氣候變化與流域非點源污染

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國內外研究進展 3
1.2.1 氣候變化模擬與預估研究 3
1.2.2 流域多路徑氮流失模型評估研究 4
1.2.3 流域土壤侵蝕及非點源磷流失評估研究 6
1.2.4 流域土壤有機碳及其對非點源污染研究 7
1.2.5 基于沉積物的流域非點源污染研究 8
1.2.6 流域非點源污染關鍵源區(qū)識別及污染控制研究 9
第2章 中高緯農區(qū)CMIP5全球氣候多模式應用評估及氣候預估 12
2.1 材料與方法 12
2.1.1 研究區(qū)概況 12
2.1.2 模型時空能力評估及未來情景預估 12
2.2 CMIP5多模式對三江平原氣溫的時空模擬能力評估 19
2.2.1 CMIP5多模式氣溫空間模擬能力評估 19
2.2.2 CMIP5多模式氣溫時間模擬能力評估 21
2.2.3 CMIP5集合模式對三江平原氣溫的情景預估 23
2.3 ASD降尺度法建立大尺度氣候與區(qū)域氣候的統(tǒng)計聯(lián)系 27
2.3.1 模型數據庫 27
2.3.2 ASD模型統(tǒng)計聯(lián)系的建立 27
2.3.3 基于GFDL-CM3模式的ASD模型統(tǒng)計聯(lián)系的建立 30
2.4 ASD統(tǒng)計降尺度法預估三江平原氣候變化情景 37
2.4.1 ASD統(tǒng)計降尺度法對三江平原氣溫變化情景的預估 37
2.4.2 ASD統(tǒng)計降尺度法對三江平原降水變化情景的預估 44
第3章 流域多路徑氮流失及其對氣候變化的響應 47
3.1 研究區(qū)概況 47
3.1.1 自然地理概況 47
3.1.2 農業(yè)活動概況 49
3.2 不同水熱條件下流域農田空間演變模擬與分析 50
3.2.1 材料與方法 51
3.2.2 流域土地利用空間分布模擬方法框架 54
3.2.3 土地利用時空分布特征 64
3.3 變化環(huán)境下流域土壤徑流氮流失特征 66
3.3.1 材料與方法 67
3.3.2 不同水熱條件下土壤徑流氮流失特征 70
3.3.3 不同農田空間變化下土壤徑流氮流失特征 77
3.3.4 不同水熱及農田空間變化下土壤徑流氮流失特征 80
3.4 變化環(huán)境下流域土壤N2O排放特征 85
3.4.1 材料與方法 85
3.4.2 土壤N2O排放對環(huán)境因子的敏感性分析 93
3.4.3 不同水熱條件下土壤N2O排放特征 95
3.4.4 不同農田空間變化下土壤N2O排放特征 99
3.4.5 不同水熱及農田空間變化下土壤N2O排放特征 101
3.5 變化環(huán)境下流域河流N2O排放特征 105
3.5.1 材料與方法 105
3.5.2 不同水熱條件下河流N2O排放特征 114
3.5.3 不同農田空間格局下河流N2O排放特征 118
3.5.4 水熱及農田格局協(xié)同變化下河流N2O排放特征 123
3.6 流域多路徑氮流失特征及減排建議 127
3.6.1 不同水熱條件下流域多路徑氮流失特征及減排建議 127
3.6.2 不同農田空間變化下流域多路徑氮流失特征及減排建議 131
3.6.3 不同水熱及農田空間變化下流域多路徑氮流失特征及減排建議 135
第4章 流域土壤侵蝕與非點源磷流失及其對氣候變化的響應 139
4.1 研究區(qū)概況 139
4.2 土地利用類型和土壤性質變化對流域土壤侵蝕的影響 140
4.2.1 材料與方法 140
4.2.2 流域土壤侵蝕因子時空分布特征 146
4.2.3 流域土壤性質變化特征 148
4.2.4 流域土地利用類型變化特征 150
4.2.5 流域土壤侵蝕變化特征 150
4.2.6 土壤侵蝕貢獻因子分析 154
4.2.7 非點源磷流失分析 155
4.3 旱田融雪季和雨季土壤侵蝕特征及其變化成因 156
4.3.1 材料與方法 156
4.3.2 降水和溫度月際變化特征 163
4.3.3 流域土壤侵蝕季節(jié)性變化特征 164
4.3.4 旱田土壤含水量季節(jié)性變化特征 165
4.3.5 旱田地表徑流和土壤侵蝕變化特征 167
4.3.6 旱田融雪季和雨季土壤侵蝕變化分析 168
4.3.7 旱田融雪季和雨季土壤入滲性能 170
4.4 水田融雪季土壤侵蝕特征及其變化成因 172
4.4.1 不同深度土壤理化性質特征 172
4.4.2 水田融雪季地表徑流和土壤侵蝕變化特征 174
4.4.3 水田融雪季土壤入滲性能 176
4.4.4 融雪季和雨季非點源磷流失特征 177
4.4.5 融雪季和雨季土壤入滲性能分析 177
4.4.6 土壤入滲過程與土壤侵蝕和非點源磷流失的關系 184
4.5 降水和溫度變化對流域土壤侵蝕的影響 185
4.5.1 材料與方法 185
4.5.2 典型氣象代表年分類 186
4.5.3 降水驅動因子時間變化特征 187
