不同環(huán)境中樹葉的磁學(xué)性質(zhì)及其對大氣環(huán)境污染的指示

李　勇

(安徽科技學(xué)院 電氣與電子工程學(xué)院，安徽 鳳陽　233100)

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不同環(huán)境中樹葉的磁學(xué)性質(zhì)及其對大氣環(huán)境污染的指示

李勇

(安徽科技學(xué)院 電氣與電子工程學(xué)院，安徽 鳳陽233100)

為了研究樹葉的磁學(xué)性質(zhì)對大氣環(huán)境污染的指示作用，對安徽省鳳陽縣城、水泥廠和石英砂廠生長的楊樹葉及在鳳陽縣城生長的銀杏樹、梧桐樹等樹葉的磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量。結(jié)果顯示樹葉樣品中主要磁性礦物都是磁鐵礦，粒徑較大；但不同環(huán)境生長的楊樹葉中磁性礦物含量存在差異，由高到低依次排列為水泥廠、鳳陽縣城、石英砂廠，指示水泥廠大氣環(huán)境污染較鳳陽縣城和石英砂廠嚴(yán)重。進(jìn)一步分析還發(fā)現(xiàn)在鳳陽縣城采集的楊樹、銀杏樹、梧桐樹等樹葉樣品中磁性礦物含量各不相同，其中銀杏樹葉中磁性礦物含量高于楊樹和梧桐樹樹葉。利用樹葉磁學(xué)參數(shù)能監(jiān)測大氣環(huán)境污染，但不同樹種樹葉的磁學(xué)參數(shù)對大氣環(huán)境污染的指示作用存在差異。

樹葉；磁學(xué)性質(zhì)；大氣環(huán)境污染

0　引　言

圖1　采樣點位置分布圖Fig.1　Distribution map of sampling locations

隨著城市化進(jìn)程的加快，人類生產(chǎn)和生活排放出來的顆粒污染物越來越多，對大氣環(huán)境和人類的身體健康都產(chǎn)生了極大的威脅。20世紀(jì)80年代，有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)在被污染的大氣顆粒物中存在磁性顆粒，通過測量其磁學(xué)參數(shù)能追蹤污染物來源，并提出應(yīng)用磁學(xué)方法來監(jiān)測大氣污染[1]。與傳統(tǒng)的化學(xué)分析法相比，磁學(xué)方法具有經(jīng)濟(jì)、快速和靈敏度高等特點，因此磁學(xué)方法在大氣、土壤等環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，并取得了大量成果[2-5]。隨著研究深入，近年來有學(xué)者通過測量被汽車尾氣和鋼鐵廠降塵污染樹葉的磁學(xué)參數(shù)來研究現(xiàn)代交通和工業(yè)生產(chǎn)對大氣環(huán)境的影響，揭示樹葉磁學(xué)參數(shù)與大氣環(huán)境污染的關(guān)系[4-5]。MATZKA等人研究發(fā)現(xiàn)，公路兩旁白樺樹葉磁化率值的高低主要受控于白樺樹到公路之間的距離，對單棵樹而言，面向公路的白樺樹葉磁化率值較高，但降雨對白樺樹葉表面磁性物質(zhì)的聚集存在影響[6]。MORENO等人通過對于不同種類樹葉磁學(xué)參數(shù)的研究，發(fā)現(xiàn)長青樹Quercus ilex的磁化率值明顯高于其它種類的樹葉，生長在交通密集區(qū)和鐵路附近的樹葉磁性顆粒含量高，粒徑大，而生長在遠(yuǎn)離道路的樹葉磁性顆粒的含量和粒徑均顯著減小[7]。HANESCH等人通過對鋼鐵廠土壤和楓樹葉的磁化率比較研究，發(fā)現(xiàn)二者均在鋼鐵廠出現(xiàn)異常磁化率，表明可以利用植物樹葉進(jìn)行工業(yè)污染源的指示[8-11]。由于樹葉能通過表面蠟質(zhì)層吸附來自大氣中的磁性顆粒物并進(jìn)行積累[6]，因此，樹葉的磁學(xué)性質(zhì)能反映一定時期內(nèi)大氣環(huán)境污染狀況。已有的研究主要是以同一種環(huán)境中同一種樹葉的磁學(xué)參數(shù)隨空間的變化關(guān)系來揭示污染的空間分布特征。本文選擇安徽省鳳陽縣縣城、水泥廠和石英砂廠等不同環(huán)境中生長的同一種楊樹葉作為研究對象，這些樹葉被不同工業(yè)降塵和城市降塵污染，通過對比不同環(huán)境中的同一種樹葉的磁學(xué)參數(shù)，探索樹葉磁學(xué)參數(shù)對不同大氣環(huán)境污染的指示作用。同時，通過對比生長在鳳陽縣城同一環(huán)境中的楊樹、銀杏樹、梧桐樹等不同種類樹葉的磁學(xué)參數(shù)來研究不同種類樹葉對同一區(qū)域大氣環(huán)境污染的指示作用。

