隨著蘇南地區(qū)的工業(yè)化和城市化進(jìn)程加快，各城市對(duì)自然資源的需求量和消耗量在不斷增加，并且在開采、運(yùn)輸、利用資源的過(guò)程中排放各種污染物。這些污染物構(gòu)成了典型的城市復(fù)合型污染，給自然生態(tài)系統(tǒng)的維持以及社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)極大困難和挑戰(zhàn)。近年來(lái)，以研究污染物排放種類、途徑和濃度為主要內(nèi)容的常規(guī)監(jiān)測(cè)體系都得到了不斷完善和發(fā)展，積累了豐厚的資料，對(duì)環(huán)境污染的治理也起到重要指導(dǎo)作用。然而，由于受到監(jiān)測(cè)手段和技術(shù)水平的限制，區(qū)域重金屬含量變化的連續(xù)性資料仍舊匱乏[2]。

對(duì)大部分木本植物而言，環(huán)境中的重金屬能在樹木生理活動(dòng)作用下通過(guò)植物組織的運(yùn)輸累積在木質(zhì)部中，并且相對(duì)穩(wěn)定地存在。在對(duì)樹木年輪定年的基礎(chǔ)上分析逐個(gè)（或某個(gè)時(shí)間段）年輪中的元素含量，便可以獲得樹木生長(zhǎng)環(huán)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(zhǎng)環(huán)境和植物本身特性高度相關(guān)，所以可以通過(guò)不同生長(zhǎng)時(shí)期年輪中重金屬含量來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境的變化。探索較長(zhǎng)時(shí)間范圍內(nèi)重金屬元素連續(xù)變化的規(guī)律，以此推測(cè)地區(qū)的歷史環(huán)境質(zhì)量的變化，為生態(tài)環(huán)境修復(fù)提供理論依據(jù)。

材料與方法

研究區(qū)概況：

棲霞山位于南京東北郊，距市區(qū)約20km，北距長(zhǎng)江僅1.5km，山體呈東北至西南走向。土壤類型為發(fā)育在石灰?guī)r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?qū)儆诒眮啛釒駶?rùn)氣候。棲霞山蘊(yùn)藏豐富的鉛、鋅、銀等礦藏資源，棲霞鉛-鋅礦始建于20世紀(jì)60年代，開采方式為坑采和露采，70年代改為地下開采，生產(chǎn)規(guī)模由小到大逐步發(fā)展，幾十年的礦石開采導(dǎo)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、?？?、榆科、松科、樟科等組成，小營(yíng)盤地區(qū)主要樹種有刺楸、構(gòu)樹、麻櫟、楓香、山胡椒等，其中刺楸優(yōu)勢(shì)地位明顯。

研究方法：

樣品的采集與處理。在南京棲霞山小營(yíng)盤地區(qū)（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(gè)具有較強(qiáng)代表性的調(diào)查區(qū)，每個(gè)調(diào)查區(qū)設(shè)樣地一塊，每塊樣地長(zhǎng)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(shù)為8。用WINDENDROTM2005a年輪掃描儀測(cè)定年輪寬度，并進(jìn)行交叉定年；用不銹鋼錐從定年的路徑處挖取木質(zhì)部，分別編號(hào)，用粉碎機(jī)粉碎樣品成粉末狀，通過(guò)40目篩孔，分別放入離心管內(nèi)；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(jīng)過(guò)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(fā)射光譜測(cè)定年輪中Pb與Zn元素的含量[3]。

分析計(jì)算。重金屬元素含量（mg/kg）= V/M0

式中： 為測(cè)得待測(cè)液的濃度

V為消煮后溶液定容的體積（本實(shí)驗(yàn)中溶液定容的體積為25mL）

M0為樣品的質(zhì)量（本實(shí)驗(yàn)中樣品質(zhì)量為0.5g）

結(jié)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(guān)系：

由Zn含量動(dòng)態(tài)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(wěn)定狀態(tài)，從1962～2009年，大部分?jǐn)?shù)據(jù)在13～21mg/kg之間，只有少數(shù)幾年有較大的波動(dòng)，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(jìn)植物從土壤中吸收Z(yǔ)n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??；從1986～1992年，兩組樣品中的Zn元素含量則基本接近，這段時(shí)間內(nèi)，降水量有很大的波動(dòng)，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(qiáng)度還是主要由植物本身的特性或者其他環(huán)境因素來(lái)決定，這種特性需要進(jìn)一步研究才能夠了解。

