張俊輝,姜 珊,劉 濱,王彥虎

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寶雞市濱河路不同植被環(huán)境污染的磁學(xué)響應(yīng)

張俊輝1,2*,姜 珊1,劉 濱1,王彥虎1

(1.寶雞文理學(xué)院地理與環(huán)境學(xué)院,陜西 寶雞 721013；2.寶雞文理學(xué)院,陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 寶雞 721013)

為理解城市道路綠化帶不同植被葉片附塵對污染的磁學(xué)響應(yīng),對寶雞市濱河路不同類型的植被葉片進(jìn)行系統(tǒng)的環(huán)境磁學(xué)實(shí)驗(yàn)分析.結(jié)果表明,植被葉片中磁性礦物含量相對較低,主要的載磁礦物為假單疇和多疇的亞鐵磁性礦物,同時(shí)含有赤鐵礦,灌木植被葉片的磁性礦物濃度與粒徑均大于喬木,其中χlf值平均值為6.49×10-8m3/kg,相比較校園清潔區(qū)的植被葉片,表現(xiàn)出較高的濃度.濱河路植被葉片的飽和等溫剩磁(SIRM)和非磁滯剩磁磁化率(χARM)的變化范圍分別為(964~1226)×10-6Am2/kg和(9.9~44.7)×10-8m3/kg,同樣也都遠(yuǎn)高于校園植被葉片(453~771)×10-6Am2/kg和(6.8~15.1)×10-8m3/kg,表明亞鐵磁性礦物的相對含量較高.磁學(xué)參數(shù)表現(xiàn)出一定的空間變化規(guī)律,隨著高度的增大,植被葉片含有的磁性礦物濃度和粒徑逐漸遞減.隨著高度逐漸遞減.同一高度內(nèi)不同種類植被記錄的環(huán)境污染各有差異,灌木植被紫金葉女貞的葉片樣品中含有較高的磁性礦物濃度,指示其具有更好的滯塵和防治污染的能力.植被葉片的磁性礦物濃度在濱河路東段十字路口與西段路口呈現(xiàn)兩個(gè)高值中心,指示兩個(gè)污染相對較為嚴(yán)重的區(qū)域.

