全 文 ：三江平原毛苔草露水中的金属含量研究
徐莹莹 1, 2，阎百兴 1*，王莉霞 1，刘树元 1, 2，祝 惠 1, 2
(1.中国科学院湿地生态与环境重点实验室，中国科学院东北地理与农业生态研究所,吉林长春 130012；
2.中国科学院研究生院,北京 100049)
摘要:露水作为下垫面水汽凝结的产物，对其水质的研究可揭示当地大气环境质量状况和露水的生态效应。为
此，分别于2008年7月中旬至9月中旬和2009年5月中下旬至9月初，在中国科学院三江平原沼泽湿地生态试
验站收集了毛苔草(Carex lasiocarpa)植株上的露水样品，使用 ICP-MS测定了样品中K、Na、Ca和Mg等26种金
属元素的含量及pH。结果表明，毛苔草沼泽露水的pH为(6.42±0.23)，研究区未出现酸露现象；露水中金属元素
种类丰富，K含量最高，其平均值为29 531 μg/L，Ag、Th、U、Be和Tl的含量较低，平均值低于0.03 μg/L；露水中
的K、Ca、Na、Mg、Mn、Fe和Zn的含量远高于当地雨水，露水为湿地植物生长提供了丰富的营养元素和微量元
素，沼泽地表积水和大气干沉降为露水中金属的主要来源。露水中Pb、Ba、Se、As、Co、Cr和Cu等微量元素含量
极低，表明研究区环境空气质量未受到人为污染。露水水质分析可作为判断区域空气质量的辅助手段。
关 键 词：毛苔草；露水；金属元素；雨水；沼泽
中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1672-5948(2011)01-069-06
大气微粒和气溶胶主要通过湿沉降(雨、雾和
露)和干沉降过程去除。湿沉降是酸性污染物从
大气转移到生物圈的主要途径[1]。在植物生长季
晴朗、无风的夜间，当地表温度低于气温时近地气
态水便会在土壤、植株和物体表面凝结成露。露
水的成分可反映近地大气的污染状况，是大气环
境质量的指示器[2]。酸露对植物叶片表层细胞的
破坏能力远高于酸雨[3]，酸露还会对建筑物、文物
古迹等造成腐蚀。露水中营养元素(K、Ca和Na
等)、植物生长必需的微量元素(Cu和Zn等)可被叶
片直接吸收，促进植物生长[4]，而露水中的毒性金
属(Pb和Cr等及类金属As)参与植物体内的生理
循环时，会影响植物的正常生长发育和生理特征[5,6]。
目前对露水的研究多为露水凝结量的估算[7～9]，对
露水水质的研究尚鲜见报道。由于对露水样品的
采集较困难，因此世界范围内对露水化学成分的
分析非常有限 [10]。露水是近地表水汽的凝结产
物，其水汽来源于土壤水分蒸发、植物蒸腾和地表
积水蒸发等，其凝结核包括大气颗粒物和气溶胶
等。因此，露水水质反映了近地表大气的质量状
况，露水也是生态系统中水分和金属元素输入的
重要途径。
三江平原地处温带湿润地区，沼泽分布较广
泛，毛苔草(Carex lasiocarpa)沼泽是该区沼泽的主
要类型，植物盖度可达 80%左右[11]；近地表水汽来
源多、相对湿度大，露水凝结量可观，可达生长季
降雨量的 5.05%[12,13]。因此，选择毛苔草露水为研
究对象，通过植株上露水样品采集和金属元素含
量测试分析，以期揭示湿地系统露水的水质特征，
并为区域地表空气质量评价和沼泽生态系统物质
输入提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
采样地点设在中国科学院三江平原沼泽湿地
生态试验站(以下简称三江站)试验场内，选择沼泽
中的代表植物毛苔草露水为实验对象。三江站站
区(133°31 E，47°35 N)位于黑龙江省同江市东南，
海拔约56 m，属温带大陆性季风气候，年平均气温
1.9 ℃，年降水量 550～600 mm，夏、秋季降雨充
沛，6～9月降水总量占全年的65%以上[14]。
1.2 样品的采集和分析
分别于2008年和2009年5～9月露水浓重日，
收稿日期：2010-08-16；修订日期：2010-12-26
基金项目：国家自然科学基金项目(40771035)资助。
作者简介：徐莹莹 (1984-)，女，吉林省长春人，博士研究生，主要研究方向为湿地水文学。E-mail:xuyingying.1019@yahoo.com.cn
*通讯作者：阎百兴，研究员。E-mail: yanbx@neigae.ac.cn
第9卷第1期 湿 地 科 学 Vol.9 No.1
2 0 1 1年 3月 WETLAND SCIENCE March, 2011
DOI:10.13248/j.cnki.wetlandsci.2011.01.013
采集了毛苔草植株上露水样品 21次，其中，2008
年 7次，2009年 14次。采集时间为清晨日出前
30min左右。露水采用原位器皿收集的方法，将洁
净玻璃收集杯(蒸馏水洗净并烘干)放置在植物底
