四面山森林生态系统不同层次对大气降水中几种离子的截留特征

摘要

随着我国经济的迅猛发展，我国的资源需求和消耗在不断的攀升，使排放到大气中的污染物出现了爆发式的增长;同时我国的工业排放量和汽车保有量随此也在不断的增加，污染问题变的越来越严重，致使我国相继出现了严重的酸雨沉降和雾霾天气。大气中的污染物伴随着干湿沉降到达陆地，而森林生态系统作为陆地上最大的生态系统是大气污染物的一个很大的收纳场。国内外相关研究表明，大气降水中的有害成分经过不同类型的森林生态系统各个层次后，其截留程度不尽相同，同时森林生态系统在涵养水源、净化水质、保持水土方面也起着重要的作用。西南林区作为我国森林覆盖率第二大区，林区内的四面山国家级自然保护区保存着该地区最具代表地带性植被类型之一，同时也是地球同纬度仅存的规模最大、保护最完好的亚热带常绿阔叶林(Evergreen broad-leaf Forest)。因此，本文以中亚热带常绿阔叶林这一典型林分为研究对象，基于系统学原理，分析并研究常绿阔叶林生态系统对降水中氮硫化物、盐基离子和重金属Pb、Cd的截留特征，以更深入地了解该类型森林生态系统对降水的截留净化作用并和其它地区不同类型森林生态系统做对比分析，从而更充分地认识该林区在经济社会发展中的重要生态地位。本研究主要内容包括：
　　⑴研究期间，四面山地区全年大气降水pH均值为4.89，最大pH值为5.14，并且秋季和夏季pH值均小于5.0，说明四面山地区的酸沉降污染问题较严重;经过林冠层和土壤层后，降水的pH值出现了不同程度的增加趋势，林冠层和土壤层具有调节酸性降水pH值的功能。酸性阴离子和盐基离子都是降水酸化的重要影响因素，降水中高浓度的NO3-、SO42-等是导致研究区降水偏酸性的主要原因之一。
　　⑵研究期间大气降水中的NO3-、NO2-、NH4+、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+的质量浓度分别为:1.40±0.42 mg·L-1、0.07±0.04 mg·L-1、1.12±0.42 mg·L-1、8.01±3.13 mg·L-1、3.43±1.46 mg·L-1、0.32±0.16 mg·L-1、0.76±0.48 mg·L-1、1.55±0.70 mg·L-1，均超出内陆丽江背景值数倍以上;大气降水中Pb、Cd的质量浓度分别为22.92±13.57μg·L-1、2.82±1.46μg·L-1，与国内外其他研究区相对比以及参考国家地面水环境质量部分标准，实验点的大气降水已经受到外界污染物的影响。结合研究区年风向玫瑰图和夏秋两季日轨迹聚类分析图分析表明:四面山地区大气主要受秋季时来自西北方向的气团和夏季时来自东北方向的气团影响将研究区周边工业发达城市上空的污染物带到研究区上空，这是造成研究区大气降水各离子浓度普遍较高的主要原因。
　　⑶林冠层对大气降水中的NO3-、NO2-、SO42-、Na+、Pb、Cd有很好的截留作用，尤其是对重金属Pb、Cd有很强的截留作用，截留率分别达到了91.67％、86.84％;但是林内降水中NH4+、Ca2+、Mg2+、K+的平均质量浓度和pH值均出现了不同程度的上升趋势。NO3-、NO2-、SO42-平均质量浓度的降低和Ca2+、Mg2+、K+、NH4+平均质量浓度的升高是导致林内降水pH值升高的主要原因。在森林生态系统中林冠层是截留能力最强的层次。降水经过林冠层时并不是对所有的物质都有截留的作用，大气降水在经过林冠层枝叶表面时就淋溶了林冠层枝叶分泌物中的NH4+、Ca2+、Mg2+、K+。
　　⑷四面山常绿阔叶林地表具有很厚的枯落物层，枯落物层蓄积了大量的降水，在湿热的环境下枯落物层的枯枝落叶容易分解释放出组织中的有机物和无机物，导致枯透水中NO3-、NO2-、NH4+、SO42-、Ca2+、Mg2+、Na+、K+的平均质量浓度均出现了不同程度的上升幅度。酸性离子和有机酸等的大量增加使枯透水的pH值降低，成为各层次降水中pH值最低的层次。但是枯落物层的有机物却对枯透水中Pb和Cd有一定的吸附、拦截作用，导致经过枯落物层后Pb和Cd的平均质量浓度进一步的降低。
　　⑸四面山长期的酸性降雨导致了该林区土壤的酸化。土壤层的胶体和其他基团吸附了渗透到土壤层中的NO3-、SO42-、NH4+、K+、Cd，表现出了一定的截留能力;但是土壤层较低的pH导致土壤层中部分NO2-、Ca2+、Mg2+、Na+、Pb被解吸释放到渗滤液中。
　　⑹常绿阔叶林生态系统对降水中的污染物有很好的截留净化作用，尤其对有毒重金属Pb和Cd有很强的截留作用，总截留率高达98.52％、99.09％。同时该森林生态系统对酸性降水也有很好的调节的作用，森林较高的郁闭度和长期湿热的环境增强了林冠层的截留能力。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 大气沉降概述

1．1．1 国内外大气污染现状

1．1．2 大气化学变化简介

1．1．3 大气污染物沉降类型简介

1．2 森林生态系统

1．2．1 森林林冠层

1．2．2 森林枯落辅层

1．2．3 森林土壤层

1．3 森林截留

第2章 引言

2．1 立题背景

2．2 研究内容

2．3 技术路线

第3章 研究区和样区概况及样晶采集和数据处理

3．1 研究区概况

3．2 采样点以及样方设置

3．3 样晶采集

3．3．1 大气降水

3．3．2 林内降水

3．3．3 地表枯透水和土壤渗滤液

3．4 分析方法

3．5 气象轨迹分析

3．5 计算方法

第4章 常绿阔叶林降水pH和氮硫沉降动态变化及截留特征

4．1 常绿阔叶林降水pH的动态变化和截留特征

4．2 森林不同层次降水中NO3-、NO2- 、NH4+、SO42-的动态变化

4．3 森林不同层次降水中NO3-、NO2- 、NH4+、SO42-的截留特征

4．4 森林不同层次降水中氮、硫沉降的截留特征对比分析

4．5 结论和讨论

4．6 本章小结

第5章 常绿阔叶林降水盐基离子沉降动态变化和截留特征

5．1 森林不同层次降水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+的动态变化

5．2 森林不同层次降水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+的截留特征

5．3 森林不同层次降水中盐基离子沉降的截留特征对比分析

5．4 结论和讨论

5．5 本章小结

第6章 常绿阔叶林不同层次Pb和Cd沉降动态变化

6．1 森林不同层次降水中铅、镉的动态变化

6．2 常绿阔叶林各层次对铅、镉的截留特征比较

6．3 结论和讨论

6．4 本章小结

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 建议

参考文献

致谢

参与科研及论文发表情况