銀杏樹輪中的鉛元素對(duì)山東臨沂環(huán)境變化的指示

段芋竹 趙興云 楊德菊 張衛(wèi)國(guó)

摘要：為了解近些年來山東省臨沂市環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化情況，選取臨沂市銀杏樹輪為研究材料，將采自城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊的3組樣品經(jīng)過室內(nèi)處理及消解后，用石墨爐原子吸光光度計(jì)測(cè)定臨沂市1969—2013年間銀杏樹輪中的鉛含量，分析城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊的鉛含量變化情況。結(jié)果表明：城區(qū)銀杏樹輪中的鉛含量高于近郊，近郊高于遠(yuǎn)郊，說明城區(qū)污染程度最大，其次為近郊，遠(yuǎn)郊污染程度最小。結(jié)合臨沂市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等情況，分析每組樣品鉛含量變化的可能原因：一方面可能受橫向遷移的影響；另一方面可能受經(jīng)濟(jì)發(fā)展等社會(huì)因素以及汽車尾氣等人為因素的影響。

關(guān)鍵詞：臨沂市；銀杏樹輪；鉛元素；環(huán)境變化

中圖分類號(hào)： S792.95文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

文章編號(hào)：1002-1302（2016）08-0474-03

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，環(huán)境污染問題日益凸顯，大量污染元素進(jìn)入環(huán)境中，威脅生態(tài)環(huán)境，影響人類健康[1-2]。為此，人類必須充分了解環(huán)境污染歷史，分析環(huán)境動(dòng)態(tài)變化原因，制定合理的環(huán)保政策，減少環(huán)境污染。樹輪具有定年準(zhǔn)確、時(shí)間分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，早已廣泛應(yīng)用于示蹤環(huán)境污染歷史、了解污染元素在環(huán)境中運(yùn)移特征的研究中，現(xiàn)已成為重建環(huán)境歷史變化的重要工具之一[3-6]。在國(guó)際上，有關(guān)學(xué)者利用樹輪資料展開環(huán)境污染研究始于20世紀(jì)60年代初[7]；Lepp于1975年首次提出樹輪化學(xué)的概念[7-8]。我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始利用樹輪開展環(huán)境研究，經(jīng)過30余年的不斷發(fā)展，取得豐碩的研究成果[9-11]。進(jìn)入21世紀(jì)，樹輪化學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，其在監(jiān)測(cè)環(huán)境污染方面的作用也越來越突出[12-14]。

臨沂市境內(nèi)銀杏樹數(shù)量多、樹齡長(zhǎng)，對(duì)臨沂市近些年來的環(huán)境狀況有很好的記錄。本研究旨在通過測(cè)定臨沂市銀杏樹輪中的鉛含量，了解近些年來臨沂市環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化情況，并對(duì)臨沂市目前的環(huán)境狀況作出分析，以期為有關(guān)部門改善臨沂市環(huán)境污染狀況提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1研究地概況

臨沂市位于山東省東南部，地處34°22′～36°12′N、117°25′～119°11′E之間，地貌類型復(fù)雜，地勢(shì)西北高、東南低[15]；屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季變化明顯，年均降水量680～860 mm，集中于夏季，年平均氣溫12.0～13.3 ℃，年日照時(shí)間2 289 h[16]；該地面積17 191.21 km2，人口1 090.4萬人（截至2013年），是山東省面積最大、人口最多的地級(jí)市[17-18]。

臨沂市工業(yè)發(fā)展迅速，大量工業(yè)廢棄物被排放到環(huán)境中，加上龐大的物流行業(yè)，使臨沂市成為北方最大的商品集散地，該地貨運(yùn)汽車頻繁進(jìn)出，私家車數(shù)量迅速增多，大量汽車尾氣被排放到環(huán)境中，環(huán)境污染問題較為突出。

