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树木年轮与其根部土壤化学元素含量的相关性_图文

第 ./ 卷第 01200 期









4567./ , +5701200 +587, .113

.113 年 00 月

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树木年轮与其根部土壤化学元素含量的相关性
王亚平, 许春雪, 王苏明
E’+! F<CGH;,I) &J:HK:B,E’+! L:MGH;
国家地质实验测试中心, 北京 0111N?

!"#$%&"’ ()*)"+,- .)&#)+ %/ 0)%"&"’1*$* , 2)$3$&4 0111N? , .-$&"
摘要: 运用树木年轮学方法研究了北京南郊土壤环境中元素含量随时间序列演变的规律。 依据吸收系数研究了相同土壤类型上 结果表明不同树种对元素的吸收情况不同。 对 生长的不同树种对 0. 种化学元素的吸收状况, OH、 &P 和 Q N 个元素吸收系数较高。 杨树年轮及其根部土壤中 A 种化学元素 (+< 、 的相关性研究 结 果 表 明 , 年轮中元素的含量与其根土 R、 &:、 OH、 ’=、 LS、 &P 、 (<、 QT ) , 根据逐年年轮中 &:、 中对应元素的含量呈正相关。采用对数线性相关模式 (6;.56" 6;.78 ) OH、 ’=、 &P 、 (<、 QT U 种化学元素的含 量, 反演 U 种元素在土壤中的逐年 (0AD. — .11/ 年) 演变状况。 本技术方法能为追溯近代城市化几十年以来的环境污染变迁历史、 预测未来污染演变趋势提供更为丰富和科学的信息。 关键词: 树木年轮; 时间序列; 土壤; 元素; 环境污染 中图分类号: I0// ; Q0/. 文献标识码: ’ 文章编号: (.113 ) 0U?0V.33. 01200V1A3.V13

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E381."51: *JB B856:WG5H 5X JB<8Y MBW<6 Z5HZBHWS<WG5H= [GWJ WGMB GH WJB =5G6 BH8GS5HMBHW GH WJB =5:WJBSH =:T:ST= 5X (BG\GH; [<= =W:PGBP TY :=GH; <HH:<6 ;S5[WJ SGH;= 5X WSBB=7 *JB <T=5SCWG5H 5X 0. B6BMBHW= TY PGXXBSBHW WSBB =CBZGB= GH WJB =<MB =5G6 WYCB= [<= =W:PGBP <ZZ5SPGH; W5 WJBGS <T=5SCWG5H Z5BXXGZGBHW=7 *JB =W:PY GHPGZ<WB= WJB PGXXBSBHZB GH <P=5SCWG5H 5X B6BMBHW= TY PGX] XBSBHW =CBZGB= 5X WSBB=7 *JB <P=5SCWG5H Z5BXXGZGBHW= 5X WJB B6BMBHW= OH, &P <HP Q <SB JG;JBS7 *JB Z5SSB6<WG5H 5X HGHB B6BMBHW=
(+< , R , &:, OH, ’=, LS, &P , (< <HP QT ) GH ;S5[WJ SGH;= 5X C5C6<S WSBB= <HP WJ5=B GH =5G6= HB<S WJBGS S55W= =J5[= WJ<W

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GH =5G6= XS5M 0AD. W5 .11/ [BSB PBP:ZBP7 *JG= MBWJ5P Z<H TB :=BP W5 CS58GPB SGZJBS <HP M5SB =ZGBHWGXGZ GHX5SM<WG5H X5S WS<Z] GH; WJB JG=W5SY 5X BH8GS5HMBHW<6 C566:WG5H <HP ZJ<H;B= P:SGH; M5PBSH :ST<HG^<WG5H GH WJB C<=W XB[ PBZ<PB= <HP CSBPGZWGH; WJB B856:WG5H<SY WSBHP 5X C566:WG5H ZJ<H;B7 F/G 4-.98: WSBB SGH; ; WBMC5S<6 =B_:BHZB; =5G6 ; B6BMBHW; BH8GS5HMBHW<6 C566:WG5H

随着科学技术的迅猛发展, 自然界的物质和 能 量 得 到 了 进一步的开发和利用, 人类向自然界排放的污染物 也 随 之 剧 增。了解一个地区的污染历史, 才能对该地区现有 的 环 境 作 出正确的评价, 进而掌握环境污染的主要原因, 以便采取有 效措施来治理环境。本文利用树木年轮学方法研究了北京南 郊的土壤环境中元素含量随时间序列演变的情况。

自 95:;6<== 创立了树 木 年 代 学 以 来 , 国 内 外 的 研 究 大 部 分都是利用树木年轮来重建过去几百年甚至几千年的降雨 以弥补气象资料的不足。随着树 木 年 轮 学 和温度等变化 >02?@, 的发展, 应用领域不断拓宽, 已有环境污染历史研 究 的 尝 试 。

0A?/ 年 $BBC>D@将其 用 于 监 测 环 境 中 痕 量 金 属 的 长 期 变 化 获 得
成功。 (<B=等 >A@也在 0AD/ 年提出利用树木年轮中多元素含量分

收稿日期: 修订日期: .113V1/V00 ; .113V1DV01 基金项目: 国家重点基础研究发展规划项目 (!0AAA1/3?1? ) 、 科技部科研条件工作项目 (编号: 资助。 .113‘!.110D1 ) 作者简介: 王亚平 (0A3UV ) , 男, 博士, 研究员, 研究方向为环境地球化学和分析测试。 "VM<G6 : [<H;Y<CGH;aZ<;=7HBW7ZH

第 !" 卷 第 #$%## 期

王亚平等: 树木年轮与其根部土壤化学元素含量的相关性 混匀, 装瓶备用。 后的样品磨细, 通过 !$$ 目尼龙筛,

:<5

析法推断过去和现在的空气 污 染 情 况 。 &’()*+,’ 等 -#$.在 !$$# 年通过研究橡树年轮中 /0 的含量发现, 年轮中 /0 含量的多少 与距离熔炼厂的远近呈正相关。距离熔炼厂比较近的橡树中 距 离 比 较 远 的 橡 树 中 /0 的 含 量 较 低 , 当熔炼 /0 的 含 量 较 高 , 厂关闭后, 树木年轮中 /0 的含量也逐渐降低。 1,’23**4 等 在
-##.

