喀斯特小流域降水化学特征及氮沉降时空差异

发布时间：2020-07-22 09:09

【摘要】：物质循环是维持和促进自然生态系统运行发展的最主要过程,大气的干、湿沉降是其重要的一环。干湿沉降一方面加速了地表物质的流失,另一方面又给地表生态系统带来了大气中的物质。因此干湿沉降过程对于地表各圈层界面物质交换,意义重大,既改变着系统功能,又不断冲击着水、土、气环境。本文选取中国西南贵州省普定县后寨河喀斯特农业小流域为研究对象。采集流域内的干湿沉降样品,进行降水化学特征及氮沉降时空差异的研究,结合同位素技术和模型手段,判别了降水中的主要物质来源及其贡献,分析了氮湿沉降的时空差异,估算了湿沉降硝酸盐的来源贡献率及氮沉降量,为喀斯特地区酸雨污染、氮素面源污染及环境管理的深入研究提供科学依据,同时为喀斯特地区的干湿沉降生物地球化学循环提供理论支撑。主要获得了以下几点认识:(1)本研究中降水的pH值介于4.3~6.8之间,七成以上的降水为非酸性降水。采样期内降水98.5%的酸度被碱性物质中和,NH_4~+和Ca~(2+)分别是首要和次要中和离子。阴离子加权平均当量浓度顺序依次为:SO_4~(2-)NO_3~-Cl~-F~-,阳离子当量浓度VWM(加权平均)值顺序为:Ca~(2+)NH_4~+Na~+Mg~(2+)K~+。降水中无机离子总浓度的变化趋势是冬季高夏季低,各阴阳离子浓度峰值均出现在冬季。(2)本研究降水中可能主要存在着(NH_4)_2SO_4、CaSO_4、NH_4 NO_3、Ca(NO_3)_2、NaCl等物质。阴离子主要来源于人为活动排放,贡献了99.41%的SO_4~(2-)和96.14%的NO_3~-,主要阳离子Ca~(2+)和Mg~(2+)的岩石/土壤风化来源占到了98.92%和64.25%,K~+的海源贡献量为8.49%,陆源贡献量为91.51%。(3)本研究中湿沉降样品的氮形态均以NH_4~+-N为主,平均占比为57.4%~64.4%。主要形态氮(NH_4~+-N和NO_3~--N)浓度均呈现出冬春季高而夏秋季低的变化趋势,而空间差异则受样点周边环境的影响表现为HZR(后寨雨水)MZR(母猪雨水)CQR(陈旗雨水)。主要形态氮浓度与降雨量存在负的自然对数关系。(4)本研究湿沉降的δ~(15)N-NO_3~-值范围为-6‰~-1.4‰,δ~(18)O-NO_3~-值范围为+55‰~+68‰。时间尺度上,三个采样点的δ~(15)N-NO_3~-值和δ~(18)O-NO_3~-值呈现出明显的秋冬季偏正,而春夏季偏负的季节性差异。空间尺度上,湿沉降硝酸盐的同位素组成并未表现出明显的规律。SIAR(稳定同位素分析)模型源解析表明,雨水硝酸盐的主要来源贡献率为:微生物氮循环(31.8%)机动车尾气(26.9%)生物质燃烧(22.5%)燃煤(18.8%)。且4种来源的贡献率表现出较大的月际差异。(5)洼地湿沉降的研究显示,局部气流运动和植物生长释放有机物等会使得氮湿沉降浓度呈现出明显的垂向差异,这样的垂向差异对氮沉降量的估算有一定影响。流域内氮沉降总量(湿沉降量+干沉降量)为22.3 kg·hm~(-2)·a~(-1),氮素沉降量处于相对较低的水平。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X51
【图文】：

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2.1 研究区概况中国西南喀斯特地区面积约 50 万 km2，气候类型属于北亚热带季风性湿润气候，降水比较充沛，但在时间上分布不均。同时，由于西南喀斯特地区特殊的地质背景，岩体裂隙、落水洞等的发育，造成了强烈的岩溶作用，使得地表物质在降雨的驱动下随地表径流迅速流失，水资源利用困难，加上碳酸盐岩成土速率极低，整个西南喀斯特地区土地大部分为土层薄，地面土石相间的石质和土石质坡地，土壤异质性强，分布不均一，生态系统极为脆弱，一旦破坏，恢复起来困难极大(张信宝等, 2010; 凡非得等, 2011; 宋同清等, 2014; 熊康宁等, 2015)。但西南喀斯特地区人口众多，人类对土地的需求与自然环境的矛盾导致生态破坏和水土流失不断加重，石漠化现象不断扩张，严重限制了区域的发展。本研究所选取的后寨河喀斯特小流域位于贵州省中部偏西的普定县南部的城关镇，行政区划属于安顺市（图 2-1）。

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图 2-2 后寨河流域土地利用及降水采样点（HZR、MZR、CQR、WR=TR+XR）Fig.2-2 Land use map of HouZhai river basin with sampling sites (HZR, MZR, CQR,WR=TR+XR) of precipitation

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2-2 后寨河流域土地利用及降水采样点（HZR、MZR、CQR、WR=TR+XRig.2-2 Land use map of HouZhai river basin with sampling sites (HZR, MZR, CQWR=TR+XR) of precipitationMZR

【参考文献】