本文關(guān)鍵詞：亞熱帶典型流域大氣氮濕沉降特征與環(huán)境效應(yīng)及其同位素源解析

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【摘要】：氮是自然界中最重要的生源要素之一。隨著人類活動(dòng)的增加,氮循環(huán)過(guò)程受到了一定影響。化學(xué)肥料的不合理施用、化石燃料的燃燒、汽車尾氣排放都直接或間接引起大氣中氮濃度升高,加劇了氮沉降,導(dǎo)致酸雨、水體富營(yíng)養(yǎng)化和土壤酸化等一系列環(huán)境問(wèn)題。從全球尺度來(lái)看,在1860~1960年人為活性氮(Nr)的產(chǎn)生增長(zhǎng)較慢,但在近50年來(lái)呈加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),由1860年僅為15 Tg攀升到1995年的156 Tg,直至2005年的187 Tg。目前,我國(guó)大氣氮素沉降通量平均達(dá)到8.85Tg?a-1,成為繼歐洲和美國(guó)之后的第三大氮沉降區(qū)。我國(guó)位于地球環(huán)境變化最快的季風(fēng)氣候區(qū),在流域尺度研究氮的輸入與輸出,有利于制定針對(duì)性措施控制和管理氮素流失,減輕氮素流失對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。目前,我國(guó)對(duì)流域氮污染的研究大多集中在長(zhǎng)江、黃河和珠江等大河流域以及巢湖、太湖和滇池等主要湖泊流域,對(duì)于亞熱帶丘陵地區(qū)農(nóng)業(yè)流域的研究相對(duì)較少。本研究以江西千煙洲農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的典型小流域——香溪河流域?yàn)檠芯繀^(qū),連續(xù)監(jiān)測(cè)該地區(qū)的大氣氮沉降、森林林冠對(duì)氮濕沉降的截留作用和地表徑流等過(guò)程;采用同位素示蹤手段解析流域內(nèi)氮污染來(lái)源,揭示流域內(nèi)氮循環(huán)過(guò)程以及對(duì)流域內(nèi)水體水質(zhì)的影響。獲得如下主要研究結(jié)果:1.2014年香溪流域降雨量為1330.5 mm,氮沉降通量達(dá)到41.72 kg?hm-2,不同降雨量的次降雨事件雨水中氮濃度存在差異,其中小雨中總?cè)芙庑缘?DTN)和溶解性無(wú)機(jī)氮(DIN)濃度較其它類型降雨濃度高。2014年總徑流量2.74?105 m3,降雨量與徑流量之間呈正相關(guān)關(guān)系,最高值均出現(xiàn)在6月;雨水的pH值范圍為5.83~4.68,酸雨發(fā)生率約為75%。在2014年春季無(wú)降雨條件下,流域內(nèi)水體中游的氮素濃度較高,下游最低,總氮(TN)濃度最大值為12.10 mg?L-1。次降雨-徑流事件下,DTN、硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)濃度最大值均出現(xiàn)在小雨中,在暴雨中最小,其原因是暴雨稀釋了流域水體中各形態(tài)氮的濃度,也與當(dāng)?shù)厥┓手芷谟嘘P(guān)。2.氮輸出負(fù)荷的高值集中在雨季,降雨越多,氮輸出量越高,3~6月TN輸出負(fù)荷占全年的92.79%,全年流域內(nèi)氮素輸出量受雨季控制。流失的氮素形態(tài)中,NO3--N占DTN輸出負(fù)荷的54.84%,DTN主要以硝態(tài)氮的形式流失;PN(顆粒態(tài)氮)流失量占TN輸出負(fù)荷的54.98%,PN是TN輸出的主要形式。流域內(nèi)大氣氮濕沉降對(duì)河流氮素貢獻(xiàn)量為385.2~511.1 kg,約占氮肥貢獻(xiàn)率的4.3%~5.7%,2014年3~6月的6場(chǎng)降雨的氮素貢獻(xiàn)量最低為3.06~4.06 kg(小雨),最高為30.62~40.63 kg(暴雨)。說(shuō)明次降雨事件對(duì)流域氮素流失貢獻(xiàn)很大,降雨強(qiáng)度越高,貢獻(xiàn)率越大。3.2014年冬季濕沉降的主要物質(zhì)是氮和硫,N、S、C和P的沉降通量分別為4.31、14.57、2.03和0.19 kg?hm-2。冬季林下穿透雨中,各林種間營(yíng)養(yǎng)組分增幅比例存在差異,森林林冠對(duì)DOC、TP、DTN和NH4+-N存在明顯的離釋作用,對(duì)TN、SO42-有一定的吸收作用,闊葉類的林下穿透雨中各濃度的增加幅度比針葉類明顯。其中,闊葉林(木荷)對(duì)TP和DOC的離釋作用最強(qiáng),沉降通量增幅分別為10.6倍和5.3倍;馬尾松對(duì)SO42-和NO3-的吸收作用最顯著,吸收率分別達(dá)到28.38%和10.83%,對(duì)酸雨有一定的緩沖作用。4.δ15N值的變化范圍為+11.022‰~+20.648‰,δ18O值的變化范圍為+17.622‰~+13.239‰,研究區(qū)屬于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng),硝酸鹽的主要來(lái)源是化學(xué)肥料、生活污水和動(dòng)物糞便。河流下游水體污染源受人為活動(dòng)干擾,存在較明顯的反硝化作用。5.研究區(qū)夏季溶解氧最低,低于5 mg?L-1,屬于III類水質(zhì);春、秋和冬季溶解氧均高于7.5 mg?L-1,達(dá)到I類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。2014年降雨和非降雨條件下整條河流的pH值均超過(guò)7,2015年香溪河下游pH的平均值為6.77,說(shuō)明大氣降雨和人為活動(dòng)對(duì)河流的影響較大,應(yīng)當(dāng)引起重視。流域水體中TN濃度均超過(guò)河流富營(yíng)養(yǎng)化閾值(1.5 mg?L-1),根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)中總氮與氨氮濃度值劃分,研究區(qū)水質(zhì)范圍為III類到IV類之間。盡管千煙洲試驗(yàn)區(qū)還沒(méi)有出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化,但也要注意大氣氮沉降對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分輸入的貢獻(xiàn)。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X51

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本文編號(hào)：1215137