全 文 ：应 用 生 态 学 报 年 月 第 卷 第 期
, , 一
城市环境中树木年轮的变异及其与工业
发展的关系 ‘
喻 斌 ” 黄会一 中国科学院沈阳应用生态研究所
, 沈阳
【摘要 通过对污染敏感树种油松年轮宽度和元素含量的变异与沈阳工业发展的相关分
析 , 追溯和重建沈 阳地 区的生态环境变迁史 , 揭示城市环境质量与树木年轮变异之间的相
关规律 结果表明 , 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的变
异 , 而且这些变异与沈阳工业发展显著相关
关键词 树木年轮 年轮元素含量 环境污染
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一 了 , 二 妙 , , 一
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引 言
当前 , 现代工业和 交通运输业 的迅猛
发展 , 排放 了大量有害物质 , 造成 了局部地
区和全球性的重大环境问题 , 严重破坏 了
生态 系统的正常功能 , 威胁着 人类的生存
和发展 沈阳地区环境污染严重 , 污染历史
较长 , 积极开展沈阳地 区环境质量变迁历
史的回顾与发展预测的研究是沈阳环境保
护和生态建设中的重要任务 本文利用树
木年轮学方法研究沈阳地 区环境质量问题
树木年轮学的研究是一个非常活跃的
领域 , 近一 时期在环境污染方面的应用也
很广泛 早在本世纪 年代初 ,
和 就分析 了木材 中 和 的含
量 , 并把外层年轮中 含量的增高伺
污染相联系〔 近年来 , 人们对 公路 、 冶炼
厂 、 化工厂附近的树木进行年轮元素分析 ,
在可比性基础上 , 从微量元素的径向分布
形式再现环境污染情况 “
, ’ ·‘ ”〕 但把树木
年轮变异与城市工业发展状况相联 系 , 进
行相关分析 , 还很鲜见 本文是在较大样本
量基础上 , 充分考虑 一些限制因素的干扰
作用 , 利用 “理论剩余指数法 ” , 结合城市污
染条件下年轮宽度和年轮元素含量的变异
分析 , 联系城市工业生产状况 , 进行城市树
木年轮学的研究
‘ 国家 自然科学基金资助项 目
’ ‘ 现在地址 水利部黄委会勘测规划设计院 , 郑州 ,
年 月 日收到 , 月 日改回
期 喻 斌等 城市环境中树木年轮的变异及其与工业发展的关系
材料与方法
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油松年轮盘的采集和测量
采集地的 自然概况 本研究所用年轮盘采
集 于 沈 阳 东陵 和 北 陵 沈 阳 位 于 东径 。‘
‘ , 北纬 “ ‘一 , , 属于 温带季风型 的
大陆性气候 , 风向频率南风最大 沈阳地处辽河平
原中部 , 平均海拔 , 成土母质为花岗岩 、 石
灰岩等风化物及黄土性母质 在 自然发展过程中 ,
形成大面积的草甸土 , 呈微酸性反应 , 具有一定肥
力 , 适于树木生长 植被属于 华北植物 区 系 , 主要
植被类型为夏绿林 , 以松柞树为主 样本的采集地
北陵 , 位于工业区 的下风 向 , 污染严重 , 而东陵污
染相对较轻
年轮盘 的采集 、 筛选和准备 从北 陵和东
陵在人 为干扰很少而受污染严重的地点选取标准
木 北陵 株标准木 , 东陵 株标准木 所取 个
年轮盘均无腐心 , 无疤痕 , 无损害 , 年轮形状较为
规整 将年轮盘刨平
、 磨光
年轮盘定年和 测量 在高倍显微镜下 , 准
确交叉 定年 , 并选取 个相互垂直的方 向逐年准
确测量年轮宽度
样品处理和年轮元素测定
样 品制备 将宽度测量后 的年轮盘按同一
方向 南向 以 年一组用锉刀精确将年轮分开 ,
并粉碎 、烘干
、过筛
‘
制样和年轮元素测定 过筛后的年轮样品
用湿法灰化处理 , 等离子体发射光谱测定年轮 中
等 种元素含量
数据处理
年轮指数的计算 利用计算机选择最佳的
年轮宽度订正方程
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年轮指数 二 ‘ 夕 , 、 为实测年轮宽度 , 夕‘ 为订
正宽度
年轮元素含量标准化
〔、‘ 、 , 一 二
元素浓度指数 矛 〔、‘一 ‘ 。 ‘ 二 一 ‘ 。
, 为第 年年轮元素浓度 , 为平均值 , 二 为标准