寶雞市；磁學(xué)特征；植被；環(huán)境污染

研究表明,城市道路綠化植被葉片可以作為揭示城市環(huán)境污染的一個(gè)重要信息載體[1-5].其中重金屬污染是城市環(huán)境污染的主要組成部分[6-10].當(dāng)前國內(nèi)外針對城市綠化植被揭示環(huán)境污染的研究主要通過傳統(tǒng)的化學(xué)方法(如AAS, ICP-MS等)分析綠化植被中重金屬種類、含量、來源、分布和污染特征等[11-14].環(huán)境磁學(xué)作為一種具有快捷、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)和對樣品破壞性小等多種優(yōu)勢的研究方法,在植被作為環(huán)境污染信息載體的研究中也有一定的應(yīng)用.Haneschet等[12]通過分析認(rèn)為:大氣降塵、植物、土壤和沉積物等環(huán)境污染的指示對象中,植物的葉片因采集方法便易,經(jīng)濟(jì)可行,可被應(yīng)用在廣范圍、大規(guī)模的城市污染研究中.Gautam等[13]通過研究發(fā)現(xiàn):植物葉片的磁化率等磁學(xué)參數(shù)的變化特征可作為區(qū)域大氣重金屬污染的替代指標(biāo).同樣對北京西郊首鋼工業(yè)區(qū)附近采集的多種植被葉片樣品磁學(xué)研究表明,磁化率、非磁滯剩磁以及飽和等溫剩磁等主要磁性參數(shù)與一些重金屬元素呈顯著相關(guān)關(guān)系(0.73￡￡0.88),因此認(rèn)為葉片的磁學(xué)參數(shù)可以作為揭示大氣重金屬污染研究的理想替代指標(biāo)[14]. 2015年對上海城郊區(qū)公園綠地中廣泛分布的香樟葉片環(huán)境磁學(xué)和重金屬元素研究揭示磁性顆粒物的含量和粒徑由典型工業(yè)區(qū)沿冬季風(fēng)方向逐級(jí)遞減,磁性礦物及重金屬含量主要受工業(yè)活動(dòng)和交通道路污染的復(fù)合影響[7].曹麗婉等[16]于2016年選取具有高空間分辨率優(yōu)勢的葉片作為收集粉煤灰的載體,對臨汾市大氣中可吸入顆粒物進(jìn)行磁學(xué)參數(shù)監(jiān)測,結(jié)果表明磁化率最大值出現(xiàn)在工廠污染源附近,磁化率空間分布呈現(xiàn)隨污染源距離增加而降低的趨勢,表明葉片的磁學(xué)性質(zhì)可以有效反映大氣污染的現(xiàn)狀.另外,利用工業(yè)區(qū)或交通道路沿線植被葉片的磁學(xué)性質(zhì),揭示出綠化植被葉片樣品中磁性礦物的含量和粒徑表現(xiàn)出隨著與污染源距離的增大而減小的變化規(guī)律[17-20].但是,關(guān)于植物葉片對環(huán)境污染的磁學(xué)響應(yīng)研究主要集中北京、上海等大都市或者重點(diǎn)工業(yè)區(qū)[21-23],側(cè)重于對區(qū)域范圍內(nèi)同一植被記錄的環(huán)境污染進(jìn)行分析.中小城市道路綠化植被葉片磁性特征揭示環(huán)境污染的相關(guān)研究開展的較少,且同一道路不同植被、不同高度植被揭示環(huán)境污染的研究則更為少見.

寶雞市地處關(guān)中平原的西部,是陜西省重要的工業(yè)城市,研究區(qū)域位于寶雞市高新區(qū),區(qū)內(nèi)分布有秦嶺鈦材加工廠、稀有金屬加工廠、渭濱雙星金屬加工廠等眾多鋼鐵金屬加工企業(yè),交通運(yùn)輸繁忙,工業(yè)和交通產(chǎn)生的污染嚴(yán)重的影響著城市環(huán)境.本文選擇交通繁忙、車流量大,植被種類相對較多,且具有一定代表性的寶雞市高新區(qū)濱河路綠化帶不同植被葉片作為研究對象,系統(tǒng)分析寶雞市濱河路不同綠化植被中磁性礦物的含量、種類以及顆粒大小等特征,評(píng)估不同種類、不同高度綠化植被磁學(xué)特征的空間分布規(guī)律,揭示環(huán)境污染現(xiàn)狀.幫助構(gòu)建道路綠化植被記錄環(huán)境污染的磁學(xué)評(píng)價(jià)體系,為城市選擇既能美化和凈化城市環(huán)境、又能降低綠化成本的植被提供新的科學(xué)依據(jù),對改善城市居民生活環(huán)境具有重要意義.

1 材料與方法

1.1 樣品收集

圖1 寶雞市濱河路綠化植被采樣位置示意

選取寶雞市高新區(qū)濱河路作為研究區(qū)域,該道路綠化植被種類多樣,喬木有塔松、懸鈴木、大葉女貞、側(cè)柏;灌木有紫荊、紅葉李、金葉女貞.采樣時(shí)間為2015年11月,基本為生長期將近一年的葉片,選擇連續(xù)7d晴朗的天氣后采樣.以4個(gè)不同高度(1m、1.5m、3m、4m)分別對不同綠化植被一年生成熟健康葉片進(jìn)行采集.其中灌木植被紫荊、金葉女貞、紅葉李等采樣高度分為I、II層(1m、1.5m),大葉女貞、塔松和側(cè)柏等喬木采樣高度分為III、IV層(3m、4m).為了避免誤差干擾,每一層的樣品采集均有東、西、南和北4個(gè)方向,實(shí)驗(yàn)時(shí)均勻混合.同時(shí)采集不同植被所對應(yīng)的街道粉塵樣品,寶雞文理學(xué)院校園中采集人為干擾相對較小區(qū)域的大葉女貞、白皮松、楊樹、懸鈴木樹葉樣品作為背景參照.共采集樣品161個(gè)(圖1).