1　樣品采集與測量

鳳陽縣位于安徽省東北部，與蚌埠市、淮南市接壤，全縣東西長74.6 km，南北寬49.6 km，總面積1 949.5 km2，總?cè)丝?4.9萬人。鳳陽縣處于亞熱帶向暖溫帶交替的過渡地帶，氣候濕潤，年平均氣溫為14.9 ℃，年平均降雨量為904.4 mm。鳳陽縣的工業(yè)主要有石英砂工業(yè)和水泥工業(yè)，其中石英砂企業(yè)主要分布在大廟鎮(zhèn)和劉府鎮(zhèn)，水泥企業(yè)主要分布在劉府鎮(zhèn)和西泉鎮(zhèn)，現(xiàn)在縣城內(nèi)沒有大型生產(chǎn)企業(yè)。

本文在鳳陽縣城內(nèi)的綠化區(qū)采集了楊樹、銀杏樹、梧桐樹等樹葉樣品各20個(圖1)，在鳳陽縣石英砂廠內(nèi)和水泥廠內(nèi)采集楊樹葉樣品各20個，采樣時沿樹的各方向進(jìn)行采集；另外，在水泥廠楊樹葉表面用毛刷收集了部分降塵顆粒物樣。樣品采集時間為2013年10月，每一個樣品的采集點都離道路、煙囪較遠(yuǎn)，石英砂廠內(nèi)樹葉樣和水泥廠內(nèi)樹葉樣由于受廠內(nèi)降塵影響，葉面顆粒物較多，縣城內(nèi)綠化區(qū)樹葉樣表面顆粒物相對較少。在采樣前近一個月時間內(nèi)采樣地區(qū)沒有降雨，采樣時用人字梯采集離地高2～3 m、生長在樹枝最外面與大氣充分接觸的老樹葉。

樣品采下來后用封口塑料袋裝好帶回實驗室，將三個采樣點的楊樹葉樣品分成兩份，一份不清洗，一份用蒸餾水清洗三次，然后將所有樣品放入40 ℃的恒溫烘箱內(nèi)烘干，碾碎，裝入8 cm3的立方體塑料盒中，進(jìn)行磁學(xué)參數(shù)測量。首先用MFK1-FA卡帕橋測量所有樹葉樣品的體積磁化率(κ)、低頻磁化率(χL)和高頻磁化率(χH)，經(jīng)質(zhì)量校正后計算樣品的質(zhì)量磁化率(χ)和頻率磁化率(χfd=(χL-χH)/χL)；再將樹葉樣品放在D-2000交變退磁儀上獲得非磁滯剩磁，其中交變磁場峰值設(shè)置為100 mT，穩(wěn)定直流磁場設(shè)置為0.05 mT，然后用JR-6A旋轉(zhuǎn)磁力儀測量非磁滯剩磁值(ARM)，并計算出非磁滯剩磁磁化率(χARM)；用IM10-30脈沖磁化儀在300 mT和1 000 mT的脈沖磁場中讓樹葉樣品獲得等溫剩磁(IRM300mT)和飽和等溫剩磁(SIRM)，根據(jù)測量結(jié)果計算樣品的磁化系數(shù)(S300=IRM300mT/SIRM)，再選代表性樹葉樣品測量等溫剩磁獲得曲線和退磁曲線；利用KLY-4S磁化率儀和CS-3溫度控制系統(tǒng)在氬氣環(huán)境下，測量從樹葉表面收集起來的降塵顆粒物樣品的熱磁曲線(κ-T曲線)；由測量結(jié)果計算樹葉樣品的χARM/χ、χARM/SIRM比值。挑選水泥廠清洗前、后的楊樹葉、鳳陽縣城和石英砂廠清洗后的楊樹葉等樣品，采用ZEISS Axio imager.A2 正置熒光顯微鏡觀察樹葉表面顆粒物分布情況，并采用ZEISS EVO18 掃描電鏡及X射線能譜儀對從水泥廠楊樹葉表面采集的灰塵顆粒物及清洗后楊樹葉內(nèi)部顆粒物的形貌和化學(xué)成分進(jìn)行分析。

