楊國(guó)海，田耀武

（河南科技大學(xué) 林學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003）

洛陽(yáng)市城區(qū)雪松松針鉛含量空間分布

楊國(guó)海，田耀武

（河南科技大學(xué) 林學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471003）

通過(guò)對(duì)洛陽(yáng)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(lèi)型區(qū)中的11個(gè)采樣點(diǎn)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(cè)定，分析了洛陽(yáng)市城區(qū)大氣中Pb污染現(xiàn)狀。結(jié)果表明：洛陽(yáng)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(chē)尾氣排放等人為活動(dòng)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(hù)研究提供了新方法，值得推廣使用。

雪松松針；鉛含量；洛陽(yáng)城區(qū)；空間分布

城市是人類(lèi)聚居和活動(dòng)的重要場(chǎng)所，是人類(lèi)對(duì)環(huán)境干擾最集中、最強(qiáng)烈、最頻繁的地方。工業(yè)“三廢”的排放、汽車(chē)尾氣、城市垃圾和人類(lèi)活動(dòng)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(shì)［1］，城市成為重金屬空氣污染和生態(tài)環(huán)境破壞嚴(yán)重的區(qū)域之一。重金屬和部分微量元素可通過(guò)根部、葉片、降雨等途徑進(jìn)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(guò)食物鏈進(jìn)入人體［3－6］，也可通過(guò)揚(yáng)塵進(jìn)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(shù)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(píng)價(jià)生態(tài)評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量。20世紀(jì)70年代洛陽(yáng)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(yáng)市園林綠地中常綠優(yōu)勢(shì)樹(shù)種。本研究通過(guò)調(diào)查洛陽(yáng)市城區(qū)雪松松針鉛含量分布差異性，分析洛陽(yáng)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(yáng)市位于河南省西部，地處111°08′－112°59′E、33°35′－35°05′N(xiāo)，北亞熱帶向暖溫帶過(guò)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(shí)數(shù)2 291.6h。洛陽(yáng)是中國(guó)重要的重工業(yè)城市之一。重金屬污染源主要來(lái)自工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣、施工揚(yáng)塵和汽車(chē)輪胎磨損產(chǎn)生的大量有害氣體和粉塵等。近年來(lái)城市大氣中Pb等重金屬污染物含量呈急劇上升趨勢(shì)。

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(lèi)城市功能區(qū)，在4個(gè)功能區(qū)內(nèi)設(shè)置11個(gè)采樣點(diǎn)：火車(chē)站廣場(chǎng)（A，商業(yè)區(qū)）、牡丹廣場(chǎng)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(guó)一拖廠區(qū)（H，工業(yè)區(qū)）、財(cái)會(huì)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(gè)采樣點(diǎn)面積控制在0.5km2之內(nèi)。2010年1月1－5日在采樣點(diǎn)內(nèi)分別從雪松的上、中、下部分別摘取和收集行道樹(shù)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(lèi)型松針樣品各300g，充分混合。

1.3 樣品測(cè)定

去除樣針中土跡和附著顆粒物，用自來(lái)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(jí)純），浸泡過(guò)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(cè)定結(jié)果采用SAS 8.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行ANOVA方差分析、Pearson相關(guān)分析和單項(xiàng)污染指數(shù)分析，見(jiàn)式（1）［13］。

式中：C——污染指數(shù)；Cm——采樣點(diǎn)植物葉片的重金屬實(shí)測(cè)值；CK——對(duì)照區(qū)對(duì)應(yīng)植物的重金屬實(shí)測(cè)值，一般選取污染較輕的采樣點(diǎn)作為對(duì)照。本文選擇周山森林公園雪松松針的Pb含量作為對(duì)照。污染等級(jí)評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表1。

表1 單項(xiàng)污染指數(shù)及評(píng)價(jià)等級(jí)［14］

2 結(jié)果與分析

2.1 松針鉛含量

洛陽(yáng)市城區(qū)雪松松針Pb平均含量是1.606 4 mg/kg（表2），中國(guó)一拖廠區(qū)附近污染較為突出，Pb含量達(dá)2.344mg/kg（圖1）。工業(yè)生產(chǎn)、車(chē)流量、人類(lèi)活動(dòng)、植被覆蓋等對(duì)松針Pb含量有很大影響，植被很豐富車(chē)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(yáng)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)孫旗屯鄉(xiāng)境內(nèi)，公園面積達(dá)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(yáng)市的生態(tài)環(huán)境。這充分說(shuō)明，葉片的含鉛量除了和工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣、輪胎磨損等有關(guān)外，和人為活動(dòng)、施工揚(yáng)塵、周邊的植被覆蓋率也有明顯關(guān)系。