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实验方法 年 轮 样 品 在 8$A 条 件 下 烘 ! B, 称重, 然后用焖罐的方法

(硝酸和过氧化氢体系) 消化, 制备液用 C6/DEF 、 C6/D&GF 法 然后用 同时测定多元素含量 -!#.。土样在 #$<A 条件下干燥 ! B, 氢 氟 酸 D 高 氯 酸 D 盐 酸 D 硝 酸 体 系 消 化 , 制 备 液 用 C6/DEF 、

!$$! 年 利 用 树 木 年 轮 中 6 7 6 的 变 化 研 究 了 意 大 利 巴 勒 莫
#5 #!

过去 ##8 年间空气质量的变化情况。 在国内, 段 沛 生 等 -#!. 从 #" 年 滇 杨 年 轮 中 /0 、 9’ 含 量 推 断 出 了 会 泽 /0 、 9’ #:;$ — #:85 年 间 的 污 染 状 况 , 验 证 了 关 于 “树木年轮的重金属含量可用来构筑环境污染历史” 的观点。 喻斌等 对油松年轮宽度和元素含量的变异与沈阳工业发展
-#5.

C6/D&GF 法同时测定多元素含量。

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结果与讨论
树种的选择 用吸收系数 ( ! ") 法研究 以香山地区生长的 < 种树木为例,

的相关分析研究表明, 在城市污染条件下, 树木年轮宽度和 微量元素含量均发生了明显变异, 而且这些变异与 沈 阳 工 业 颐和园公园所取得的 发展明显相关。 聂瑞丽等 -#".利用从香山、 油松年轮中提取的年轮宽度和年轮木质部中化学元素含量 变化的信息, 主要分析了油松年轮中化学元素含量 随 时 间 变 化的特点, 并恢复了北京市近 !$$ 年大气污染的历史。 对环境变化历史的研究, 目前主要侧重于同位素、 冰川 冻土或者湖底沉积物等信息源。同位素研究的年代 久 远 , 不 适合对近代几十年环境演变情况的研究, 其他信息 源 又 存 在 以往的历史记录也不全。 由于树木年轮也 着各方面的不足 -#<., 是环境变化的记录计, 通过对年轮宽度、 年轮结构和年轮中 元素浓度的分析, 可以反演过去的环境变化, 并且树木年轮 对研究近代污染同样具有重要的意义 -#=%!$.。 本文运用树木年轮中元素含量的演变, 反演土壤中金属 元素含量随时间序列演变的历史。采集北京南郊杨树年轮进 行分析研究, 检验了杨树年轮与根部土壤中化学元 素 含 量 的 相关性, 然后利用杨树年轮中元素的含量, 重建了该地区土 壤中元素含量逐年演变的时间序列。

(/ 、 了不同树 种 对 #! 种 元 素 63、 H、 E’、 I) 、 6J、 9’、 &+、 F*、 6( 、 的吸收状况。元素吸收系数 ! "L# $ % , 式中 #为树木 !$$" K3、 /0 ) 年年轮中元素的含量, % 为树木根部土壤中对应 元 素 的 含 量 。 其结果见图 # 。 对同一元 实验数据表明: !不 同 树 种 之 间 存 在 着 差 异 , 素的吸收情况不同, 9’、 6( 、 / 5种 元 素 的 吸 收 系 数 比 较 大 。 即 ! "N# , 都对 9’ 有强 "< 种树种对 9’元素的吸收均为 M2 ! "N$ , 而树种 吸收作用。这表明与 9’地球化学行为有一定的关系, 的影响不是很大。 对于 6( 元素的吸收系 # 实验的 < 个树种中, 松树 N 柳树 N 杨树 N 槐树 ! 枫树。 数 ! "值大小顺序依次为: $实 对于 /元素的吸收系数 ! "值大小顺序依次为: 验的 < 个树种中, 槐树 N 柳树 N 枫树 N 杨树 N 松树。 由于杨树在北京地区分布广泛, 并且 每 年 的 生 长 量 比 较 大, 结合上面的实验数据, 选定杨树作为实验树种。 杨树 !$$" 年年轮与其根部土壤中元素含量的相关性 杨 树 !$$" 年 年 轮 及 其 根 部 土 壤 中 : 种 元 素 含 量 的 平 均 值、 南郊土壤的对照值、 北京和全国的土壤背景值见表 # 。 从上面的数据可以看出, 实验所选定 区 域 的 土 壤 值 与 南 郊的对照值和北京、全国的土壤背景值没有太 大 的 差 异 , 表 明所选定实验区域具有一定的代表性。 用 杨 树 !$$" 年 年 轮 及 其 根 部 土 壤 中 元 素 含 量 的 平 均 值 。 的对数值为纵坐标, 以原子序数为横坐标作图 (图 ! ) 从图 ! 中可以看出, 当土壤中元素含量 高 时 , 则年轮中元 素含量也高, 说明两者呈正相关。年轮中元素 含 量 变 化 的 情 况可以反映出土壤中元素的含量变化。 杨树年轮及其根部土壤中元素含量相关模式 对 于 年 轮 及 其 根 土 中 元 素 6J、 9’、 &+、 6( 、 K3 、 /0 的 含 量 对数, 用线性回归方法检验, 其结果见图 5 。 在图 5 中, 纵坐标代表土壤中元素含量 的 对 数 , 横坐标代 表年轮中元素含量的对数。 从图中可以看出, 6J、 9’、 &+、 6( 、 ( 当 & N$>= 时 满 K3 、 /0 这 = 种 元 素 基 本 都 满 足 对 数 线 性 关 系 足 线性关系, 。 尤 其 是 9’、 & O$>= 时 不 满 足 线 性 关 系 ) &+、 6( 、 有良好的线性关系。 K3这 " 种元素相关系数达到了 $>:: 以上, (其 中 (、 利 用 对 数 线 性 相 关 模 式 M2’PL(M2’)* *值随着元 素的不同而变化, M2’ 代 表 年 轮 中 元 素 含 量 的 对 数 , M2 ’P 代 表 土壤中对应元素含量的对数) 可以重建该地区 土 壤 元 素 含 量