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

烘箱溫度設(shè)定為60℃,將樣品烘干,然后用瑪瑙研缽研磨成粉末狀,稱取2g左右的樣品包裹壓實(shí)后裝入無磁立方塑料盒中,進(jìn)行以下磁學(xué)參數(shù)的測定:使用英國Bartington公司生產(chǎn)的MS2型磁化率儀進(jìn)行低頻(470Hz)測試.使用AGICO公司生產(chǎn)的JR-6A雙速自動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁力儀和ACSD-2000T型交變退磁儀測量在峰值為100mT的交變磁場和0.05mT的直流場下獲得的非磁滯剩磁(ARM),計(jì)算非磁滯剩磁磁化率(ARM)=ARM/(1000/4′3.14)′0.5).利用AGICO公司生產(chǎn)的JR-6A和ASCIM-10-30脈沖磁化儀雙速自動(dòng)旋轉(zhuǎn)磁力儀對樣品分別加正向的300mT、1000mT和反向的20mT、300mT磁場,從而獲得等溫剩磁(IRM)和飽和等溫剩磁(SIRM),其中1000mT條件下獲得的IRM即為SIRM,并計(jì)算ARM/lf、SIRM/lf、ARM/SIRM.選取代表性葉片樣品進(jìn)行磁化率隨溫度變化的曲線(-T曲線)、磁滯回線(Loop曲線)以及FORC圖的測量.-T曲線的測量采用捷克生產(chǎn)的MFK1FA型卡帕喬多頻率磁化儀,加熱至700 ℃. Loop曲線和FORC圖的測量是用美國Lake Shore公司生產(chǎn)的VSM3902型變梯度磁力儀完成測量,測量時(shí)所加最大磁場為1000mT.以上實(shí)驗(yàn)均在寶雞文理學(xué)院陜西省災(zāi)害監(jiān)測與機(jī)理模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所測試完成.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1 磁性礦物的特征

當(dāng)樣品中磁性顆粒的粒徑變化不大時(shí),磁化率(lf)大小主要反映了樣品中亞鐵磁性(如磁鐵礦)的含量[24].寶雞市濱河路喬木(塔松、懸鈴木、大葉女貞、側(cè)柏),灌木(紫荊、紅葉李,金葉女貞)等植被葉片的磁學(xué)參數(shù)變化(表1):lf值變化范圍在(1.63~17.5)×10-8m3/kg,平均值為6.49×10-8m3/ kg,校園植被葉片(表2)的lf值為(1.41~4.27)× 10-8m3/kg,平均值為3.09×10-8m3/kg,濱河路植被葉片磁化率的平均值是校園植被的2倍多,表明寶雞市濱河路綠化植被葉片磁性礦物的濃度較大.SIRM和ARM等參數(shù)主要與磁性礦物含量和粒徑大小有關(guān),其中SIRM不受順磁性和抗磁性物質(zhì)的影響,主要由亞鐵磁性和不完全反鐵磁性礦物所貢獻(xiàn),而ARM則反映SSD亞鐵磁性礦物含量[25].濱河路植被葉片的SIRM和ARM的變化范圍分別為(418~1926)×10-5Am-3/kg和(09.9~ 44.7)×10-8m3/kg,同樣也都遠(yuǎn)高于校園植被葉片(453~771)×10-6Am2/kg和(6.8~15.1)×10-8m3/kg,表明亞鐵磁性礦物的相對含量較高.