部，拍打植物使植株上的露水掉落到收集杯内；然
后将收集的露水移入100 mL的聚乙烯瓶内，加盐
酸保存。同步采集了沼泽湿地积水样品 21个，同
期采集了7次降雨样品。
样品保存和测试分析按国家相关标准执行。
露水、地表积水及雨水样品的 pH采用精密 pH计
测定。所有水样经0.45 μm滤膜过滤后，金属元素
含量用 ICP-MS方法测定。测定了 2008年露水样
品中 26种金属元素(K、Zn、Ca、Mn、Na、Fe和Mg
等)、2009年露水及地表积水、雨水中较丰富的7种
金属元素含量(K、Ca、Na、Mg、Mn、Fe和Zn)。
2 结果与分析
2.1 露水的pH
三江平原毛苔草露水的 pH为(6.42±0.23)，略
低于地表积水(表 1)，露水与积水均偏酸性；同期
雨水的pH高于露水和地表积水，略偏碱性。各水
体pH季节变化如图1所示，由此可知，研究区未见
有酸雨或酸露出现。有研究表明，植物对酸雨的
敏感性与植物种类有关，一般造成伤害的pH大致
在 3.0～3.5左右或 3.0以下，会引起植物一系列生
理指标的变化，并可出现可见性伤害症状，对植物
的生长造成影响[3]。由于三江平原以农业生产为
主，没有受到工业排放或交通尾气污染，故毛苔草
露水在酸碱度方面对植物叶片无不利影响。
表1 2008年和2009年三江平原毛苔草露水、地表积水和
雨水的pH
Table 1 Summary of pH of dew collected from Carex
lasiocarpa, surface water and rain in the Sanjiang Plain
in 2008 and 2009
露 水
雨 水
地表积水
平均值±偏差
6.42±0.23
7.36±0.14
6.50±0.73
最大值
6.78
7.52
6.95
最小值
5.84
7.09
6.09
N
21
7
21
2.2 露水中金属元素含量
三江平原毛苔草沼泽露水中金属元素的含量
及当地雨水主要金属元素含量见表 2。露水中
Cd、Be、Co、Se、Mo、Th、U和Tl等金属元素的平均
含量低于 1.0 μg/L，Pb、As、Ni、Cr、V、Ag、Cu和Zn
等金属元素的平均含量在 1.0～100 μg/L，Na、Al、
Fe和Ba的含量在 100～1 000 μg/L，K、Mg、Ca和
Mn的含量高于 1 000 μg/L。露水中K的含量最
高，其平均值为29 531 μg/L；Ag、Th、U、Be和Tl的
含量最低，平均值均≤0.03 μg/L。K、Ca、Na、Mg、
Mn、Fe和Zn 7种主要元素在雨水中的含量低于毛
苔草露水中含量。
图1 2008年和2009年三江平原毛苔草沼泽露水、
地表积水和雨水pH的季节变化
Fig.1 Seasonal variability of pH of dew collected from Carex
lasiocarpa, surface water and rain in the Sanjiang Plain
in 2008 and 2009
植物生长必需的大量元素K、Mg和Ca，微量
元素Mn、Cu、Cr、Zn、Na、Mo、V、As、Fe和Ni，以及
可抑制植物生长的金属元素Cd、Pb和Al在毛苔草
沼泽露水中均被检出。由于露水中金属元素被植
物吸收的机制尚不明确，且一些元素，如As在低
浓度时对植物生长有促进作用，高浓度时对植物
有毒害作用。由于露水中毒害元素的含量均很
低，可以认为随露水输入的金属元素有利于湿地
植物的生长，露水是湿地系统营养输出的重要通道。
Pb和Ba是交通运输大气污染的指示性元素，
Se、As、Co、Cr、Cu和Al是燃煤大气污染的指示性
元素[15]，而上述元素在露水中含量较低平均值均
低于0.2 mg/L。例如Pb在毛苔草露水中含量均值
为7.39 μg/L，低于成都市2008年雨水中Pb含量均
湿 地 科 学 9卷70
表2 2008年和2009年三江平原毛苔草露水中金属元素含量
Table 2 Concentration(in ppb)of different metal elements in dew collected from Carex lasiocarpa in the Sanjiang Plain
in 2008 and 2009
元素
Cu
Pb
Zn
Cd
As
Be
K
Na
Ca
Mg
Al
Mn
Fe
Co
Ni
Cr
Se
V
Mo
Ag
Sb
Ba
Th
U
Tl
平均值±偏差
(μg/L)
10.72±9.34
7.39±1.38
89.78±55.71
0.15±0.04
2.27±0.75
0.03±0.02
29 531±29666
915±670
11 072±15 468
4 776±6 466
