全 文 ：伊春西林铅锌矿区兴安落叶松年轮中
重金属元素含量的年际变化*
胡摇 屾摇 王晓春**摇 杨金艳
(东北林业大学生态研究中心, 哈尔滨 150040)
摘摇 要摇 利用树木年轮环境学分析方法,测定了伊春西林铅锌矿附近兴安落叶松年轮中 Pb、
Cd、Zn、Cu、Mn 5 种重金属元素含量的变化.结果表明: 在矿区附近的兴安落叶松年轮中,Mn
含量最高,Cd含量最低.近地面处年轮中的 Cd、Zn、Cu含量显著高于胸高处,而近地面和胸高
处的 Pb和 Mn含量差异不显著. 1987—2010 年,除 Pb含量有轻微上升外,其他 4 种元素含量
均呈下降趋势,其中 Cd含量下降趋势最明显,Zn、Cu、Mn 含量均先下降后上升. 随着兴安落
叶松年轮宽度的增加,Pb含量下降,其他 4 种元素含量均增加.近地面处 Pb 含量与其他 4 种
元素含量呈显著正相关,而在胸高处的相关性不显著,Cd 含量甚至随 Pb 含量增加而显著下
降.兴安落叶松年轮中重金属元素含量变化受铅锌矿产量和采矿活动的影响,可利用年轮中
Pb含量重建采矿历史.目前,Pb含量已经对周围环境造成污染,如果继续开采,应加强对尾矿
中重金属元素的治理.
关键词摇 西林铅锌矿摇 兴安落叶松摇 年轮摇 重金属元素摇 ICP鄄MS
*“十二五冶国家科技支撑计划项目(2011BAD37B01)、国家自然科学基金项目(30970481)和长江学者创新团队发展计划项目(IRT1054)资助.
**通讯作者. E鄄mail: wangxc鄄cf@ nefu. edu. cn
2012鄄09鄄05 收稿,2013鄄03鄄27 接受.
文章编号摇 1001-9332(2013)06-1536-09摇 中图分类号摇 S713; X502摇 文献标识码摇 A
Interannual variation patterns of heavy metals concentrations in tree rings of Larix gmelinii
near Xilin Lead鄄zinc Mine, Yichun of Northeast China. HU Shen, WANG Xiao鄄chun, YANG
Jin鄄yan (Center for Ecological Research, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China) .
鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2013,24(6): 1536-1544.
Abstract: By using dendro鄄environmental methods, this paper measured and analyzed the varia鄄
tions of five heavy metals (Pb, Cd, Zn, Cu, and Mn) concentrations in the tree rings of Larix
gmelinii near Xilin Lead鄄zinc Mine, Yichun of Northeast China. Among the test heavy metals, the
Mn concentration in the tree rings was the highest, while the Cd concentration was the lowest. The
Cd, Zn, and Cu concentrations in the tree rings near the ground (0. 3 m high from the ground,
D0. 3) were significantly higher than those at breast height (1. 3 m high from the ground, D1. 3),
while the Pb and Mn concentrations at the two heights had less difference. In 1987-2010, the Pb
concentration in the tree rings had a slight increase, but the Cd, Zn, Cu, and Mn concentrations
presented a decreasing trend. The Cd concentration decreased most obviously, while the Zn, Cu,
and Mn concentrations decreased after an initial increase. With the increase of tree ring width, the
Pb concentration decreased, while the Cd, Zn, Cu, and Mn concentrations were in adverse. The
relationships between the Pb and other four heavy metals concentrations in the tree rings near the
ground and at breast height had definite differences. Near the ground, the Pb concentration showed
a significant positive correlation with the other four heavy metals concentrations, but at breast
height, less correlation was observed, and even, the Cd concentration decreased significantly with
increasing Pb concentration. The variations of the heavy metals concentrations in the L. gmelinii
tree rings could be affected by the production and mining activities of Xilin Lead鄄zinc Mine, and
thus, it would be possible to use the Pb concentration in the tree rings to reconstruct the mining his鄄
tory of the study area. At present, the Pb concentration in the tailing wastes has polluted the sur鄄
rounding environments near Xilin Lead鄄zinc Mine. Therefore, countermeasures should be adopted to
应 用 生 态 学 报摇 2013 年 6 月摇 第 24 卷摇 第 6 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jun. 2013,24(6): 1536-1544
manage the heavy metals in tailing wastes if the Mine would be continued to be mined.
Key words: Xilin Lead鄄zinc Mine; Larix gmelinii; tree ring; heavy metal; ICP鄄MS.