表2 洛陽(yáng)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(xiàng)污染指數(shù)法可以評(píng)價(jià)雪松松針Pb污染程度，也即植物的大氣污染指數(shù)。通過(guò)植物的大氣污染指數(shù)可間接進(jìn)行大氣質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)。為了進(jìn)行比照，本研究選擇使用污染較輕的周山森林公園作為對(duì)照區(qū)，其松針Pb含量為0.903 1mg/kg。

11個(gè)采樣點(diǎn)分布在洛陽(yáng)市不同的城市功能區(qū)內(nèi)，代表不同的人類(lèi)活動(dòng)類(lèi)型。洛陽(yáng)市11個(gè)采樣點(diǎn)松針鉛含量污染指數(shù)（表3）表明：洛陽(yáng)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(wú)污染，未見(jiàn)有鉛重污染和嚴(yán)重污染的區(qū)域。洛陽(yáng)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(gè)別區(qū)域因?yàn)榕R時(shí)情況而出現(xiàn)鉛中度污染。不存在鉛重污染或嚴(yán)重污染，這說(shuō)明采樣點(diǎn)所在區(qū)域的空氣質(zhì)量無(wú)嚴(yán)重污染。同時(shí)也說(shuō)明，為了改善洛陽(yáng)城區(qū)生態(tài)環(huán)境，洛陽(yáng)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(bào)。

表3 洛陽(yáng)市城區(qū)Pb污染指數(shù)及評(píng)價(jià)等級(jí)

2.3 Pb含量分異性

SA松針Pb含量最高為中國(guó)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(guó)一拖廠區(qū)的42.2%；SB松針Pb含量最高為中國(guó)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(guó)一拖廠區(qū)的37.0%；SC松針Pb含量最高為牡丹廣場(chǎng)西（2.274mg/kg），最低為周山森林公園風(fēng)景區(qū)（0.807mg/kg），其含量?jī)H為牡丹廣場(chǎng)西的35.4%；SD松針Pb含量最高為中國(guó)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(guó)一拖廠區(qū)的36.2%（圖1）。

所有類(lèi)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(guó)一拖廠區(qū)附近Pb含量在SA、SB、SD三種類(lèi)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(chǎng)西含量最高。造成這個(gè)結(jié)果的原因可能和實(shí)驗(yàn)條件的差異有關(guān)。如采樣松針清洗與未清洗，采樣時(shí)間等均能對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響。

圖1 11個(gè)采樣點(diǎn)不同松針?lè)N類(lèi)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(shì)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(wàn)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(lái)源廣泛，主要來(lái)自冶煉、汽車(chē)廢氣和汽車(chē)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(hù)等企業(yè)。汽車(chē)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(shí)四乙基鉛分解為無(wú)機(jī)鉛鹽及鉛的氧化物，隨汽車(chē)尾氣排出，成為城市鉛污染的重要來(lái)源。相關(guān)研究中不同地區(qū)Pb含量的分異性見(jiàn)表4。鉛污染來(lái)源除了以上因素外，還和施工揚(yáng)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(yáng)城區(qū)雪松松針重金屬Pb含量均表現(xiàn)為落地松針＞樹(shù)上松針，壯齡松針＞幼齡松針。說(shuō)明植物葉片重金屬Pb的含量可能和植物生長(zhǎng)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(diǎn)間Pb含量差異顯著，松針類(lèi)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(shuō)明空氣含鉛量除了和工業(yè)生產(chǎn)、汽車(chē)尾氣、輪胎磨損等因素有關(guān)外，和施工揚(yáng)塵、人為活動(dòng)、周邊的植被覆蓋率也有明顯關(guān)系。

（3）通過(guò)研究認(rèn)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(cè)和評(píng)價(jià)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。

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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(guó)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