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样品采集与研究方法
样品采集与制备 柳树、 槐树、 枫树和 !$$5 年 ## 月在香山地区采集了 松 树 、

杨树 < 种树的年轮样品及其根土。每个树种采集 5%< 棵 树 木 , 其中每棵树木采集 !%5 个年轮样品 。 !$$" 年 #$ 月 在 北 京 南 郊 采集了 " 株杨树的年轮及其根土。其中 # 棵杨树的根土物化性 质与其他 5 株有较大差异, 故而用 5 株杨树及其根 土 来 进 行 实 验研究。土壤样品为采自供试树木根部深 5$%"$ ?@土层的土 壤均匀混合物, 为了对照, 也采集了供试树木根部的表层土 。 壤样品 ($%#$ ?@) 年轮样品的采集是用生长锥钻取树木的树心。将钻取的 杨树年轮样品用砂纸将其一面打磨光滑, 在双目镜 下 按 从 树 木表皮到树心逐年定年, 以每一年进行划分。然后 用 不 锈 钢 刀切下各年年轮, 编号, 粉碎样品。采集的土壤样品在室温下 自然风干 (在风干过程中要注意防止阳光直射和尘 土 落 入 ) 。 以除去砂 将风 干 的 土 样 用 木 棒 碾 碎 , 通 过 ! @@ 孔 径 尼 龙 筛 , 砾和生物残体。 筛下样品混合均匀, 反复按四分法缩分。 缩分

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地 质 通 报

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!""# 年

表*

杨树 !""& 年年轮与其根部土壤中 I 种元素含量的平均值

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’%"( )*(+%(+, *- . %$%/%(+, 0( +1% 23345, 6*6$"7 +7%% 70(8, "(9 ,*0$, (%"7 +1% 7**+, *- 6*6$"7 +7%%,

注: 元素含量 $’ ( )’ ; 括号内的数字为原子序数 &$和 &%$为杨树 !""& 年年轮及其根土的元素平均含量;

的逐年演变。利用线性回归可得出相应的 .、 / 值。

!-&

土壤中元素含量的时间序列 以北京南郊杨树作为研究树种。 从 图 * 中 可

以看出, >7 元素的吸收系数居中偏 下 , 以 每 年 年 轮 中 >7 的 含 量 为 例 。 元 素 含 量 的 平 均 值 按 年 份 然 次序排列, 得 到 年 轮 >7 元 素 含 量 的 年 份 序 列 , 后 根 据 图 ? 中 的 线 性 回 归 方 程 /’&%@"-&A?A /’& B 可得出北京南郊土壤中 >7元素含量的年份 *-!#? , 序列 (表 ! ) 。 由 .、 / 和 各 元 素 的 含 量 &, 根 据 对 数 线 性 方 程, 可以得到土壤中其他 # 种元素 CD、 E1、 C9 、 <6、

FG 含量逐年的演变情况。土壤中 CD、 E1、 >7、 C9 、
(*IJ! — !""& ) 演变情 <6 、 FG H 种 元 素 含 量 逐 年 况 见 图 &。 从 图 & 中 可 以 看 出 , *IJ! — !""& 年 土 壤

图*

北京香山地区不同树种的元素吸收情况

+,’-* ./0$012 3413012562,417 48 9,8805012 25007 ,1 :,61’7;61, <0,=,1’

中 CD、 E1、 >7、 <6、 FG # 种 元 素 的 含 量 基 本 上 呈 现 出 上 升 的 趋 前期缓慢下降, 随着时间序列 势, 而 C9 却出现了相反的情况, 呈现出下降的趋势, 而中期和 后 期 趋 势 不 明 显 ; 由 E1 和 C9 的 图形可以看出, 二者呈一定的负相关。对于 C9 出现了相反的 情况, 笔者认为可能是由于研究区域内土壤中 C9 的含量比较 受植物生长因子的影响相对比较大, 故 低, C9 被杨树吸收后, 而出现了相反的情况, 具体原因有待进一步探讨。

?

结论及展望
香山地区不同树种对同一元素的吸收情况不同, E1、

柳树、 杨树、 槐 C9 、 F ? 种元素的吸收系数比较大。其中松树、 这 与 E1 元 素 的 树、 枫 树 # 种 树 木 都 对 E1 元 素 有 强 吸 收 作 用 , 地球化学行为有关。年轮与其根部土壤中对应化学元素的含 量呈正相关, 基本满足对数线性关系。通过测定 年 轮 逐 年 中 的化学元素含量, 利用对数线性相关模式, 得出土壤中元素 含量的 逐 年 演 变 情 况 。 结 果 表 明 , *IJ! — !""& 年 北 京 南 郊 土 壤中 CD、 E1、 >7、 <6、 FG # 种 元 素 的 含 量 都 基 本 上 呈 现 出 上 升 的趋势, 而 C9 却出现了相反的情况。从而重建了土壤环境污 染的历史变迁。上述研究成果对目前开展的农业地质调查和 城市地质调查中追踪环境污染的年代变迁具有重 要 意 义 , 并 可为未来趋势预测提供技术方法支撑。 图! 杨树 !""& 年年轮及其根土中 I 种元素含量平均值

