内蒙古包头市耐大气和土壤重金属污染的园林树种选择研究-李馨.docx

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1、内蒙古农业大学 硕士学位论文 内蒙古包头市耐大气和土壤重金属污染的园林树种选择研究 姓名：李馨 申请学位级别：硕士 专业：森林培育 指导教师：常金宝 20080501 摘 要 随着近代工业的发展，厂矿、 -居民区、现代交通工具等所排放的废渣、废气和废 水越来越多，扩散范围越来越大，再加上现代农业因大量使用农药化肥等化学物质， 引起残留的有害物质的增加，环境污染日趋严重。 环境污染不仅直接危害人类的健康与安全，而且对植物生长发育带来很大的危 害，如所有重要的经济作物都会由于环境污染而显著减产。污染物的大量聚集，可以 造成植物死亡甚至可以破坏整个生态系统。 环境污染可分为大气、水体、土壤和生物污染

2、。其中以大气污染和水体污染对植 物的影响最大，不仅范围广，接触面积大，而且容易转化为土壤污染和生物污染 “ 本 文通过对包头市园林树种生长状况全面调査，对立地主导因子重点研究，对树木耐重 金属元素、耐污染能力和净化大气能力进行专项研究，选择抗逆性强、保健功能好、 经济效益高，同时具有丰富历史文化底蕴和地方特色的植物材料用于城市林业建设 中，可显著提高 城 市 园 林 绿 化 的 科 技 含 量 和 综 合 效 益 。 该 研 究 得 出 以 下 结 论 ：“ 1 通过对包头市 9 个针叶树种 42 个阔叶树种 29 种花灌木共 6873 株树木生长情 况的调査，发现樟子松、黑皮油松、杜松、白榆

3、、洋白蜡、大叶白蜡、桑树、丝绵木、 山楂、山杏、山桃、山丁子、暴马丁香、文冠果、 白株等 15 个树种生长表现好，对 各种不利因素适应性强；白皮松、油松、云杉、侧柏、加杨、小叶杨、银白杨、钻天 杨、箭杆杨、新疆杨、河北杨、二青杨、白皮杨、大叶榆、垂榆、柳树、国槐、龙爪 槐、复叶槭、刺槐、山皂角、沙麥、黄藥、核桃揪、山梨、海棠、李子、黄太平、臭 椿生长表现和适应性居中；落叶松、桧柏、北京杨、毛白杨、垂柳、龙须柳表现差， 适应性弱，灌木除锦带花、雪柳、南蛇藤外，其他 26 种均生长良好。 2 不同树种对大气污染的抗性不同，柽柳、白榆、丝绵木、加杨、胡枝子抗性 最强；国槐、玫瑰、黄刺玫、刺槐、旱柳抗

4、性较强，皂角、白蜡、白枠、大叶榆、青 杨、珍珠梅、接骨木、复叶槭、丁香、银白杨、新疆杨、河北杨居中，榆叶梅、毛楼 桃、山葡萄、小叶榆、啤酒花抗性最弱。 3 大气中 S02被树木吸收后，在针叶树种和阔叶树种体内的积累不同，新疆杨 和丁香在 5 月以前叶片中 S 含量较低且不稳定， 6 至 7 月份相对稳定， 8 月起不断增 加，落叶前达到最高；杜松在 6 月前含 S 量较高， 6 至 8 月较低， 9 月份起逐渐升高 ; 白蜡叶片吸收大气 S02 后在叶内积累较多，向体内转移很少仅为叶片积累量的 6.48%。 侧柏转移则较多，达 24.9%9 4 树木叶片中氟积累量在低浓度时，随大气氟化物浓度增