S-ratio的高值可指示亞鐵磁性物質(zhì)的相對重要性,當(dāng)S-ratio接近1時(shí),亞鐵磁性礦物占主導(dǎo)地位,赤鐵礦(針鐵礦)的濃度增加時(shí),S-ratio則逐步降低[26-27].濱河路及校園不同類型植被葉片樣品其S-ratio變化范圍為0.91~0.99(表1,表2), S-ratio值隨離路面距離的增大變化不大,比較穩(wěn)定,表明亞鐵磁性礦物主導(dǎo)了所有樣品的磁性特征.ARM/lf比值通常用來指示磁鐵礦的顆粒大小,磁性礦物的顆粒越小,ARMlf的比值越大[28].濱河路喬木與灌木植被葉片的ARM/lf比值變化范圍(表1)分別為0.83~4.68和0.15~1.63,喬木植被的值高于灌木植被,變化比較明顯,表明樣品中磁性礦物顆粒粒度隨著灌木、喬木高度的增加呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢.植被葉面磁學(xué)參數(shù)值均遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于街道粉塵的磁學(xué)參數(shù)值(表2).

表1 濱河路北側(cè)所有綠化植被樣品的主要磁性參數(shù)

表2 校園植物葉片樣品與道路粉塵磁性參數(shù)

2.2 等溫剩磁獲得曲線

IRM獲得曲線是識(shí)別磁性礦物種類的重要參數(shù)[29].濱河路典型葉片樣品分別選取19-06I (金葉女貞距離地面垂直高度1m的葉片樣品)、19-06II(金葉女貞距離地面垂直高度1.5m的葉片樣品)、20-08III(懸鈴木距離地面垂直高度3m的葉片樣品)、20-08IV(懸鈴木距離地面垂直高度4m的葉片樣品)在最大場強(qiáng)為1000T的脈沖磁場下的IRM獲得曲線表明(圖2a):所有植被葉片樣品均在100mT磁場強(qiáng)度下達(dá)到飽和值的72%,在300mT達(dá)到飽和值的95%~96%,表明代表性樣品中所含的主要載磁礦物均亞鐵磁性礦物[29].lf和SIRM相關(guān)性分析表明(圖2b):樣品的lf與SIRM值之間存在良好的線性正相關(guān)(2=0.9356),這一方面表明樣品中磁化率的貢獻(xiàn)主要來自于亞鐵磁礦物,另一方面表明在污染樣品磁化率值較低的情況下,SIRM可作為的替代指標(biāo)用于監(jiān)測環(huán)境污染[15].

圖2 代表性樣品的等溫剩磁獲得曲線與飽和等溫剩磁與磁化率相關(guān)性

2.3 典型樣品的χ-T變化曲線

-T曲線能夠反映不同磁性礦物在加熱和冷卻過程中的轉(zhuǎn)變特征,因而被經(jīng)常用來識(shí)別沉積物中的磁性礦物[30].分別選取灌木、喬木植物的代表性樣品19-06I、19-06II、20- 08III、20-08IV及其對應(yīng)路邊灰塵樣品(20- 08D、19-06D)進(jìn)行磁化率隨溫度從0升高到700℃和從700℃降低到0的測量.19-06I、19- 06II、20-08III、20-08IV樣品(3a、3b、3c、3d)的-T曲線在100~200℃之間磁化率值隨溫度的升高而緩慢降低,表明樣品中順磁性顆粒對磁化率有一定的貢獻(xiàn)[26].溫度約升高到200℃后,磁化率值隨溫度升高緩慢升高,但是在550℃左右磁化率值急劇降低,至580℃左右衰減到0,揭示出磁鐵礦的居里溫度,表明樣品中含有磁鐵礦[31].