差 , 〔了‘。 二 、 〔〕‘ 。 为最大值
、
最小值
工业指标的标准化 ’」
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尸‘ 为第 年工业指标量 , , 为指数
改进的统计分析方法
为使环境污染产生的信息不致于订正滤去 ,
采用分段订正方法 , 以 年为界分为两段进行
生长量的订正 年以前按通用方法
。 ‘ , ‘
年后 , 采用理论剩余指数分析法 , ‘ 假设年
轮指数
, 。 又 。 火 ,
。 、 、、 为常数 , 、 , 分别为气候型和污染型
指数 , 为误差项
基 于 均 一性 原理 和 气候周 期性 原理川 , 将
。年以前的指数曲线延伸至 。年以后 , 可
视为 年以后的气候型指数曲线 , 这样就可求
出污染部分的年轮指数 ,
一 、 少‘
一 , ‘、。
‘ 。为由 。年以前的订正方程代入 年 以
后的树龄值计算出来的 。年以后的气候型年
轮宽度理论值
污染型指数 , 尸一
结果与分析
树木年轮宽度和年轮元素含量的变
化特点
, 二
年代 丫 ,
图 油松年轮宽度平均值
北陵 玫 , , 东陵 下 同
树木年轮宽度变化特点 由图 可
知东陵和北陵油松年轮宽度生长量基本符
合树木的生长规律 , 但到生长后期均有一
个突降点 , 北陵是发生在 年 , 东陵则
应 用 生 态 学 报 卷
在 年以后 由于 东陵的树 龄大 于 北
陵 , 其生长剧降的开始时间晚于北陵 , 说明
北陵树木生长量的剧降不是 由于树木衰老
造成的 , 而是 由外界环境发生变化所致
由图 的年轮指数更直接地反映了这
一情况 , 北陵树木年轮指数在 年以前
均围绕“ ”波动 , 至 年以后急剧下降 ,
而东陵则是 以 年为界 , 而且下降的幅
度较小 , 说 明北陵环境污染 出现较早而且
较严重
动曲线 图 从图可见北陵油松年轮元素浓
度 自 年起急剧上升 , 而东陵则在
年 以后上 升 由图还可看 出 , 在 。年以
前油松年轮元素含量波动较大 , 年以
后 , 除稳 定上升趋势外 , 其它的波动较小
说明在 年以后 , 它们受同一主导因子
—环境污染的控制
, 而受其它 因素的影
响较小
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年代 、 图 年轮 浓度指数分布曲线
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图 油松年轮指数曲线
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图 年轮 浓度分布曲线
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树木年轮元素含量的年代变化特点
年轮中 、 、 , 、 、 、 、
、 、
、 、 种元素浓度近几十年来显著
上升 , 而且在北陵样 品中 , 这些年轮元素浓
度急剧增加的起始时间早于东陵 , 增加的
幅度也大于 东陵 以 、 为例 , 图 一
分别是
、 浓度和 浓度 指数的年代变
图 年轮 浓度分布曲线
是 奇一
由图 可见 , 尽管树龄不同 , 但其年轮
元素含量的上升却是同步的 , 在北陵均起
始于 年 由于本世纪初 以来 , 人为活
动 日渐增多 , 因而形成了一定程度的污染 ,
年以后 , 由于工业的发展 , 污染加重 ,
年轮元素含量急剧上升 其它年轮元素 、
、 、 、 、 、 、 等则 没有上 述的
变化特
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图 ‘ 年轮 浓度指数分布 曲线
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北陵样品
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应 用 生 态 学 报 卷
年轮元素含量与工业指标 、 、
、 、 、 、 、 、 、 、 等元 素
或不为植物所必需 , 或植物需求量很小 , 而
近年来环境中这些元素的“ 植物有效量 ”大
大增 加 , 因而迫使植物被动吸收这些金属
元素 这些元素进入植物体后 , 有些固着在
细胞壁上 , 或移动性小 , 因而树木当年吸收
的微量元素一般都能贮存在 当年形成的年