摇 摇 黑龙江省伊春地区是小兴安岭重要的林区之
一,同时蕴藏着丰富的矿产资源.在矿产资源开发过
程中,对周围环境及树木会产生较大的影响[1-3] .树
木的生理活动可以记载一些外部环境的变化.其中,
树木年轮能提供精确到年、甚至季节的环境变化信
息,因而受到科学家们的高度重视[4],并利用树木
年轮中重金属元素含量的变化进行环境污染研究.
例如,Guyette 等[5]分析了铅笔柏( Juniperus virgini鄄
ana)年轮中 Cd 和 Pb 含量的变化,并且把 Pb 含量
的增高与 Pb 污染联系起来;Lepp[6]运用年轮化学
方法监测环境中痕量金属元素的长期变化,提出了
树木年轮化学的概念. Baes 和 McLaughlin[7]研究了
美国田纳西州橡树岭和大烟山国家公园的 8 种落叶
树和 6 种针叶树年轮后发现,近 25 年来,树木年轮
生长的衰退和年生长量下降均与附近冶炼厂排放的
废气、废物有关.近年来,我国在树木年轮重金属元
素污染方面也开展了一些研究. 栾以玲等[8-9]分析
了南京市 3 种行道树年轮中重金属元素含量,指出
城市主干道重金属污染与机动车增加有很大的关
系;旷远文等[10]分析了珠江三角洲马尾松(Pinus
massoniana)年轮中重金属元素含量的年代变化,其
中 6 种重金属元素含量均有所增加;苏守香等[11]对
合肥城区臭椿(Ailanthus altissima)年轮中 Pb 含量
的分析表明,工业及城市发展是导致树木年轮中 Pb
含量增加的主要原因;蒋高明[12]通过油松(Pinus
tabulaeformis)年轮分析了承德市的重金属污染历
史,指出 1980 年后,树轮中 Mn、Pb 含量明显增加,
尤其是大气中 SO2含量的增加,导致油松大量死亡.
近几年相继开展了利用年轮分析矿区环境污染的研
究.例如,刘禹等[13-14]对西安东郊钢铁厂附近的树
木研究发现,随年代增加,树木年轮中的重金属元素
含量均有所增加,且不同重金属元素的迁移特征不
同;段沛生等[1]测定了云南会泽铅锌矿基地滇杨
(Populus yunnanensis)年轮中 Pb、Cd、Zn 的含量,推
断出 1970—1983 年会泽铅锌矿的历史污染状况;徐
海[15]和雷梅等[16]对重金属元素进入树木的途径、
迁移特征、年轮重建矿区污染及其污染特征等进行
了详细评述.但是,有关采矿历史与树轮重金属元素
含量变化、重金属对树木径向生长影响,以及树轮中
不同重金属元素含量关系等,还需开展深入的研究.
伊春市西林区矿产资源丰富,分布有铅锌矿、水
晶矿,以及大量的花岗岩和大理石、Fe、Mg、Mn、B、
Cu等金属和非金属资源 20 余种. 伊春市西林铅锌
矿位于小兴安岭南麓,是黑龙江省大型铅锌矿之一,
1966 年开始开发建设,现已开采 40 多年,其资源储
量已经临近枯竭.采矿活动已对周边环境产生影响,
矿坝及附近河流中有大量深绿色污染物,有些树木
已经开始死亡.本文通过调查伊春西林铅锌矿附近
兴安落叶松( Larix gmelinii)人工林树轮的生长状
况,以及其中重金属元素的含量变化,分析树木生长
与重金属污染的关系,以及重金属元素间的相互作
用,旨在揭示西林铅锌矿开采的重金属污染历史及
其对周边环境的影响.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
西林铅锌矿位于伊春市西林区东南 10 km,佳
木斯地块西缘伊春鄄延寿褶皱系的次级构造五星鄄关
松镇隆起带中部[17] .矿区开采的主要为铅山地段 1
号矿体,矿体延长 350 m 左右,控制深度为 500 m,
倾角 80 ~ 85毅,厚度为 158 ~ 355 m,平均 15 m[18] .矿
区于 1966 年开采,2004 年改制重组并继续开采.采
矿期间,矿区和背景区的 Pb、Zn 含量分别为 2874伊
10-6、2475 伊 10-6 滋g·g-1和 30. 3 伊 10-6、147 伊 10-6
滋g·g-1[19] .
本研究采样地点选在西林铅锌矿西北 2 km 的
兴安落叶松人工林内(47毅24忆24. 5义 N,129毅09忆45. 7义
E).该地区属北温带大陆性季风气候,春季多风干
旱,夏季短促多雨,秋季降温迅速,冬季严寒漫长.年
均气温 0. 6 益,最热月(7 月)极端最高气温 36. 3
益,最冷月(1 月)极端最低气温-43. 1 益,多年平均
日照时数为 2375 h,年均积温 2200 益 .无霜期 130 d
左右.多年平均降雨量 565 mm,降水多集中在 6—9
月,占全年降水量的 75%左右[20] .