5、高而增大，高浓度时 随浓度的增高而降低，呈二次抛物线型。在最适浓度下，针叶树云杉叶中氣含量最高 , 其次是杜松，油松和侧柏居中，桧桕最低。阔叶树垂柳、旱柳最高，其次是河北杨、 新疆杨、山桃、白蜡、国槐、丝绵木、垂榆、刺 槐、龙爪槐居中，白榆和加杨最低。 灌木中沙地柏最高，榆叶梅、连翘、黄刺玫居中，丁香最低。从最大吸收总量看，针 叶树云杉最高，侧柏最低，阔叶树河北杨、新疆杨、旱柳最高，垂榆、龙爪槐最低， 灌木丁香最高，黄刺玫最低。 5 树木叶片中 S 的积累量随大气 S02浓度的增加而增大，呈直线型，从直线斜 率看针叶树侧柏最大，其次是桧柏、云杉和杜松，油松最小；阔叶树旱柳、垂柳最大， 其次是河

6、北杨、丝绵木、加杨、白蜡、国槐、刺槐、山桃、白榆、龙爪槐、新疆杨居 中，垂榆最小；灌木沙地柏最高 ，其次是珍珠梅、丁香，连翘最小。与叶生物量相乘 后，针叶树侧柏最高，油松最低；阔叶树河北杨、旱柳最高，垂柳、龙爪槐最低；灌 木丁香最高，黄刺玫最低。 6 包头市土壤中重金属元素平均含量排序为 MnCrCuCoNiZn Pb。 7 植物体内重金属 Mn 元素的分布规律为叶部 枝部；重金属 Zn、 Cu 元素的分 布规律为枝部 叶部；重金属 Cr 元素在植物体的枝、根部才有分布；新疆杨、小叶 杨、玫瑰可以作为指示 Mn 元素的植物；旱柳可以作为指示 Zn 元素的植物：榆树、珍 珠梅可以作为指示 Cr

7、元素的植物。 8 包头市土壤中重金属元素两两之间有显著相关关系，其中 Ni 和 Cu, Ni 和 Zn 相关性最大，都为 0. 9997 左右。 9 包头市土壤中重金属元素含量与土壤 PH 值有显著相关关系，与 Cr 元素的相 关性最大。 关键词：大气污染；重金属污染；植物抗性：园林树种选择 Study of garden tree species selection regarding air and heavy metal pollution resistance in Baotou,Inner Mongolia Abstract With the development of modem

8、 industry, the waste, emissions and sewage made by factories, residence and transport become more and more, the influence is extensive. And the heavy use of fertilizer and other chemical substances in modem agriculture induces the increase of residual poisonous substances. Environmental pollution is

9、 increasing seriously. Environmental pollution not only harms human health and safety directly, but also brings great harm to plant growth and development, such as all the important economic crops will reduce output observably because of pollution. A large number of collective pollutants can cause t

10、he plant death, even damage the entire ecosystem. Environmental pollution can be divided into the air pollution, water pollution, soil pollution and biology pollution. In which, air pollution and water pollution affect the plant most. Besides their wide range, they are easily transformed into soil p

11、ollution and biology pollution. Based on a comprehensive investigation on the growth of the garden tree in Baotou City, this paper focus on the research of dominant factors of the habitat the resistance of trees to heavy metal elements, the resistance to pollution and the ability to purify the atmos

12、phere. The purpose is to choose the plants that have strong resistance, health protection capability, high economic profits, as well as with rich historical and cultural foundation and the local characteristics, to use into urban forestry development. This can significantly improve the scientific an

13、d technological content and integrated benefits of urban landscape. Following conclusions reached from the study: 1 All of 6873 trees which belong to 9 conifers,29 shrubs and 42 deciduous species were classified into 3 groups according to their growth status and adaptabilities to environment. 15 spe

14、cies were growing well and perfonned as most extensively adaptable,such as Pinus syivestris var.mongolica.tabulaefomis var.mukdensisjuniperus regida, Ulmus pumila, Fraxinus pennsylvartaca, Morns albauonymus bungeanus, Crataegus pinnatifidaMalus baccatarunus sibericarunus davidianayringa amurensis, X

15、anthoceras sorbifolia and Betula platyphylla respectively. And Pinus bungiana, P.tabulaeformis, Pica meyeijlatycladus orientalis, Populus CanadensisJsimonii, P.alba, P.nigra var.italica, P.cathayana, P.cana, Ulmus laevis, U.pumila var.pendula, Acer negundo, Salix babylonica, Sophora japonica, Sophor

