洛陽市城區(qū)雪松松針鉛含量空間分布

楊國海，田耀武

（河南科技大學(xué) 林學(xué)院，河南 洛陽 471003）

洛陽市城區(qū)雪松松針鉛含量空間分布

楊國海，田耀武

（河南科技大學(xué) 林學(xué)院，河南 洛陽 471003）

通過對洛陽市城區(qū)居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、風(fēng)景區(qū)4種功能類型區(qū)中的11個采樣點中的10～15年生雪松松針（SA）、地面落針（SB）和20～30年生雪松松針（SC）、地面落針（SD）中重金屬Pb含量的測定，分析了洛陽市城區(qū)大氣中Pb污染現(xiàn)狀。結(jié)果表明：洛陽市城區(qū)雪松松針Pb含量平均為1.606mg/kg，屬重金屬輕度污染；居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、工業(yè)區(qū)、風(fēng)景區(qū)雪松松針Pb含量差異顯著，表現(xiàn)為工業(yè)區(qū)＞居民區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞風(fēng)景區(qū)；松針中Pb含量主要受冶煉、工業(yè)廢氣、汽車尾氣排放等人為活動因素影響。雪松松針Pb含量分異性可以客觀反映城市不同區(qū)域內(nèi)大氣Pb污染程度，這為城市環(huán)境保護研究提供了新方法，值得推廣使用。

雪松松針；鉛含量；洛陽城區(qū)；空間分布

城市是人類聚居和活動的重要場所，是人類對環(huán)境干擾最集中、最強烈、最頻繁的地方。工業(yè)“三廢”的排放、汽車尾氣、城市垃圾和人類活動等因素的加劇，城市大氣、土壤和植被中的鉛含量有增加的趨勢［1］，城市成為重金屬空氣污染和生態(tài)環(huán)境破壞嚴重的區(qū)域之一。重金屬和部分微量元素可通過根部、葉片、降雨等途徑進入植物體內(nèi)，但高等植物根部吸收量只占很少一部分，大部分為葉片從空氣中直接吸收［2］。城市大氣中的重金屬既可以被植物吸收通過食物鏈進入人體［3－6］，也可通過揚塵進入人體，危害人體健康［7－9］。植物葉片可富集多種重金屬元素，其含量與樹木所處的環(huán)境密切相關(guān)［10］。所以植物葉片重金屬含量可以指示大氣環(huán)境污染程度，利用植物葉片的這種指示作用可以評價生態(tài)評價環(huán)境質(zhì)量。20世紀70年代洛陽市主城區(qū)主干道大規(guī)模栽種雪松（Cedrus deodara），雪松已成為洛陽市園林綠地中常綠優(yōu)勢樹種。本研究通過調(diào)查洛陽市城區(qū)雪松松針鉛含量分布差異性，分析洛陽市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，為城市綠化及重金屬的生態(tài)調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 研究地區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

洛陽市位于河南省西部，地處111°08′－112°59′E、33°35′－35°05′N，北亞熱帶向暖溫帶過渡的氣候帶，氣候溫和，光、熱、水資源豐富。大陸性季風(fēng)氣候明顯，年平均氣溫12.0～14.7℃，年均降雨量532～851 mm［11］，年均日照時數(shù)2 291.6h。洛陽是中國重要的重工業(yè)城市之一。重金屬污染源主要來自工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、施工揚塵和汽車輪胎磨損產(chǎn)生的大量有害氣體和粉塵等。近年來城市大氣中Pb等重金屬污染物含量呈急劇上升趨勢。

1.2 樣品采集

確定工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)、居民區(qū)、風(fēng)景區(qū)4類城市功能區(qū)，在4個功能區(qū)內(nèi)設(shè)置11個采樣點：火車站廣場（A，商業(yè)區(qū)）、牡丹廣場西（B，居民區(qū)）、周山森林公園（C，風(fēng)景區(qū)）、東花壇（D，居民區(qū)）、牡丹公園南（E，商業(yè)區(qū)）、谷水東（F，居民區(qū)）、張古洞（G，風(fēng)景區(qū)）、中國一拖廠區(qū)（H，工業(yè)區(qū)）、財會學(xué)院北（I，居民區(qū)）、九都新村（J，居民區(qū)）、唐宮路（K，商業(yè)區(qū)），每個采樣點面積控制在0.5km2之內(nèi)。2010年1月1－5日在采樣點內(nèi)分別從雪松的上、中、下部分別摘取和收集行道樹和庭院10～15年生雪松松針（SA）、地面落針（SB）和20～30年生雪松松針（SC）、地面落針（SD）4種類型松針樣品各300g，充分混合。

