南京市城市干線重金屬元素動態(tài)變化

南京市城市干線重金屬元素動態(tài)變化

輪代化是木材車輪年代學(xué)的一個分支。經(jīng)過30多年的改進，輪代化已成為重建環(huán)境變化的重要工具，在揭示環(huán)境變化方面得到了廣泛應(yīng)用。因此從20世紀(jì)80年代開始,我國將樹木年輪化學(xué)廣泛應(yīng)用于環(huán)境污染狀況研究中,研究側(cè)重于重金屬污染歷史的重建和年輪中Pb、Cd等元素含量與工業(yè)發(fā)展的關(guān)系等。南京是華東地區(qū)重要的交通樞紐,交通運輸量巨大;同時,南京也是中國重要的綜合性工業(yè)生產(chǎn)基地,已處于工業(yè)化中期發(fā)展階段,是以重化工工業(yè)為主體的特色鮮明的全國重要經(jīng)濟城市之一。筆者通過對南京市區(qū)行車主干道與南京林業(yè)大學(xué)校園2種背景下不同樹種樹木年輪中重金屬元素含量的分析對比,對南京市區(qū)主干道污染歷史和成因進行了探討。1材料和方法1.1生長總體特征特性見表1樣點分別布置在南京市老城區(qū)3條主要干道上和南京林業(yè)大學(xué)校園內(nèi)。樣樹為樹齡都在40年左右的法國梧桐(二球懸鈴木)(Platanushispanica)、雪松[Cedrusdeodara(Roxb.)G.Don.]和水杉(MetasequoiaglyptostroboidesHuetW.C.Cheng)。行道樹樣樹數(shù)量為:雪松5棵、法國梧桐8棵、水杉3棵,校園組樣樹數(shù)量為:雪松3棵、法國梧桐3棵、水杉3棵。3個樹種樣樹法國梧桐、雪松、水杉的平均直徑分別為51、45、36cm,平均樹高分別為21、15、25m。樣品采用直徑1.8cm的生長錐水平向鉆取,鉆取深度為鉆芯處樹木直徑的1/2以上,取芯點距地面1m,每棵樣樹鉆取2個芯樣。鉆取的樣樹芯樣風(fēng)干后,按年輪線截取3年的年輪段編號,各編號樣品用植物粉碎機粉碎,經(jīng)105℃烘干至恒重,放干燥器中保存待測。1.2采用在線質(zhì)控對每個編號的待測樣品采用濕消解法進行處理。在消解樣品過程中,每批樣均采用茶葉標(biāo)樣GSS-4進行質(zhì)控。采用美國PE公司生產(chǎn)的OPTIMA-4300DV等離子體發(fā)射光譜儀(ICP)對待測液進行重金屬元素含量測試。2結(jié)果與分析2.1種情形下校園組cr、n、pb、ti含量的變化雪松在2種背景下不同重金屬元素含量具有不同的變化規(guī)律(圖1)。Cd的含量總體上是行道樹組高于校園組,兩者都表現(xiàn)出隨著時間推移,Cd含量逐漸升高的特點;有差異的是,行道樹Cd含量在1990年后增長速度明顯高于校園組,且有加快的趨勢,而校園組的Cd含量增加比較緩慢平穩(wěn)。2種背景下的Cr含量在1990年前基本相同,兩者含量基本沒有變化,1990年后行道樹組Cr含量增長明顯,且增長速度有逐漸加快的趨勢,而校園組Cr含量在整個時間段內(nèi)總體上無明顯增加。2種背景下的Cu含量在1990年前動態(tài)變化不大,且總體上校園組的Cr含量略高于行道樹組,但在1990年后,行道樹組和校園組Cr含量均隨時間推移而增長,行道樹組Cr含量總體上高于校園組,且增長速度明顯較校園組高。行道樹組Fe含量顯著高于校園組,且含量總體上隨時間有增長,但在增長趨勢上,行道樹組在2001年后Fe含量增長速度明顯加快,而校園組Fe含量總體上比較平穩(wěn)。Mn含量總體上校園組高于行道樹組,但校園組Mn含量呈緩慢平穩(wěn)增長,而行道樹組Mn含量在1990年后增長速度明顯加快,2002～2004年,含量超過校園組。Ni含量與Mn含量的關(guān)系類似,總體上校園組高于行道樹組,但校園組Ni含量緩慢平穩(wěn)增長,而行道樹組Ni含量在1990年后增長速度明顯加快,1999～2001年間含量超過了校園組。Pb含量行道樹組明顯高于校園組,且行道樹組Pb含量隨時間增長明顯,而校園組Pb含量基本保持不變。Ti含量行道樹組高于校園組,但校園組Ti含量基本不隨時間發(fā)生變化,而行道樹組Ti含量隨時間增長明顯。2種背景下的Zn含量在1990年前基本沒有變化,且含量差別不大,1990年后,行道樹組與校園組含量均出現(xiàn)增長,但行道樹組Zn含量增長明顯高于校園組。2.2種情形下校園組cr、ni、pb含量的變化法國梧桐年輪中不同重金屬元素含量在2種背景下具有不同的變化規(guī)律(圖2)。Cd含量的特點是,行道樹組總體上高于校園組,但校園組Cd含量呈現(xiàn)出緩慢增長的趨勢,而行道樹組Cd含量在1995年前增長趨勢與校園組相同,但1995年后增長速度明顯高于校園組,且有逐漸加快的趨勢。