长江流域人类活动净氮输入及其生态环境效应浅析

发布时间：2017-03-28 23:01

  本文关键词：长江流域人类活动净氮输入及其生态环境效应浅析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近几十年来,高强度的人类活动在全球范围内使得环境中大量的氮元素进入水生生态系统,从而导致了水体富营养化、有害藻类赤潮频发和近海低氧区的产生与加剧等一系列重大而紧迫的全球性环境问题。有很多学者认为,大量的河流氮输出主要是源于流域中人类生产活动过程中不合理的氮输入。因此,流域内人类活动净氮输入(Net Anthropogenic Nitrogen Inputs, NANI)的定量源解析及其生态环境效应分析研究引起了国内外学术界的关注。NANI的模型方法是由Howarth et al. (1996)率先提出的,该方法主要由四部分组成：大气氮沉降、氮肥的施用、食品／饲料净氮输入和作物固氮,这四部分代表了氮素进入流域的主要外界输入。该研究为流域尺度上养分管理政策开创了新模式,并为氮素污染问题的研究与治理提供了新的思路。此方法在国外被大量的成功应用,为各国流域的氮素控制措施提供了积极有效的决策支持。但是,就目前而言,该方法在我国的发展与应用尚处于起步阶段。自改革开放以来,长江流域经济得到迅猛发展,城市化进程加快,人类活动强度进一步增大,而流域生态系统正面临着日益严峻的考验。鉴于此,本文以长江流域作为研究区域,定量研究了1980～2012年间长江流域中由人类活动引起的净氮输入及其生态环境效应。研究结果不仅丰富了流域中氮素输入源的理论知识,而且对流域氮素管理政策具有重要指导意义。本文取得的主要研究结果和认识包括：(1)长江流域人类活动净氮输入存在明显时空差异特征(one-way ANOVA, p0.01)。从时间尺度来看,长江流域中NANI整体呈现先上升后稳定的趋势,从3537.0 ± 615.3 kg N km-2 yr-1(1980年)增加到8176.6 ± 1442.1 kg N km-2 yr-1(2012年),增加了两倍多。从空间分布上来看,长江流域中各子流域的NANI大体上呈现出从西部到东部逐渐增加的趋势,与国外相关研究结果相比处于偏高水平。其中,太湖流域的人为净氮输入量最大(18574.6 ±3753.7 kg N km-2 yr-1),而金沙江流域最小(3054.1 ± 537.1 kg N km-2 yr-1)。(2)就氮源组成结构而言,氮肥的输入是长江流域最主要的氮素输入源。在1980～2012年间,由氮肥施用导致的氮素输入量在总NANI中约占51.1%(40.8%～56.1%),并在1995年中所占比重达到最大,而后呈现缓慢下降的趋势。食品/饲料的净氮输入量和生物固氮量所占比重整体呈现出下降趋势,分别为37.6%～18.3%(平均值为26.0%)和15.3%～7.4%(平均值为9.7%)。大气氮沉降量在总NANI中占13.2%(6.3%-23.5%),其比重明显上升。(3)长江流域可溶性无机氮通量(Dissolved Inorganic Nitrogen, DIN)与NANI及年径流量的回归模拟研究结果表明,长江流域中DIN输出通量与NANI、年径流量显著相关(R2=0.90,p0.01)。并且探讨了每年NANI、滞留氮库和自然背景源对河流DIN输出通量的贡献率,分别约为56%,38%,6%,由此可知人为氮输入的贡献率约为94%。另外,滞留氮库对流域氮输出通量的影响可能将持续较长的时间。(4)长江口及邻近海域赤潮的发生频率与人为氮的大量输入有关,随着氮素输入的增加而不断上升,大气氮沉降、氮肥施用、食品/饲料净氮输入及作物固氮对赤潮的发生也均存在不同程度的促进作用,其中大气氮沉降的促进作用较大。三种情境模拟对2013～2030年长江流域DIN输出通量的预测结果显示：在"Status-quo" (现状)情境下,NANI将增加约75%,长江流域DIN输出通量较高,达到2860kg N km-2 yr-1,增加约122%；在“Tackling" (解决)情境下,长江DIN输出通量最低,为1025.4 kg N km"2 yr-1,随着NANI的降低(约21%)而降低约20%；在"Climate change"(气候变化)情境下,NANI和DIN通量将可能分别增加7.3%和4.8%。
【关键词】：人类活动净氮输入 河流氮输出 富营养化 气候变化 长江流域
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52
【目录】：

• 摘要7-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 问题的提出与研究意义16-19
• 1.2 国内外研究进展19-22
• 1.2.1 NANI国外研究进展20-21
• 1.2.2 NANI国内研究进展21-22
• 1.3 论文研究目标与技术路线22-25
• 1.3.1 研究目标22
• 1.3.2 研究内容与技术路线22-25
• 第二章 研究区域概况与研究方法25-47
• 2.1 自然地理特征26-29
• 2.1.1 气候和水文26-27
• 2.1.2 子流域特征27-29
• 2.2 研究方法和不确定性分析29-43
• 2.2.1 大气氮沉降29-32
• 2.2.2 氮肥的施用32-33
• 2.2.3 食品/饲料净氮输入33-41
• 2.2.4 作物固氮41-43
• 2.3 不确定性分析43
• 2.4 可溶性无机氮(DIN)输出通量的计算43-44
• 2.5 数据分析44-47
• 第三章 长江流域中NANI特征研究47-62
• 3.1 长江流域中NANI时空分布变化特征47-53
• 3.1.1 长江流域中NANI空间变化特征47-51
• 3.1.2 长江流域中NANI年际变化特征51-53
• 3.2 输入源对NNAI的贡献率53-57
• 3.3 长江流域NANI与DIN输出通量的相关关系分析57-62
• 3.3.1 长江流域DIN通量的源分析59-62
• 第四章 长江流域NANI生态环境效应及预测62-69
• 4.1 长江流域NANI对赤潮发生频率的影响分析62-64
• 4.2 长江流域NANI和DIN通量预测64-67
• 4.3 对策和建议67-69
• 第五章 结论与展望69-71
• 5.1 主要结论69-70
• 5.2 不足与展望70-71
• 参考文献71-84
• 附录84-85
• 攻读学位期间参与的科研项目84
• 攻读学位期间科研成果84-85
• 致谢85

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