171.97±168.91
1 854.98±1 185.93
256.04±216.35
0.71±0.15
3.03±0.77
4.64±2.32
0.77±0.38
2.52±1.09
0.85±0.415
0.01±0.01
2.03±0.86
194.95±94.50
0.03±0.02
0.02±0.01
0.02±0.01
最大值
(μg/L)
25.17
10.09
248.00
0.19
3.41
0.05
129 200
2 191
51 300
27 180
55.56
6 107.00
1 048.00
1.00
3.89
7.89
1.41
3.94
1.46
0.01
3.98
372.00
0.07
0.03
0.04
最小值
(μg/L)
3.28
6.08
4.00
0.09
1.51
0.01
1 189
78
291
698
489.10
580.00
23.00
0.55
1.56
2.41
0.33
1.32
0.41
0.00
1.38
85.16
0.01
0.01
0.01
N
7
7
21
7
7
7
21
21
21
21
7
20
21
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
7
实验区雨水金属元素含量
(μg/L)
17.86±18.72
167±195
95±54
476±206
61±43
107.71±134.23
22.43±36.51
值 9.72μg/L[16]，且有研究表明，露水中金属元素含
量高于雨水[17]，说明研究区大气中Pb含量很低，大
气环境良好，未受到人为污染。
3 讨 论
对三江平原毛苔草沼泽露水中26种金属元素
的研究发现，K、Ca、Na、Mg、Mn、Fe和Zn的含量较
高，因此在讨论部分只对以上7种金属元素进行分析。
3.1 沼泽积水对露水水质的影响
毛苔草露水中的大量元素K、Ca、Na、Mg、Mn
和Fe在地表积水中含量也较高(图2)，这间接说明
了毛苔草露水的主要水汽来源于地表积水的蒸
发。有研究表明，三江平原毛苔草地表积水中，金
属元素以K、Ca和Mg为主，重金属中 Fe含量最
多、Mn较多、Zn较少[18]。湿地积水蒸发是露水的
重要水汽来源，所以毛苔草露水中的大量金属元
素与积水基本保持一致，湿地积水中金属元素含
量影响了露水的水质。在积水中溶解的金属元素
夜间随蒸发水汽凝结于毛苔草叶表，通过水汽运
移的方式将部分金属元素从积水中转移至露水，
为毛苔草通过叶表吸收营养物质提供条件。
3.2 雨水与露水水质的比较
三江平原毛苔草露水中含量较高的K、Ca、
Na、Mg、Mn、Fe和Zn元素浓度均明显高于当地雨
水(图2)。这是由于形成露水的水汽，如空气中的
水分、地表水蒸发的水汽在空气中暴露时可能与
1期 徐莹莹等：三江平原毛苔草露水中的金属含量研究 71
大气气溶胶发生物质交换，增加了露水中金属的
含量。此外，实验所收集的毛苔草露水样品直接
采自植物叶片上，叶片绒毛上的干沉降颗粒物是
夜间露水凝结的凝结核，采集的露水样品中存在
大量肉眼可见的固体颗粒。露水形成时空气中的
水汽凝结在其中，这部分水汽包含了空气中的部
分灰尘。毛苔草露水中部分来自于叶片渗出液的
K、Ca和Mg也对金属元素含量有所贡献 [2,19]。露
水中化学成分的浓度要比雨水中的高，这主要由
于露水凝结量少，由大气干沉降带来的金属溶解
于露水中，浓度高于雨水[20, 21]。Anwar J[10]和Wag-
ner G H[22]也发现露水的主要离子含量(K+、Ca2+、
Na+和Mg2+)高于雨水，这归因于露水由蒸发后水
汽凝结形成，相对于雨水，露水形成历时长，暴露
于空气中时间长，更多干沉降溶于露水中。在印
度北部沙丘地带，由于露水中含有大量干沉降，露
水中K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Cl-、NO3-和SO42-等离子的
含量是雨水的6～9倍[17]。毛苔草露水中金属浓度
较高，与雨水相比，湿地露水能够为植物提供更多
的营养元素。
图2 2008年和2009年三江平原毛苔草露水、地表积水与雨水中主要金属元素含量对比
Fig 2 Average concentrations (in ppb) of major metal in dew collected from Carex lasiocarpa, surface water and rain in the
Sanjiang Plain in 2008 and 2009
4 结 论
2008年 7月中旬至 9月中旬和 2009年 5月中
下旬至9月初对三江平原毛苔草露水采集，监测结
果表明，在观测期间毛苔草湿地露水的 pH为
(6.42±0.23)，水质总体偏酸性，该地区在此期间未