街道灰塵代表性樣品20-08D和19-06D(圖3e、3f)的-T曲線在0~400℃之間,磁化率值隨溫度增加緩慢上升,400~540℃間略有降低,在約為540℃時(shí)磁化率值急劇降低,至580℃左右時(shí)衰減到0,表明樣品中的主要磁性礦物為磁鐵礦[14].冷卻時(shí),除19-06D樣品(圖3f)外,其余樣品磁化率在580℃迅速上升,遠(yuǎn)高于加熱時(shí)的值,表明有更多的新的磁鐵礦生成.19-06D樣品(圖3f)其冷卻曲線與加熱曲線的高溫段大致可逆,因此在400℃左右的磁化率峰值對應(yīng)著磁性礦物的解阻溫度,可以推斷,19-06D樣品(圖3f)中的磁鐵礦為細(xì)顆粒[14].

2.4 磁滯回線

磁滯回線是用來描述鐵磁性物質(zhì)在脈沖直流場中所獲得的剩余磁化強(qiáng)度與外加磁場強(qiáng)度之間的關(guān)系,磁滯特征可以用來鑒別磁性礦物的成分[32].如圖4所示,19-06I、19-06II、20-08III、20-08IV、20-08D和19-06D(圖5a、5b、5c、5d、5e、5f)等代表性樣品的磁滯回線均表現(xiàn)出明顯的細(xì)腰的變化特征,外加磁場在300mT附近時(shí)形成閉合,表明樣品中含有低矯頑力的亞鐵磁性礦物[32].代表性樣品rs(飽和剩余磁化強(qiáng)度)和s(飽和磁化強(qiáng)度)的比值變化范圍在0.02~ 0.14,cr(剩磁矯頑力)和c(矯頑力)的比值變化范圍為在2.41~5.24,進(jìn)一步表明樣品中的磁性礦物為低矯頑力的亞鐵磁性礦物[32].

2.5 FORC圖

FORC(First-Order Reversal Curve)圖不但可以反映磁性礦物矯頑力的大小和磁性礦物顆粒之間相互作用的強(qiáng)弱,而且還可以區(qū)分磁性礦物的種類和磁疇狀態(tài)[33].濱河路葉片樣品FORC圖的等值線沿著縱軸具有大開口的特征(圖5),且它們的中心矯頑力均相對較小,基本都為0.03T左右,表明它們的樣品中含有的磁性礦物為MD顆粒的磁鐵礦[33].

圖5 濱河路綠化植被代表性樣品的FORC

橫坐標(biāo)代表矯頑力大小,縱坐標(biāo)代表磁性顆粒間的相互作用力

3 討論

3.1 Day圖與King圖

濱河路不同種類代表性植被葉片樣品的IRM曲線、loop曲線、-T曲線和FORC圖分析表明,樣品中含有的主要的載磁礦物為低矯頑力的亞鐵磁性礦物如磁鐵礦和磁赤鐵礦,但同時(shí)含有高矯頑力的硬磁性礦物赤鐵礦.M與M的比值為縱坐標(biāo)、B與B的比值為橫坐標(biāo)建立的Day氏圖(圖6a)上,基本所有喬木植被葉片樣品均投影到PSD區(qū)域,有個(gè)別灌木葉片樣品投影到MD區(qū)域,表明濱河路綠化植被葉片的磁性礦物粒徑均以PSD和 MD等粗顆粒為主[34].此外,由圖6a可明顯看出,灌木植被葉片中M與M的比值整體小于喬木植被葉片的M與M的比值,不同類型植被葉片出現(xiàn)的這種變化,表明灌木植被葉片中的磁性礦物顆粒比喬木植被葉片的磁性礦物顆粒粗.當(dāng)樣品中的磁性礦物以磁鐵礦為主時(shí),ARM和lf的比值組成的King圖可指示樣品中磁性礦物的粒度[34],濱河路植被葉片樣品的結(jié)果顯示除了個(gè)別喬木樣品落在了大于5μm的粒徑范圍之外,其余均落在0.1~5μm之間,且也可明顯看出,灌木植被葉片磁性礦物的粒徑整體大于喬木植被葉片中磁性礦物的粒徑(圖6b).這與代表性樣品FORC圖以及Day圖的反映的磁性礦物的粒徑結(jié)果基本一致:濱河路植被葉片樣品中的磁性礦物主要是由粗顆粒的PSD和MD組成,且灌木植被葉片所含磁性礦物的粒徑整體大于喬木.

