人类—自然耦合系统氮循环研究—中国案例
发布时间：2021-06-27 19:47
人类活动已经强烈地改变了陆地生态系统氮的生物地球化学循环过程,在增加系统生产力、满足人类需求的同时,也带来了严重的环境和健康问题。因此,人类活动干扰下的全球氮循环不仅是生态学研究的重点之一,也是社会经济和环境可持续发展的核心内容之一。随着人类活动干扰的加强,自然生态系统的结构和功能发生破缺,形成农田、城市、种植园、牧场、工厂、矿山等功能系统,再自组织升级成人类-自然耦合系统（CHANS）。中国目前的社会经济飞速发展,环境氮污染严重,正处于全球CHANS氮循环的“热点”和“热时”。中国的案例研究可为我们更好地理解CHANS的氮循环过程,为合理利用氮循环的正面作用,缓解给人类和地球系统带来的负面影响提供依据。本论文中的CHANS以中国陆地行政边界为水平边界。垂直方向的上边界定在地面以上1千米,不包括大气环流；下边界在岩床表面,不包括资源矿。CHANS的氮循环从非活性的N2被活化为活性氮（Nr）进入系统或者系统外的Nr直接输入系统开始,以Nr氧化／还原为N2或者以Nr直接输出到系统外时终止。系统分为4个功能群：加工者、消费者,移除者和生命支持系统。加工者指将输入的Nr加工为产品的一类功能系统...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：359 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
表目录
图目录
1 绪论
1.1 氮的生物地球化学循环过程和机理
1.1.1 生态系统氮输入
1.1.2 Nr的分配利用过程
1.1.3 系统氮流失
1.1.4 系统氮积累过程及Nr库
1.2 人类主导下的氮循环
1.2.1 人类自然耦合系统氮循环的对称、破缺与耦合
1.2.2 系统自组织升级与氮循环的复杂性
1.2.3 城市—一个突生的氮热点
1.2.4 人工生态系统中的高氮流
1.2.5 带来环境和健康问题
1.2.6 氮循环的人工调控过程及潜在的系统优化途径
1.3 氮循环研究现状及存在问题
1.3.1 氮通量
1.3.2 氮格局
1.3.3 反硝化作用
1.3.4 食物和能源驱动的氮需求
1.3.5 工业氮的命运
1.3.6 Nr的积累与污染
1.3.7 氮循环的模型研究
1.4 中国相关研究
1.4.1 农业氮循环
1.4.2 城市化与人类健康
1.4.3 境氮污染
1.4.4 陆地生态系统氮储存
1.5 本研究的目的和意义
1.5.1 中国作为案例的典型性
1.5.2 长期-大尺度上的全程氮循环过程
1.5.3 机理和模型发展
2 方法论和数据计算
2.1 方法论
2.1.1 人类-自然耦合系统的物理边界
2.1.2 系统的功能群和子系统结构
2.1.3 源-库-流和质量平衡法
2.1.4 人类-自然耦合系统模型构建
2.2 数据来源和计算
2.2.1 基本信息数据
2.2.2 氮循环过程数据
2.2.3 大气遥感数据
2.2.4 氮流的通量计算
3 加工功能群氮输入、流失及其氮利用率
3.1 加工功能群的氮输入
3.1.1 工业固氮
3.1.2 生物固氮
3.1.3 化石燃料燃烧固氮
3.1.4 其他氮输入来源
3.2 农田
3.2.1 我国农田概况
3.2.2 农田氮输入及空间分布
3.2.3 农田氮产出及其去向
3.2.4 农田氮流失
3.2.5 农田氮积累
3.2.6 本节小结
3.3 草地
3.3.1 我国草地概况
3.3.2 草地氮输入
3.3.3 草地氮产出及其利用率
3.3.4 草地氮流失
3.3.5 草地氮积累
3.3.6 本节小结
3.4 森林
3.4.1 我国森林概况
3.4.2 森林氮输入
3.4.3 森林氮产出