樣品磁學(xué)參數(shù)測量在中國地質(zhì)大學(xué)(北京)古地磁學(xué)與環(huán)境磁學(xué)實驗室完成，樣品形貌表征在安徽科技學(xué)院測試中心完成。

2　結(jié)果與分析

通過對鳳陽縣城、水泥廠和石英砂廠楊樹葉的磁學(xué)參數(shù)測量，結(jié)果顯示，反映樹葉樣品中磁性礦物含量的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM的值都較低(表1)，說明三個采樣點楊樹葉中磁性礦物含量都不高。相對而言，水泥廠楊樹葉的χ、SIRM和χARM平均值(4.45×10-8m3·kg-1、6.09×10-4Am2·kg-1、16.36×10-8m3·kg-1)高于鳳陽縣城楊樹葉(3.22×10-8m3·kg-1、4.83×10-4Am2·kg-1、14.25×10-8m3·kg-1)和石英砂廠楊樹葉(2.13×10-8m3·kg-1、3.70×10-4Am2·kg-1、12.90×10-8m3·kg-1)，說明水泥廠楊樹葉樣品中磁性礦物含量高于鳳陽縣城和石英砂廠楊樹葉樣品。表1的數(shù)據(jù)還反映樣品中磁性礦物粒徑大小的磁學(xué)參數(shù)χfd、χARM/SIRM和χARM/χ，三個采樣點楊樹葉的平均值相差不大，其中χfd的平均值都小于3%，χARM/SIRM的平均值都小于6×10-4m/A，χARM/χ的平均值都小于4，指示楊樹葉樣品中的磁性礦物都是較粗的多疇和準(zhǔn)單疇顆粒[11]。楊樹葉樣品的磁化系數(shù)S300測量結(jié)果(表1)顯示，所有楊樹葉的S300都高于90%，表明樹葉樣品中磁性礦物主要是亞鐵磁性礦物。

等溫剩磁獲得曲線和反向場退磁曲線能反映樣品中磁性礦物種類[12]。圖2顯示，鳳陽縣城、水泥廠和石英砂廠楊樹葉代表性樣品在外加磁場300 mT時，等溫剩磁達(dá)到飽和等溫剩磁的95%以上，樣品的剩磁矯頑力Bcr都小于40 mT，說明樹葉樣品中磁性礦物也主要是亞鐵磁性礦物。

表1　不同采樣點楊樹樹葉磁學(xué)參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果

圖2　不同采樣點楊樹樹葉代表性樣品的等溫剩磁獲得曲線和退磁曲線Fig.2　IRM acquisition curves and DC demagnetization curves for representative samples of poplar leaves in different sampling locations

由于樹葉樣品在高溫條件下會燃燒，本文選取從楊樹葉表面收集到的降塵顆粒物樣品進(jìn)行熱磁曲線(κ-T曲線)測量。圖3顯示，當(dāng)溫度升高到250～300 ℃之間時，加熱曲線出現(xiàn)一個小峰值，這種現(xiàn)象在鳳陽縣城表土的κ-T曲線中也存在[13]，可能是樣品中鐵的氫氧化物(如纖鐵礦)在加熱過程中脫水生成磁赤鐵礦引起的[14-15]。當(dāng)樣品被加熱到420～520 ℃之間時，其磁化率值大幅升高，隨后隨著溫度的升高磁化率值開始急劇下降。當(dāng)溫度加熱到590 ℃左右時，樣品的磁化率值下降到接近于零，表現(xiàn)出磁鐵礦的居里溫度，說明樣品的磁化率主要由磁鐵礦控制。樣品的冷卻曲線大幅高于加熱曲線，說明在加熱的過程中有大量磁鐵礦生成。