本区植被主要为阔叶红松(Pinus koraiensis)林
采伐后,营造的兴安落叶松人工林.主要乔木树种有
兴安落叶松、红松、云杉 ( Picea asperata) 和冷杉
(Abies religiosa)林等;灌木有胡枝子(Lespedeza bicol鄄
or)、兴安杜鹃 ( Rhododendron dauricum ) 和毛榛
(Corylus mandshurica)等;灌丛和林缘处还生长着山
葡萄(Vitis amurensis)、狗枣猕猴桃( Actinidia kolo鄄
mikta)、五味子 ( Schisandra chinensis)、白颖薹草
73516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡摇 屾等: 伊春西林铅锌矿区兴安落叶松年轮中重金属元素含量的年际变化摇 摇 摇
(Carex rigescens)和大叶章(Deyeuxia langsdorffii)等
藤本植物和草本植物.
1郾 2摇 研究方法
1郾 2郾 1 样品采集和预处理摇 选取 20 世纪 80 年代矿
区栽植的兴安落叶松年轮样芯为试材. 2010 年 10
月,在铅锌矿西北方 2 km 选择树龄在 30 ~ 50 a、胸
径 15 ~ 33 cm,密度 733 株·hm-2的兴安落叶松人工
林.设置 20 m 伊 30 m样方并进行树木定位,从中选
取 40 株树木,在距地面 0. 3 和 1. 3 m处各取年轮样
芯 2 个,分别标记为 a、b(近地面,D0. 3)和 c、d(胸径
处,D1. 3).
将采回的样芯自然风干,粘于木条上,并轻度打
磨,标点后目视交叉定年. 通过 Velmex TA 系统
( TA4015H1鄄S6, Velmex ) 测 定 年 轮 宽 度, 用
COFECHA程序进行交叉定年质量验证[21],以确定
每轮生长年代.在无重金属污染的环境中,于显微镜
下,从树木表皮到髓心以年划分,利用解剖刀切下各
年年轮,把所有样品的同一年份树芯混合、编号. 样
品在 60 ~ 80 益烘干机上干燥 3 d,研磨至粉末,取 5
g左右的样品封袋装填.
1郾 2郾 2 重金属元素含量的测定摇 采用 7500a 型电感
耦合等离子体质谱仪(安捷伦科技公司,美国)测定
兴安落叶松年轮中 5 种重金属元素(Pb、Cd、Zn、Cu、
Mn)含量. 测定前,先将测定仪校正. 使用 0郾 1
mg·L-1质谱调谐液和 1. 0 mg·L-1在线内标溶液,
对 ICP鄄MS仪器测定时的工作条件进行优化.
ICP鄄MS仪器测定样品前处理采用微波消解法,
分别称取 0. 5 g试样于消解内罐中,加入 5 mL浓硝
酸,再加入 1 mL 过氧化氢,放置 5 min,然后放入微
波消解系统内. 消解结束后,用去离子水转移消解
液,并定容至 25 mL 容量瓶中,同时进行试剂空白、
加标回收及国家标准物质验证分析试验.
1郾 3摇 数据处理
采用 ICP鄄MS法测定树轮样芯样品中的重金属
元素含量,求算平均值、标准差、一阶差,进行相关系
数检验,并用 Sigmaplot 10. 0 和 SPSS 18. 0 软件对数
据进行统计分析和作图.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 25 年间矿区兴安落叶松年轮中重金属元素含
量的变化
1987—2010 年,西林铅锌矿区的兴安落叶松径
向生长基本保持逻辑斯蒂曲线形式,即刚开始生长
缓慢,到一定年龄后生长加速,之后生长减缓(图
1).近地面 ( D0. 3 ) 的年轮宽度显著高于胸高处
(D1. 3)(表 1),近地面和胸径处最宽年轮均出现在
1990 年(8. 54 和 7. 28 mm),近地面最窄年轮出现
在 2007 年,而胸高处出现在 2005 年.
摇 摇 由表 1 可以看出,在铅锌矿附近的兴安落叶松
年轮中,5 种重金属元素含量的大小顺序为:Mn>Zn
>Cu>Pb>Cd,表明不同重金属元素在树木体内的迁
移能力存在差异,在土壤中的含量也存在差异[22] .
近 25 年来,Pb在兴安落叶松年轮中(近地面和胸高
处平均)的含量为 0. 44 mg·kg-1左右,胸高处 Pb含
量高于近地面,但差异不显著.其中,1987—1990 年
年轮中 Pb 含量下降了 42% ,2004—2010 年间变化
幅度较大,其中 1987、2005、2006、2007 年近地面和
胸高处数据间偏差较大.