+,’-! K061 34120127 48 I 0/0$0127 ,1 2;0 !""&%7 L4L/65 2500 5,1’7 619 ,1 2;0 74,/7 1065 L4L/65 2500 54427
树木具有定年精确、 寿命长、 地域分布广泛 等 特 点 , 是进 行环境污染演变研究的理想对象。目前, 中国在 这 方 面 的 研 究还仅仅是零星的, 研究领域有待进一步扩展。 不 同 气 候 条 件、 地理地质背景下的树木年轮研究对追踪区域 性 环 境 污 染 变迁具有重要的意义, 并可为未来趋势的预测提供参考。 除了树木本身的特性以外, 阳光、 水分、 温度等气候条件

第 !" 卷 第 #$%## 期

王亚平等: 树木年轮与其根部土壤化学元素含量的相关性

CDD

图&

杨树年轮及其根部土壤中元素含量的对数线性相关模式

’()*& +,)-.(/01(2 3(45-. 2,..53-/(,4 1,653 ,7 8,83-. /.55 .(4)9 -46 9,(39 45-. 8,83-. .,,/9

图"

北京南郊土壤中 : 种元素含量的逐年演变

’()*" ;44<-3 5=,3</(,4 ,7 : 535154/ 2,4/54/9 (4 9,(39 ,7 ><6(-4 ?(33-)5 (4 /05 9,</05.4 9<@<.@9 ,7 A5(B(4)

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地 质 通 报

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!""# 年

&L(S53GG9 / R, S95:,H<34 T 0 , C1U%:-34 ; , -: 9<= $ ’K"" @?-95

表!

年轮及其土壤中 $%元素含量的年份序列

:5--@534+ 5-1H5D HG %*AA-5 :-AB-59:*5- 34 7-444H%194D39&>(= I9O ’FF" , LKV : KLK@KLF= :*5- ,
邵雪梅 = 采用秦岭冷杉年轮宽度重建陕西镇安 ’E## 年以来 &K(刘洪滨, (! ) : 的初春温度 &>(= 气象学报, !""" , #J !!L@!LL= 吴祥定, 李骥 = 利用树木年轮资料重建新疆东天山 L"" 多年 &#(张志华, 来干旱日数的变化 &>(= 应用学报, (’ ) : ’FFV , E #L@V"= 马利民 = 树轮宽 度 对 近 LEV 年 呼 和 浩 特 季 节 降 水 的 重 建 &>(= 科 &V( 刘禹, 学通报, (’J ) : ’FFF , KK ’FJV@’FF!= 吕军, 屠其璞, 等 = 用树轮 !@ 纤维素 "’L8 重建天目山地区近 &E(钱君龙, (K ) : ’V" 年气候 &>(= 中国科学, !""’ , L’ LLL@LK’=

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*2 3(% 4/ %$%5%+3 .*+3%+3/ -+ 3(% ,)*63( )-+,/ "+7 /*-$/

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,-9P? A-:9< BH<<*:3H4 B9::-54%&>(= XH<<*:3H4 , ’FEK , F : KF@V’= &F(S9-% # 8 7 , .1<9*+,<34 0 S= !!K : KFK@KVE= &’"($4D-5%H4 0 , 8,9BB-<U9 $ ), 7<?44 / . , -: 9<= N-9D 911*O A*<9:3H4 34 Q*-51*% I3+59 94D Q= Y-<*:349 4-95 0A-<:34+ 7913<O ’’J : 3:3-% 34 $<969A9 , Z0$&>(= W9:-5 $35 94D XH<<*:3H4, !""" , ’@’’= &’’(;H4+955[ M, Y955319 ;= "’L8 P9539:3H4% 34 :5-- 534+% 9% 34D319O :3H4 HG %-P-5- 1,94+- 34 :,- *5694 935 \*9<3:? &>(= C4P35H4A-4: , !""! , LV : #JJE@#JFV=
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$:AH%B,-531

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黄 会 一=城 市 环 境 中 树 木 年 轮 的 变 异 及 其 与 工 业 发 展 的 关 &’L( 喻 斌 , 系 &>(= 应用生态学报, (’ ) : ’FFK , # E!@EE=

都会影响树木对元素的吸收。元素在树木体内的运输和累 积, 可能影响到元素进入年轮的途径及在年轮中的 自 然 径 向 分布模式。目前的多数研究都停留在统计相关分析 上 , 而对 于年轮中化学元素来源的内在动力学过程和外界环境因子 的作用机制至今仍不清楚。为减少树木年轮在研究中的不确 定性, 将有关树木年轮对气候环境变化影响所引起 的 多 方 面 响应特征综合起来进行研究是今后工作的一个重要方向。 在今后的树木年轮学研究中, 重视多学科的交叉、 年轮 化学与其他环境信息源之间的关联性研究, 将有助 于 加 深 对 不同环境指标及其组合的理解和认识, 可以提供更 为 准 确 的 环境变化历史记录。 致谢: 感谢中国科学院资源与地理研究所 裴 韬 研 究 员 和 中国地质大学陈德兴教授在成文过程中给予的帮助和指导。 参考文献:
&’()*+,-% . / , 01,2-34+5*6-5 7 ), 895:253+,: ; , -: 9<= >*<?@ $*+*%: :-AB-59:*5- 9: CD3465*+, 6-:2--4 ’E!’ 94D ’FE# G5HA LK’@LKK= :5--@534+ D-4%3:? 94D 23D:, D9:9&>(= I9:*5- , ’FJK , L"J : &!(M59A<31, N >= $ ’"""@?-95 5-1H5D HG :-AB-59:*5- 94D B5-13B3:9O ’FFL , LF : !KF@!##= :3H4 34 03-559 I-P9D9&>(= Q*9:-5495? R-%-951, ,