圖3　樹葉表面灰塵的κ-T曲線Fig.3　κ-T curves for dust on the leaves

為了研究樹葉表面灰塵顆粒物對樹葉樣品磁學(xué)性質(zhì)的影響，將三個采樣點楊樹葉進(jìn)行清洗，然后進(jìn)行磁學(xué)參數(shù)測量，將測量結(jié)果與未經(jīng)清洗的楊樹葉樣品的磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行對比分析，如表2至表4所示。數(shù)據(jù)顯示經(jīng)過清洗后樹葉樣品的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM的平均值都大幅下降，其中鳳陽縣城楊樹葉χ、SIRM和χARM的平均值下降幅度分別為52.5%、44.3%、71.6%，水泥廠楊樹葉χ、SIRM和χARM的平均值下降幅度分別為57.5%、53.0%、61.9%，石英砂廠楊樹葉χ、SIRM和χARM的平均值下降幅度分別為20.6%、31.6%、62.6%。經(jīng)過清洗后三個采樣點楊樹葉的χ、SIRM和χARM值更低且比較接近，說明在不同環(huán)境中生長的楊樹葉中磁性礦物含量相差不大，楊樹葉的磁學(xué)特征主要由其表面灰塵顆粒物來決定，而清洗后楊樹葉的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM的平均值并沒有下降到零，說明還有部分磁性礦物顆粒可能被樹葉表面蠟質(zhì)層所吸附，這一結(jié)論與前人的研究結(jié)果一致[4, 6]。樹葉經(jīng)清洗后，其磁學(xué)參數(shù)χfd、χARM/SIRM和χARM/χ變化不大，且χfd的平均值小于3%，χARM/SIRM的平均值小于6×10-4m/A，χARM/χ的平均值小于4，說明清洗后的樹葉樣品中的磁性礦物還是較粗的多疇和準(zhǔn)單疇顆粒；樹葉樣品的S300也高于90%，說明清洗后的樹葉樣品中磁性礦物主要也是亞鐵磁性礦物。

表2鳳陽縣城楊樹葉清洗前后磁學(xué)參數(shù)對比

Table 2The comparison of magnetic parameters for poplar leaves from the downtown of Fengyang County before and after cleaning

磁學(xué)參數(shù)清洗前樹葉(n=20)范圍平均值清洗后樹葉(n=20)范圍平均值χ/(10-8m3·kg-1)2.23～5.413.221.30～1.851.53SIRM/(10-4Am2·kg-1)3.10～6.574.831.51～3.092.69χARM/(10-8m3·kg-1)6.89～19.9614.253.23～4.714.04χfd/%1.03～2.181.500.39～2.191.14Sratio/%95.0～98.196.795.9～98.796.9(χARM/SIRM)/(10-4mA-1)2.19～5.944.382.13～3.012.74χARM/χ1.73～4.112.881.76～3.312.67

表3水泥廠楊樹葉清洗前后磁學(xué)參數(shù)對比

Table 3The comparison of magnetic parameters for poplar leaves from cement plant before and after cleaning

磁學(xué)參數(shù)清洗前樹葉(n=20)范圍平均值清洗后樹葉(n=20)范圍平均值χ/(10-8m3·kg-1)3.43～6.444.451.21～2.271.89SIRM/(10-4Am2·kg-1)3.57～7.966.091.55～3.512.86χARM/(10-8m3·kg-1)7.67～24.7116.364.31～7.436.24χfd/%0.66～2.871.750.75～3.321.82Sratio/%92.90～98.6095.8092.10～97.3094.20(χARM/SIRM)/(10-4mA-1)2.27～6.645.442.72～4.213.06χARM/χ1.24～4.312.671.79～3.452.83

表4石英砂廠楊樹葉清洗前后磁學(xué)參數(shù)對比

Table 4The comparison of magnetic parameters for poplar leaves from quartz sand plant before and after cleaning

磁學(xué)參數(shù)清洗前樹葉(n=20)范圍平均值清洗后樹葉(n=20)范圍平均值χ/(10-8m3·kg-1)1.88～4.692.131.26～2.081.69SIRM/(10-4Am2·kg-1)2.22～4.053.701.32～3.172.53χARM/(10-8m3·kg-1)4.89～15.8612.903.41～5.654.82χfd/%1.37～3.052.181.14～2.921.84Sratio/%90.60～96.8094.4093.90～98.2096.30(χARM/SIRM)/(10-4mA-1)2.18～5.995.312.34～4.123.63χARM/χ1.75～3.622.941.81～3.192.67