16、a japonica cv.pendula, Robina pseudoacacia,Gleditsia japonicaaegnus angmistifoliaJPhyllodendron amurense, Juglans mandshuricayrus ussuriensisMalus prunifolia Prunus salicina, M.pumila cv.and Ailanthus altissima performed moderately. But 6 tree species including larix principis-repprechtii, Sabina ch

17、inensis, Populus pekinertsis, P.tomentosaJSalix babylonica and S.matsudana cv.tortulsa belonged to the category of bad growth and weak adaptability.All 26 shrubs performed well except Weigela jloridajontanesis forthunei and Celestrus robiculatus. 2 The capacity of pollutant-resistance was variable w

18、ith tree species.7amara chinensis,Ulmus pumilauonymus bungeanusopulus canadensis and Lespedeza bicolor were higher in pollutant-tolerance,and Gledtsia sinensisJFraxinus chinensisJBetula platyphylla, Ulmus macrocarpaopulus cathayanaJSorbatia JdrilawiiJSambucus williamsii, Acer negundojSyringa reticul

19、ata var.mandshuricaJPopulus alba.bollaena and P.hopeinsis were at the middle,whereas the capacity of pollutant-tolerance of Prunus triloba, P.tomentosaimpelopsis brevipedunculata,Ulmus spp.And Humulus lupulus were the weakest serial. 3 S 2 accumulation in leaves of tree was different with coniferous

20、 and deciduous species.The content of S in leaves of Populus bollaena and Syringa vulgris remained at lower level and unstable before May.lt was relatively stable from June to July,Increased gradually after August，and reached the highest level before defoliation.But the content of S in leaves of Jun

21、iperus regida kept a relatively high level before June,dropped down from July to Augustjand increased again after September.A little of S 2(only 6.48%)which was absorbed and accumulated by leaves of Fraxinus pennsylvanica was transmitted into branches and bulk.The transmission was higher for Platycl

22、adus orientalis,it reached 24.9% of the accumulation in leaves. 4 The dynamic of fluoride absorption for trees showed as a quadratic parabola.The quantity of fluoride absorbed by leaves increased with the increase of ambient concentration,if the level of fluoride advancedly accumulated in leaves was

23、 low.And it decreased with the increase of ambient concentration,if the advanced accumulation in leaves was at high level.The content of fluoride in leaves of Picea meyeri was the highest among conifers,followed by Juniperus regidaJPimts tabulaeformis and Platycladus orientalis,iha.t of Sabina chine

24、nsis was the lowest one.And that of Salix babylonica and S.matsudana were the highest among the deciduous, followed by Populus hopeiensisJP.bolllaenaruns davidiana, Ulmus pumila var. pendula and Sophora japonica cv.pendulafihat of Ulmus pumila and Populus canadensis were the lowest,Leaves of Sabina

25、vulgris absorbed fluoride at the maximum level among shrubs,leaves of Prunus trilobaRosa xanthina and Forsythia suspensa at the moderate level,and leaves of Syringa vulgris at the minimum level.Based on the maximum absorption levelicea meyeri ranked the first one among conifers,and Platycaldus orien

26、talis the last one,Populus hopeiensis.bollaena and Salix matsudana were the highest among the deciduous, Wmus pumila var.pendula nd Sophora japonica cv.pendula the lovfestjSyringa vulgris reached the top among shrubs,and Rosa xanthina the bottom. 5 The quantity of S accumulation in leaves increased

27、linearly with the ambient concentration of S 2.The linear inclination was biggest for Platycladus orientalis among conifers,followed by Sabina chinertsisicea meyeri and Juniperus regida,?aid least for Pinus tabulaeformis.Salix matsudana and S.babylonica were belonging to the steepest group among the

28、 deciduous-Populus hopeiensisfiuonymus bungeanusopulus Canadensis, Fraxinus chinensis, Sophora japonicaobina pseudoacaciaJPrunus davidiana,Ulmus pumila, Sophora japonica cv.pendula and Populus bollaena were included onto the middle group,and Salix babylonica the gentlest one.lt was the first one for