罗海江, 赵承义, 等=北 京 市 大 气 污 染 动 态 变 化 的 树 木 年 &’K( 聂瑞丽 , 轮分析 &>(= 中国环境监测, (K ) : !""’ , ’E !"@!K= 旷远文, 周国逸, 等=树 木 年 轮 分 析 在 环 境 监 测 中 的 应 用 &’#( 温达志 , 进展 &>(= 广西科学, (! ) : !""K , ’’ ’LK@’K!= 许春雪 = 树木年轮 学 在 环 境 变 化 研 究 中 的 应 用 &>(= 岩 矿 测 &’V( 王亚平, 试 ]!""# , (! ) : !K ’!F@’LK= 柯晓康, 王明珠, 等 = 树 木 年 轮 元 素 含 量 与 环 境 演 变 &>(= 南 &’E( 钱君龙, 京林业大学学报 ]’FFJ , (’ ) : !! !!@!V=

&’J(Q394 >*4@<H4+ , /- 0,94@^,-= 8,5H4H@%-\*-41-% HG -<-A-4:9<
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树木年轮与其根部土壤化学元素含量的相关性
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 王亚平, 许春雪, 王苏明, WANG Yaping, XU Chunxue, WANG Suming 国家地质实验测试中心,北京 100037 地质通报 GEOLOGICAL BULLETIN OF CHINA 2005,24(10) 4次

参考文献(22条) 1.Hughes M K.Schweingruber F H.Cartwright D JulyAugust temperature at Edinbrugh between 1721 and 1975 from tree-ring density and width data 1984 2.Gramlich L J A 1000-year record of temperature and precipitation in Sierra Nevada 1993 3.Briffa K R.Bartholin T S.Eckstein D A 1400-year tree-ring record of summer temperature in Fennnoscandia 1990 4.刘洪滨.邵雪梅 采用秦岭冷杉年轮宽度重建陕西镇安1755年以来的初春温度[期刊论文]-气象学报 2000(02) 5.张志华.吴祥定.李骥 利用树木年轮资料重建新疆东天山300多年来干旱日数的变化 1996(01) 6.刘禹.马利民 树轮宽度对近376年呼和浩特季节降水的重建[期刊论文]-科学通报 1999(18) 7.钱君龙.吕军.屠其璞 用树轮α-纤维素δ13C重建天目山地区近160年气候[期刊论文]-中国科学 2001(04) 8.Leep N W The potential of tree-ring analysis for monitoring heavy metal pollution patterns 1974 9.Baes Ⅲ C F.Mclaughlin S B Trace elements in tree rings:Evidence of recent and historical air pollution 1984 10.Anderson S.Chappelka A H.Flynn K M Lead accumulation in Quercus Nigra and Q.Velutina near Smelting Facilities in Alabama,USA 2000 11.Dongarrà G.Varrica D δ13C variations in tree rings as indication of severe change in the urban air quality 2002 12.段沛生.王焕校.葛梦雁 从树木年轮铅、镉、锌含量分析看会泽铅锌矿历史污染 1992(02) 13.喻斌.黄会一 城市环境中树木年轮的变异及其与工业发展的关系 1994(01) 14.聂瑞丽.罗海江.赵承义 北京市大气污染动态变化的树木年轮分析[期刊论文]-中国环境监测 2001(04) 15.温达志.旷远文.周国逸 树木年轮分析在环境监测中的应用进展[期刊论文]-广西科学 2004(02) 16.王亚平.许春雪 树木年轮学在环境变化研究中的应用[期刊论文]-岩矿测试 2005(02) 17.钱君龙.柯晓康.王明珠 树木年轮元素含量与环境演变[期刊论文]-南京林业大学学报(自然科学版) 1998(01) 18.Qian Jun-long.Ke Shan-zhe Chrono-sequences of elemental contents in tree rings and soils 1994(01) 19.Qian Jun-long.Ke Shan-zhe.Huang Jing-su Correlation between chemical element contents in tree rings and soils 1993(04) 20.Ke Shan-zhe.Qian Jun-long.Zhu Yu-xin Study on model of correlation between chemical element contents in tree rings and soils near tree roots 1994(01) 21.冯风娣.方名均.林溪生 ICP-AES法测定树木年轮中22种元素 1984(04) 22.中国环境检测总站 中国土壤元素背景值 1990

相似文献(10条) 1.期刊论文 王经民.柳建军.刘迎洲.赵斌 基于Lyapunov指数的树木年轮时间序列混沌特征分析 -西北农林科技大学 学报(自然科学版)2008,36(8)

[目的]对陕西关中地区5~6月的降水趋势性进行预测,为揭示关中地区气候演变过程的动态特征提供理论依据.[方法] 采用传统Lyapunov指数与非线性 局部Lyapunov指数,对关中地区1544~1989年共446年的5~6月降水量代用资料--树木年轮代用资料时间序列非线性动力系统的动力学特征进行分析.[结果] 树木年轮代用资料时间序列具有混沌特征,非线性局部Lyapunov指数随时间增加单调减少,相对误差随预报时间的增加而单调增大.[结论] 树木年轮代用资料 可用于关中地区5~6月降水的趋势性预测.