Cd含量总体上呈下降趋势,1987—2010 年每
年下降约 0. 012 mg·kg-1 . 其中,近地面年轮的 Cd
含量显著高于胸高处,且在 1992 年降低,2009 年又
升高.
Mn含量变化趋势为先降后升,且近地面和胸高
处 Mn含量差异不显著.在 1987—2000 年,Mn 含量
呈平稳下降趋势,2000 年达到最低值,2000—2009
年又平稳上升,尤其是 2010 年上升明显.
Cu含量呈很弱的下降趋势,近地面 Cu 含量显
著高于胸高处. 1987—2010 年,胸高处 Cu 含量相对
较平稳.近地面处 Cu含量波动较大,1987—1996 年
其最高值与最低值相差 2. 23 mg·kg-1 .
Zn含量呈先下降后升高的趋势,近地面处 Zn
含量显著高于胸高处. 1987—1999年,Zn含量呈下
表 1摇 兴安落叶松年轮中重金属元素含量及年轮宽度的非
独立样本 t检验
Table 1摇 t鄄test for dependent samples of heavy metal con鄄
centrations and tree鄄ring widths in Larix gmelinii
参数
Parameter
高度
Height
均值
Mean
标准差
SD
t 自由度
df
P
Pb D0. 3 0. 42 0. 16 -1. 01 24 0. 32
(mg·kg-1) D1. 3 0. 46 0. 10
Cd D0. 3 0. 19 0. 09 2. 54 24 0. 02
(mg·kg-1) D1. 3 0. 17 0. 09
Zn D0. 3 4. 88 1. 16 5. 43 24 0. 00
(mg·kg-1) D1. 3 4. 23 0. 73
Cu D0. 3 2. 92 1. 05 4. 96 24 0. 00
(mg·kg-1) D1. 3 2. 06 0. 49
Mn D0. 3 17. 35 8. 39 -0. 25 24 0. 80
(mg·kg-1) D1. 3 17. 42 7. 83
年轮宽度 (mm) D0. 3 3. 95 1. 97 4. 55 24 0. 00
Tree鄄ring width D1. 3 3. 61 1. 77
D0. 3:近地面 0. 3 m 0. 3 m high from the ground; D1. 3:胸高 1. 3 m
Breast height, 1. 3 m high from the ground.下同 The same below.
8351 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 1摇 西林铅锌矿区兴安落叶松年轮宽度及重金属元素含量的年际变化
Fig. 1摇 Interannual variations of tree鄄ring widths and five heavy metal concentrations of Larix gmelinii near Xilin Lead鄄zinc Mine.
D0. 3:近地面 0. 3 m 0. 3 m high from the ground; D1. 3:胸高 1. 3 m Breast height,1. 3 m high from the ground.下同 The same below.
降趋势,1999 年达到最低值,1999—2007 年开始上
升,之后趋于稳定.
综上可知,兴安落叶松年轮中各重金属元素含
量显著降低主要出现在 1988 年以后,并且下降速度
有逐渐加快的趋势. 2004—2010 年波动剧烈,并且
有升高的趋势.总体来看,近地面处的各种重金属元
素含量均高于胸径处,表明重金属元素随树干向上
迁移的能力逐渐减弱.
2郾 2摇 重金属元素含量与径向生长的关系
随着年轮宽度增加,年轮中的重金属元素含量
增加(Pb 含量除外)(图 2).由表 2 可以看出,年轮
宽度与 Cd、Mn 含量显著正相关;与 Pb 含量的相关
性较弱,但在胸高处达到显著负相关;与 Zn 含量呈
正相关,但不显著;与 Cu 含量仅在胸高处显著正相
关,在近地面处与均值也呈正相关但不显著.
图 2 还显示,5 种重金属元素中,Pb与其他元素
含量对兴安落叶松径向生长的影响不同,Pb 污染可
能会抑制树木的径向生长.
2郾 3摇 Pb对其他重金属元素的影响
在兴安落叶松近地面的年轮(D0. 3)中,随着 Pb
含量增加,Zn、Cu 和 Mn 含量显著增加,但 Cd 含量
无明显变化(图 3).另外,Zn 含量随 Pb 含量增加的
幅度最大.
在兴安落叶松胸高处(D1. 3)的年轮中,Pb 含量
与其他 4 种重金属元素含量的关系不显著,仅 Cd含
量随着 Pb含量增加而减少.这表明随着重金属元素
在树干中向上迁移,其迁移方式、速度等存在差异,
导致原来存在的关系减弱或消失. 随着高度增加,
表 2摇 兴安落叶松年轮宽度与重金属元素含量的相关系数
Table 2摇 Correlation coefficients between heavy metal con鄄
centrations and tree鄄ring widths of Larix gmelinii
年轮宽度
Tree鄄ring widths
Pb Cd Zn Cu Mn
D0. 3 -0. 02 0. 86* 0. 36 0. 20 0. 47*
D1. 3 -0. 50* 0. 91* 0. 37 0. 58* 0. 44*
Dm -0. 22 0. 90* 0. 38 0. 36 0. 46*
Dm:D0. 3和 D1. 3的平均值 The mean value of D0. 3 and D1. 3 . *P <
0郾 05.下同 The same below.