4.5.4 典型氣象代表年地表徑流特征 187
4.5.5 典型氣象代表年土壤侵蝕特征 190
4.5.6 降雨土壤侵蝕驅動因子 193
4.5.7 融雪季土壤侵蝕驅動因子 194
4.6 未來氣候變化對流域土壤侵蝕的影響 195
4.6.1 降水和溫度年際變化特征 196
4.6.2 氣候變化下流域地表徑流和土壤侵蝕特征 198
4.6.3 氣候變化下地表徑流和土壤侵蝕空間分布特征 199
4.6.4 氣候變化下融雪季地表徑流和土壤侵蝕空間分布特征 202
4.6.5 氣候變化下農田土壤侵蝕響應特征 203
4.6.6 氣候變化下融雪季農田土壤侵蝕響應特征 207
第5章 流域土壤有機碳對氣候變化的響應及對非點源污染的影響 210
5.1 流域土壤有機碳及非點源污染模擬方法構建 210
5.1.1 土壤有機碳模擬方法 210
5.1.2 非點源污染模擬方法 210
5.2 氣候變化下土壤有機碳儲量模擬 212
5.2.1 DNDC模型數據庫 212
5.2.2 參數敏感性分析及率定 214
5.2.3 不同土層深度有機碳含量時間變化 218
5.2.4 土壤有機碳含量空間差異 220
5.3 氣候變化下的農業(yè)非點源污染模擬 222
5.3.1 考慮土壤有機碳動態(tài)變化的非點源污染模擬 222
5.3.2 SWAT模型模擬效果驗證 223
5.3.3 非點源污染時間變化規(guī)律 224
5.3.4 非點源污染的空間分布變化規(guī)律 226
5.4 土壤有機碳動態(tài)變化對非點源污染的影響 231
5.4.1 非耦合與耦合模型模擬結果對比 231
5.4.2 土壤有機碳對非點源氮流失負荷的影響 233
5.4.3 土壤有機碳對磷污染的影響 234
第6章 基于沉積物的不同氣候條件下非點源污染流失差異 236
6.1 研究區(qū)概況 236
6.1.1 地理位置 236
6.1.2 氣候水文 236
6.1.3 土地利用 239
6.2 沉積物中總氮總磷累積特征研究 240
6.2.1 采樣及樣品預處理 240
6.2.2 實驗方法 240
6.2.3 沉積物中總氮總磷濃度的垂直分布特征 241
6.2.4 研究區(qū)沉積物中氮磷濃度與國內其他區(qū)域相關研究對比 244
6.3 沉積物中代表性重金屬累積特征研究 245
6.3.1 沉積物中代表性重金屬含量垂直分布特征 245
6.3.2 沉積物中代表性重金屬的不同形態(tài)分布特征 252
6.3.3 河流沉積物代表性重金屬污染風險評價 255
6.4 河流沉積物無機污染物累積影響因素的空間尺度分析 257
6.4.1 沉積物中無機污染物累積特征對比 257
6.4.2 流域土地利用類型差異對沉積物無機污染物累積的影響分析 257
6.4.3 流域降水及徑流差異對沉積物無機污染物累積的影響分析 258
6.5 河流沉積物無機污染物累積影響因素的時間尺度分析 261
6.5.1 沉積柱的年代測定 261
6.5.2 土地利用變化對沉積物無機污染物累積的影響分析 263
6.5.3 降水量及徑流量變化對河流無機污染物累積影響分析 269
第7章 流域非點源污染關鍵源區(qū)識別及控制 271
7.1 SWAT模型水田模塊的構建及有效性驗證 271
7.1.1 模型水田模塊的改良 271
7.1.2 模型的率定和驗證 277
7.1.3 水田非點源負荷的模擬結果 280
7.1.4 原模型與改進模型在水田氮磷流失模擬結果中的比較分析 281
7.2 凍融農區(qū)非點源污染關鍵源區(qū)的優(yōu)化識別 284
7.2.1 材料與方法 284
7.2.2 流域氮、磷流失特征分析 288
7.2.3 傳統(tǒng)識別方法的關鍵源區(qū)分布 289
7.2.4 改進識別方法得到的關鍵源區(qū)分布 291
7.3 基于昀佳管理措施優(yōu)選的關鍵源區(qū)旱田非點源污染控制 296
7.3.1 技術方法 296
7.3.2 退耕還林措施在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析 300
7.3.3 植被緩沖帶在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析 306
7.3.4 免耕和減量施肥在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析 309
7.4 基于水位調控的關鍵源區(qū)水田的非點源污染控制 319
7.4.1 方法流程 320
7.4.2 不同降水條件下水田非點源負荷強度 322
7.4.3 控水減排措施對關鍵源區(qū)水田非點源污染的控制效果 326
7.5 組合措施對流域非點源污染關鍵源區(qū)的控制效果評估 332
7.5.1 評估方法 332
7.5.2 組合管理措施在凍融季的非點源污染削減效果 333
7.5.3 組合管理措施在生長季對關鍵源區(qū)非點源污染的控制效果 340
參考文獻 347