银杏树轮中的铅元素对山东临沂环境变化的指示

段芋竹 赵兴云 杨德菊 张卫国

摘要：为了解近些年来山东省临沂市环境的动态变化情况，选取临沂市银杏树轮为研究材料，将采自城区、近郊、远郊的3组样品经过室内处理及消解后，用石墨炉原子吸光光度计测定临沂市1969—2013年间银杏树轮中的铅含量，分析城区、近郊、远郊的铅含量变化情况。结果表明：城区银杏树轮中的铅含量高于近郊，近郊高于远郊，说明城区污染程度最大，其次为近郊，远郊污染程度最小。结合临沂市经济社会发展等情况，分析每组样品铅含量变化的可能原因：一方面可能受横向迁移的影响；另一方面可能受经济发展等社会因素以及汽车尾气等人为因素的影响。

关键词：临沂市；银杏树轮；铅元素；环境变化

中图分类号： S792.95文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0474-03

随着社会经济的发展，环境污染问题日益凸显，大量污染元素进入环境中，威胁生态环境，影响人类健康[1-2]。为此，人类必须充分了解环境污染历史，分析环境动态变化原因，制定合理的环保政策，减少环境污染。树轮具有定年准确、时间分辨率高等优点，早已广泛应用于示踪环境污染历史、了解污染元素在环境中运移特征的研究中，现已成为重建环境历史变化的重要工具之一[3-6]。在国际上，有关学者利用树轮资料展开环境污染研究始于20世纪60年代初[7]；Lepp于1975年首次提出树轮化学的概念[7-8]。我国从20世纪80年代开始利用树轮开展环境研究，经过30余年的不断发展，取得丰硕的研究成果[9-11]。进入21世纪，树轮化学技术不断发展，其在监测环境污染方面的作用也越来越突出[12-14]。

临沂市境内银杏树数量多、树龄长，对临沂市近些年来的环境状况有很好的记录。本研究旨在通过测定临沂市银杏树轮中的铅含量，了解近些年来临沂市环境的动态变化情况，并对临沂市目前的环境状况作出分析，以期为有关部门改善临沂市环境污染状况提供依据。

1材料与方法

1.1研究地概况

临沂市位于山东省东南部，地处34°22′～36°12′N、117°25′～119°11′E之间，地貌类型复杂，地势西北高、东南低[15]；属暖温带大陆性季风气候，四季变化明显，年均降水量680～860 mm，集中于夏季，年平均氣温12.0～13.3 ℃，年日照时间2 289 h[16]；该地面积17 191.21 km2，人口1 090.4万人（截至2013年），是山东省面积最大、人口最多的地级市[17-18]。

临沂市工业发展迅速，大量工业废弃物被排放到环境中，加上庞大的物流行业，使临沂市成为北方最大的商品集散地，该地货运汽车频繁进出，私家车数量迅速增多，大量汽车尾气被排放到环境中，环境污染问题较为突出。

1.2样品采集与测定方法

1.2.1树轮样品的采集与处理于2014年4月在临沂市城区（C）、近郊（J）、远郊（Y）采集银杏树轮样本。城区采样点位于滨河路与蒙山大道交汇处东南方向、祊河右岸的银杏园林；近郊采样点位于聚财六路与滨河路交汇处以东、祊河右岸；远郊采样点位于郯城县新村乡、沂河左岸。城区、近郊各采集5株银杏树，远郊采集4株，用生长锥（12 mm）在每株树的南、北2个方向，离地面约1 m部位各采集1个样芯，每株树采集2个样芯，3个采样点共采集28个样芯。为减少不同样芯间的交叉污染，每采完1个样芯对生长锥进行清洗，将采集的样芯放入纸筒中，并编号。

将样芯放于阴凉通风处自然风干后，用白乳胶固定在样槽中，用砂纸细致打磨直至年轮清晰可见。将打磨好的样芯放在显微镜下初步定年，然后放在年轮宽度测量仪上测量年轮宽度。根据测量结果，每个采样点分别选择样芯年轮界限较为清晰、年轮宽度相对较大的2株银杏树（共4个样芯）作为研究对象。本研究主要探讨临沂市近年来环境中重金属铅的含量变化，所以每个样芯取1969—2013年的年轮作为研究对象。由于每年的树轮宽度較小，对每个样芯按年轮线采取每3年切割1段作为1个样品，并对同一株银杏树轮的南、北不同样芯的相同年份树轮切割样品进行混合，并将混合的样品按时间先后从1至15依次编号。再将样品置于80 ℃恒温箱中烘干，然后用球磨仪将样品粉碎，放于干燥器皿中保存待测。样品切割年份与对应编号以及采样点基本信息详见表1。

[JP3]1.2.2重金属元素铅的测定称取0.1 g（精确至0.000 2 g）样品于50 mL聚四氟乙烯坩埚中，加入10 mL盐酸，在电热板上进[CM（25]行低温（100[KG3]℃以下）加热，使样品初步分解；蒸发至

2结果与分析

2.1城区银杏树轮中铅元素含量变化的分析

从图1-a可以看出，城区不同样品之间铅含量在1969—2007年的变化趋势大致相同；而2007—2013年C1样品铅含量先明显升高，后稍微减小，C2样品铅含量持续降低。