為了研究不同種類樹葉的磁學(xué)參數(shù)對大氣環(huán)境的指示，在鳳陽縣城內(nèi)綠化區(qū)采集了楊樹、銀杏、梧桐樹三種不同種類樹葉，并對三種樹葉樣品的磁學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量，結(jié)果(表5)顯示，三種樹葉中的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM值都較低，說明三種樹葉樣品中磁性礦物含量都較低，但三種樹葉樣品的磁學(xué)參數(shù)值也存在差別，銀杏樹葉的χ、SIRM和χARM的平均值(4.21×10-8m3·kg-1、5.12×10-4Am2·kg-1、15.51×10-8m3·kg-1)高于楊樹葉的平均值(3.22×10-8m3·kg-1、4.83×10-4Am2·kg-1、14.25×10-8m3·kg-1)和梧桐樹葉的平均值(3.18×10-8m3·kg-1、4.39×10-4Am2·kg-1、14.45×10-8m3·kg-1)，說明銀杏樹葉中磁性礦物含量高于其它兩種樹葉樣品。而三種樹葉的χfd、χARM/SIRM和χARM/χ值相差并不大，χfd的平均值低于3%，χARM/SIRM的平均值低于6×10-4m/A，χARM/χ的平均值低于4，反映三種樹葉中磁性礦物是以較粗的準(zhǔn)單疇和多疇顆粒為主。三種樹葉的S300平均值都高于90%，說明三種樹葉中磁性礦物主要是亞鐵磁性礦物。

為了進(jìn)一步研究楊樹葉表面灰塵顆粒濃度對樹葉樣品磁學(xué)性質(zhì)的影響，對清洗前、后的水泥廠楊樹葉、清洗后的鳳陽縣城和石英砂廠楊樹葉樣品進(jìn)行了顯微鏡下觀察(圖4)，未清洗的水泥廠楊樹葉表面存在大量顆粒物(圖4(a)相片中黑點)，粒徑在0.5～72 μm之間，樹葉經(jīng)清洗后，顆粒物數(shù)量大幅減少，但三個采樣點的楊樹葉表面還是存在顆粒物(圖4(b)—(d))，這部分顆粒物被吸附在樹葉內(nèi)部。說明三類楊樹葉樣品的磁學(xué)性質(zhì)主要由其表面灰塵顆粒濃度決定，當(dāng)楊樹葉經(jīng)過清洗后，顆粒物濃度大幅降低，其磁性也變?nèi)?表2—表4)。對水泥廠楊樹葉表面的灰塵顆粒物及清洗后楊樹葉內(nèi)部顆粒物的形貌和化學(xué)成分進(jìn)行分析，結(jié)果顯示，灰塵顆粒物呈粒狀和不規(guī)則粒狀集合體，粒徑在0.3～69 μm之間(圖4(e))，主要含有Ca、Si、Al、Mg、K、S、O、Fe等元素(圖4(f))；清洗后楊樹葉內(nèi)部顆粒物主要呈不規(guī)則的粒狀，粒徑在0.2～11 μm之間(圖4(g))，主要含有Ca、Si、Mg、K、S、O、Cl、Fe等元素(圖4(h))。清洗后楊樹葉內(nèi)部顆粒物的形貌和化學(xué)成分與樹葉表面灰塵樣基本一致，說明樹葉內(nèi)部顆粒物主要來自樹葉表面的灰塵。

表5鳳陽縣城不同種類樹葉磁學(xué)參數(shù)對比

Table 5The comparison of magnetic parameters for different categories of tree leaves from the downtown of FengyangCounty

磁學(xué)參數(shù)楊樹樹葉(n=20)范圍平均值銀杏樹葉(n=20)范圍平均值梧桐樹樹葉(n=20)范圍平均值χ/(10-8m3·kg-1)2.23～5.413.223.16～6.754.212.17～5.273.18SIRM/(10-4Am2·kg-1)3.10～6.574.833.09～7.745.122.87～6.134.39χARM/(10-8m3·kg-1)6.89～19.9614.257.05～21.1915.516.71～19.7514.45χfd/%1.03～2.181.501.10～2.911.820.83～2.411.56Sratio/%95.00～98.1096.7095.40～98.3096.7092.40～97.1094.90(χARM/SIRM)/(10-4mA-1)2.19～5.944.382.25～6.724.122.18～5.684.53χARM/χ1.73～4.112.881.75～3.052.341.37～3.872.46