93516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡摇 屾等: 伊春西林铅锌矿区兴安落叶松年轮中重金属元素含量的年际变化摇 摇 摇
图 2摇 兴安落叶松年轮中重金属元素含量与其径向生长的关系
Fig. 2摇 Relationships between heavy metal concentration and radial growths of Larix gmelinii.
Pb含量对其他重金属元素含量的影响减弱.这种变
化也可能是因为环境中重金属元素含量本身存在某
种关系,从而导致树干中元素含量出现相应的变化.
由表 3 可以看出,除 Pb与 Cd外,其余重金属元
素含量间呈正相关关系. Cu 与 Mn 相关性最强,Pb
与 Cd的相关性最弱. Mn 与 Pb、Cd,以及 Pb 与 Cd
相关不显著,其他重金属元素之间都是显著正相关.
摇 摇 由表 4 可以看出,Pb 与 Zn 含量的变化具有较
好的同步性,但它们与年轮宽度的同步性较差;Zn、
Cu、Mn之间的同步性较强,但Cu、Mn与Pb之间不
0451 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
图 3摇 兴安落叶松年轮中 Pb与其他重金属元素含量的关系
Fig. 3摇 Relationships between Pb and other heavy metal concentrations in tree rings of Larix gmelinii.
表 3摇 兴安落叶松年轮中重金属元素平均含量的相关系数
Table 3摇 Correlation coefficients among heavy metal mean
concentrations in tree rings of Larix gmelinii
Pb Cd Zn Cu
Cd -0. 02
Zn 0. 73* 0. 51*
Cu 0. 45* 0. 42* 0. 71*
Mn 0. 34 0. 39 0. 66* 0. 77*
具有同步性,Cd与其他元素之间的同步性均较差.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 兴安落叶松年轮中重金属元素含量动态
由于每年的开采量不同,废料、废液的排放量也
表 4摇 兴安落叶松年轮中重金属元素平均含量及年轮宽度
一阶差相关系数矩阵
Table 4 摇 Correlation coefficient matrix among first order
differences for heavy metal mean concentrations and tree鄄
ring widths of Larix gmelinii
元素
Heavy
metal
年轮宽度
Tree鄄ring
width
Pb Cd Zn Cu
Pb -0. 45*
Cd -0. 02 0. 10
Zn -0. 37 0. 60* 0. 22
Cu -0. 27 0. 06 0. 10 0. 52*
Mn 0. 02 0. 12 -0. 20 0. 49* 0. 49*
不相同,因此,铅锌矿区附近的兴安落叶松从被污染
的土壤中吸取的重金属量也不同. 1987—2003 年,
14516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡摇 屾等: 伊春西林铅锌矿区兴安落叶松年轮中重金属元素含量的年际变化摇 摇 摇
兴安落叶松年轮中 5 种重金属元素含量基本上呈下
降的趋势,可能是随着铅锌矿资源的不断开采,可采
矿物逐渐下降,产量受到限制,以及尾矿处理方法的
改善,导致树木中的重金属元素含量下降. 2004—
2010 年,年轮中 Pb、Zn、Cu、Mn 含量都产生或大或
小的波动,可能与 2003 年恢复再生产有关. 1987—
2010 年,年轮中的 Pb含量在 0. 34 ~ 0. 78 mg·kg-1,
这一结果与美国东部铅笔柏中 Pb 含量的动态变化
类似[2,5] .除 Pb 含量外,其他重金属元素基本呈下
降趋势,这也为树木中 Pb 含量的增加(或稳定)提
供了生理学或解剖学上的解释. 刘禹等[13-14]也发
现,西安钢厂附近油松年轮中的 Cd 含量逐渐降低,
可能与钢厂开工和停产存在关联. 本文中的几种重
金属元素含量降低也可能与企业减产和停工有关.
吴泽民等[23]发现,黄山松(Pinus taiwanensis)年轮中
的 Mn 含量随树龄增大先降低后增加,但 Zn、Cu 含
量与树龄关系不大.这与本文结果基本一致. 5 种重
金属元素含量都是近地面处高于胸径处(表 1),这
与植物对重金属元素的吸收和转移机制有关. 植物
对重金属元素多为被动吸收,首先积累于根部,当含
量超过一定量时,才向其他部位转移[20] .因此,胸径
处年轮中的重金属元素含量低于近地面处.