出现酸露现象，露水不会对植物叶片有腐蚀作用。
三江平原毛苔草露水中可检出的金属元素种
类丰富，既有植物生长必需的常量元素K、Mg和
Ca以及微量元素Mn、Cu、Cr、Zn、Na、Mo、V、As、
Fe和Ni，也有抑制植物生长的重金属 Cd、Pb和
Al。毛苔草露水中含量高于 1 000 μg/L的金属元
素分别是K、Mg、Ca和Mn，其中含量最高的为K，
其平均值为29 531 μg/L；含量次之的为Na、Al、Fe
和Ba，其含量在 100～1 000 μg/L。含量最低的金
属元素为Ag、Th、U、Be和Tl，平均值等于或低于
0.03 μg/L。露水中的金属含量受大气干沉降、地
表积水蒸发的影响。由于露水形成历时和暴露于
空气时间均长于雨水，且露水中含有少量叶片渗
出液，故毛苔草露水中金属含量远高于雨水。毛
苔草露水中丰富的金属元素种类为毛苔草的生长
提供了必需的常量元素及微量元素。
露水中金属元素与实验区毛苔草的作用机制
及对其生态效应的影响有待于进一步研究，以便
更明确地阐述三江平原沼泽毛苔草植物群落的演
替效应。
湿 地 科 学 9卷72
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1期 徐莹莹等：三江平原毛苔草露水中的金属含量研究 73
Metal Concentrations of Dew Collected from Carex lasiocarpa
in Sanjiang Plain
XU Ying-Ying1, 2, YAN Bai-Xing1, WANG Li-Xia1，LIU Shu-Yuan1, 2，ZHU Hui1, 2
(1.Key Laboratory of Wetland Ecology and Environment , Northeast Institute of Geography
and Agroecology, Chinese Academy of Science, Changchun 130012, Jilin, P. R. China;
2 .Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, P. R. China)
Abstract: Particles and gases are removed from the atmosphere by wet deposition (rain, fog and dew) and dry
deposition. The wet deposition process is a major pathway of acidic pollutants from the atmosphere to the bio-
sphere. Dew has attracted great interest and has been extensively studied on its amount. The chemistry of dew
has received little attention. In order to discuss the dew ecology efficiency and reveal the air status of surface
layer in the Sanjiang Plain, pH and the concentrations of 26 types of metal elements such as K, Na, Ca, Mg
were monitored and analyzed. The experiment was organized in the Sanjiang Mire Wetland Experimental Sta-
tion (47°35 N, 133°31 E), Chinese Academy of Sciences, located in Tongjiang, Heilongjiang Province, North-
east China. Carex lasiocarpa is the dominant plant, and it is selected as the typical experiment plot. Carex lasio⁃
carpa dew was collected form mid July to mid September in 2008 and late May to early September in 2009.
The results showed that the mean pH of Carex lasiocarpa dew was (6.42±0.23) and the acid dew never oc-