圖4　樹葉樣品的顯微鏡下照片和SEM圖片((a)、(b)清洗前、后水泥廠楊樹葉；(c)、(d)清洗后鳳陽縣城和石英砂廠楊樹葉；(e)、(f)水泥廠楊樹葉表面灰塵的SEM和EDS；(g)、(h)清洗后水泥廠楊樹葉內(nèi)部顆粒物的SEM和EDS)Fig.4　Microscope photos and SEM images of leaf samples

3　討　論

樹葉生長在大氣環(huán)境中，當(dāng)大氣環(huán)境中顆粒污染物濃度增加，沉降到樹葉表面的顆粒物也就會增加，前人的研究指出污染大氣的顆粒物中存在磁性顆粒[1]，因此，通過測量樹葉的磁學(xué)參數(shù)可以監(jiān)測大氣污染。通過對鳳陽縣城、水泥廠和石英砂廠楊樹葉清洗前后磁學(xué)參數(shù)測量結(jié)果的分析，得出楊樹葉的磁學(xué)性質(zhì)主要由磁鐵礦控制，磁性礦物粒徑較大，磁性礦物含量較低，楊樹葉磁性的強(qiáng)弱主要由其表面灰塵顆粒濃度決定。生長在縣城、水泥廠和石英砂廠等不同環(huán)境中的楊樹葉，其表示樣品中磁性礦物含量的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM值存在差別。

表1的數(shù)據(jù)顯示，水泥廠楊樹葉的χ、SIRM和χARM平均值最高，這主要是由于水泥廠在生產(chǎn)的過程中向外界大氣環(huán)境排放出大量顆粒物。據(jù)統(tǒng)計，2013年我國水泥工業(yè)排放的粉塵量占全國工業(yè)粉塵排放總量的39%，由于水泥廠粉塵中含有大量磁性顆粒，當(dāng)這些粉塵顆粒物通過大氣在地表和樹葉上沉降下來，會改變水泥廠周圍表土和樹葉的磁學(xué)性質(zhì)[16]。水泥廠內(nèi)楊樹葉正是被水泥廠粉塵嚴(yán)重污染，表面灰塵顆粒物明顯多于石英砂廠和縣城楊樹葉，使其磁學(xué)參數(shù)(χ、SIRM和χARM)升高。

石英砂廠在生產(chǎn)的過程中也會產(chǎn)生大量粉塵顆粒物，XRD測量結(jié)果顯示(另有文章單獨討論)，這些粉塵顆粒物主要成分是抗磁性石英，因此，生長在石英砂廠內(nèi)的楊樹葉的磁學(xué)參數(shù)(χ、SIRM和χARM)值比水泥廠和鳳陽縣城略低。

鳳陽縣城楊樹葉主要采自綠化區(qū)，樹葉樣品表面的灰塵顆粒物主要來自大氣降塵，根據(jù)前人的研究結(jié)果[17-19]，城市內(nèi)的降塵由于受機(jī)動車輛尾氣、工業(yè)煙塵以及城內(nèi)居民燃燒化學(xué)燃料所產(chǎn)生的磁性顆粒物的影響，一般磁性礦物含量較高。當(dāng)這些大氣降塵降落到樹葉上或被樹葉吸收，也將改變樹葉原有磁學(xué)性質(zhì)，增加磁性礦物含量。

表1的數(shù)據(jù)顯示鳳陽縣城楊樹葉的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM平均值雖低水泥廠楊樹葉，但高于石英砂廠楊樹葉。將楊樹葉進(jìn)行清洗后，其磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM值都大幅下降，但未降至零(表2—表4)，說明樹葉的磁性強(qiáng)弱主要由樹葉表面的灰塵顆粒物濃度決定，但被樹葉表面蠟質(zhì)層所吸附的含鐵顆粒物對樹葉的磁學(xué)性質(zhì)肯定會有一定的貢獻(xiàn)(圖4(h))，而樹根部向上輸入是否也會對樹葉的磁學(xué)性質(zhì)有影響以及光照強(qiáng)度是否會影響樹葉吸附磁鐵礦的效率，這些還需要深入研究。因此，不同環(huán)境中同一種樹木樹葉的磁學(xué)參數(shù)值能反映局部大氣環(huán)境污染和環(huán)境變化。