3郾 2摇 重金属元素含量与树木径向生长的关系
5 种重金属元素中,Zn、Mn、Cu为生长必需微量
元素,树木年轮宽度与这 3 种元素含量呈正比,且
Mn是 5 种重金属元素中含量最高的.蒋高明等[7,12]
指出,通常植物叶片中 Mn 含量在 150 ~ 450
mg·kg-1时才会发生毒害作用,Zn 含量在 27 ~ 120
mg·kg-1会对草本植物造成危害. 本研究中,Zn 和
Cu含量虽有波动,但都在正常范围内. 植物对不同
重金属元素的吸收程度及其影响与植物种类和根系
分泌物有很大的关系[24-25] . Pb 与 Cd 为非生长必需
元素,含量相对较少. Pb 含量的升高与年轮宽度的
增加呈反比,表示 Pb 对树木生长有抑制作用. 这是
由于 Pb含量升高会破坏叶片的叶绿素结构,降低叶
绿素含量,导致树木养分供给不足[26-28] . Doucet
等[29]观察发现,Pb 在树轮中存在径向流动性,可能
影响年轮中 Pb含量与径向生长的关系.而 Cd 对年
轮宽度的增加有促进作用,这与 Lamb 等[30]得出的
低 Cd含量对蔬菜的生长有刺激作用结论相一致.
3郾 3摇 重金属元素之间的关系
5 种重金属元素中,Zn、Cu、Mn之间有良好的相
关性,并且 Zn、Cu 与 Pb、Cd 呈现显著正相关,表明
Zn、Cu对 Pb、Cd、Mn 的吸收有较明显的促进作用.
可能是 Zn与 Cu促进了植物的新陈代谢,导致吸收
量增加.关于 Pb 与 Cd 含量的相关性,不同学者的
观点不同. 林琦等[31]认为,Pb、Cd 复合处理下,Cd
促进了水稻植株对 Pb 的吸收;而彭丽娟等[32]对 24
种植物的分析表明,Pb与 Cd之间存在拮抗作用.本
研究结果也表明,低 Cd 含量可能促进微量元素的
吸收,从而阻断植物对 Pb 的吸收. 当 Cd 含量升高
时,其与 Pb同样会对植物产生较强的危害作用[33] .
Markovic等[34]发现,椴树(Tilia platyphyllos)年轮中
Pb和 Mn存在较好的正相关关系,植物体内痕量元
素的变化及其相互关系可能与土壤中该元素含量有
着很大的关系.
综上所述,伊春市西林铅锌矿开采近 40 年,Pb
和 Cd 已经对周围兴安落叶松产生影响,尤其是在
其年产量较高时,Pb会对兴安落叶松的径向生长产
生较大危害.但是土壤中 Zn、Cu、Mn 等含量并未对
周围树木生长产生较大危害.因此,如果该矿继续开
采,应加大对尾矿中 Pb 的处理,以降低对周围植物
的影响.
参考文献
[1]摇 Duan P鄄S (段沛生), Wang H鄄X (王焕校), Ge M鄄Y
(葛梦雁). Examine the historical pollution situation of
Huize Pb鄄Zn Mine from analysis on the Pb, Cd and Zn
content of ring. Journal of Yunnan University (Natural
Science) (云南大学学报·自然科学版), 1992, 14
(2): 227-232 (in Chinese)
[2]摇 Qian J鄄L (钱君龙), Huang J鄄S (黄景苏). Long鄄term
relationship between Pb and Cd concentrations in Junipe鄄
rus virginiana tree rings and mining activities in eastern
USA. Foreign Environment Science and Technology (国
外环境科学技术), 1995(1): 49 -53, 10 ( in Chi鄄
nese)
[3]摇 Guo X鄄L (郭星亮), Gu J (谷 摇 洁), Chen Z鄄X (陈
智学), et al. Effects of heavy metals pollution on soil
microbial communities metabolism and soil enzyme ac鄄
tivities in coal mining area of Tongchuan, Shanxi Prov鄄
ince of northwest China. Chinese Journal of Applied
Ecology (应用生态学报), 2012, 23(3): 798 -806
(in Chinese)
[4]摇 Ma L鄄M (马利民), Liu Y (刘摇 禹), Zhao J鄄F (赵建
夫). The relationship between environmental change
and stable carbon isotopes records from tree鄄ring in Mt.