3.4.4 森林氮流失
3.4.5 森林氮积累
3.4.6 本节小结
3.5 牲畜养殖
3.5.1 我国牲畜养殖概况
3.5.2 牲畜养殖量与氮产品产出
3.5.3 牲畜养殖的氮供给
3.5.4 牲畜养殖的NUE
3.5.5 牲畜养殖的氮流失与积累
3.5.6 本节小结
3.6 水产养殖
3.6.1 我国水产养殖概况
3.6.2 水产养殖氮产出
3.6.3 水产养殖氮投入
3.6.4 水产养殖NUE与氮流失
3.6.5 本节小结
3.7 工业
3.7.1 工业氮的循环代谢过程
3.7.2 工业氮通量
3.7.3 工业氮流失到环境
3.7.4 本节小结
3.8 城市绿地
3.8.1 我国城市绿地概况
3.8.2 城市绿地氮输入
3.8.3 城市植被生长与修剪
3.8.4 城市绿地氮流失与积累
3.8.5 本节小结
3.9 本章小结
4 消费功能群氮代谢及废氮排放
4.1 人类
4.1.1 我国人类系统概况
4.1.2 食物氮消费格局
4.1.3 饮食文化与食物氮消费
4.1.4 食物氮与人类饮食健康
4.1.5 人体代谢的废氮排放
4.1.6 工业氮消费的空间格局
4.1.7 生活垃圾氮流失到环境
4.1.8 人类系统的NO_x排放
4.1.9 人类系统氮积累过程
4.1.10 本节小结
4.2 宠物
4.2.1 我国宠物概况
4.2.2 宠物的数量估算与蛋白供给
4.2.3 宠物排泄物氮的环境效应
4.2.4 本节小结
4.3 本章小结
5 移除功能群废氮处理
5.1 污水处理
5.1.1 我国污水处理概况
5.1.2 污水处理系统氮通量
5.1.3 污水处理系统氮去向
5.1.4 本节小结
5.2 废氮处理与生物能源生产
5.2.1 用废氮进行生物能源生产(BPWN)的优势
5.2.2 BPWN的效率分析
5.2.3 BPWN在我国的潜力
5.2.4 BPWN的可行性分析
5.2.5 不确定性和风险评估
5.2.6 本节小结
5.3 垃圾处理
5.3.1 我国垃圾处理概况
5.3.2 垃圾处理子系统氮通量
5.3.3 本节小结
5.4 本章小结
6 生命支持系统氮污染积累
6.1 近地面大气
6.1.1 NH_3挥发和N_xO_y排放
6.1.2 NO_x排放的模型验证
6.1.3 大气氮沉降与环流
6.1.4 本节小结
6.2 地表水
6.2.1 我国地表水概况
6.2.2 地表水的氮来源
6.2.3 地表水Nr去向
6.2.4 本节小结
6.3 地下水
6.3.1 我国地下水概况
6.3.2 地下水的氮积累
6.3.4 本节小结
6.4 本章小结
7 近30年来中国氮循环的源-库-流变化格局
7.1 人类-自然耦合系统总体氮循环过程
7.2 氮加工功能群
7.2.1 农田
7.2.2 草地
7.2.3 森林
7.2.4 牲畜养殖
7.2.5 水产养殖
7.2.6 工业
7.2.7 城市绿地
7.2.8 本节小结
7.3 氮消费功能群
7.3.1 人类食物氮
7.3.2 人类工业氮
7.3.3 人类燃料氮
7.3.4 宠物
7.3.5 本节小结
7.4 氮移除功能群
7.4.1 污水处理
7.4.2 垃圾处理
7.4.3 本节小结
7.5 生命支持系统
7.5.1 近地面大气
7.5.2 地表水
7.5.3 地下水
7.5.4 本节小结
7.6 本章小结
8 中国人类-自然耦合系统氮循环变化的驱动机制
8.1 自然因素的影响
8.1.1 温度
8.1.2 降水
8.1.3 土地利用类型
8.2 人口增长、经济发展和城市化
8.2.1 人口增长
8.2.2 经济发展
8.2.3 城市化
8.3 技术进步和政策革新
8.3.1 研究区域
8.3.2 研究方法
8.3.3 氮动态的变化趋势
8.3.4 技术驱动