2.学位论文 旷远文 珠江三角洲马尾松年轮化学分析的环境指示意义 2006
改革开放后珠江三角洲经济迅速发展带来了日益严重的环境污染问题。区域性环境污染的常规监测在最近20年得到了完善,但长期连续大气污染资料在 一些地区尤其是经历了快速工业化和城市化的珠三角地区仍十分缺乏。本研究采用年轮化学分析手段,通过分析马尾松(PinusmassonianaL.)木质部中11种 金属元素(Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb)、2种非金属元素(S、N)和16种优控多环芳烃(PAHs)含量,对该区域过去近50年环境变化历史进行 了研究,期望对利用马尾松年轮作为生物指示物来追踪区域性环境污染变迁和预测未来趋势提供科学依据。研究得到如下主要结论:<br>   1.鼎湖山和西樵山两地马尾松年轮生长分析表明,在相似生长环境和气候条件下,马尾松平均敏感度接近,其生长序列含有相似水平的气候信息和环境信 息,能够用于树木年轮化学分析;对两地马尾松径向生长量标准化后发现,马尾松年轮指数小于1.0始于上世纪70-80年代,表明马尾松生长出现衰退症状并 持续到现在。<br>   2.不同时期形成的木质部中S元素含量呈上升趋势,与珠三角环境中过去50年S含量增加密切相关;利用不同时期马尾松木质部中S含量变化,配合其它环境 资料,如酸雨频率、降水pH值等恢复出区域性S污染历史为:<br>   1941~1965:污染程度较轻,大气相对清洁;<br>   1966~1980:大气污染开始出现并持续增强,大气状况不断恶化;<br>   1981~2000:社会、城市、入口和技术高度发展的一个阶段,也是污染最严重的一个阶段。<br>   3.不同时期马尾松木质部N含量变化没有环境指示意义,在最近形成的木质部中,N含量最高,经过有机溶剂提取后,木质部N含量下降了近乎50%,表明木 质部中一部分N能在年轮中随树液发生迁移。由于N素在年轮间的迁移,树木年轮N素不适于树木年轮化学分析;木质部N同位素分析(615N)反映了树木吸收外 界N源变化,两地马尾松木质部815N均出现了下降趋势:鼎湖山马尾松木质部中δ15N值在1943~2002年期间从-0.56‰降到-2.43‰,西樵山在1955~2002期 间从-0.30‰降到-1.53‰,揭示两地N源组成中NOx含量在过去时段内都有了较大上升;研究结果显示马尾松木质部N同位素分析技术可用来指示区域性长期 N沉降源变化,并可监测长期N沉降对马尾松林影响。<br>   4.鼎湖山和西樵山马尾松木质部中K、Mg、Ca、Mn和Al在时间序列上都出现了相似变化规律,K和Al呈上升趋势,Mg、Mn和Ca呈下降趋势,这种变化趋势是 珠三角酸沉降引起的土壤化学性质发生变化在马尾松木质部的响应:两地马尾松木质部中Ca/Mn摩尔比值和Mg/Mn摩尔比值与马尾松林表层土壤pH值呈显著相 关性,通过这两个指标重建的两地马尾松林表层土壤pH值证实,在过去50年内,在酸沉降影响下,土壤酸度下降到了3.78左右。研究结果证实,马尾松木质 部中Ca/Mn摩尔比值和Mg/Mn摩尔比值能有效指示土壤酸化过程。该指标的建立为评估酸沉降对珠江三角洲森林生态系统健康影响、森林衰退预测和监测提供 了简便的生物学途径。<br>   5.鼎湖山和西樵山马尾松木质部中重金属含量随时间出现上升趋势,增量最大时期出现在1980年以后。鼎湖山木质部Cu、Zn、Cr和Pb含置分别在 0.28±0.03~1.20±0.65,5.50±1.67~21.30±12.99,0.61±0.19~9.78±7.14and0.32±0.25~10.24±6.22mg/kg间,西樵山分别在 0.36±0.05~1.39±0.34,3.93±1.48~12.52±1.56,0.14±0.11~18.08±3.88and3.82±0.59~36.11±11.57mg/kg之间;环境(土壤和大气)中重金属浓 度增加是导致木质部重金属浓度发生剧变的主要原因,木质部重金属浓度能指示环境中重金属浓度变化。<br>   6.西樵山马尾松林土壤中除Cd和Ni外,其余元素含量均高于鼎湖山;两地马尾松最外层木质部元素含量与根部土壤元素含量存在显著对数线性相关关系 ,揭示土壤化学性质决定着马尾松木质部性质:根据这种相关性可以大致推演森林土壤相关元素近50年的演变动态,土壤中Ca、Mg、Mn持续下降,Al、Cu、 Zn和Pb则持续上升。<br>   7.两地马尾松不同时期木质部中多环芳烃以2-4环化合物为主,鼎湖山马尾松木质部中含量最高者为菲(Phe)、苯并芘(B[a]P)和苯并荧葸(B[b]F),西樵山 马尾松1980年前木质部中含量最高者为苯并荧蒽(B[b]F),1980年后形成的木质部中含量最高者与鼎湖山相同;两地马尾松木质部中总PAHs的组成反映了大 气PAHs组成,PAHs总量的历史变化趋势与珠江口沉降物研究结果相吻合;PAHs特征值和因子分析都表明,鼎湖山1985年以前木质部中PAHs来源于油成因 ,1985年后则来源热成因;西樵山1976年以前形成的木质部中PAHs来源于热成因,1976年后则来源于油成因。研究结果证明马尾松木质部能记录其生长环境 中PAHs的变化情况,为利用生物指示环境PAHs变化提供了有益的尝试。

3.期刊论文 王经民.戴夏燕.柳建军.WANG Jing-min.DAI Xia-yan.LIU Jianjun 树木年轮所标志的气候演变过程的动 力学特征 -西北农林科技大学学报(自然科学版)2005,33(12)
对华山地区1544~1989年共446年的5~6月降雨量代用资料树木年轮非线性系统时间序列进行了动力系统特征的分析.结果表明,代用资料树轮时间序列 是非线性系统的混沌时间序列,混沌吸引子在时滞参数为9,嵌入维数为3的重构向量空间中恰好打开.其Kolmogorov熵为0.032,表明华山地区现在5~6月降雨 量的大小对将来5~6月的降雨量有一定影响.Hurst指数为0.555 6,说明华山地区5~6月降水量时间序列的突变性不强,即该时间序列具有持久性.

