量偏高，證明土壤重金屬有較多的來源。由于棲霞山周邊有大量的石化、汽車、電子、建材工業區，山體周圍還有公路、鐵路交通網絡，企業和交通工具排放的含Pb污染物經過大氣干濕沉降后輸入到土壤中，是造成樣品中Pb含量偏高的最可能原因。

此外棲霞山鉛、鋅、銀礦床是長江下游地區最大的鉛鋅銀多金屬礦床。長年的采礦活動導致山體內部下陷，降水在流經地表時容易經土壤間隙滲漏進入地下礦區，滲漏的水流同時也會淋溶部分土壤和土壤中的重金屬元素進入地下，也會使樣品中Pb含量偏高。

結論與討論

結論：

降水量對不同元素吸收的影響。樹木在不同年份對同一種元素的吸收量不同，在同一年對不同元素的吸收也同樣存在差異。外界環境的影響使得年輪對重金屬的吸收出現峰值和谷值，造成了樣品中的重金屬元素含量上下波動，其中降水對元素含量波動的影響較為明顯。降水因素很容易影響植物對大氣和土壤中Pb元素的吸收強度，而對Zn元素的影響則不大。

棲霞山重金屬來源與變化。棲霞山重金屬主要有兩大來源，即：歷史開礦活動和周圍工業污染。但是隨著時間的推移，兩種重金屬含量都逐漸趨于平穩，說明森林內部抵御外界的污染能力越來越強，另一方面國家對工礦企業的搬遷與污染整治也起到一定作用。

討論：

本文是對樹木年輪中重金屬含量與環境變化，尤其是降水變化關系的一個初步性探索，選取鄉土樹種刺楸作為樣本也是一次探索性的試驗。

在實際應用過程中，由于不同的立地條件，植物對重金屬元素的吸收和累積情況是非常復雜的。以降水為例，降水對植物吸收重金屬元素的影響主要有三個方面：降水量過多，導致大氣和土壤中的重金屬元素隨著降水進入地下水源，難以在土壤表層累積，植物對重金屬元素的富集量自然就下降，并且過多的降水會導致植物根系呼吸作用下降，對重金屬元素的吸收也減少；降水量適宜，植物代謝正常，尤其是根系呼吸作用正常，保證其對重金屬元素的充分吸收；降水量過少，使得環境中的重金屬元素難以被溶解，或者處于難以被吸收的絡合物狀態，植物對重金屬元素的富集量也會降低，與此同時植物代謝下降，根系的呼吸作用也隨之下降，對環境中重金屬元素的吸收也降低。

（作者單位：南京棲霞山風景名勝區

管理處）

[1]蘇繼申，趙永艷.南京棲霞山風景區色葉樹種資源的利用與保護[J].南京林業大學學報，2003.03

[2]聶瑞麗，羅海江，趙承義.北京市大氣污染動態變化的樹木年輪分析[J].中國環境監測，2001.08

[3]劉 婷，王汝成等.南京棲霞山鉛鋅礦山中的現代鈣華：一種高度富鋅和錳的方解石[J].中國科學，2009