长沙市城市森林土壤重金属含量空间分布格局及其来源分析

论文摘要

城市森林植被作为城市之“肺”,在改善城市生态环境和优化城市居民工作、生活和居住条件中发挥着重要作用。因此,在我国城市快速发展过程中,城市森林已成为生态化城市建设的重要形式和内容。本论文以长沙城市森林土壤为研究对象,在长沙市按照城市中心、城市边缘、城市周边三个梯度共设置了11个土壤采样区,采集了93个样品,对土壤容重、有机质、全N、全P、Cu、Zn、Mn、Cd、Pb含量进行了测定,并对结果进行了方差和统计分析。探讨城市森林土壤重金属含量的空间分布特征及来源,比较研究不同绿地类型土壤重金属含量及污染程度,拟揭示不同城市森林类型、城市化程度、不同绿地类型对城市土壤重金属含量的影响潜在规律,旨在为找出长沙市绿地主要重金属污染因子及其污染途径,长沙市城市绿地绿化树种选择、土壤重金属污染防治和修复,提高城市环境质量、保障人群健康提供科学依据。主要的研究结论如下：（1）长沙市城市森林土壤5种重金属元素的平均含量排列顺序为：Mn（166.34mg-kg-1）> Zn（50.22mg-kg-1）> Pb（31.12mg-kg-1）> Cu（23.56mg-kg-1）> Cd（0.16mg·kg-1）。在11个研究区内晓园公园、南郊公园、桂花公园和中南林业科技大学内4个研究区含5种重金属含量都较多,而远离人群的石燕湖、大山冲、王陵公园公园重金属含量相对较少。5种重金属在不同城市化梯度森林土壤中分布的差异程度不等,一般规律为：城市中心>城市边缘>城市周边。（2）不同森林类型对于不同种重金属元素的吸收迁移、积累能力不同。对于Cu、Zn、Pb、Cd四种重金属吸收迁移、积累能力最好的都是桂花+杜英林,对于Mn净化效果最好的是桂花林。由不同植物种类组成的绿地对重金属的削减作用存在一定的差异,林地对重金属的削减作用明显高于草坪地。草坪地对于Cu、Cd和Pb元素的吸收、迁移作用小于林地。林地对Mn的吸收、迁移能力基本上低于草坪地。（3）同一森林类型土壤中,Cd与Zn来自同一污染源的可能性比较大,Pb与Mn来自同一污染来源的可能很低。同一研究区域土壤中,桂花公园、植物园土壤重金属的来源途径不尽相同。烈士公园、林科大校园土壤重金属元素Zn、Pb、Cd极可能来源于共同的污染源。岳麓山土壤Cu、Zn、Cd来自于同一污染源可能大。晓园公园土壤Cu与Pb、Zn与Cd的来自于共同的污染源。长沙王陵公园土壤Pb与Zn、Pb与Cd可能来自于共同的污染源。南郊公园、黑糜峰、石燕湖、大山冲土壤重金属来源可能不只一个。在不同研究区域,Cu与Zn、Cd与Pb,Cd与Mn可能有不同的来源。Pb与Cd、Zn与Mn、Pb与Zn、Cd与Zn在不同研究区域可能有着相同的污染源。（4）在不同城市森林类型中,不同重金属元素与相同的土壤化学指标的相关性不同,同一重金属元素与不同土壤化学指标的相关性也不相同。不同研究区域由于人为活动程度和自然环境中不同,同一土壤化学指标与不同重金属相关性不同,不同的土壤化学指标与同一重金属的相关性也不同。土壤机质、全P、全N与在不同环境中同一重金属元素的相关性不同。（5）长沙市森林土壤部分重金属含量较高可能主要来源于交通污染源、部分可能来源于居民生活污染源或工业活动。城市森林土壤重金属来源非常复杂,同时,金属元素自然来源变化及沉积粒度也可能会对重金属的含量产生一定的影响。因此本论文对长沙市森林土壤重金属的来源分析主要局限于定性描述。（6）在不同研究区城市森林土壤中,从单项污染指数看,Pb的污染指数最大,污染程度最高,Cd的污染程度为其次,Zn的污染指数最小,污染程度最低。