4.学位论文 李娟 改变时间尺度的R/S统计方法及基在地震活动性分析中的应用研究 2000
该文将Hurst提出的原始R/S方法加以拓展,引入了广义情况下的R/S概念:对于一个 随机时间序列,如果它的统计特征量随时间尺度的不同而变化,并且这 种变化呈现出幂指数形式,则称该具有广义R/S现象.文中对自然界普遍存在的R/S现象进行了回顾,对洪水、树木年轮、海洋波高及洋底沉积物等现象中累积 离差和极差等变量的物理内涵加以深入剖析.对地震频度的R/S分析可以给出一定时间尺度下,某地区可能记录到地震数目的最大涨落, 这对于地震危险性分 析具有重要意义.文章还通过引入平均极差的概念揭示了地震频度离差系数与极差具有同样的物理含义,都是对地震频度涨落的描述,并定给Hurst指数H与离 差系数衰减指数p之间的关系.文章最后还用分数布朗运动模拟具有不同相关性的随机时间序列 ,对R/S分析方法本身可能带来的误差、H的收敛性、稳健性等 进行了分析.

5.期刊论文 桑卫国.王云霞.苏宏新.陆兆华 天山云杉树轮宽度对梯度水分因子的响应 -科学通报2007,52(19)
长时间序列的树木年轮在空间尺度上的比较可以更好地反映自然条件下环境变化对树木生长的影响,对于认识未来全球气候变化对森林生态系统产生的 影响具有重要意义.为了研究梯度气象因子条件下树木生长与环境条件的对应关系,选取天山山脉中国境内自西向东沿降水逐渐减少的3个地区的天山云杉树 木年轮样本,利用COFECHA程序交叉定年,运用ARSTAN程序建立了3个地区的树轮差值年表,并用PRECON程序进行响应函数分析,探讨了树木生长与降水、温度两 个气候因子之间的关系.结果表示 (ⅰ) 3个样地差值年表各项统计量均有很高的值,并且从西到东,依次增大,年表中含有较大的信息量; (ⅱ) 3个地区年表 的年轮指数变化各不相同,但总体均呈增加趋势,其中昭苏与小渠子及小渠子与伊吾的年表显著相关; (ⅲ) 3个地区树木生长受降水与温度的综合影响,但仍 以降水为主(从西部到东部随着水分的递减,树木生长与温度的响应由正相关变为负相关,对降水的响应以正相关为主).为此,在全球气候变化条件下,随着降 水的减少和温度的升高,天山云杉的生长将减少,但降水对生长的影响仍然最大.这一结论为研究未来气候变化对天山云杉林生长的影响提供了依据.

6.学位论文 龚志强 基于非线性时间序列分析方法的气候突变检测研究 2006
全球变化已成为当代科学界瞩目的新领域,气候变化是其研究的核心内容之一,它受到各国政府的极大重视。气候突变是气候变化的重要表现形式之一 ,是一个典型的物理学与气候学的交叉性科学研究课题,是非线性科学研究的重要领域。目前对气候突变的研究主要针对代用资料,运用传统的统计学方法 进行处理,尽管取得了不少进展,但气候系统的非线性、多层次性和非平稳性对分析和检测气候突变的方法提出了较高的要求。基于非线性科学的最新研究 成果,本文的主要研究内容如下: (1)本文介绍了经验模态分解(EmpiricalModeDecomposition,EMD)、希尔伯特变换(HilbertTransformation,HT)、小波分解 (WaveletDecomposition,WD)和小波变换(WaveletTransformation,WT)的主要思想,并利用理想时间序列和青藏高原古里雅冰芯18O时间序列,系统地分析 比较了EMD和小波分解(WaveletDecomposition,WD)以及HT和小波变换(WaveletTransformation,WT)处理非线性时间序列时的优缺点,并针对它们的分解结 果中均存在虚假分量这一问题,提出了基于两种分解结果的相关性分析方法,在一定程度上实现了去除虚假分量并找到包含原序列最显著信息的主要分量。 研究结果表明,将基于EMD的方法和基于WD的方法有机结合起来应用,可以更有效地识别原时间序列不同尺度(周期)的主要特征信息。 (2)在上述工作的基础上,引入BernaolaGalvan等提出的能够将非平稳序列分割为多个不同尺度的自平稳子序列的启发式分割算法(下文简称BG算法 ),并应用于非平稳时间序列的突变检测。通过数值试验验证了BG算法处理非平稳时间序列的有效性和尖峰噪声、随机扰动等对检测结果的影响较小。同时 ,基于滤波方法对近2000年北半球树木年轮宽度和北京石花洞石笋微层厚度距平序列进行以100a尺度为界限的高低频信号分离处理,并应用BG算法对高频和 低频信号分别进行处理,试图检测和分析其中包含的各种尺度的气候突变事件,区分不同性质的突变,并揭示其变化的物理机制。定义了新的物理量-突变 密度,对比前后千年内突变的疏密分布特点,就人为因素对气候变化可能产生的影响作初步的探讨。进而以华北气候变化的特征为例,研究局地和全球气候

变化之间内在联系。此外,BG算法对国家气候中心1956~2000年华南和华北20个站点的逐日降水量资料的10天滑动平均序列处理后的统计结果表明:各个站 点降水序列分割得到的子序列其尺度的累积分布均遵循P(L>l)~l-γ的尺度律特征,即尺度大于l的子序列的概率分布具有幂律尾特征,结合温度和人类心 率序列等已有的研究,这一特征可能是许多非平稳时间序列的共同属性;同时华南地区个站点的幂律尾指数λ在1.6~2.0范围内波动,华北地区则在 2.0~2.4内波动,就整体而言华南偏小1.92,华北偏大2.54,其原因可能在于两个地区分别属于不同动力气候特征区,故而λ可能在一定意义上能够表征原 序列的基本结构特点;分年代滑动计算华南和华北各个站点降水均值序列的幂律尾指数并将λ划分为四个不同的等级发现,华南和华北在1970年、1980年和 1990年前后λ均存在明显跃变,其原因可能在于我国的降水在这些时段出现了一定程度的突变,所以幂律尾指数这一非平稳时间序列的重要属性可能是检测 降水等序列突变的新的有效方法。 (3)为了从时间序列中挖掘出复杂系统物理的、本质的特征,即从动力学的角度检测实际序列发生的突变,本文在BG算法中引入非线性时间序列分析新 方法——动力学相关因子指数,从而发展了一种新的动力结构突变的检测方法—动力学指数分割算法,在一定程度上实现了动力与统计的相结合。通过理想 时间序列试验,验证了该方法检测动力结构突变的有效性,同时发现相对少量的尖峰噪声对该方法的影响较小,但连续分布的随机白噪声对其具有一定的影 响,并与传统的滑动T检验法和Yamamoto法进行比较,进而讨论它们各自的优缺点。

