延安大學校園植物葉片鎘污染的現狀分析

牛志睿，劉學敏，蔣習映，李 樂

(延安大學 能源與環境工程學院，陜西 延安 716000)

鎘(Cadmium，Cd)是常見的環境和工業污染物之一［1－3］。其毒性強、移動性大、污染高，是一種能在人體和環境中長期蓄積的有毒重金屬物質。大氣中的鎘主要來源于冶煉、采礦和汽車尾氣［4］，而城市以及公路兩側地區鎘污染則主要源于汽車尾氣［5，6］，該區域的植物可以通過葉片和根系吸收或者吸附大氣中的鎘［7，8］，并運輸到植物體的各部分。因此，測定植物體中含鎘量可用來指示環境中的鎘污染程度，在一定程度上反映了該地區大氣中鎘的含量［9］。本文以延安大學校園作為采樣區域，進行植物小刺柏葉片鎘污染狀況的研究，引入單項污染指數法分析和鑒別環境污染程度［10］，以此指示延安大學校園的大氣環境質量。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

火焰原子吸收分光光度計(AA—6300C，日本島津儀器有限公司);高效植物樣品粉碎機(KX－11A，濟南科翔實驗有限公司);鋁箔(天津市科密歐化學試劑開發中心);電熱鼓風干燥箱(上海－恒科學儀器有限公司，DHG－9070A);超純水器(UPT－Ⅱ－10T/L型優普系列超純水器，成都超純科技有限公司);電子天平ALB－224(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司);超純水(UPT－Ⅱ－10T/L型優普系列超純水器制備，成都超純科技有限公司);硝酸(優級純，開封東大化工有限公司試劑廠);高氯酸(優級純，天津市科密歐化學試劑有限公司);鎘粉(光譜純，天津科密歐化學試劑開發中心)。

1.2 樣品采集

以延安大學校園道路兩側用于綠化的小刺柏作為采樣對象，設置4個采樣線路:圣地路延大路段7個采樣點;附中前路段4個采樣點;玉章樓前路段2個采樣點;文匯山2個采樣點，作為對照。

在同一株小刺柏用不銹鋼剪刀剪取兩份葉片樣品，一份裝在聚乙烯塑料袋中;另一份用鋁箔包裹并置于聚乙烯塑料袋中。

采樣前10日內未有降雨過程;在每個采樣點對10株以上葉片進行了采集以使樣品具有普遍性。采集樣品量要滿足需要，經制備后，至少有30g干重樣品。新鮮樣品按含80% ～90%的水分計算所需樣品量。

1.3 樣品預處理

清洗:將裝在聚乙烯塑料袋中的樣品先用自來水反復沖洗多次直至其上的附著物完全被清洗掉，再用去離子水沖洗3次，涼干后用鋁箔包裹。

烘干:將均用鋁箔包裹的兩種樣品放入鼓風干燥箱中，先在115℃下殺青半小時，之后在60℃下干燥2天，直至恒重。

粉碎:用粉碎機把烘干的樣品進行粉碎;之后用60目的標準檢驗篩過篩，裝入密封袋，置于干燥器中保存。

消解(硝酸－高氯酸濕灰化法)［11］:稱取約1.5000g上述試樣于250mL錐形瓶中，放入玻璃珠，加入30mL混合酸消解液(硝酸+高氯酸:4+1，體積比)，加蓋表面皿，浸泡過夜，次日在可調式電熱板上加熱消解，消解直至濃白煙出現，隨后減少，冷卻。再加5mL混合酸繼續加熱消解，消解直至白煙出現，隨后減少，消解液呈無色透明或略顯黃色為止，冷卻。然后用稀HNO3溶解殘渣、過濾不溶性物質，移入50mL容量瓶，用去離子水定容。同時進行全過程試劑空白實驗。表1為不同采樣地點所采集小刺柏葉片的測定樣品的平均質量。

1.4 測定方法

樣品采用標準加入法測定［12，13］，AA—6300C 型火焰原子吸收分光光度計鎘測定的工作參數見表2。

表1 小刺柏葉片的測定樣品平均質量 單位:g

表2 鎘測定的工作參數

1.5 計算方法

式中:m—待測試樣中鎘的質量，μg;W—稱量試樣的重量，kg。

2 結果與討論

2.1 植物葉片的鎘含量分析

延安大學校園植物小刺柏采樣點以及對照區葉片鎘含量的測定結果如表3所示，采樣點以及對照區植物小刺柏葉片平均鎘含量對比見圖4。

測定結果表明:三個采樣點的總鎘量、葉片內可溶性鎘量以及葉片表面吸附的鎘均高于清潔對照區。

2.2 污染狀態的評價(單項污染指數法、累積指數法)

利用單項污染指數法可以評價葉片受重金屬污染的狀態［9］，即植物的大氣污染指數，并間接進行大氣質量等級評價，計算污染指數的公式為:

式中:C—污染指數;

Cm—采樣點植物葉片的重金屬實測值;

Ck—對照區對應植物的重金屬實測值。Ck為文匯山采樣區葉片上的平均鎘含量，單項污染指數及其對應的空氣質量等級評價如表4所示。

表3 采樣點植物小刺柏葉片鎘含量的測定結果

圖1 采樣點植物小刺柏葉片平均鎘含量對比

表4 單項污染指數及其污染評價等級

累積指數Igeo來定量評價沉積物中的重金屬的污染程度，間接進行大氣質量等評價，等級評價如表5所示，其計算公式為:

式中:Cn—為元素的實測含量;