8.3.5 政策驱动
8.3.6 不确定性分析
8.4 文化、教育以及国际合作
8.5 本章小结
9 结论与展望
9.1 主要结论
9.1.1 人类-自然耦合系统氮通量
9.1.2 氮循环过程的空间格局
9.1.3 人类氮消费与环境氮流失
9.1.4 氮循环变化的驱动机制
9.2 未来展望
参考文献
附录
附录一 URCNC模型源代码
附录二 工业氮相关的全球9区主要国家列表
攻读学位期间所取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]人类活动对杭州城乡复合系统陆源氮排海的驱动分析[J]. 谷保静,葛滢,朱根海,徐昊,常杰,徐青山. 环境科学学报. 2010(10)
[2]城市土地利用是否会降低区域碳吸收能力?——台州市案例研究[J]. 温家石,葛滢,焦荔,邓志平,彭长辉,常杰. 植物生态学报. 2010(06)
[3]中国酸雨研究现状[J]. 张新民,柴发合,王淑兰,孙新章,韩梅. 环境科学研究. 2010(05)
[4]1992～2006年中国降水酸度的变化趋势[J]. 汤洁,徐晓斌,巴金,王淑凤. 科学通报. 2010(08)
[5]生态化学计量学:探索从个体到生态系统的统一化理论[J]. 贺金生,韩兴国. 植物生态学报. 2010(01)
[6]我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析[J]. 李书田,刘荣乐,陕红. 农业环境科学学报. 2009(01)
[7]Response of Nitrogen Leaching to Nitrogen Deposition in Disturbed and Mature Forests of Southern China[J]. M. YOH,P. GUNDERSEN. Pedosphere. 2009(01)
[8]我国城市污水处理厂现状、存在问题及对策研究[J]. 董文福,傅德黔. 环境科学导刊. 2008(03)
[9]城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响[J]. 魏静,马林,路光,马文奇,李建辉,赵路. 生态学报. 2008(03)
[10]城市污水处理厂脱氮除磷调控参数的研究[J]. 许世伟,张建新,付强. 给水排水. 2008(03)
博士论文
[1]多尺度复杂生物网络的建模与分析[D]. 闵勇.浙江大学 2010
本文编号：3253492
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：359 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
表目录
图目录
1 绪论
1.1 氮的生物地球化学循环过程和机理
1.1.1 生态系统氮输入
1.1.2 Nr的分配利用过程
1.1.3 系统氮流失
1.1.4 系统氮积累过程及Nr库
1.2 人类主导下的氮循环
1.2.1 人类自然耦合系统氮循环的对称、破缺与耦合
1.2.2 系统自组织升级与氮循环的复杂性
1.2.3 城市—一个突生的氮热点
1.2.4 人工生态系统中的高氮流
1.2.5 带来环境和健康问题
1.2.6 氮循环的人工调控过程及潜在的系统优化途径
1.3 氮循环研究现状及存在问题
1.3.1 氮通量
1.3.2 氮格局
1.3.3 反硝化作用
1.3.4 食物和能源驱动的氮需求
1.3.5 工业氮的命运
1.3.6 Nr的积累与污染
1.3.7 氮循环的模型研究
1.4 中国相关研究
1.4.1 农业氮循环
1.4.2 城市化与人类健康
1.4.3 境氮污染
1.4.4 陆地生态系统氮储存