圖6 濱河路綠化植被樣品的Day氏圖和King圖

3.2 不同種類植被磁學(xué)參數(shù)記錄的環(huán)境污染

圖7橫坐標(biāo)代表不同類型植被,縱坐標(biāo)代表濱河路綠化植被葉片不同的磁性參數(shù)值.灌木植被葉片高度為I、II(距離地面高度分別為1m、1.5m),喬木植被葉片采樣高度分別為III、IV(距離地面高度分別為3m、4m).為了避免個(gè)別數(shù)據(jù)誤差,以下所有參數(shù)均選自幾種相同植被的平均值.同一高度所有不同類型的灌木和喬木植被葉片中,lf、SIRM和ARM值均表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律(圖7a-f).1m高度不同類型的灌木植被的lf值(圖7a):金葉女貞為17.78×10-8m3/kg,紫荊與紅葉李分別僅為5.11×10-8m3/kg和7.98×10-8m3/kg; 1.5m高度處灌木植被lf值呈現(xiàn)出與1m處相同的變化規(guī)律(圖7a),但其值整體均比1m高度處的低,金葉女貞的值最高,且僅為11.50×10-8m3/kg. 1m高度處金葉女貞的SIRM(圖7b)與ARM值(圖7c)分別為1901×10-6Am2/kg和68.3×10-8m3/kg,遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于紫荊、紅葉李的值,金葉女貞的ARM值是紫荊的3倍(圖7c);1.5m高度處不同類型的灌木植被SIRM與ARM值也表現(xiàn)出相似的變化規(guī)律,其中金葉女貞的值均較高.金葉女貞不同高度(1m、1.5m)的所有磁學(xué)參數(shù)值均高于同高度的其它灌木植被,表明金葉女貞葉片中磁性礦物濃度含量較高,這可能與金葉女貞葉片的上表面排列有緊密的小室,小室邊緣突起,突起邊緣間可以深藏顆粒物,而且下表面有絨毛,可增加葉面滯留顆粒物的能力[35],因此金葉女貞植被葉片的磁性濃度均表現(xiàn)出較高值.

3m高度處不同類型的喬木植被葉片樣品中(圖7d),塔松與側(cè)柏的lf值分別為15.28× 10-8m3/kg和11.64×10-8m3/kg,均遠(yuǎn)高于大葉女貞和懸鈴木的6.25×10-8m3/kg和5.16×10-8m3/ kg;4m高度處,側(cè)柏、大葉女貞和塔松的lf值出現(xiàn)了一個(gè)有規(guī)律的遞減變化,側(cè)柏的lf值為7.38×10-8m3/kg,高于大葉女貞和塔松的值.3m高度處塔松與側(cè)柏的SIRM也表現(xiàn)出一個(gè)明顯的高值(圖7e),分別為1880×10-6Am2/kg和1440×10-6Am2/kg,4m高度處側(cè)柏、大葉女貞、塔松的SIRM值與ARM依然呈現(xiàn)遞減規(guī)律(圖7f).有研究發(fā)現(xiàn),針葉樹種葉片單位面積滯塵能力高于闊葉樹種[36-37],因此在距離地面3m高度處塔松與側(cè)柏的植被葉片中可能吸附了較多的污染物質(zhì).4m高度處,側(cè)柏、大葉女貞植被葉片對污染的吸附作用強(qiáng)于塔松等植被葉片,這可能與高度有一定關(guān)系,當(dāng)植被生長達(dá)到一定高度后接受的污染相對單一,主要以大氣降塵為主時(shí),一方面闊葉喬木植物葉片面積較大、樹冠寬闊,滯塵量較高,對大氣顆粒物截留效果顯著;另一方面可能是因?yàn)閭?cè)柏、大葉女貞植被樹冠較高,對空氣流動(dòng)的影響更大,更易使周邊空氣形成湍流,從而為顆粒物沉降提供有利條件,促進(jìn)植物對顆粒物的吸附[38].