轮中 , 而植物体 内的这些元素积 累量的大
小 随外界 环境 中污 染物 的浓 度变化而变
化 别 所以 , 树木年轮中这些微量金属含量
可以作为环境污染的记录和指示‘
· ’
由表 可 见 , 、 、 、 、 、 、
、 、 、 、 等年轮元素与污染指标
的相关系数普遍 高于其它元素 可见环境
中这 些元素含 量 的增 高 主要是 由近代工
业 、 交通运输及其它人为活动所引起的 环
境中这些元素含量的上升 , 导致植物吸收
量 的增加 , 因而年轮中这些元素的增 加量
能反映外界环境污染程度 , 可称为年轮污
染监测元素 这 些元素对植物一般都有毒
表 年轮宽度指数与污染指标相关分析
害作用 , 其量的增加会引起植物生长量的
减少
由于北陵地 处沈 阳市工 业 区 的下风
向 , 所 以污 染较 重 , 而东 陵相对离市 区较
远 , 且生长季节的主风方向为南风或西南
风 , 故受污染较轻 由表 可见 , 北陵样品
的年轮污染元素含量与污染指标的相关性
普遍高于东陵样 品 , 并且其相关性依工业
总产值 、能量消耗量 、工业用能量消耗量的
顺序增强 , 说明工业用能量消耗量对环境
的影响最大 , 能准确地被年轮元素含量所
反 映 其它 元 素 , 如 、 、 。 、 、 、 、
、 等 , 与污染指标的相关性很低 , 没有
达到统计上的相关显著水平
年轮宽度指数的变异与污染指标
相关分析 前面 已经分析了在污染条件下
年轮宽度生长量剧减的变异 , 并计算出了
年 轮 宽 度 的这 种变异 指数 即 污染 型 指
数
由表 可见 , 北陵和东陵的古油松年
吐
污染区
乏砚
相关分析方程
,
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相关系数
】
均方 比
一
北 陵
东 陵
、
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川 ,
一
·
,
。 , , 川 ‘
十
·
,
。
。
。
二
件
· 表示 的显著水平 。 。 二 表示 的极显著水平 。二
轮宽度 的变 异 与污染 指标 之 间呈 显 著相
关 , 其中北陵样品与污染指标呈显著相关 ,
特别是与工业用能量消耗量之间呈极显著
相关 因此 , 可以认为 , 北陵油松近 年来
的生长量急剧下降是 由于沈阳工业发展造
成 的环境污染所 引起的 , 东陵也可得 出相
似结论
总之 , 油松年轮宽度的变化可以准确
地反 映沈 阳地 区的生态环境的变化 , 并能
作为环境污染记录和指示 同时 , 还可以利
用油松年轮宽度的变化与污染之间的相关
规律 , 预测城市生态环境变化对油松生长
量的影响 , 进而推断环境污染对生态系统
的危害程度叫
结 论
沈阳地区在本世纪 年代以后 由于
现代工业的出现 , 造成了环境污染 , 而且在
期 喻 斌等 城市环境中树木年轮的变异及其与工业发展的关系
工业 区下风向的北陵造成的污染重于离工
业 区较远 的东陵 这些重大的环境变化均
能够准确地记录于沈 阳地 区对污染敏感的
树种油松的年轮中
在城市污染条件下 , 油松年轮宽度和
年轮污染元素含量都发生 了显著变化 在
东陵 , 由于污染较轻 , 出现突变的时间迟于
北陵 , 变异幅度也小于北陵 无论是年轮宽
度变异还是年轮污染元素含量变异与城市
的工业发 展均具有显著的相关性 由此证
明 , 油松年轮宽度和年轮微量元素含量均
能准确地反映沈 阳城市发展状 况 , 油松年
轮可以作为沈阳城市生态环境变迁的指示
器
沈 阳地 区金属和重 金属 、 、 、
、 、 、 等污染 严重 , 已严重 影 响树
木的生长 , 应采取措施加以解决
当污染越来越严重时 , 污染因素的主
导作 用越来越强 , 而 自然环境因子 的作用
就会减弱
致谢 中国科学院地理研究所吴祥定研究员 、 沈
阳市北陵公园管理处王书棋主任 、 东陵公园管理
处韩恩格主任在工作中给予了大力支持与帮助 ,
敬致谢意
参考文献
【 〕 辽宁省科学技术情报研究所 沈阳经济统计
数据 沈阳
【幻 吴祥定 树木年轮与气候变化 气象 出版社 ,
北京 ,
·
〔〕 黄会一 , 。 树木年轮元素含盆对环境污染指示
作用的研究
,
环境地球化学与健康 毋州科学技术
出版社 , 贵阳 , 一
加 。
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