1.5 本研究的目的和意义
1.5.1 中国作为案例的典型性
1.5.2 长期-大尺度上的全程氮循环过程
1.5.3 机理和模型发展
2 方法论和数据计算
2.1 方法论
2.1.1 人类-自然耦合系统的物理边界
2.1.2 系统的功能群和子系统结构
2.1.3 源-库-流和质量平衡法
2.1.4 人类-自然耦合系统模型构建
2.2 数据来源和计算
2.2.1 基本信息数据
2.2.2 氮循环过程数据
2.2.3 大气遥感数据
2.2.4 氮流的通量计算
3 加工功能群氮输入、流失及其氮利用率
3.1 加工功能群的氮输入
3.1.1 工业固氮
3.1.2 生物固氮
3.1.3 化石燃料燃烧固氮
3.1.4 其他氮输入来源
3.2 农田
3.2.1 我国农田概况
3.2.2 农田氮输入及空间分布
3.2.3 农田氮产出及其去向
3.2.4 农田氮流失
3.2.5 农田氮积累
3.2.6 本节小结
3.3 草地
3.3.1 我国草地概况
3.3.2 草地氮输入
3.3.3 草地氮产出及其利用率
3.3.4 草地氮流失
3.3.5 草地氮积累
3.3.6 本节小结
3.4 森林
3.4.1 我国森林概况
3.4.2 森林氮输入
3.4.3 森林氮产出
3.4.4 森林氮流失
3.4.5 森林氮积累
3.4.6 本节小结
3.5 牲畜养殖
3.5.1 我国牲畜养殖概况
3.5.2 牲畜养殖量与氮产品产出
3.5.3 牲畜养殖的氮供给
3.5.4 牲畜养殖的NUE
3.5.5 牲畜养殖的氮流失与积累
3.5.6 本节小结
3.6 水产养殖
3.6.1 我国水产养殖概况
3.6.2 水产养殖氮产出
3.6.3 水产养殖氮投入
3.6.4 水产养殖NUE与氮流失
3.6.5 本节小结
3.7 工业
3.7.1 工业氮的循环代谢过程
3.7.2 工业氮通量
3.7.3 工业氮流失到环境
3.7.4 本节小结
3.8 城市绿地
3.8.1 我国城市绿地概况
3.8.2 城市绿地氮输入
3.8.3 城市植被生长与修剪
3.8.4 城市绿地氮流失与积累
3.8.5 本节小结
3.9 本章小结
4 消费功能群氮代谢及废氮排放
4.1 人类
4.1.1 我国人类系统概况
4.1.2 食物氮消费格局
4.1.3 饮食文化与食物氮消费
4.1.4 食物氮与人类饮食健康
4.1.5 人体代谢的废氮排放
4.1.6 工业氮消费的空间格局
4.1.7 生活垃圾氮流失到环境
4.1.8 人类系统的NO_x排放
4.1.9 人类系统氮积累过程
4.1.10 本节小结
4.2 宠物
4.2.1 我国宠物概况
4.2.2 宠物的数量估算与蛋白供给
4.2.3 宠物排泄物氮的环境效应
4.2.4 本节小结
4.3 本章小结
5 移除功能群废氮处理
5.1 污水处理
5.1.1 我国污水处理概况
5.1.2 污水处理系统氮通量
5.1.3 污水处理系统氮去向
5.1.4 本节小结
5.2 废氮处理与生物能源生产
5.2.1 用废氮进行生物能源生产(BPWN)的优势
5.2.2 BPWN的效率分析
5.2.3 BPWN在我国的潜力
5.2.4 BPWN的可行性分析
5.2.5 不确定性和风险评估
5.2.6 本节小结
5.3 垃圾处理
5.3.1 我国垃圾处理概况
5.3.2 垃圾处理子系统氮通量
5.3.3 本节小结
5.4 本章小结
6 生命支持系统氮污染积累
6.1 近地面大气
6.1.1 NH_3挥发和N_xO_y排放
6.1.2 NO_x排放的模型验证
6.1.3 大气氮沉降与环流
6.1.4 本节小结
6.2 地表水
6.2.1 我国地表水概况
6.2.2 地表水的氮来源
6.2.3 地表水Nr去向
6.2.4 本节小结
6.3 地下水
6.3.1 我国地下水概况
