銀杏樹輪中的鉛元素對山東臨沂環境變化的指示

段芋竹 趙興云 楊德菊 張衛國

摘要：為了解近些年來山東省臨沂市環境的動態變化情況，選取臨沂市銀杏樹輪為研究材料，將采自城區、近郊、遠郊的3組樣品經過室內處理及消解后，用石墨爐原子吸光光度計測定臨沂市1969—2013年間銀杏樹輪中的鉛含量，分析城區、近郊、遠郊的鉛含量變化情況。結果表明：城區銀杏樹輪中的鉛含量高于近郊，近郊高于遠郊，說明城區污染程度最大，其次為近郊，遠郊污染程度最小。結合臨沂市經濟社會發展等情況，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；另一方面可能受經濟發展等社會因素以及汽車尾氣等人為因素的影響。

關鍵詞：臨沂市；銀杏樹輪；鉛元素；環境變化

中圖分類號： S792.95文獻標志碼：

文章編號：1002-1302（2016）08-0474-03

隨著社會經濟的發展，環境污染問題日益凸顯，大量污染元素進入環境中，威脅生態環境，影響人類健康[1-2]。為此，人類必須充分了解環境污染歷史，分析環境動態變化原因，制定合理的環保政策，減少環境污染。樹輪具有定年準確、時間分辨率高等優點，早已廣泛應用于示蹤環境污染歷史、了解污染元素在環境中運移特征的研究中，現已成為重建環境歷史變化的重要工具之一[3-6]。在國際上，有關學者利用樹輪資料展開環境污染研究始于20世紀60年代初[7]；Lepp于1975年首次提出樹輪化學的概念[7-8]。我國從20世紀80年代開始利用樹輪開展環境研究，經過30余年的不斷發展，取得豐碩的研究成果[9-11]。進入21世紀，樹輪化學技術不斷發展，其在監測環境污染方面的作用也越來越突出[12-14]。

臨沂市境內銀杏樹數量多、樹齡長，對臨沂市近些年來的環境狀況有很好的記錄。本研究旨在通過測定臨沂市銀杏樹輪中的鉛含量，了解近些年來臨沂市環境的動態變化情況，并對臨沂市目前的環境狀況作出分析，以期為有關部門改善臨沂市環境污染狀況提供依據。

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，地貌類型復雜，地勢西北高、東南低[15]；屬暖溫帶大陸性季風氣候，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、人口最多的地級市[17-18]。

臨沂市工業發展迅速，大量工業廢棄物被排放到環境中，加上龐大的物流行業，使臨沂市成為北方最大的商品集散地，該地貨運汽車頻繁進出，私家車數量迅速增多，大量汽車尾氣被排放到環境中，環境污染問題較為突出。

1.2樣品采集與測定方法

1.2.1樹輪樣品的采集與處理于2014年4月在臨沂市城區（C）、近郊（J）、遠郊（Y）采集銀杏樹輪樣本。城區采樣點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；近郊采樣點位于聚財六路與濱河路交匯處以東、祊河右岸；遠郊采樣點位于郯城縣新村鄉、沂河左岸。城區、近郊各采集5株銀杏樹，遠郊采集4株，用生長錐（12 mm）在每株樹的南、北2個方向，離地面約1 m部位各采集1個樣芯，每株樹采集2個樣芯，3個采樣點共采集28個樣芯。為減少不同樣芯間的交叉污染，每采完1個樣芯對生長錐進行清洗，將采集的樣芯放入紙筒中，并編號。

將樣芯放于陰涼通風處自然風干后，用白乳膠固定在樣槽中，用砂紙細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量儀上測量年輪寬度。根據測量結果，每個采樣點分別選擇樣芯年輪界限較為清晰、年輪寬度相對較大的2株銀杏樹（共4個樣芯）作為研究對象。本研究主要探討臨沂市近年來環境中重金屬鉛的含量變化，所以每個樣芯取1969—2013年的年輪作為研究對象。由于每年的樹輪寬度較小，對每個樣芯按年輪線采取每3年切割1段作為1個樣品，并對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行混合，并將混合的樣品按時間先后從1至15依次編號。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。樣品切割年份與對應編號以及采樣點基本信息詳見表1。

[JP3]1.2.2重金屬元素鉛的測定稱取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[CM（25]行低溫（100[KG3]℃以下）加熱，使樣品初步分解；蒸發至

2結果與分析

2.1城區銀杏樹輪中鉛元素含量變化的分析

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

1969—1983年城區銀杏樹輪中鉛含量維持在較高水平，但略有下降，可能是因為當時經濟初步發展，基本沒有環保意識，含鉛工業廢物無節制地被排放到環境中而造成污染，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境中，增加了環境中的鉛含量，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，許多企業處于停產、半停產的狀態。同時，劉禹等研究表明，樹輪中的微量元素可以在樹輪中發生橫向遷移[12，20-21]。受樹輪化學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，相對含量越高，而呈現出略有下降的趨勢。1983—1992年鉛含量呈升高趨勢，可能是因為此階段正處于臨沂工業發展的第一階段（1978—1992年），其間國家政策放寬，所有制結構開始完善，工業經濟發展活躍，“三廢”排放增多，加劇環境污染，鉛含量呈增長狀態。1992—2004年鉛含量總體呈降低狀態，該時段包含臨沂工業發展的第二階段（1992—2002年），但是隨著經濟的發展，人們的環保意識逐漸建立，至1994年全區共制定有關環保的文件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年鉛含量呈升高態勢，可能是因為臨沂市批發及物流行業的發展，大大增加了進出臨沂市的汽車數量；同時私家車數量不斷增多，數據顯示，轎車數量從2004年的14.45萬輛增長到2010年的30.6萬輛。臨沂市汽車數量迅速增加，排放大量汽車尾氣，而汽車尾氣是空氣中鉛的重要來源，從而加劇了環境中鉛含量。此外，工業發展對鉛含量的變化也有影響。2010—2013年鉛含量呈現減少的趨勢，主要有2個原因：（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）國家環保政策的完善以及環保力度的加大，大大減少了環境污染。