29、 Sabina vulgris among shrubs,followed by Sorbaria kirilowii and Syringa vulgris Jorsythia suspensa appeared the last one.Based on the total accumulation in leaf biomass,the inclination was highest for Platycladus orientalis among conifersopului hopeiensis and Salix matsudana among the deciduous and

30、vw/grz5 among shrubs respectively,the lowest were Pinus tabulaeformisJSalix babylonica and Sophora japonica cv.pendulajiosa xanthia in the same order respectively. 6 The order of heavy metal elements average levels in the soil of Baotou is MnCrCuCoNiZnPb. 7 The distribution of heavy metal Mn in plan

31、ts is leaf branch; The distribution of heavy metal Zn and Cu is branchleaf; Heavy metal Cr elements only distributes in the branch plant and the xooXsPopulns bollaena, P.simonii, Rosa rugosa can be used to indicate Mn element; Salix matsudana can be used to indicate Zn element; Ulmus pumila, Sorbati

32、a kirilowii can be used to indicate Cr elements. 8 Heavy metals in soil of Baotou have a significant correlation between each other, in which, relevance between Ni and Cu, Ni and Zn are the largest, about 0.9997. 9 The heavy metals quantity contained in soil of Baotou has a significant correlation w

33、ith soil PH value, the largest one is Cr element. Key words:Urban forestry； Air pollution； Heavy metal pollution； Plants fastness Directed by： Prof. Chang Jinbao Appl icant for Master degree： LI Xin (UrbanForest) (Collage of Forest,Inncr Mongolia Agricultural Univcrsity,Huhhot010018,China) 插图和附表清单 图

34、 1 大气污染对植物的伤害程度及影响因素 . 2 图 2 不同污染物浓度下植物叶片吸收置变化图 . 18 图 3 包头市不同地段土壤中重金属含量图 . . . 21 图 4 包头市不同地段乔木枝叶中重金属含量图 . 22 图 5 包头市不同地段灌木枝叶中重金属含量图 . . . 22 表 1 几种典型重金属元素的全球释放量 . 4 表 2 包头市各月气温 . 6 表 3 包头降水指标表 . . 6 表 4 包头市各月风速 . . 7 表 5 包头市干热风指标 . . . 7 表 6 包头市各月太阳辐射及日照时数 . . . 7 附表 1 包头市园林树种调査表 （ 1) . 30 附表 2 包头

35、市园林树种调查表 （ 2) . 31 附表 3 包头市园林树种调查表 （ 3) . 32 附表 4 包头市园林树种调查表 （ 4) . 33 附表 5 包头市园林树种调査表 （ 5) . 34 附表 6 包头市园林树种调查表（ 6 . . 35 附表 7 包头市园林树种调查表 （ 7) . 36 附表 8 包头市园林树种调査表 （ 8) . 37 附表 9 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 1) . 38 附表 10 包头市园林树种抗重金属污染调查表 （ 2) . 39 附表 11 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 3) . 40 附表 12 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 4)

36、 . : . 41 附表 13 包头市园林树种抗重金属污染调查表 （ 5) . 42 附表 14 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 6) . 43 附表 15 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 7) . 44 附表 16 包头市园林树种抗重金厲污染调査表 （ 8) . 45 附表 17 包头市园林树种抗重金属污染调查表 （ 9) . 46 附表 18 包头市园林树种抗重金属污染调査表 （ 10) . 47 表 7 针叶树耐氟及二氧化硫分级表 . 13 表 8 阔叶树耐氟及二氧化硫分级表 . 13 表 9 树 木 体 内 S 含量年度变化规律 . 14 表 10-侧柏、白蜡 S35在体内

37、的分散 . 14 表 11 树木吸收大气氣化物能力变化规律 . 15 表 12 树木吸收大气 Sft 能力变化规律 . 16 表 13 各树种叶量生长方程 . 17 表 14 各树种吸污能力 . 19 表 15 包头市土壤重金属平均值与土壤重金属环境背景值的比较 （ mg/kg) . 21 表 16 包头市土壤中重金属元素的相关性分析结果（ . 1) . 23 表 17 包头市土壤中重金属元素的聚类分析结果（ . 1) . 23 表 18 包头市土壤中重金属元素与 PH 值的相关性分析结果 （ 0.0001) . 24 附表 19 包头市不同地段土壤中重金属含量表 . 48 附表 20 包头市