Helan. Environmental Science (环境科学), 2003, 24
(5): 49-53 (in Chinese)
[5]摇 Guyette RP, Cutter BE, Henderson GS. Long鄄term cor鄄
relations between mining activity and levels of lead and
2451 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 24 卷
cadmium in tree鄄rings of eastern red鄄cedar. Journal of
Environmental Quality, 1991, 20: 146-150
[6]摇 Lepp NW. The potential of tree鄄ring analysis for monito鄄
ring heavy metal pollution patterns. Environmental Pol鄄
lution, 1975, 9: 49-61
[7]摇 Baes III CF, McLaughlin SB. Trace elements in tree
rings: Evidence of recent and historical air pollution.
Science, 1984, 224: 494-497
[8]摇 Luan Y鄄L (栾以玲), Jiang Z鄄L (姜志林), Yuan H鄄H
(阮宏华). The historical dynamics of concentrations of
heavy metal in street tree rings in Nanjing, China. Jour鄄
nal of Nanjing Forestry University ( Natural Science)
(南京林业大学学报·自然科学版), 2009, 33(6):
147-150 (in Chinese)
[9]摇 Luan Y鄄L (栾以玲), Yuan H鄄H (阮宏华), Jiang Z鄄L
(姜志林). Comparative analysis of the content of the
heavy metal in tree ring in different growth backgrounds
in Nanjing City. Journal of Anhui Agricultural Sciences
(安徽农业科学), 2009, 37(35): 17725-17729 ( in
Chinese)
[10]摇 Kuang Y鄄W (旷远文), Zhou G鄄Y (周国逸), Wen D鄄
Z (温达志), et al. Years change of ring heavy metal
content in the pearl river delta Pinus massoniana. Jour鄄
nal of Tropical and Subtropical Botany (热带亚热带植
物学报), 2007, 15(5): 383-389 (in Chinese)
[11]摇 Su S鄄X (苏守香), Sun Q鄄X (孙启祥), Wu Z鄄M (吴
泽民). The dynamic pattern of Pb concentration in an鄄
nual rings of 70鄄year tree of Ailanthus altissima in Hefei
City. Journal of Chinese Urban Forestry (中国城市林
业), 2008, 6(4): 52-54 (in Chinese)
[12]摇 Jiang G鄄M (蒋高明). The application of Pinus tabulae鄄
formis tree rings in revealing the pollution history of
Chengde City. Acta Phytoecologica Sinica (植物生态学
报), 1994, 18(4): 314-321 (in Chinese)
[13]摇 Liu Y (刘摇 禹), Wang W鄄P (王伟平), Bao T鄄Y (保
庭毅), et al. Content variations of heavy metal recorded
by tree rings from a displaced steel works in the eastern
Xi爷an City. Asian Journal of Ecotoxicology (生态毒理
学报), 2009, 4(3): 382-391 (in Chinese)
[14]摇 Liu Y (刘摇 禹), Ta W鄄Y (他维媛), Bao T鄄Y (保庭
毅), et al. Relationships between some elements con鄄
centrations in tree rings and environment changes: Ex鄄
amples at two sites in Xi爷an. Science in China Series D:
Earth Science (中国科学 D辑: 地球科学), 2008, 38
(11): 1413-1418 (in Chinese)
[15]摇 Xu H (徐摇 海). Advance in dendrochemistry for moni鄄
toring heavy metal pollution in environment. Earth and
Environment (地球与环境), 2004, 32 (3 -4): 1 -6
(in Chinese)
[16]摇 Lei M (雷摇 梅), Guo L鄄X (郭立新), Zhang S鄄L (张
山岭). Dendrochemistry application as a tool for bio鄄
monitoring environmental pollution of mining areas. Pro鄄
gress in Geography (地理科学进展), 2011, 30(1):
114-120 (in Chinese)
[17]摇 Liu Y鄄M (刘玉民). Metallogenic feature and prospec鄄
ting sign in Xilin lead鄄zinc deposit (Erduan鄄Nangou sec鄄
tion) Yichun City, Heilongjiang Province. Mineral Re鄄
sources and Geology (矿产与地质), 2003( suppl. 1):
335-337 (in Chinese)
[18]摇 Wang C鄄G (王成功), He J鄄Q (贺家齐), Li F鄄L (李
风廉). The study on self鄄ignition of lead鄄zinc mine in
Xilin District. Nonferrous Metal (Mining Section) (有
色金属·矿山部分), 1980(3): 7-12 (in Chinese)
[19]摇 Kong M (孔摇 牧), Ren T鄄X (任天祥). Accumulation
mechanism of Pb and Zn in plants in the Xiaoxilin Pb鄄Zn
deposit, Xiaoxing爷an Mountains, Heilongjiang. Geolog鄄
ical Exploration for Non鄄ferrous Metal (有色金属矿产
与勘查), 1996, 5(1): 54-58 (in Chinese)
[20]摇 Gao Y鄄G (高永刚), Wen X鄄Q (温秀卿), Ji J鄄Z (姬