2種背景下的Cr含量波動均較大,總體上呈增長趨勢,但在2000年后,行道樹組Cr增長速度明顯高于校園組,而校園組Cr含量呈現(xiàn)出平穩(wěn)而緩慢增長的趨勢。2種背景下的Cu的含量和變化特征基本相同,均表現(xiàn)出在2001年后,含量增長明顯。2種背景下的Fe含量和變化特征在2001年前基本相同,2001年后,行道樹組Fe含量明顯高于校園組。Mn含量總體上行道樹組高于校園組,但校園組Mn含量基本保持不變,而行道樹組在1998年后Mn含量增長速度明顯,明顯有異于校園組。Ni含量總體上校園組高于行道樹組,但校園組Ni含量呈緩慢而平穩(wěn)的增長特征,而行道樹組Ni含量在1990年前變化不大,1990年后有明顯的增長,特別是2001年后,Ni含量增長速度明顯加快。Pb含量行道樹組明顯高于校園組,但行道樹組Pb含量在1995年前增長緩慢,1995年后增長速度明顯加快,而校園組Pb含量平穩(wěn),總體上呈現(xiàn)非常緩慢的增長特征。Ti含量行道樹組明顯高于校園組,但行道樹組Ti含量在1998年前變化不大,1998年后含量出現(xiàn)增長,且增長速度有加快趨勢,而校園組Ti含量不但沒有增長,且表現(xiàn)出略有下降的趨勢。Zn含量行道樹組明顯高于校園組,且兩者均隨時間增長,增長趨勢類似,只是2004年后行道樹組Zn含量增長速度明顯快于校園組。2.3校園、行道樹組cu、pb、ti含量變化情況在2種背景下水杉年輪中不同重金屬元素含量也具有不同的變化規(guī)律(圖3)。水杉Cd含量行道樹組在1990年前基本不變,且含量與校園組相當(dāng),1990年后含量增長明顯,而校園組Cd含量波動較大,總體上呈現(xiàn)出緩慢增長的特征。2種背景下的Cr校園組Cr含量基本不隨時間發(fā)生變化,而行道樹組Cr含量在2004年前總體穩(wěn)定,2004年后,含量呈現(xiàn)出明顯的快速增長。行道樹組Cu含量明顯高于校園組,行道樹組與校園組Cu含量變化特征基本一致,均隨時間而增長,但行道樹組Cu含量的增長速度略高于校園組,特別是2001年后,行道樹組Cu含量增長速度明顯加快。行道樹組Fe含量明顯高于校園組,2001年前行道樹組Fe含量變化不大,2001年后含量有快速增長,而校園組Fe含量在2001年前后沒有明顯變化。行道樹組Mn含量明顯高于校園組,1983年前行道樹組Mn含量隨時間略呈減小的趨勢,1986年后含量快速增長,且有逐漸加快的趨勢,而校園組Mn含量呈緩慢平穩(wěn)增長。行道樹組Ni含量明顯高于校園組,行道樹組1995年前Ni含量基本不變,1995年后含量有較快速增長,而校園組Ni含量總體上有隨時間增長的趨勢,但增長幅度非常小。Pb含量在行道樹組中大大高于校園組,行道樹組Pb含量是校園組含量的5倍,行道樹組在2001年前Pb含量起伏較大,總體呈平穩(wěn)增加的特征,2001年后Pb含量快速增加,而校園組Pb含量盡管隨時間略有增加,但總體上增長不明顯。Ti含量行道樹組明顯高于校園組,行道樹組Ti含量在2001年前變化不大,2001年后快速增加,而校園組Ti含量總體上保持不變。Zn含量行道樹組明顯高于校園組,行道樹組波動較大,總體上表現(xiàn)出含量隨時間增長,特別是2001年后,增長速度明顯加快,而校園組Zn增長速度總體上比較平緩。2.4機動車可持續(xù)增長的比例上述分析可以看出,行道樹年輪重金屬元素在含量和含量增長速度方面均明顯高于校園組,特別是近幾個年輪段內(nèi),行道樹重金屬含量上升速度明顯加快。通過查閱南京市統(tǒng)計年鑒發(fā)現(xiàn),隨著南京市社會經(jīng)濟的發(fā)展,南京市機動車擁有量在與分析的年輪段對應(yīng)的時間段內(nèi)呈明顯上升趨勢(表1)?？梢园l(fā)現(xiàn),各年輪段對應(yīng)時間內(nèi)機動車擁有量呈暴發(fā)式增長,以年輪段平均值計算的增長速度平均值接近50%。為探索南京主要交通要道重金屬含量歷史變化與南京市機動車擁有量增長的關(guān)系,采用Pearson相關(guān)分析法將南京主要交通要道樹木各年輪段重金屬含量與南京市對應(yīng)年輪時間段機動車擁有量進行相關(guān)性分析,并經(jīng)過了顯著性水平為0.05的顯著性檢驗,發(fā)現(xiàn)所研究的3種樹種中的9種重金屬元素的含量與對應(yīng)年輪時間段內(nèi)機動車擁有量間具有顯著的相關(guān)性(表2),雪松、法國梧桐和水杉3種樹種年輪中的重金屬元素含量與機動車擁有量的相關(guān)系數(shù)平均值分別達到0.93、0.88、0.89。3方面各樹種和交通干道樹種的重金屬元素污染隨時間的變化特征(1)南京行道樹各樹種年輪中重金屬元素含量隨著時間的向后