环境污染空间梯度效应对秦岭主要竹种及大熊猫的影响研究

The socio-economic development and urbanization in our country are going very fast and in a very strong extent. Their overlaying impacts have caused the serious environment problems in the country. Taking the city as the center area, there exists an obvious gradient effect of pollutants spreading towards outside, which is not only influenced by landscape, but also effects on landscape components, such as plants and animals. It is essential to make research on and get clear of the impacts of pollutants’ gradient effect on rare and endangered species in China. This project aims at implementing a research on the gradient patterns of air and soil pollution‘s spreading from the cities and their influence on key landscape bio-components (main bamboo species and giant panda) in the Qinling Mountains. The space from cities Xi’an and Hanzhong to the ridge of Qinling Mountains will all be divided into 5 gradients with total 11 gradient nodes. We will collect air, soil, bamboo and giant panda feces as samples at all 11 nodes for measuring the determined pollutants, such as SO2, NOx, PM2.5, PM10, heavy metals (Hg, As, Cd, Cr, Pb, Cu, Zn, Mn) and PAHs. We will mainly implement four research contents. (i) Research on the spatial patterns of air and soil pollutants’ variation from the city out towards the mountain ridge. (ii) Research on the air sediments of pollutants with looking at the concentrations and spatial pattern to reflect the possible impact on bamboo leaf. (iii) Research on the pollutants’ concentrations in bamboo leaf and stem and the spatial patterns to reflect the influence from the soil. (iv) Research on the pollutants’ concentrations in panda feces and the spatial pattern. This research project has both scientific and social significant meanings. One significance is that the pollution gradient effect on landscape bio-components requests more empirical studies. The other significance is that the study on pollution gradient effects from cities to giant panda distribution area set up a new angle.

我国社会经济发展和城市化过程势头迅猛，两者的效应叠加引发的环境问题巨大。以城市为中心，污染物向外扩散的梯度效应明显，该效应不仅受到地物景观对其的影响，同时也对地物景观的动植物要素产生影响。研究和清楚掌握污染梯度效应对于我国珍贵动植物的影响非常重要。本项目旨在研究城市（大气和土壤）污染扩散梯度格局及对景观生物要素（主要竹种和大熊猫）的影响，将西安、汉中到秦岭主梁这两个空间范围均分成5个梯度共11个梯度节点，分别采集大气、土壤、竹子及熊猫粪便的样品并测定多类污染物含量。重点研究四个方面：以城市为空间梯度起点向外的大气和土壤污染变化空间格局；大气污染物沉降特征及格局；竹子叶片和茎秆内的污染物特征及格局；大熊猫排出的新鲜粪便里的污染物含量水平格局。研究具有科学和社会意义：一是环境污染梯度效应对景观生物要素的影响仍需要更多的实证研究；二是大城市到大熊猫分布区之间的环境污染梯度效应研究是一个新的视角。

随着我国过去几十年城市化运动和社会经济的高速发展，大气、水体和土壤都出现了局部严重的污染，以城市为污染物扩散中心向外扩散的梯度效应明显，本项目研究城市（大气和土壤）污染扩散梯度格局及对景观生物要素（主要竹种和大熊猫）的影响，首先对秦岭山系及周边五市大气污染物季节变化和空间分布特征进行了研究分析，在此大环境条件下将西安、汉中到秦岭主梁这两个空间范围均分成5个梯度共11个节点，分别采集大气、土壤、竹子及熊猫粪便的样品，测定了16种多环芳烃(PAHs)和8种重金属（Hg，As，Cu，Mn，Zn，Cr，Pb和Cd）的浓度。主要研究结果表明：1a）秦岭山系周边五市六项基本污染物时间季节规律不同且空间分布特征差异较大，PM2.5、PM10、NO2、SO2、CO则表现出夏季低、冬季高的变化规律，PM2.5和PM10浓度呈现西安-咸阳中心城区等四大重污染地区。大气中16种PAHs有显著的空间差异，空间差异的梯度顺序为：城区>边沿山区>中央山区，中值分别为63.73、31.28和6.74ng/m3。1b) 土壤PAHs和8种重金属在三个区域之间的差异不显著，但Hg，Cu，Mn，Zn，Cr和Cd在三个区域都超过了陕西省土壤重金属背景值。2）两年的大气沉降监测显示大气中16种PAHs呈现出显著季节差异，春季（82.52ng/m3）高于其他季节；两年中重金属Hg，As，Mn，Zn，Pb在季节上有显著变化。3）三个竹种巴山木竹（Bashania fargesii）、秦岭箭竹（Fargesia qinlingensis）、龙头竹（Fargesia dracocephala）的PAHs和重金属含量无显著差异，但竹子中Hg，Zn，Cr，Pb，Cd的浓度都超过了食品安全国家标准，因此需要重视重金属在大熊猫主食竹中的含量。4）大熊猫粪便中16种PAHs主要为3环和4环，圈养熊猫和野生熊猫粪便中的PAHs没有显著差异（p=0.78），8种重金属在圈养熊猫和野生熊猫粪便中的差异不同；相关性分析显示竹子中的PAHs与粪便中的PAHs浓度显著相关（相关系数0.961）。建议大力维护保护区的生态环境，减少重金属污染源，尽可能使野生熊猫栖息地不受重金属污染影响。对圈养熊猫需在喂食前严格监控竹子或其他饲料中的重金属情况，以确保食物中重金属含量较低。