1.3 樣品測定

去除樣針中土跡和附著顆粒物，用自來水沖洗3次，去離子水沖洗2次，70℃烘干48h，將烘干后的樣品剪碎，稱量3g左右置入硝化管中，加入5ml濃硝酸（超級純），浸泡過夜，將溫度升至80℃消解1h，在120～130℃消解24h，冷卻定容［12］，用ICP－AES分析Pb含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

測定結(jié)果采用SAS 8.0統(tǒng)計軟件進行ANOVA方差分析、Pearson相關(guān)分析和單項污染指數(shù)分析，見式（1）［13］。

式中：C——污染指數(shù)；Cm——采樣點植物葉片的重金屬實測值；CK——對照區(qū)對應(yīng)植物的重金屬實測值，一般選取污染較輕的采樣點作為對照。本文選擇周山森林公園雪松松針的Pb含量作為對照。污染等級評價方法見表1。

表1 單項污染指數(shù)及評價等級［14］

2 結(jié)果與分析

2.1 松針鉛含量

洛陽市城區(qū)雪松松針Pb平均含量是1.606 4 mg/kg（表2），中國一拖廠區(qū)附近污染較為突出，Pb含量達2.344mg/kg（圖1）。工業(yè)生產(chǎn)、車流量、人類活動、植被覆蓋等對松針Pb含量有很大影響，植被很豐富車流量少的周山森林公園污染程度最輕，據(jù)調(diào)查該地區(qū)位于洛陽高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)孫旗屯鄉(xiāng)境內(nèi)，公園面積達720hm2，核心區(qū)面積15hm2。豐富的植被覆蓋改善了該地區(qū)及洛陽市的生態(tài)環(huán)境。這充分說明，葉片的含鉛量除了和工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、輪胎磨損等有關(guān)外，和人為活動、施工揚塵、周邊的植被覆蓋率也有明顯關(guān)系。

表2 洛陽市城區(qū)雪松松針重金屬Pb平均含量（2010年1月）

2.2 污染指數(shù)

單項污染指數(shù)法可以評價雪松松針Pb污染程度，也即植物的大氣污染指數(shù)。通過植物的大氣污染指數(shù)可間接進行大氣質(zhì)量等級評價。為了進行比照，本研究選擇使用污染較輕的周山森林公園作為對照區(qū)，其松針Pb含量為0.903 1mg/kg。

11個采樣點分布在洛陽市不同的城市功能區(qū)內(nèi)，代表不同的人類活動類型。洛陽市11個采樣點松針鉛含量污染指數(shù)（表3）表明：洛陽市主城區(qū)中有1處屬于中度污染，有8處屬于輕度污染，有3處屬于無污染，未見有鉛重污染和嚴重污染的區(qū)域。洛陽市周山森林公園、東花壇、唐宮路的鉛污染程度很小，僅有極個別區(qū)域因為臨時情況而出現(xiàn)鉛中度污染。不存在鉛重污染或嚴重污染，這說明采樣點所在區(qū)域的空氣質(zhì)量無嚴重污染。同時也說明，為了改善洛陽城區(qū)生態(tài)環(huán)境，洛陽市在治理和改善城市環(huán)境質(zhì)量方面付出的努力有了明顯的回報。

表3 洛陽市城區(qū)Pb污染指數(shù)及評價等級

2.3 Pb含量分異性

SA松針Pb含量最高為中國一拖廠區(qū)（2.224 mg/kg），最低為周山森林公園風(fēng)景區(qū)（0.939mg/kg），其含量為中國一拖廠區(qū)的42.2%；SB松針Pb含量最高為中國一拖廠區(qū)（2.417mg/kg），最低為周山森林公園風(fēng)景區(qū)（0.895mg/kg），其含量為中國一拖廠區(qū)的37.0%；SC松針Pb含量最高為牡丹廣場西（2.274mg/kg），最低為周山森林公園風(fēng)景區(qū)（0.807mg/kg），其含量僅為牡丹廣場西的35.4%；SD松針Pb含量最高為中國一拖廠區(qū)（2.673mg/kg），最低為周山森林公園風(fēng)景區(qū)（0.969mg/kg），其含量為中國一拖廠區(qū)的36.2%（圖1）。