圖7 濱河路不同種類綠化植被葉片磁參數(shù)比較

3.3 植被磁學(xué)參數(shù)記錄環(huán)境污染的空間特征

選定代表磁性礦物濃度和顆粒大小的磁學(xué)參數(shù)lf與ARM/lf,通過等值線圖來揭示寶雞市濱河路植被葉片磁學(xué)參數(shù)記錄環(huán)境污染的空間變化特征(圖8a~h).灌木植被葉片樣品在1m高度處lf大于1.5m高度處,而ARM/lf值則1m高度處則較小(圖8a~d),表明1m高度處植物葉面的磁性礦物濃度高,粒徑值大.同一類型灌木植被葉片樣品的磁性礦物濃度與粒徑隨著高度的增加出現(xiàn)的這種變化,表明同種植被葉片在1m高度處所受污染程度較大.這可能是在1m的高度范圍內(nèi),相對低矮的植物葉片既接受大氣降塵的污染,同時(shí)更為主要的是受到機(jī)動(dòng)車排放和地面揚(yáng)塵影響,尤其是生長高度為0.3~1m的灌木植物金葉女貞葉片處于機(jī)動(dòng)車輛與路面灰塵吸收范圍[31]. 3m高度處,lf呈現(xiàn)最低值(圖8e),ARM/lf呈現(xiàn)出最高值(8f),指示了喬木植被樹葉所含的磁性礦物濃度最低,粒徑較細(xì),植被葉片在此高度處對污染的吸附能力最弱,一方面可能是由于遠(yuǎn)離地面交通污染源,另一方面由于植被頂層較大葉片的遮蓋,導(dǎo)致大氣降塵也受到阻隔,因此在此高度污染最為輕微.但是,4m高度處喬木植被葉片的磁性參數(shù)值略高于3m高度處,原因可能是在4m的高空范圍內(nèi),葉片不受遮擋,能受到大氣降塵的污染影響,但由于喬木植被葉片與地面距離較高,污染的來源相對單一,其葉片滯塵主要來自大氣沉降顆粒物,因此喬木植被葉片樣品的磁性參數(shù)值(圖8e~h)相比較灌木植被葉片均明顯下降.

濱河路植被樹葉的lf與ARM/lf等值線圖揭示的自東向西污染變化規(guī)律為:出現(xiàn)兩個(gè)峰值,一個(gè)是以濱河路十字路口為中心的高值區(qū),另一個(gè)是濱河路西側(cè)的路口,表明植被葉片中的磁性礦物東段呈現(xiàn)出較高的濃度,粒徑也較粗.1m與1.5m高度處的峰值(圖8a~d),原因可能是東段是十字路口,一方面車流量出現(xiàn)明顯的一個(gè)增大峰值,另一方面車輛的運(yùn)行速度和方式、車胎摩擦以及車輛所處的位置影響,導(dǎo)致污染物來源增強(qiáng);3米高度的峰值不明顯,主要可能是因?yàn)榇烁叨忍幍闹参锶~片的磁性參數(shù)受到地面交通污染影響較小;而4m高度處又出現(xiàn)與1m、1.5m相同的峰值變化,原因可能是采樣期間濱河路西段路面正在進(jìn)行施工,正逢大風(fēng)天氣,從地面卷起的塵土與高空的大氣污染共同給植被葉片帶來一定的污染影響.