7.期刊论文 倪化勇.刘希林.NI Hua-yong.LIU Xi-lin 自然灾害发生时间序列的分形特征及R/S分析 -自然灾害学报 2005,14(6)
统计了公元960年到1979年我国地震、洪涝和台风风暴潮灾害发生的时间及死亡人数,以分形几何中的Cantor集合为模型,发现我国自然灾害发生时间序 列的分布呈现出明显的分形特征,并采用Smalley方法分别计算了不同灾害发生时间序列分布的分维值,它们均在0.5左右,同严格意义上的数学分形Cantor集 合相比分维较小,说明我国地震等自然灾害发生发展的自组织程度还有进一步发展的趋势,其危害程度将可能进一步提高;在自然灾害发生时间序列的分形特 征的基础上,通过R/S分析,得出3种自然灾害发生时间序列的H指数均在0.28左右,同日斑指数、树木年轮、湖泊水位变化等自然现象相比较小,说明自然灾害 的发生具有短程相关性,其发生规律没有日斑指数等自然现象明显.该研究对于进一步认识和研究我国地震等自然灾害的发生规律和发展趋势等具有一定意义 .

8.学位论文 李娟 改变时间尺度的R/S统计方法及其在地震活动性分析中的应用研究 2001
该文将Hurst提出的原始R/S方法加以拓展,引入了广义情况下的R/S概念;文中对自然界普遍存在的R/S现象进行了回顾,对洪水、树木年轮、海洋波高及 洋底沉积物等现象中累积离差和极差等变量的物理内涵加以深入部析.将广义的改变时间尺度R/S统计方法应用在地震活动性分析中.文章最后还用分数布朗 运动模拟具有不同相关性的随机时间序列,对R/S分析方法三身可能带来的误差、H的收敛性、稳健性等进行了分析.

9.期刊论文 封国林.龚志强.董文杰.李建平.Feng Guo-Ling.Gong Zhi-Qiang.Dong Wen-Jie.Li Jian-Pin 基于启发 式分割算法的气候突变检测研究 -物理学报2005,54(11)
气候系统的非线性、多层次性和非平稳性对气候突变的检测方法提出了较高的要求.基于t检验将非平稳序列分割为多个不同尺度的自平稳子序列 ,Bernaola Galvan提出的启发式分割算法(BG算法),对非平稳时间序列的突变检测效果较好.在BG算法的基础上,通过理想时间序列验证BG算法处理非平稳时 间序列的有效性,并对近2000a北半球树木年轮距平宽度序列基于不同层次的思想,检测和分析其中包含的各种尺度的气候突变事件,成功地区分不同尺度的突 变.定义的新物理量--突变密度的分析表明,自然因素作用的基础上,人为因素影响的加剧可能导致近1000a来突变密集段和稀疏段分布失衡,这可能是全球变 化的重要表现之一.

10.学位论文 李丽 吉林敦化地区人工红松林LAI与NPP遥感方法的反演研究 2005
本文就旨在利用ASTER、MODIS遥感影像反演吉林省敦化地区人工红松林叶面积指数(LAI)、生物量、净第一生产力(NPP)。为了模拟LAI与NPP,本文在碳 水耦合的遥感过程模型BEPS的基础上,进行了叶面积指数、生物量和净第一生产力的实地观测,利用实际观测值结合以往经验,对BEPS模型进行修正,最终 得出敦化地区人工红松林的LAI、NPP分布情况。具体有以下几个研究步骤:1.研究区内选取不同年龄段、不同疏密程度的人工红松林样地,进行树木LAI、 胸径、树高、树木年轮等数据的采集,进而计算样地LAI及NPP;2.对研究区相应的ASTER遥感影像进行辐射纠正、大气纠正、几何纠正等的图像预处理。对 图像进行分类,细化研究区的植被覆盖类型。计算相应植被指数,利用植被指数反演生物量与LAI;3.利用ANUSPLINE对气象数据进行了考虑高程影响的插值 ;4.由于BEPS模型需要有研究区全年的步长为8天的时间序列LAI数据,就需要利用MODIS的全年时间序列LAI产品的变化规律反演出ASTER分辨率上的全年时 间序列LAI;5.运用以上几步准备好的相应研究区的逐日最高最低温度、太阳总辐射量、相对湿度、降水量、土壤有效持水量、时间序列的LAI、土地覆盖类 型和生物量等数据,利用BEPS模型,模拟出了吉林敦化地区人工红松林的净第一生产力,并利用实测数据进行验证。

引证文献(4条) 1.龙琼.庹先国.钟红梅.徐争启.穆克亮 ICP-MS法测定松树年轮中重金属元素含量[期刊论文]-成都理工大学学报(自 然科学版) 2009(3) 2.龙良平.刘莹.岳梅 树木年轮分析在地球与环境科学研究中的应用[期刊论文]-矿业科学技术 2008(3) 3.张春霞.黄宝春.骆仁松.张素梅.李震宇 钢铁厂附近树木年轮的磁学性质及其环境意义[期刊论文]-第四纪研究 2007(6) 4.陈永君.王亚平.许春雪.王苏明.樊兴涛 少量树木年轮样品的X射线荧光光谱分析[期刊论文]-岩矿测试 2006(4)

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