所有類型的松針Pb含量中，周山森林公園Pb含量最低，其平均含量為0.903 1mg/kg。而中國一拖廠區(qū)附近Pb含量在SA、SB、SD三種類型松針中含量最高，其平均含量為2.344 3mg/kg。只有在SC中是牡丹廣場西含量最高。造成這個結(jié)果的原因可能和實驗條件的差異有關(guān)。如采樣松針清洗與未清洗，采樣時間等均能對研究結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響。

圖1 11個采樣點不同松針種類Pb含量

研究區(qū)域間鉛含量差異顯著，并且Pb含量總體趨勢是工業(yè)區(qū)＞居民區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞風(fēng)景區(qū)（圖2）。

Pb及其化合物是一種不可降解的環(huán)境污染物。鉛是構(gòu)成地殼的元素之一，含量約為13mg/kg。全世界每年消耗鉛量約為400萬t，僅有1/4回收利用，其余大部分以不同形式污染環(huán)境。

圖2 各采樣區(qū)域Pb平均含量分布

鉛污染來源廣泛，主要來自冶煉、汽車廢氣和汽車輪胎磨損，以及制造和使用鉛制品的工礦企業(yè)，如蓄電池、鑄造合金、電纜包鉛、油漆、顏料、農(nóng)藥、陶瓷、塑料、輻射防護等企業(yè)。汽車使用的含鉛汽油中常加入四乙基鉛作為防爆劑，汽油燃燒時四乙基鉛分解為無機鉛鹽及鉛的氧化物，隨汽車尾氣排出，成為城市鉛污染的重要來源。相關(guān)研究中不同地區(qū)Pb含量的分異性見表4。鉛污染來源除了以上因素外，還和施工揚塵、植被覆蓋率等因素密切相關(guān)。

表4 不同城市植物葉片中Pb含量

3 結(jié)論

（1）洛陽城區(qū)雪松松針重金屬Pb含量均表現(xiàn)為落地松針＞樹上松針，壯齡松針＞幼齡松針。說明植物葉片重金屬Pb的含量可能和植物生長的年限有關(guān)，植物葉片所含重金屬Pb有富集效應(yīng)。

（2）采樣點間Pb含量差異顯著，松針類型間Pb含量差異顯著，并且研究區(qū)域總體呈現(xiàn)：工業(yè)區(qū)＞居民區(qū)＞商業(yè)區(qū)＞風(fēng)景區(qū)。這說明空氣含鉛量除了和工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、輪胎磨損等因素有關(guān)外，和施工揚塵、人為活動、周邊的植被覆蓋率也有明顯關(guān)系。

（3）通過研究認為市區(qū)常綠綠化植物雪松松針中重金屬Pb富積量是監(jiān)測和評價城市大氣重金屬污染的重要科學(xué)數(shù)據(jù)，植物葉片的重金屬污染可以指示大氣污染程度。

［1］Otvos S E，Pazmandi T，Tuba Z.First national survey of atmospheric heavy metal deposition in Hungary by the analysis of mosses［J］.Science of the Total Environment，2003，309：151－160.

［2］Reimann C，Koller F，Kashulina G，et al.Influence of extreme pollution on the inorganic chemical composition of some plants［J］.Environmental Pollution，2001，115：239－252.

［3］陳懷滿.土壤－植物系統(tǒng)中的重金屬污染［M］.北京：科學(xué)出版社，1996.

［4］李天杰.土壤環(huán)境學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1995.

［5］何振立.污染及有益元素的土壤化學(xué)平衡［M］.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1998.

［6］管東升，陳玉娟，阮國標.廣州城市及近郊土壤重金屬含量特征及人類活動的影響［J］.中山大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，40（4）：93－96.

［7］Staglini W M，Doelman P，Salomons W，et al.Chemical time bombs：predicting the unpredictable［J］.Environment，1991，33：4－301.

［8］Konsten C J M，ter Meulen－Smidt G R B，Stigliani W M.Summary of the workshop on delayed effects of chemical in soils and sediments（chemical time bombs）with emphasis the Scandinavian region［J］.Applied Geochemistry，1993，12：295－2991.

［9］Chen T B，Wong J W C，Zhou H Y，et al.Assessment of trace metal distribution and contamination in surface soil of Hongkong［J］.Environ mental Pollution，1997，96：61－68.

［10］Lau O W，Luk S F.Leaves of Bauhinia blakeana as indicators of atmospheric pollution in Hong Kong［J］.Atmospheric Environment，2001，35：3113－3120.

［11］洛陽年鑒編纂委員會.洛陽年鑒［S］.北京：中華書局，2000.