圖8 磁性參數(shù)的等值線分布圖(黑色圓點(diǎn)表示樣品點(diǎn)位置)

4 結(jié)論

4.1 寶雞市濱河路植被葉片樣品中的磁性礦物濃度較相對清潔的校園區(qū)植被葉片濃度較高,主要的載磁礦物為粗顆粒的低矯頑力磁鐵礦和磁赤鐵礦,還含有高矯頑力的赤鐵礦,且灌木植被葉片所含磁性礦物的粒徑整體大于喬木植被葉片中磁性礦物的粒徑.

4.2 濱河路綠化帶中同一高度內(nèi)不同種類植被的揭示的環(huán)境污染各有差異,相比較于灌木植被紫荊和紅葉李,金葉女貞的葉片樣品中表現(xiàn)出較高的磁性礦物濃度,指示其具有更好的滯塵和防治污染的能力.

4.3 濱河路植被葉片中的磁性礦物濃度和粒徑表現(xiàn)出一定的空間變化規(guī)律,隨著高度的增大濃度和粒徑都呈現(xiàn)逐級(jí)遞減的趨勢,植被葉片磁學(xué)參數(shù)記錄的污染高響應(yīng)區(qū)為距離地面高度大約1m的環(huán)狀區(qū)域內(nèi).另外在濱河路東段十字路口與西段路口,植被葉片磁性礦物濃度呈現(xiàn)出由兩個(gè)高值區(qū)向中心向周圍遞減的擴(kuò)散模式,分別可能與十字路口車流量大和采集樣品時(shí)期路段正在施工人為活動(dòng)所帶來的影響有關(guān).

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致謝：本論文的大部分磁學(xué)實(shí)驗(yàn)由中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所測試完成,感謝地環(huán)所強(qiáng)小科老師提供的幫助,在此表示感謝.

Magnetic response of environmental pollution about different vegetation leavesinBinhe Street of BaojiCity.

ZHANG Jun-hui1,2*, JIANG Shan1, LIUBin1, WANG Yan-hu1

(1.College of geography and Environment, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013, China；2.Shaanxi Key Laboratory of Disasters Monitoring and Mechanism Simulation, Baoji University of Arts and Sciences, Baoji 721013, China)., 2018,38(5)：1893~1904

By exploring the magnetic response of environmental pollution about different vegetation leaves in urban street, the environmental magnetism of the different vegetation leaves was analyzed in Binhe street. The results show that the concentration of magnetic mineral samples was relatively low, magnetic domain was mainly composed by coarse particles of PSD (pseudo single domain) and MD (multidomain grain). The particle size of magnetic mineral of shrub vegetation was greater than arbor vegetation in the leaves. The average value of χlfwas 6.49×10-8m3/kg, compared with the campus clean area vegetation blade, showed high concentration. The SIRM and χARMrange was (964~1226)×10-6Am2/kgand (9.9~44.7)×10-8m3/kg, were also much higher than the campus vegetation blade, Which was (453~771)×10-6Am2/kg and (6.8~15.1)×10-8m3/kg, show that the relative content of ferrous magnetic minerals was higher. The magnetic mineral concentration and the particle size of the vegetation leaves in Binhe street decreased with the increasing of height. Different kinds of vegetation within the same height have different environmental effects in Binhe street. The magnetic mineral concentration and particle size of Gold leaf privet present a higher value, which indicated its had better dust detention and the ability to prevent and control pollution. In addition, in the east section of Binhe street and western intersection, The magnetic mineral of vegetation leaves appears high value center, which indicates the heavy pollution.

Binhe street；magnetic parameters；vegetation；pollution

X169;X513

A

1000-6923(2018)05-1893-12

2017-10-22

陜西省教育廳科學(xué)研究計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目資助(17JS004)

* 責(zé)任作者, 副教授, bwlzjh@126.com

張俊輝(1978-),男,陜西咸陽人,副教授,博士,主要從事環(huán)境磁學(xué)與全球氣候變化.發(fā)表論文10余篇.