圖2 Zn含量動(dòng)態(tài)變化

Fig.2 Content Fluctuated Curve of Zn

Pb元素含量與降水變化的關(guān)系：

圖3 Pb含量動(dòng)態(tài)變化

Fig.3 Content Fluctuated Curve of Pb

由Pb含量動(dòng)態(tài)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(xiàn)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(zhǎng)；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(yīng)地樣品中Pb大幅度下降；1991年南京的降雨量為1825.8mm，遠(yuǎn)超過(guò)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(guò)化石燃料燃燒釋放進(jìn)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(duì)減少，導(dǎo)致所測(cè)得積累在樣品中的Pb元素含量也就處于一個(gè)低水平狀態(tài)；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(zhǎng)，另一方面隨著時(shí)間的推移環(huán)境質(zhì)量也在不斷改善。

樣品中測(cè)得的Pb元素含量偏高，證明土壤重金屬有較多的來(lái)源。由于棲霞山周邊有大量的石化、汽車、電子、建材工業(yè)區(qū)，山體周圍還有公路、鐵路交通網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)和交通工具排放的含Pb污染物經(jīng)過(guò)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(zhǎng)江下游地區(qū)最大的鉛鋅銀多金屬礦床。長(zhǎng)年的采礦活動(dòng)導(dǎo)致山體內(nèi)部下陷，降水在流經(jīng)地表時(shí)容易經(jīng)土壤間隙滲漏進(jìn)入地下礦區(qū)，滲漏的水流同時(shí)也會(huì)淋溶部分土壤和土壤中的重金屬元素進(jìn)入地下，也會(huì)使樣品中Pb含量偏高。

結(jié)論與討論

結(jié)論：

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

棲霞山重金屬來(lái)源與變化。棲霞山重金屬主要有兩大來(lái)源，即：歷史開礦活動(dòng)和周圍工業(yè)污染。但是隨著時(shí)間的推移，兩種重金屬含量都逐漸趨于平穩(wěn)，說(shuō)明森林內(nèi)部抵御外界的污染能力越來(lái)越強(qiáng)，另一方面國(guó)家對(duì)工礦企業(yè)的搬遷與污染整治也起到一定作用。

討論：

本文是對(duì)樹木年輪中重金屬含量與環(huán)境變化，尤其是降水變化關(guān)系的一個(gè)初步性探索，選取鄉(xiāng)土樹種刺楸作為樣本也是一次探索性的試驗(yàn)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，由于不同的立地條件，植物對(duì)重金屬元素的吸收和累積情況是非常復(fù)雜的。以降水為例，降水對(duì)植物吸收重金屬元素的影響主要有三個(gè)方面：降水量過(guò)多，導(dǎo)致大氣和土壤中的重金屬元素隨著降水進(jìn)入地下水源，難以在土壤表層累積，植物對(duì)重金屬元素的富集量自然就下降，并且過(guò)多的降水會(huì)導(dǎo)致植物根系呼吸作用下降，對(duì)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(duì)重金屬元素的充分吸收；降水量過(guò)少，使得環(huán)境中的重金屬元素難以被溶解，或者處于難以被吸收的絡(luò)合物狀態(tài)，植物對(duì)重金屬元素的富集量也會(huì)降低，與此同時(shí)植物代謝下降，根系的呼吸作用也隨之下降，對(duì)環(huán)境中重金屬元素的吸收也降低。

（作者單位：南京棲霞山風(fēng)景名勝區(qū)

管理處）

[1]蘇繼申，趙永艷.南京棲霞山風(fēng)景區(qū)色葉樹種資源的利用與保護(hù)[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.03

[2]聶瑞麗，羅海江，趙承義.北京市大氣污染動(dòng)態(tài)變化的樹木年輪分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2001.08

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