［12］劉志彥，陳桂珠，田耀武.不同水稻品系幼苗對砷（As）的耐性、吸收及轉(zhuǎn)運［J］.生態(tài)學(xué)報，2008，28（7）：3228－3235.

［13］王崇臣，黃忠臣.北京市區(qū)植物葉片鉛鎘污染現(xiàn)狀［J］.北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2008，24（3）：23－29.

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

［15］陳學(xué)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(guān)系［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，1997，10（1）：45－47.

［16］邱媛，管東生，陳搖華，等.惠州市植物葉片和葉面降塵的重金屬特征［J］.中山大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，46（6）：98－103.

［17］莊樹宏，王克明.城市大氣重金屬（Pb，Cd，Cu，Zn）污染及其在植物中的富積［J］.煙臺大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)與工程版，2000，13（1）：31－37.

［18］殷云龍，駱永明，張?zhí)伊郑?南京市城鄉(xiāng)公路蜀檜葉片中金屬元素和氮、硫含量分析［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（5）：929－932.

［19］梁鴻霞，翟通德，陳中蘭，等.南充市區(qū)綠化植物葉片重金屬元素含量及其大氣污染評價［J］.西華師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2006，27（4）：435－438.

［20］馬躍良，賈桂梅，王云鵬，等.廣州市區(qū)植物葉片重金屬元素含量及大氣污染評價［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，14（6）：28－30.

［21］馬躍良，賈桂，王云鵬，等.廣州市區(qū)植物葉片重金屬元素含量及大氣污染評價［J］.城市環(huán)境與城市生態(tài)，2001，14（6）：28－30.

［22］胡星明，王麗平，李愷，等.城市交通大氣與土壤重金屬對小蠟生物富集作用的影響［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（5）：154－157.

［23］甄宏.沈大高速公路旁糧食和水果中重金屬污染特征研究［J］.氣象與環(huán)境學(xué)報，2008，24（3）：1－5.

［24］趙承易，戚琦，季海冰，等.北京交通干道旁楊樹葉中重金屬和硫的測定及大氣污染狀況的研究［J］.北京師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，37（6）：795－799.

［25］Kord B，Mataji A，Babaie S.Pine（Pinus eldaricaMedw.）needles as indicator for heavy metals pollution［J］.International Journal of Environmental Science and Technology，2010，7：79－84.

［26］王成，郄光發(fā)，楊穎，等.高速林帶對車輛尾氣重金屬污染的屏障作用［J］.林業(yè)科學(xué)，2007，43（3）：1－7.

［27］Onder S，Dursun S.Air borne heavy metal pollution of Cedrus libani（A.Rich）in the city centre of Konya（Turkey）［J］.Atmospheric Environment，2006，40：1122－1133.

Spatial Distribution of Pb Concentration in Cedar（Cedrus deodara）Needles in the Center of Luoyang City

YANG Guo－h(huán)ai，TIAN Yao－wu
（College of Forestry，Henan University of Science and Technology，Luoyang，He'nan471003，China）

The concentrations of Pb accumulated by air pollution in the cedar（Cedrus deodara）tree needles from the center Luoyang City were measured.The needle samples were collected from 4types of trees（SA：needles from 10～15－year－old trees，SB：fallen needles on the ground from 10～15－year－old trees，SC：needles from 20～30－years－old，and SD：fallen needles on the ground from 20～30－years－old）from 11different locations with different degrees of metal pollution（residential，industrial，commercial and scenic regions）.Concentrations of Pb were determined for types and sampling regions.Results showed that average value of Pb concentrations in the cedar tree needles was 1.606mg/kg，and the city was slightly polluted by Pb.There were significant differences in the Pb among residential region，commercial region，industrial region and scenic region，and decreased in the order of industrial region＞commercial region and residential region＞scenic region.The spatial variability of test heavy metals in cedar needles was mainly affected by the industrial discharge of the metals.The concentration of Pb in cedar tree needles can objectively and better indicate the air environmental pollution of heavy metals.It has been proved that this method is a good way in environmental protection by means of using the concentrations of heavy metals in cedar tree needles.

cedar tree needle；Pb concentration；center of Luoyang City；spatial distribution

S718.45；X131

A

1005－3409（2011）06－0252－04

2011－04－12

2011－07－17

河南科技大學(xué)博士科研基金（09001445）

楊國海（1989－），男，云南人，主要從事生態(tài)學(xué)及林業(yè)遙感研究。E－mail：hkdyangguohai＠126.com

田耀武（1975－），男，河南人，主要從事森林生態(tài)學(xué)及重金屬污染研究。E－mail：tianyaowu＠126.com