1.2樣品采集與測(cè)定方法

1.2.1樹輪樣品的采集與處理于2014年4月在臨沂市城區(qū)（C）、近郊（J）、遠(yuǎn)郊（Y）采集銀杏樹輪樣本。城區(qū)采樣點(diǎn)位于濱河路與蒙山大道交匯處東南方向、祊河右岸的銀杏園林；近郊采樣點(diǎn)位于聚財(cái)六路與濱河路交匯處以東、祊河右岸；遠(yuǎn)郊采樣點(diǎn)位于郯城縣新村鄉(xiāng)、沂河左岸。城區(qū)、近郊各采集5株銀杏樹，遠(yuǎn)郊采集4株，用生長(zhǎng)錐（12 mm）在每株樹的南、北2個(gè)方向，離地面約1 m部位各采集1個(gè)樣芯，每株樹采集2個(gè)樣芯，3個(gè)采樣點(diǎn)共采集28個(gè)樣芯。為減少不同樣芯間的交叉污染，每采完1個(gè)樣芯對(duì)生長(zhǎng)錐進(jìn)行清洗，將采集的樣芯放入紙筒中，并編號(hào)。

將樣芯放于陰涼通風(fēng)處自然風(fēng)干后，用白乳膠固定在樣槽中，用砂紙細(xì)致打磨直至年輪清晰可見。將打磨好的樣芯放在顯微鏡下初步定年，然后放在年輪寬度測(cè)量?jī)x上測(cè)量年輪寬度。根據(jù)測(cè)量結(jié)果，每個(gè)采樣點(diǎn)分別選擇樣芯年輪界限較為清晰、年輪寬度相對(duì)較大的2株銀杏樹（共4個(gè)樣芯）作為研究對(duì)象。本研究主要探討臨沂市近年來環(huán)境中重金屬鉛的含量變化，所以每個(gè)樣芯取1969—2013年的年輪作為研究對(duì)象。由于每年的樹輪寬度較小，對(duì)每個(gè)樣芯按年輪線采取每3年切割1段作為1個(gè)樣品，并對(duì)同一株銀杏樹輪的南、北不同樣芯的相同年份樹輪切割樣品進(jìn)行混合，并將混合的樣品按時(shí)間先后從1至15依次編號(hào)。再將樣品置于80 ℃恒溫箱中烘干，然后用球磨儀將樣品粉碎，放于干燥器皿中保存待測(cè)。樣品切割年份與對(duì)應(yīng)編號(hào)以及采樣點(diǎn)基本信息詳見表1。

[JP3]1.2.2重金屬元素鉛的測(cè)定稱取0.1 g（精確至0.000 2 g）樣品于50 mL聚四氟乙烯坩堝中，加入10 mL鹽酸，在電熱板上進(jìn)[CM（25]行低溫（100[KG3]℃以下）加熱，使樣品初步分解；蒸發(fā)至

2結(jié)果與分析

2.1城區(qū)銀杏樹輪中鉛元素含量變化的分析

從圖1-a可以看出，城區(qū)不同樣品之間鉛含量在1969—2007年的變化趨勢(shì)大致相同；而2007—2013年C1樣品鉛含量先明顯升高，后稍微減小，C2樣品鉛含量持續(xù)降低。

1969—1983年城區(qū)銀杏樹輪中鉛含量維持在較高水平，但略有下降，可能是因?yàn)楫?dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)初步發(fā)展，基本沒有環(huán)保意識(shí)，含鉛工業(yè)廢物無節(jié)制地被排放到環(huán)境中而造成污染，而且此階段居民取暖基本靠燃煤，由于煤炭中含有鉛元素[19]，燃煤過程中使其中的鉛釋放到環(huán)境中，增加了環(huán)境中的鉛含量，使銀杏樹輪中的鉛含量維持在較高水平。此階段受文化大革命的影響，許多企業(yè)處于停產(chǎn)、半停產(chǎn)的狀態(tài)。同時(shí)，劉禹等研究表明，樹輪中的微量元素可以在樹輪中發(fā)生橫向遷移[12，20-21]。受樹輪化學(xué)元素橫向遷移的影響，鉛元素可能遷移到以前形成的樹輪中，從而增加樹輪中的鉛含量，因此距今越遠(yuǎn)，相對(duì)含量越高，而呈現(xiàn)出略有下降的趨勢(shì)。1983—1992年鉛含量呈升高趨勢(shì)，可能是因?yàn)榇穗A段正處于臨沂工業(yè)發(fā)展的第一階段（1978—1992年），其間國(guó)家政策放寬，所有制結(jié)構(gòu)開始完善，工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展活躍，“三廢”排放增多，加劇環(huán)境污染，鉛含量呈增長(zhǎng)狀態(tài)。1992—2004年鉛含量總體呈降低狀態(tài)，該時(shí)段包含臨沂工業(yè)發(fā)展的第二階段（1992—2002年），但是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的環(huán)保意識(shí)逐漸建立，至1994年全區(qū)共制定有關(guān)環(huán)保的文件35份，并投入大量資金用于污染治理。除此之外，還可能受橫向遷移的影響。2004—2010年鉛含量呈升高態(tài)勢(shì)，可能是因?yàn)榕R沂市批發(fā)及物流行業(yè)的發(fā)展，大大增加了進(jìn)出臨沂市的汽車數(shù)量；同時(shí)私家車數(shù)量不斷增多，數(shù)據(jù)顯示，轎車數(shù)量從2004年的14.45萬輛增長(zhǎng)到2010年的30.6萬輛。臨沂市汽車數(shù)量迅速增加，排放大量汽車尾氣，而汽車尾氣是空氣中鉛的重要來源，從而加劇了環(huán)境中鉛含量。此外，工業(yè)發(fā)展對(duì)鉛含量的變化也有影響。2010—2013年鉛含量呈現(xiàn)減少的趨勢(shì)，主要有2個(gè)原因：（1）汽車無鉛汽油以及天然氣的使用，減少了汽車尾氣鉛排放；（2）國(guó)家環(huán)保政策的完善以及環(huán)保力度的加大，大大減少了環(huán)境污染。