Bn—為該元素的背景含含量。

表5 累積評級指數及其污染評價等級

對采樣區小刺柏葉片平均鎘含量的單項污染指數及其污染評價等級進行評價，結果如表6所示。通過表6可知，圣地路路段和附中前路段屬于中度污染，玉章樓路段屬于輕度污染。

表6 采樣區小刺柏葉片平均鎘含量的污染評價結果

2.3 實驗結果分析及討論

通過表3可以看出三個采樣點的葉片的總的鎘含量平均值要高于清潔區域(文慧山)，其中圣地路的含量最高是清潔區域的2.7倍，附中前區域是清潔區域的近2.5倍，玉章樓路段是清潔區域的1倍還多，除此以外，三個采樣區域植物葉片內的可溶性鎘，即清洗樣中所測得的鎘元素含量也遠高于清潔區域。包裹樣與清洗樣的差值即為葉片表面吸附的鎘，揚塵大的圣地路區域的表面粘附量最大，而其它揚塵量較小的區域表面粘附的量較小，清潔區域的粘附量最小，說明小刺柏葉片表面對于污染物的粘附能力主要取決于所處區域的揚塵大小，同時植物葉片的表面積也影響了它對于污染物的吸附。

由采樣區小刺柏葉片平均鎘含量的污染評價結果表6可以看出，單項污染指數和累積評級指數法所反映的污染評價結果相同，可見主要用于測定土壤中污染物含量的累積評級指數法應用于測定植物樣品中的重金屬污染物含量具有一定的可行性，可以推斷，采樣點周圍的土壤中鎘的含量也較高。

根據對延安大學校園植物葉片鎘含量的測定結果，各采樣地點的樣品中鎘含量均高于清潔對照區。結合延安大學校園的交通環境分析可知，圣地路區域的鎘元素含量高主要是由于圣地路延安大學段是延安市的交通要道，每天都有大量的車輛經過，機動車輛所產生的尾氣量是造成其鎘元素含量過高的主要原因;附中前路段是逸夫樓、職工家屬區、以及延安大學窯苑賓館的必經之路，來往車輛密集，汽車尾氣排放量也較大，且附近有施工現場，其揚塵也易造成鎘金屬污染;玉章樓路段在代賢樓(實驗樓)附近，為教學區，過往車輛較少，污染較輕?？傮w而言，延安大學校園大氣環境中無嚴重鎘污染。

3 結論

延安大學校園各采樣區的鎘含量均高于清潔對照區，但未出現嚴重鎘污染狀況;主要交通樞紐、車輛停靠區域屬于中度污染。這說明汽車排放的尾氣及城市建筑施工過程造成了一定程度的大氣鎘污染，為凈化校園大氣環境應采取如下措施:

(1)加強校園機動車輛管理，減少校園車流量，從源頭上降低污染的產生。

(2)在校園尤其是校園道路兩側多種植一些對大氣鎘污染物質具有一定的吸收凈化能力的園林綠化樹種，比如吸鎘量較高的樹種［14，15］:美青楊、桑樹、旱柳、榆樹、梓樹、刺槐。

(3)在日常生活中，學校應該多給花草噴灌、給道路灑水，因為局域濕度大可有效降低或捕捉浮塵，從而降低了空氣中鎘的含量，也能達到凈化校園空氣的效果。

(4)加強學校校園大氣污染監測，可及時發現污染問題，以便采取措施，把慢性危害和不可見危害減致最低限度。

［1］孔慶瑚.環境鎘污染對人體健康的影響.浙江省醫學科學院學報，2001，12(1):122.

［2］WHO，Cadmium.Evaluation of certain additives and contaminants Geneva:WHO，1989.

［3］Nordberg G，Jin T，Kong Q.Biological monitoring of cadmium exposure and renal effects in a population group residing in a polluted area in China.Sci Total Environ，1997，16:199－114.

［4］WLAUO，LUKSF.Atmospheric Environment［J］.2001，35:113－3120.

［5］陳學澤，謝耀堅，彭重華.城市植物葉片金屬元素含量與大氣污染的關系［J］.城市環境與城市生態，1997，10(1):45－47.

［6］常衛民，陳誠.104國道江蘇段公路兩側重金屬污染現狀調查［J］.能源環境保護，2009，23(3):43－46.

［7］莊樹宏，王克明.緘市大氣重金屬(Pb、Cd、Cu、Zn)污染及其在植物中的富積［J］.煙臺大學學報(自然科學與工程版)，2001，13(1):32－37.

［8］李寒娥，李秉滔.交通環境與城市行道樹重金屬鉛和鎘的關系［J］.交通環保，2001，22(5):10－14.

［9］王愛霞，張敏，方炎明等.樹葉中重金屬含量及其指示大氣污染的研究［J］.林業科技開發，2008，22(4):38－41.

［10］馬躍良，賈桂梅，王云鵬等.廣州市區植物葉片重金屬元素含量及其大氣污染評價［J］.城市環境與城市生態，2001，14(6):28－30.

［11］姜虎生，湯潔，劉麗.城市公路兩側樹葉鉛、鎘含量的測定［J］.甘肅科學學報，2008，20(4):48－50.

［12］GB/T17141－1997.土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法［S］.

［13］GB/T14609－2008.糧油檢驗、谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測定火焰原子吸收光譜法［S］.

［14］劉艷菊，丁輝.植物對大氣污染的反應與城市綠化［J］.植物學通報，2001，18(5):577－586.

［15］陳玉梅，王思麒，羅言云.基于抗重金屬鉛、鎘污染的城市道路綠化植物配置研究［R］.北方園藝，2010(8):92－95.