6.3.2 地下水的氮积累
6.3.4 本节小结
6.4 本章小结
7 近30年来中国氮循环的源-库-流变化格局
7.1 人类-自然耦合系统总体氮循环过程
7.2 氮加工功能群
7.2.1 农田
7.2.2 草地
7.2.3 森林
7.2.4 牲畜养殖
7.2.5 水产养殖
7.2.6 工业
7.2.7 城市绿地
7.2.8 本节小结
7.3 氮消费功能群
7.3.1 人类食物氮
7.3.2 人类工业氮
7.3.3 人类燃料氮
7.3.4 宠物
7.3.5 本节小结
7.4 氮移除功能群
7.4.1 污水处理
7.4.2 垃圾处理
7.4.3 本节小结
7.5 生命支持系统
7.5.1 近地面大气
7.5.2 地表水
7.5.3 地下水
7.5.4 本节小结
7.6 本章小结
8 中国人类-自然耦合系统氮循环变化的驱动机制
8.1 自然因素的影响
8.1.1 温度
8.1.2 降水
8.1.3 土地利用类型
8.2 人口增长、经济发展和城市化
8.2.1 人口增长
8.2.2 经济发展
8.2.3 城市化
8.3 技术进步和政策革新
8.3.1 研究区域
8.3.2 研究方法
8.3.3 氮动态的变化趋势
8.3.4 技术驱动
8.3.5 政策驱动
8.3.6 不确定性分析
8.4 文化、教育以及国际合作
8.5 本章小结
9 结论与展望
9.1 主要结论
9.1.1 人类-自然耦合系统氮通量
9.1.2 氮循环过程的空间格局
9.1.3 人类氮消费与环境氮流失
9.1.4 氮循环变化的驱动机制
9.2 未来展望
参考文献
附录
附录一 URCNC模型源代码
附录二 工业氮相关的全球9区主要国家列表
攻读学位期间所取得的科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]人类活动对杭州城乡复合系统陆源氮排海的驱动分析[J]. 谷保静,葛滢,朱根海,徐昊,常杰,徐青山. 环境科学学报. 2010(10)
[2]城市土地利用是否会降低区域碳吸收能力?——台州市案例研究[J]. 温家石,葛滢,焦荔,邓志平,彭长辉,常杰. 植物生态学报. 2010(06)
[3]中国酸雨研究现状[J]. 张新民,柴发合,王淑兰,孙新章,韩梅. 环境科学研究. 2010(05)
[4]1992～2006年中国降水酸度的变化趋势[J]. 汤洁,徐晓斌,巴金,王淑凤. 科学通报. 2010(08)
[5]生态化学计量学:探索从个体到生态系统的统一化理论[J]. 贺金生,韩兴国. 植物生态学报. 2010(01)
[6]我国主要畜禽粪便养分含量及变化分析[J]. 李书田,刘荣乐,陕红. 农业环境科学学报. 2009(01)
[7]Response of Nitrogen Leaching to Nitrogen Deposition in Disturbed and Mature Forests of Southern China[J]. M. YOH,P. GUNDERSEN. Pedosphere. 2009(01)
[8]我国城市污水处理厂现状、存在问题及对策研究[J]. 董文福,傅德黔. 环境科学导刊. 2008(03)
[9]城镇化对我国食物消费系统氮素流动及循环利用的影响[J]. 魏静,马林,路光,马文奇,李建辉,赵路. 生态学报. 2008(03)
[10]城市污水处理厂脱氮除磷调控参数的研究[J]. 许世伟,张建新,付强. 给水排水. 2008(03)
博士论文
[1]多尺度复杂生物网络的建模与分析[D]. 闵勇.浙江大学 2010
本文编号：3253492
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3253492.html