从综合污染指数看,长沙市森林城市土壤重金属污染等级分别为：清洁、尚清洁、轻度污染。（7）不同城市化梯度森林土壤重金属的污染程度不同,污染程度由高至低排序为：城市中心>城市边缘>城市郊区。在不同城市森林类型土壤中,从单项污染指数看,以Zn的污染指数最低,Pb的污染指数最高,按污染指数大小排序为：Pb>Cd >Cu>Zn。从综合污染指数看,长沙市6种森林类型土壤重金属污染均达到尚清洁（警戒限）等级,其中松树林土壤重金属综合指数最高达到轻度污染等级,属于污染最为严重,桂花+杜英混交林综合污染指数最低。因此,从净化城市森林土壤重金属的角度,在城市应减少松树林,适当增加桂花+杜英混交林等阔叶混交林。（8）在不同城市绿化类型中,草坪地重金属的综合污染指数明显高于林地,草坪地属于轻度污染等级,而林地属于尚清洁（警戒限）等级。森林对重金属Cu、Zn、Cd、Pb的综合净化能力高于草坪。可见,在城市绿化过程中,应尽可能地多营造林地,少建草坪地。（9）建议在城市绿化规划中,应尽可能地多营造林地,少建草坪地。根据不同地区土壤中重金属的含量种植相应对该种重金属吸收能力好的森林。总体上来说,从净化城市森林土壤重金属的角度,在城市应减少松树林,适当增加桂花+杜英混交林等阔叶混交林。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 城市土壤重金属污染的程度和危害
• 1.2 城市土壤重金属污染的主要来源
• 1.3 土壤重金属的形态
• 1.4 城市土壤重金属污染的修复技术和方法
• 1.5 城市森林的定义及其范围
• 1.6 城市森林的作用
• 1.7 城市森林土壤重金属含量的研究现状
• 1.8 本项目研究目的及意义
• 2 研究区域概况
• 3 研究方法
• 3.1 试验样地的选择与设置
• 3.2 土壤样品的采集与处理
• 3.3 重金属元素的选择
• 3.4 样品的分析方法
• 3.5 数据处理方法
• 4 结果与分析
• 4.1 城市森林土壤重金属元素含量的分布特征
• 4.1.1 城市森林土壤重金属元素的含量
• 4.1.2 不同区域的城市森林土壤重金属的含量
• 4.1.3 不同城市化梯度森林土壤重金属含量的空间差异
• 4.1.4 不同城市森林类型土壤重金属的含量
• 4.1.5 城市森林林地与草坪地土壤重金属含量的差异
• 4.1.6 小结与讨论
• 4.2 城市森林土壤重金属的来源及空间分异性
• 4.2.1 森林土壤重金属元素之间的相关分析
• 4.2.1.1 同一森林类型土壤重金属元素之间的相关性
• 4.2.1.2 同一研究区域内森林土壤重金属元素之间的相关性
• 4.2.2 森林土壤重金属元素与土壤化学指标的相关分析
• 4.2.2.1 同一森林类型重金属元素与土壤化学指标的相关性
• 4.2.2.2 同一研究区域内重金属元素与土壤化学指标的相关性
• 4.2.3 不同研究区森林土壤重金属来源分析
• 4.2.4 小结与讨论
• 4.3 城市森林土壤重金属污染评价
• 4.3.1 评价方法与评价标准的选择
• 4.3.1.1 单项污染指数法
• 4.3.1.2 内梅罗综合污染指数法
• 4.3.2 评价结果
• 4.3.2.1 不同区域城市森林土壤重金属污染状况
• 4.3.2.2 不同城市森林类型土壤重金属污染状况
• 4.3.2.3 不同城市绿地类型土壤重金属污染状况
• 4.3.3 小结与讨论
• 5 结论
• 5.1 长沙市城市森林土壤重金属含量特征
• 5.2 长沙市森林城市土壤重金属来源分析
• 5.3 长沙市城市森林土壤重金属污染评价
• 6 创新点
• 7 研究展望
• 参考文献
• 致谢