curred in the research area. Therefore, dew can not damage protective surfaces on leaves, interfere with guard
cells and poison plant cells from the aspect of pH. The types of metal element in Carex lasiocarpa dew were
abundant. K, Mg, Ca are the nutrient elements and Mn, Cu, Cr, Zn, Na, Mo, V, As, Fe, Ni are the trace ele-
ments. They were all can be monitored in Carex lasiocarpa dew. The mean concentrations of Cd, Be, Co, Se,
Mo, Th, U and Tl were below 1.0 μg/L. The mean concentrations of Pb, As, Ni, Cr, V, Ag, Cu and Zn were be-
tween 1.0 μg/L and 100 μg/L. The mean concentrations of Na, Al, Fe and Ba were between 100 μg/L and 1000
μg/L. The mean concentrations of K, Mg, Ca and Mn were higher than 1 000 μg/L. Carex lasiocarpa dew can
provide nutrient elements and trace elements to plant. The metal elements in Carex lasiocarpa surface water
and dry deposition were the main sources of metal in dew. The contents of K, Ca, Na, Mg, Mn, Fe, Zn in Car⁃
ex lasiocarpa dew were higher than those in rain obviously and it demonstrated that dew can offer more nutri-
ent elements than rain. This phenomenon attributed to the evaporation effect on dew samples as it was ex-
posed to longer time than rain. Dew can reveal the air pollution status and it is significant to monitor the chem-
istry character of dew. The trace amount of Pb, Ba, Se, As, Co, Cr, Cu in Carex lasiocarpa dew implied that
there is no automobile exhaust, coal combustion or industrial pollution in this area. Dew formation is a local
phenomenon, significantly influenced by microclimatic ambiance, land profile, and favorable meteorological
conditions. Analyzing chemistry character of dew is a simple and useful method to reveal the status of surface
layer. This method can provide the assessment of air pollution and judge the quality of air. Formation of acidic
dew is critical to assess corrosion process. Consequently, dew should pay much more attention to collect and
analyze.
Keywords: Carex lasiocarpa ; dew; metal element; rainfall; marsh
湿 地 科 学 9卷74