38、不同地段植物体内重金属含量表 . 50 内蒙古农业大学 研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位沦文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成杲 .据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 ,也不包 含为获得我校或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意 . 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任 “ 论文作者签名： A % .日期 :nv8- 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，

39、印：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学 “ 本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦 署名为内蒙古农业 大学 .学校有权保留并向国家有关部门或机构送交沦文的，茚件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅 .学校可以公布学位论文的全部或部 分内容 （ 保密内容除外），采用影印 .缩印或其他手段保存论文 . 论文作者签名 指导教师签名 ： 聲沒，包 日 期： 丄 v 1 引言 包头市是随着国家 一五 、 二五 计划的实施发展起来的新兴工业城市，现有蒙 汉回等 43 个民族，总人口 240 力人，土地总面积 2

40、.8 力 Km2,其中建成区面积 168Km2。 经过六十多年特别是改革开放以来的建设，包头市已形成以冶金、机械、稀土、电力、 建材、乳业等为支柱产业的工业体系，发展成为中国少数民族地区最大的工业城市之 一，是中国最大的稀土工业基地 夂 工业化和城市化的迅速发展，使包头的社会、经济得到长足的进步，但同时也破 坏了城市的生态环境，给人们正常生产、生活带来了危害。工业粉尘、烟尘、各种有 害气体、废水废渣、噪音等使越来越多的城市居民患有气管炎、肺癌、高血压等城市 病，特别是包头的特异氟污染使城市居民的牙科、骨科疾病发病率增加 ，研究表明， 包头大气氟污染使宋家壕 一带春小麦株高降低 26.4%,穗粒

41、下降 14%w, 1975 年因环 境污染哈业脑包几百亩高粱颗粒无收， 1978 年因大气污染使 3:8 万亩农田中 2.7 万亩 出现严重伤害，损失惨重，大气污染使包头周围草场含氟量升高，引发牧羊长牙病发 生 1wtw，最高曾达到100%发病率， 1979 年造成牧业经济损失 635.0 万元。据统计 1979-1983 年间大气污染造成农业损失 18.3 万元，牧业损失 695.3 万元，农牧业合计 损失 713.6 万元， 这些问题己成为社会各界人士深感忧虑的社会性问题，人们在大自然的惩罚下终 于认识到，城 市发展必须与自然共存，把森林引入城市，让城市座落在森林中已成为 人们的迫切需要，

42、城市森林所具有的抗大气、土壤污染等生态功能作用受到各级政府 的重视，已成为林业、园林、环保部门研究的热点 *。 城市森林广泛参与城市生态系统中物质、能量的高效利用和社会自然协调发展， 在系统动态自我调节中起重要作用，城市森林的效益有生态、经济和社会三个方面 11 O 城市森林除了可以调节小气候，涵养水源之外，最重要的是它还可以降低大气和 土壤中的粉尘、有害重金属元素的污染 w。以北京市为例，北京市在降尘最多的 4 月份，绿地中和绿化较好的地段地面上降尘量明显高于其他地段，如果地面先有草皮 等其他植被，不但地面不易扬尘，而且从空气中降落的尘粒也会从植物的间隙落到植 被覆盖的地面上，避免风沙再次扬起。飘尘可以在空气中悬浮很长时间，当气流缓慢 或静止时，飘尘也随之滞留，密集的乔灌木组成的绿带可把飘尘滞留在林带前面，较 宽的 （ 30m 以上）半通透林可把飘尘滞留在林内，飘尘穿过茂密的林冠时，其中一部 分会附在枝叶上而使空气得到过滤与净化较大面积的绿地降温作用则可在绿地 与附近气温较高地段之间造成空气的对流，这样可以把飘尘带到高处 ，遇到水平气流 可扩散稀释 城市森林具有对大气中粉尘的物理性滞、散作用，还具有对大气中的污染物质的 吸收和转化作用 17。对植物有毒的大气污染物是多种多样的，主要有二氧化硫 (S02)、