城市公园多种环境介质中汞时空分布特征及环境意义

来源 :华东师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tongjm2009
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汞是唯一以气态长距离传输的全球性重金属污染物,严重威胁着生态系统和人类健康。随着人类生产活动的增强,人为汞排放已经显著改变了全球汞的自然循环,尤其是在人口密集的城市地区。公园在城市生态系统中发挥着重要的作用,其环境介质中汞浓度特征可以综合反映城市空间中汞的分布特征与污染状况。本研究分析了上海市公园中树叶、表层土壤和湖泊表层沉积物三种环境介质中汞浓度的时空分布特征,并探讨了不同环境介质中汞浓度与人类活动的关系。在此基础上,建立了用于分析人类活动对城市区域环境介质中汞分布影响的有效指标,进而为城市空间尺度下汞循环机制研究和污染防治提供科学数据和参考。通过本研究,主要得到以下几点结论:(1)2019年5月到11月,上海市7座公园监测点中法桐(Oriental plane)、水杉(Metasequoia glyptostroboides)、樱花(Cerasus sp)和香樟(Chinnamomum camphora(L)Presl)四种树木叶片汞浓度与叶片生长时间均呈显著线性正相关关系(r2=0.994,P<0.01;r2=0.995,P<0.01;r2=0.990,P<0.01;r2=0.981,P<0.01),表明了树木叶片在整个生长期内不断吸收累积大气汞。虽然叶片对大气汞吸收累积能力存在种间差异,但四种树木叶汞浓度日累积速率(?g/kg?d-1)具有相似的变化规律,表现为5月到9月值先上升后下降,9月到11月呈上升趋势,表明不同树种叶汞累积变化对外界环境变化的响应是一致的。(2)上海市44座公园中3种落叶树木衰老叶片叶汞浓度(11月)为:法桐51.3±8(42.260.1)?g/kg、水杉53.5±8(40.485.4)?g/kg、樱花66.7±12(46.496.7)?g/kg;一种常绿树木香樟叶汞浓度为36.8±4(30.044.2)?g/kg。四种树木叶汞浓度与表层土壤总汞浓度间无显著相关性,这表明了树木叶片汞的吸收累积受到土壤汞浓度的影响是有限的。(3)11月份,同一种树木叶汞浓度最大值与最小值的关系是:法桐1.4倍、水杉2.1倍、樱花2.1倍、香樟1.5倍,且叶汞浓度最大均值(樱花)是最小均值(香樟)的1.8倍。这指示了上海市公园环境大气气态元素汞浓度的空间梯度差异可能不大。不同树种叶汞浓度空间分布模式存在局部差异,但整体上与上海市工业布局空间分布基本一致。即叶汞浓度高值多出现在嘉定区、宝山区、金山区等工业密集区。这表明树叶汞浓度无法反映出区域大气气态元素汞浓度的细微差异,但通过结合多种树木叶汞相互印证分析可以辨别大气气态元素汞浓度在较大空间尺度上分布规律。这为研究人类活动对区域环境的影响提供了可借鉴的有效、简单的生物监测方法。(4)上海市公园中落叶生物量平均值为810 g/m2·yr-1,结合其它研究报道的落叶生物量值估算上海市公园落叶汞沉降通量范围为26.645.3?g/m2·yr-1,高于与上海市纬度相差不大的大梅山落叶汞沉降通量16.329.1?g/m2·yr-1。(5)上海市公园中表层土壤总汞(THg)浓度均值(范围)为186.7±165(37.4775.2)?g/kg,湖泊表层沉积物THg浓度均值为115±107.4(28.4510.5)?g/kg,均高于上海市土壤THg浓度背景值95?g/kg。表层土壤和沉积物中THg浓度与有机碳(TOC)浓度均呈显著正相关关系(r2=0.251,P<0.01;r2=0.408,P<0.01)。表层土壤和沉积物中THg:TOC比值空间分布在中心城区、嘉定区、宝山区和金山区一带表现为高值区,与城市化梯度和工业布局在空间上基本吻合。表明了THg:TOC比值是一种评价人类活动对大气汞沉降影响的有效归一化指标。(6)本研究所调查的几处潜在汞污染区,其环境介质中汞浓度较低(树叶:47.4±16?g/kg;表层土壤:84.0±44?g/kg),表明了这些区域未受到明显的汞污染。本研究构建的叶汞判断模型所计算的叶片汞浓度高值点多分布在燃煤热电厂或金属冶炼厂等汞的无意排放点,这意味着模型计算结果可信度较大,在预测大气气态元素汞分布规律上具有一定的应用价值。公园表层土壤和沉积物THg污染评价结果表明:中心城区汞污染风险相对较高,其次为金山区、松江区、宝山区和嘉定区等工业区或交通枢纽区,青浦区、闵行区、奉贤区公园环境未受污染。
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