酸雨环境下无机阴离子在樟树林水文学过程中的迁移特征

摘要

酸雨是因为人为因素造成的严重环境污染，已成为全球性热门话题。对生态环境及人类健康带来极大的危害，也在制约全球经济的发展，已成为世界三大主要公害之一。森林生态系统能缓解降雨的酸碱度，从而有效减低酸雨带来的危害，是人类经济发展过程中最强大的绿色壁垒之一。 本文以长沙市樟树人工林为研究对象，对城市大气降水及樟树林穿透水、树干茎流、地表径流中的SO42-、NO3-、Cl-、NO2-、F-、Br-、PO43-7种水溶性无机阴离子进行了定位测定和分析，结果表明: (1)Br-、PO43-未检出;大气降水与森林降水中主要的阴离子均为SO42-(占阴离子总量的36.07％-62.05％)、NO3-(占阴离子总量的28.13％-45.51％)，SO42-含量在树干茎流中最大，NO3-含量在地表径流中最大;SO42-、NO3-二者占总阴离子含量比例达到79.17％-90.18％。 (2)降水量与总阴离子、SO42-、NO3-均为对数函数关系，与NO2-、F-均为乘幂函数关系，且这些函数回归方程拟合度系数R2在0.41-0.56范围内变动。 (3)在各水文分量中SO42-、NO3-、Cl-、NO2-、 F-含量变化较大:大气降水、树干茎流中均为SO42-(58.24μeq/L、423.64μeq/L)＞NO3-(50.59μeq/L、192.10μeq/L)＞Cl-(12.55μeq/L、47.93μeq/L)＞F-(5.06μeq/L、14.11μeq/L)＞NO2-(2.66μeq/L、5.01μeq/L)，穿透水为SO42-(259.71μeq/L)＞NO3-(159.89μeq/L)＞Cl-(55.00μeq/L)＞NO2-(31.48μeq/L)＞F-(23.92μeq/L)，地表径流为NO3-(209.42μeq/L)＞SO42-(165.95μeq/L)＞Cl-(58.38μeq/L)＞F-(17.01μeq/L)＞NO2-(9.38μeq/L); SO42-、NO3-、Cl-、F-含量大小按树干径级排序均为d1＞d2＞d3＞d4，而NO2-含量大小按径级排序分别为d1＞d4＞d2＞d3。 (4)穿透水SO42-、NO3-、Cl-、F-、NO2-淋溶系数分别为4.13、2.90、3.96、4.50、10.46，树干茎流SO42-、NO3-、Cl-、F-、NO2-淋溶系数分别为7.27、3.80、3.82、2.40、1.88;地表径流SO42-、NO3-、Cl-、F-、NO2-淋溶系数分别为2.85、4.14、4.65、2.89、3.53，淋溶系数均大于1，表明阴离子在樟树林水文学过程中均表现出不同程度的富集效应。 (5)研究地大气降水中PH均值为4.86，SO42-/NO3-当量比值为1.15，属于硫酸-硝酸混合型酸雨;大气降水与穿透水关于SO42-、NO3-、Cl-、F-呈显著性正相关(P＜0.01)，与树干茎流、地表径流关于阴离子相关性不显著; (6)穿透水与树干茎流关于Cl-、F-呈显著性正相关(P＜0.05);地表径流与穿透水关于SO42-、Cl-、F-呈显著性正相关(P＜0.01)，与树干茎流关于NO2-、Cl-呈显著性正相关(P＜0.01)，关于NO3-呈显著负相关(P＜0.05)。 (7)樟树林各水文分量中SO42-、NO3-、Cl-、F-、NO2-与降水量之间相关性均不显著; (8)穿透水PH与地表径流NO3-、NO2-呈显著性负相关(P＜0.01)，与地表径流SO42-呈显著性正相关(P＜0.05)，表明NO3-、NO2-有助于促进地表水的酸化，而SO42-有利于缓解地表水的酸化; (9)穿透水PH均值5.95，对酸雨起到中和作用，树干茎流PH均值4.83，稍有被酸化趋势，地表径流PH均值7.03，接近中性。 由此表明樟树林对大气中的酸性物质有吸附作用，能让酸性养分以水溶离子形态于自身系统内部迁移、转化，不仅有效降低了大气环境中的的酸性污染物含量，还能起到缓解酸雨的效用。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 酸雨

1．1．1 酸雨的定义

1．1．2 酸雨的化学组成

1．1．3 酸雨的成因

1．1．4 中国酸雨的现状及危害

1．1．5 酸雨的研究进展

1．2 无机离子

1．2．1 无机离子来源

1．2．2 水溶性无机离子的影响

1．2．3 无机离子研究现状

1．3 研究的目的与意义

2 研究地概况

3 研究方法及分析

3．1 收集方法

3．1．1 大气降水

3．1．2 林冠穿透水

3．1．3 树干茎流

3．1．4 地表径流

3．2 数据分析

3．3 仪器与设备

3．4 方法

3．4．1 样品前处理

3．4．2 标准溶液的配制

3．4．3 色谱条件

3．5 技术路线图

4 研究地酸雨的化学特征及动态

4．1 降水中无机酸阴离子含量变化

4．2 降雨量与大气降水中无机阴离子及PH关系

4．3 其它地区大气降水比较

5 林内降水化学性质变化特征

5．1 穿透水中化学性质变化特征

5．1．1 穿透水PH变化特征

5．1．2 穿透水无机阴离子变化特征

5．2 树干茎流中化学变化特征

5．2．1 SO42-在不同径级树干茎流化学特征

5．2．2 NO3-在不同径级树干茎流化学特征

5．2．3 Cl-在不同径级树干茎流化学特征

5．2．4 NO2-在不同径级树干茎流化学特征

5．2．5 F-在不同径级树干茎流化学特征

5．3 地表径流中化学变化特征

6 结论与讨论

6．1 大气降水及各水文学指标中无机阴离子构成

6．2 樟树林各水文指标化学性质与其它林分的比较

6．3 樟树林各水文学指标化学性质与大气降水的联系

6．4 穿透水与树干茎流化学性质的联系

6．5 穿透水、树干茎流与地表径流化学性质的联系

6．6 结论

参考文献

附录(攻读学位期间的主要学术成果)

致谢