2.2近郊銀杏樹輪中鉛元素含量變化的分析

由圖1-b可以看出，近郊不同樣品之間鉛含量變化趨勢(shì)基本吻合，1972—1977年都出現(xiàn)了明顯升高趨勢(shì)，1978—1992年鉛含量變化相對(duì)平穩(wěn)，1993—2004年變化波動(dòng)較大，2005—2013年J2樣品鉛含量變化波動(dòng)較J1樣品明顯，但基本變化趨勢(shì)相同。

近郊銀杏樹輪中鉛含量顯示，除1975—1977年以外，1969—2007年與城區(qū)鉛含量變化趨勢(shì)基本吻合，主要變化原因與城區(qū)相似，主要受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、橫向遷移的影響。在2007—2013年，鉛含量變化趨勢(shì)與城區(qū)相反，2007—2010年呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，主要原因可能是近郊采樣點(diǎn)緊靠臨沂新建北城區(qū)，此階段污染企業(yè)外遷，減少了環(huán)境污染。2010—2013年呈升高態(tài)勢(shì)，主要原因可能是北城新區(qū)建成，人口迅速增多，汽車數(shù)量迅速增加，而無鉛汽油并非完全不含鉛，雖然單車鉛排放量較少，但是由于汽車數(shù)量多，總體鉛排放量較大，導(dǎo)致環(huán)境中的鉛不斷增多。

2.3遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中鉛元素含量變化的分析

由圖1-c可以看出，遠(yuǎn)郊不同樣品鉛含量總體較低，甚至在Y1樣品中有5個(gè)年段內(nèi)未檢測(cè)出鉛，在Y2樣品中有2個(gè)年段內(nèi)未檢測(cè)出鉛。

1969—2010年，遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中的鉛含量變化與近郊基本吻合，而在1969—2007年鉛含量變化原因與近郊相似，主要還是受經(jīng)濟(jì)發(fā)展、橫向遷移的影響。2007—2013年，鉛含量持續(xù)降低原因一方面主要是鉛污染企業(yè)（鉛蓄電池等企業(yè)）的外遷，大大減少了鉛的排放；另一方面隨著環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，加大了對(duì)廢舊鉛蓄電池的回收力度，減少了環(huán)境污染。

2.4城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中鉛元素含量變化對(duì)比分析

由圖1-d可以明顯看出，除1975—1977年近郊銀杏樹輪中的鉛含量高于城區(qū)外，城區(qū)銀杏樹輪中的鉛含量均高于近郊，近郊均高于遠(yuǎn)郊。城區(qū)銀杏樹輪中的鉛含量平均值為2 034 μg/kg，近郊為1 534 μg/kg，遠(yuǎn)郊為360 μg/kg。城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中的鉛含量同樣受到橫向遷移的影響，造成鉛含量相差較大的原因主要是人為因素?？梢姵菂^(qū)環(huán)境污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于近郊及遠(yuǎn)郊，而城區(qū)又是人口最密集的區(qū)域，因此要減少環(huán)境污染，應(yīng)加大對(duì)城區(qū)環(huán)境的保護(hù)力度。近郊相對(duì)城區(qū)污染較小，而比遠(yuǎn)郊污染程度要大得多，因而也要加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)與治理。遠(yuǎn)郊雖然污染較輕，但并非沒有污染，也要注重環(huán)境保護(hù)，避免環(huán)境污染加劇。