菊芝), et al. Influence of climatic change trend on eco鄄
logical environment quality of Yichun forest region from
1961 to 2003. Journal of Northwest A&F University
(Natural Science) (西北农林科技大学学报·自然科
学版), 2007, 35(3): 121-128 (in Chinese)
[21]摇 Holmes RL. Computer鄄assisted quality control in tree鄄
ring dating and measurement. Tree鄄ring Bulletin, 1983,
43: 69-78
[22]摇 Song J鄄F (宋金凤 ). Low鄄molecular鄄weight Organic
Acids Leached from Forest Litters and Their Ecological
Functions. Master Thesis. Harbin: Northeast Forestry
University, 2006 (in Chinese)
[23]摇 Wu Z鄄M (吴泽民), Gao J (高摇 健), Huang C鄄L (黄
成林), et al. Dynamic characters of sulphur and heavy
metals concentrations in Pinus taiwanensis growth rings.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2005, 16(5): 820-824 (in Chinese)
[24]摇 Luo Y鄄Q (罗永清), Zhao X鄄Y (赵学勇), Li M鄄X
(李美霞). Ecological effect of plant root exudates and
related affecting factors: A review. Chinese Journal of
Applied Ecology (应用生态学报), 2012, 23 (12):
3496-3504 (in Chinese)
[25]摇 Mench M, Martin E. Mobilization of cadmium and other
metals from two soils by root exudates of Zea mays L. ,
Nicotiana tabacum L. and Nicotiana rustica L. Plant
and Soil, 1991, 132: 187-196
[26]摇 Wu Z (武摇 征), Guo Q鄄S (郭巧生), Wang Q鄄Y (王
庆亚). Effects of lead, copper and cadmium stresses on
growth and inherent quality of Prunalla vulgaris. China
Journal of Chinese Materia Medica (中国中药杂志),
2010, 35(3): 263-267 (in Chinese)
34516 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 胡摇 屾等: 伊春西林铅锌矿区兴安落叶松年轮中重金属元素含量的年际变化摇 摇 摇
[27]摇 Visioli G, Marmiroli M, Marmiroli N. Two鄄dimensional
liquid chromatography technique coupled with mass
spectrometry analysis to compare the proteomic response
to cadmium stress in plants. Journal of Biomedicine Bio鄄
technology, 2010, 23: 507-510
[28]摇 Liang J (梁摇 剑), Liu X鄄W (刘小文), Tang L (唐
琳). Effects of Cd2+ and Pb2+ on the seedling growth of
Jatropha curcas L. Guangdong Agricultural Sciences (广
东农业科学), 2012, 39(10): 31-34 (in Chinese)
[29]摇 Doucet A, Savard MM, B佴gin C, et al. Combining tree鄄
ring metal concentrations and lead, carbon and oxygen
isotopes to reconstruct peri鄄urban atmospheric pollution.
Tellus, 2012, 64: 19005, http: / / dx. doi. org / 10.
3402 / tellusb. v64i0. 19005
[30]摇 Lamb DT, Ming H, Megharaj M, et al. Relative toler鄄
ance of a range of Australian native plant species and
lettuce to copper, zinc, cadmium, and lead. Archives of
Environmental Contamination and Toxicology, 2010,
59: 424-432
[31]摇 Lin Q (林 摇 琦), Chen Y鄄X (陈英旭), Chen H鄄M
(陈怀满). Effect of organic acids on soil chemical be鄄
havior of lead and cadmium and their toxicity to plants.
Chinese Journal of Applied Ecology (应用生态学报),
2001, 12(4): 619-622 (in Chinese)
[32] 摇 Peng L鄄J (彭丽娟), Yin C鄄X (殷彩霞), Wang G鄄C
(王光灿). Characteristics of Pb, Cd, Hg contents in
plant species along the Kunming western suburb roads.
Journal of Yunnan University (Natural Sciences) (云南
大学学报·自然科学版), 1998, 20(S3): 438-440
(in Chinese)
[33]摇 Kang H (康摇 浩), Shi G鄄Y (石贵玉), Pan W鄄P (潘
文平). Research progress of toxic effect of cadmium on
plant. Journal of Anhui Agricultural Sciences (安徽农业
科学), 2008, 36(26): 11200-11201, 11204 (in Chi鄄
nese)
[34]摇 Markovic DM, Milo觢evic IR, Vilotic D. Accumulation of
Mn and Pb in linden (Tilia platyphyllos Scop. ) . Envi鄄
ronmental Science and Pollution Research, 2013, 20:
136-145
作者简介摇 胡摇 屾,男,1986 年生,硕士研究生.主要从事树
木年轮学研究. E鄄mail: pidouhui@ 163. com
责任编辑摇 李凤琴
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