在鳳陽縣城內(nèi)同一環(huán)境中生長的楊樹、銀杏樹、梧桐樹等不同種樹木樹葉的磁學(xué)參數(shù)測量結(jié)果(表5)顯示，銀杏樹葉的χ、SIRM和χARM值高于楊樹和梧桐樹，指示不同種樹木樹葉的磁學(xué)參數(shù)對大氣環(huán)境污染表現(xiàn)并不完全相同，這種現(xiàn)象MORENO等人在研究也曾發(fā)現(xiàn)[7]。因此，要利用樹葉磁學(xué)參數(shù)來指示大氣環(huán)境污染及變化情況，對樹木的種類也要進(jìn)行選擇。根據(jù)本文測量結(jié)果，在楊樹、銀杏樹、梧桐樹三種樹木中選用磁性相對較強(qiáng)的銀杏樹葉來指示大氣環(huán)境的變化，可能比選用磁性相對較弱的楊樹和梧桐樹的樹葉效果會更好，因為銀杏樹葉磁性越強(qiáng)，表明它對大氣環(huán)境污染及變化響應(yīng)越明顯。

4　結(jié)　論

(1)楊樹、銀杏樹和梧桐樹樹葉中主要磁性礦物是磁鐵礦，磁性礦物粒徑較大，磁性礦物含量較低，樹葉的磁性強(qiáng)弱主要由樹葉表面灰塵顆粒物濃度決定，被樹葉表面蠟質(zhì)層所吸附的含鐵顆粒物對樹葉的磁學(xué)性質(zhì)也有一定的貢獻(xiàn)。

(2)鳳陽縣城、水泥廠和石英砂廠等不同環(huán)境中生長的楊樹葉，其磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM值并不相同，水泥廠楊樹葉的χ、SIRM和χARM值最高，指示水泥廠楊樹葉被水泥廠粉塵污染嚴(yán)重，樹葉的磁學(xué)參數(shù)能反映局部大氣環(huán)境污染和變化。

(3)在鳳陽縣城內(nèi)同一環(huán)境中生長的楊樹、銀杏樹、梧桐樹等樹木樹葉的磁學(xué)參數(shù)χ、SIRM和χARM值也存在差別，其中銀杏樹葉的磁性最強(qiáng)，對大氣環(huán)境變化響應(yīng)較其它兩種樹葉要明顯。因此，利用樹葉磁學(xué)參數(shù)監(jiān)測大氣環(huán)境污染，不同樹種的樹葉對大氣環(huán)境污染的指示作用也存在差異。

致謝：感謝中國地質(zhì)大學(xué)(北京)李海燕副研究員和安徽科技學(xué)院周金星副教授在實驗中提供的幫助！感謝審稿專家提出的寶貴意見！

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Magnetic Properties of Tree Leaves in Different Environments and the Indication for Atmospheric Environment Pollution

LI Yong

(CollegeofElectricalandElectronicEngineering,AnhuiScienceandTechnologyUniversity,Fengyang,Anhui233100,China)

In order to study the indicating effect of tree leaves’ magnetic properties on atmospheric environment pollution, magnetic parameters were measured on the poplar tree leaves collected from the downtown of Feng-yang County, Anhui Province, cement plant and quartz sand plant of Fengyang, and ginkgo tree leaves and phoenix tree leaves grown in the downtown of Fengyang County. Results showed that the main magnetic mineral in tree leaves was magnetite, and its particle was coarse; the magnetic mineral content of poplar tree leaves in different environment was not the same, ranking from high to low as cement plant, Fengyang County and quartz sand plant, which indicated that the degree of atmospheric environment pollution in cement plant was more serious than than in the other two sites. Further analysis suggested the magnetic mineral contents of poplar tree leaves, ginkgo tree leaves and phoenix tree leaves collected from the downtown of Fengyang County differed from one another, and that of ginkgo tree leaves was higher than those of the other two. Thus, using magnetic parameters of tree leaves can monitor the atmospheric environment pollution, while the indication effect of different species’ leaves exists difference.

tree leaf; magnetic property; atmospheric environment pollution

2015-09-15；改回日期：2016-03-10；責(zé)任編輯：潘令枝。

李勇，男，副教授，1975年出生，固體地球物理學(xué)專業(yè)，主要從事磁學(xué)和環(huán)境磁學(xué)研究。

Email:liyong197510@ 163.com。

P631

A

1000-8527(2016)03-0606-08