根據(jù)對(duì)城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中鉛含量變化趨勢(shì)及來源的對(duì)比與分析可知，要多方面加強(qiáng)對(duì)環(huán)境的保護(hù)，減少環(huán)境污染。工業(yè)“三廢”的隨意排放是導(dǎo)致環(huán)境嚴(yán)重污染的重要原因，要合理優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)及高效益、低污染的新興產(chǎn)業(yè)，減少甚至取締重污染企業(yè)，加大對(duì)環(huán)境的保護(hù)力度。隨著臨沂市批發(fā)和物流行業(yè)的發(fā)展，以及私家車的迅速增加，汽車尾氣成為臨沂市空氣中鉛的重要來源之一，要鼓勵(lì)公民使用無鉛汽油和天然氣，以減少汽車尾氣的鉛排放量。同時(shí)，應(yīng)加大環(huán)保宣傳，普及環(huán)保知識(shí)，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，提高公民環(huán)保參與度，這也是有效降低環(huán)境中鉛含量的有效措施。

3結(jié)論

本研究分析了過去45年來臨沂市城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊的銀杏樹輪中的鉛含量變化歷史，得到以下結(jié)論：（1）城區(qū)銀杏樹輪中的鉛含量高于近郊，近郊高于遠(yuǎn)郊，說明城區(qū)污染程度大于近郊，近郊污染程度大于遠(yuǎn)郊；（2）城區(qū)、近郊、遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中的鉛含量水平雖不相同，但是變化趨勢(shì)相近，均是隨著時(shí)間的向后推移呈現(xiàn)出整體降低的趨勢(shì)，可能受橫向遷移的影響；（3）城區(qū)、近郊以及遠(yuǎn)郊銀杏樹輪中的鉛含量變化趨勢(shì)與臨沂市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、汽車尾氣排放、環(huán)保事業(yè)等密切相關(guān)。

參考文獻(xiàn)：

[1]秦普豐，劉麗，侯紅，等. 工業(yè)城市不同功能區(qū)土壤和蔬菜中重金屬污染及其健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（7）：1668-1674.

[2]王宏鑌，束文圣，藍(lán)崇鈺. 重金屬污染生態(tài)學(xué)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，25（3）：596-605.

[3]雷梅，郭立新，張山嶺. 年輪化學(xué)示蹤技術(shù)及在重現(xiàn)礦區(qū)重金屬污染歷史中的應(yīng)用[J]. 地理科學(xué)進(jìn)展，2011，30（1）：114-120.

[4]彭劍峰，李國(guó)棟，李玲玲. 西大別山小林海黃山松樹輪寬度的氣候意義[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（7）：1857-1862.

[5]張同文，袁玉江，魏文壽，等. 開都河流域天山樺樹輪寬度年表的建立及其氣候響應(yīng)[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（9）：3034-3042.

[6]曠遠(yuǎn)文，周國(guó)逸，溫達(dá)志. 珠江三角洲馬尾松年輪中S的環(huán)境指示意義[J]. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，30（2）：1-7.

[7]Schroeder H A，Balassa J J. Cadmiunm：uptake by vegetables from superphosphate and soil[J]. Science，1963；140（3568）：819-820.

[8]Lepp N W. The potential of tree-ring analysis for monitoring heavy mental pollution patterns[J]. Environmental Pollution，1975；9（1）：49-61.

[9]錢君龍. 樹木年輪中化學(xué)元素含量和環(huán)境相關(guān)性研究[J]. 地理科學(xué)，1985，5（1）：55-59.[ZK）]

[10]張繼舟，呂品，王立民，等. 大興安嶺森林土壤重金屬含量空間變異與污染評(píng)價(jià)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2015，34（3）：810-819.