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基本吻合，1972—1977年都出現了明顯升高趨勢，1978—1992年鉛含量變化相對平穩，1993—2004年變化波動較大，2005—2013年J2樣品鉛含量變化波動較J1樣品明顯，但基本變化趨勢相同。

近郊銀杏樹輪中鉛含量顯示，除1975—1977年以外，1969—2007年與城區鉛含量變化趨勢基本吻合，主要變化原因與城區相似，主要受經濟發展、橫向遷移的影響。在2007—2013年，鉛含量變化趨勢與城區相反，2007—2010年呈現降低趨勢，主要原因可能是近郊采樣點緊靠臨沂新建北城區，此階段污染企業外遷，減少了環境污染。2010—2013年呈升高態勢，主要原因可能是北城新區建成，人口迅速增多，汽車數量迅速增加，而無鉛汽油并非完全不含鉛，雖然單車鉛排放量較少，但是由于汽車數量多，總體鉛排放量較大，導致環境中的鉛不斷增多。

2.3遠郊銀杏樹輪中鉛元素含量變化的分析

由圖1-c可以看出，遠郊不同樣品鉛含量總體較低，甚至在Y1樣品中有5個年段內未檢測出鉛，在Y2樣品中有2個年段內未檢測出鉛。

1969—2010年，遠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，主要還是受經濟發展、橫向遷移的影響。2007—2013年，鉛含量持續降低原因一方面主要是鉛污染企業（鉛蓄電池等企業）的外遷，大大減少了鉛的排放；另一方面隨著環保意識的加強，加大了對廢舊鉛蓄電池的回收力度，減少了環境污染。

2.4城區、近郊、遠郊銀杏樹輪中鉛元素含量變化對比分析

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外，城區銀杏樹輪中的鉛含量均高于近郊，近郊均高于遠郊。城區銀杏樹輪中的鉛含量平均值為2 034 μg/kg，近郊為1 534 μg/kg，遠郊為360 μg/kg。城區、近郊、遠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^環境污染程度遠遠大于近郊及遠郊，而城區又是人口最密集的區域，因此要減少環境污染，應加大對城區環境的保護力度。近郊相對城區污染較小，而比遠郊污染程度要大得多，因而也要加強環境保護與治理。遠郊雖然污染較輕，但并非沒有污染，也要注重環境保護，避免環境污染加劇。

根據對城區、近郊、遠郊銀杏樹輪中鉛含量變化趨勢及來源的對比與分析可知，要多方面加強對環境的保護，減少環境污染。工業“三廢”的隨意排放是導致環境嚴重污染的重要原因，要合理優化產業結構，大力發展第三產業及高效益、低污染的新興產業，減少甚至取締重污染企業，加大對環境的保護力度。隨著臨沂市批發和物流行業的發展，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，應加大環保宣傳，普及環保知識，增強環保意識，提高公民環保參與度，這也是有效降低環境中鉛含量的有效措施。

3結論

本研究分析了過去45年來臨沂市城區、近郊、遠郊的銀杏樹輪中的鉛含量變化歷史，得到以下結論：（1）城區銀杏樹輪中的鉛含量高于近郊，近郊高于遠郊，說明城區污染程度大于近郊，近郊污染程度大于遠郊；（2）城區、近郊、遠郊銀杏樹輪中的鉛含量水平雖不相同，但是變化趨勢相近，均是隨著時間的向后推移呈現出整體降低的趨勢，可能受橫向遷移的影響；（3）城區、近郊以及遠郊銀杏樹輪中的鉛含量變化趨勢與臨沂市經濟社會發展、汽車尾氣排放、環保事業等密切相關。

參考文獻：

[1]秦普豐，劉麗，侯紅，等. 工業城市不同功能區土壤和蔬菜中重金屬污染及其健康風險評價[J]. 生態環境學報，2010，19（7）：1668-1674.

[2]王宏鑌，束文圣，藍崇鈺. 重金屬污染生態學研究現狀與展望[J]. 生態學報，2005，25（3）：596-605.

[3]雷梅，郭立新，張山嶺. 年輪化學示蹤技術及在重現礦區重金屬污染歷史中的應用[J]. 地理科學進展，2011，30（1）：114-120.

[4]彭劍峰，李國棟，李玲玲. 西大別山小林海黃山松樹輪寬度的氣候意義[J]. 應用生態學報，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[J]. 生態學報，2015，35（9）：3034-3042.

[6]曠遠文，周國逸，溫達志. 珠江三角洲馬尾松年輪中S的環境指示意義[J]. 北京林業大學學報，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. 樹木年輪中化學元素含量和環境相關性研究[J]. 地理科學，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價[J]. 生態學雜志，2015，34（3）：810-819.