1969—1983年城区银杏树轮中铅含量维持在较高水平，但略有下降，可能是因为当时经济初步发展，基本没有环保意识，含铅工业废物无节制地被排放到环境中而造成污染，而且此阶段居民取暖基本靠燃煤，由于煤炭中含有铅元素[19]，燃煤过程中使其中的铅释放到环境中，增加了环境中的铅含量，使银杏树轮中的铅含量维持在较高水平。此阶段受文化大革命的影响，许多企业处于停产、半停产的状态。同时，刘禹等研究表明，树轮中的微量元素可以在树轮中发生横向迁移[12，20-21]。受树轮化学元素横向迁移的影响，铅元素可能迁移到以前形成的树轮中，从而增加树轮中的铅含量，因此距今越远，相对含量越高，而呈现出略有下降的趋势。1983—1992年铅含量呈升高趋势，可能是因为此阶段正处于临沂工业发展的第一阶段（1978—1992年），其间国家政策放宽，所有制结构开始完善，工业经济发展活跃，“三废”排放增多，加剧环境污染，铅含量呈增长状态。1992—2004年铅含量总体呈降低状态，该时段包含临沂工业发展的第二阶段（1992—2002年），但是随着经济的发展，人们的环保意识逐渐建立，至1994年全区共制定有关环保的文件35份，并投入大量资金用于污染治理。除此之外，还可能受横向迁移的影响。2004—2010年铅含量呈升高态势，可能是因为临沂市批发及物流行业的发展，大大增加了进出临沂市的汽车数量；同时私家车数量不断增多，数据显示，轿车数量从2004年的14.45万辆增长到2010年的30.6万辆。临沂市汽车数量迅速增加，排放大量汽车尾气，而汽车尾气是空气中铅的重要来源，从而加剧了环境中铅含量。此外，工业发展对铅含量的变化也有影响。2010—2013年铅含量呈现减少的趋势，主要有2个原因：（1）汽车无铅汽油以及天然气的使用，减少了汽车尾气铅排放；（2）国家环保政策的完善以及环保力度的加大，大大减少了环境污染。

2.2近郊银杏树轮中铅元素含量变化的分析

由图1-b可以看出，近郊不同样品之间铅含量变化趋势基本吻合，1972—1977年都出现了明显升高趋势，1978—1992年铅含量变化相对平稳，1993—2004年变化波动较大，2005—2013年J2样品铅含量变化波动较J1样品明显，但基本变化趋势相同。

近郊银杏树轮中铅含量显示，除1975—1977年以外，1969—2007年与城区铅含量变化趋势基本吻合，主要变化原因与城区相似，主要受经济发展、横向迁移的影响。在2007—2013年，铅含量变化趋势与城区相反，2007—2010年呈现降低趋势，主要原因可能是近郊采样点紧靠临沂新建北城区，此阶段污染企业外迁，减少了环境污染。2010—2013年呈升高态势，主要原因可能是北城新区建成，人口迅速增多，汽车数量迅速增加，而无铅汽油并非完全不含铅，虽然单车铅排放量较少，但是由于汽车数量多，总体铅排放量较大，导致环境中的铅不断增多。

2.3遠郊银杏树轮中铅元素含量变化的分析

由图1-c可以看出，远郊不同样品铅含量总体较低，甚至在Y1样品中有5个年段内未检测出铅，在Y2样品中有2个年段内未检测出铅。

1969—2010年，远郊银杏树轮中的铅含量变化与近郊基本吻合，而在1969—2007年铅含量变化原因与近郊相似，主要还是受经济发展、横向迁移的影响。2007—2013年，铅含量持续降低原因一方面主要是铅污染企业（铅蓄电池等企业）的外迁，大大减少了铅的排放；另一方面随着环保意识的加强，加大了对废旧铅蓄电池的回收力度，减少了环境污染。

2.4城区、近郊、远郊银杏树轮中铅元素含量变化对比分析

由图1-d可以明显看出，除1975—1977年近郊银杏树轮中的铅含量高于城区外，城区银杏树轮中的铅含量均高于近郊，近郊均高于远郊。城区银杏树轮中的铅含量平均值为2 034 μg/kg，近郊为1 534 μg/kg，远郊为360 μg/kg。城区、近郊、远郊银杏树轮中的铅含量同样受到横向迁移的影响，造成铅含量相差较大的原因主要是人为因素。可见城区环境污染程度远远大于近郊及远郊，而城区又是人口最密集的区域，因此要减少环境污染，应加大对城区环境的保护力度。近郊相对城区污染较小，而比远郊污染程度要大得多，因而也要加强环境保护与治理。远郊虽然污染较轻，但并非没有污染，也要注重环境保护，避免环境污染加剧。

根据对城区、近郊、远郊银杏树轮中铅含量变化趋势及来源的对比与分析可知，要多方面加强对环境的保护，减少环境污染。工业“三废”的随意排放是导致环境严重污染的重要原因，要合理优化产业结构，大力发展第三产业及高效益、低污染的新兴产业，减少甚至取缔重污染企业，加大对环境的保护力度。随着临沂市批发和物流行业的发展，以及私家车的迅速增加，汽车尾气成为临沂市空气中铅的重要来源之一，要鼓励公民使用无铅汽油和天然气，以减少汽车尾气的铅排放量。同时，应加大环保宣传，普及环保知识，增強环保意识，提高公民环保参与度，这也是有效降低环境中铅含量的有效措施。

3结论

本研究分析了过去45年来临沂市城区、近郊、远郊的银杏树轮中的铅含量变化历史，得到以下结论：（1）城区银杏树轮中的铅含量高于近郊，近郊高于远郊，说明城区污染程度大于近郊，近郊污染程度大于远郊；（2）城区、近郊、远郊银杏树轮中的铅含量水平虽不相同，但是变化趋势相近，均是随着时间的向后推移呈现出整体降低的趋势，可能受横向迁移的影响；（3）城区、近郊以及远郊银杏树轮中的铅含量变化趋势与临沂市经济社会发展、汽车尾气排放、环保事业等密切相关。

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