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中國氣態(tài)活性氮?dú)夂蛐?yīng)及氮沉降臨界負(fù)荷研究

發(fā)布時(shí)間:2021-08-05 17:40
  由于工業(yè)、農(nóng)業(yè)及城市的快速發(fā)展,中國區(qū)域的人為源活性氮排放在近三十年急劇增加,促進(jìn)了人們對中國氣態(tài)活性氮(N2O、NOx及NH3)氣候效應(yīng)研究的關(guān)注。然而,過去的研究在數(shù)據(jù)同化、精度刻畫等方面存在諸多不足,仍然缺乏中國氣態(tài)活性氮及其衍生物氣候效應(yīng)的全面、綜合性評估。同時(shí),自1980s以來,人為活性氮排放驅(qū)動的氮沉降增加,已導(dǎo)致中國陸地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。作為定量生態(tài)系統(tǒng)氮污染的重要方法及未來氮排放控制的科學(xué)依據(jù),氮沉降臨界負(fù)荷的研究較多,但針對中國區(qū)域而言,仍然缺乏氮沉降臨界負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評估的全面評估。因此,全面評估中國氣態(tài)活性氮及其衍生物的綜合氣候效應(yīng),定量中國氮沉降臨界負(fù)荷并評價(jià)其潛在風(fēng)險(xiǎn),不僅有助于全面認(rèn)識我國氣態(tài)活性氮排放對全球氣候變化的影響,并且對政府相關(guān)政策制定及減少大氣活性氮污染、氮沉降及其負(fù)面生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。本文通過多種途徑和方法獲取了中國活性氮排放、土地覆蓋、空間及文獻(xiàn)參數(shù)等一系列數(shù)據(jù)集;趯@些數(shù)據(jù)集的整合、處理及同化,以2010年為基準(zhǔn)年,研究了我國大氣活性氮沉降對陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳、氧化亞氮及甲烷排放的影響,評估了多度量標(biāo)準(zhǔn)下我國氣態(tài)活性氮及其衍生物的氣候效應(yīng),研究了我國陸地生態(tài)系統(tǒng)氮沉降臨界負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評估。主要研究結(jié)果如下:(1) 2010年氮沉降所誘導(dǎo)的陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳、N20及CH4排放的氣候效應(yīng)分別為-221.75±25.49、27.43±23.24 及 8.29±22.45 TgCO2e,總溫室氣體平衡效應(yīng)為-185.98±41.22Tg C02e,為凈吸收效應(yīng)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳及氧化亞氮排放高值區(qū)主要集中于華北、華中及華東地區(qū),甲烷排放則主要集中于南方水田區(qū)域。森林生態(tài)系統(tǒng)的固碳高值區(qū)主要集中于我國華北、華中及南部地區(qū),而氧化亞氮及甲烷排放則零星分布于我國東部及南部地區(qū)。草地生態(tài)系統(tǒng)的固碳、氧化亞氮及甲烷排放高值區(qū)則零星分布于我國東北及華北的部分區(qū)域。2010年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)的凈碳交換量為154.61±26.57Tg,且總體呈現(xiàn)凈碳吸收的空間格局特征,凈碳吸收高值區(qū)集中分布于我國華北、華中、華東及華南地區(qū)。(2)在20年及100年時(shí)間尺度上,2010年氣態(tài)活性氮排放導(dǎo)致的C02eGTP(基于全球溫變潛勢(GTP)的當(dāng)量二氧化碳排放量)分別為-344±317及224±137 TgCO2e,分別呈現(xiàn)致冷及致熱效應(yīng)。在20年及100年時(shí)間尺度上,致熱效應(yīng)主要來源于N20排放、氮沉降和施肥誘導(dǎo)的CH4排放及臭氧破壞植物從而減少固碳等過程,其它則表現(xiàn)為致冷效應(yīng)。工業(yè)源活性氮的綜合氣候效應(yīng)在20年及100年時(shí)間尺度分別為-416±145及104±98TgCO2e,分別呈現(xiàn)致冷及致熱效應(yīng)。農(nóng)業(yè)源活性氮的綜合氣候效應(yīng)主要來源于長壽命的N20排放,農(nóng)業(yè)源在20年及100年時(shí)間尺度均呈現(xiàn)凈致熱效應(yīng),COzeGTP20及 CO2eGTP100 分別為 85±278 及 122±89 Tg CO2e。(3) 2010年氣態(tài)活性氮排放導(dǎo)致的直接輻射強(qiáng)迫總量為-9.30±4.87 mW/m2,致熱效應(yīng)主要來源于N20排放(0.77±0.06 mW/m2)、地表臭氧增加導(dǎo)致的固碳量減少(0.22±0.19 mW/m2)及氮沉降和施肥促進(jìn)的CH4排放(0.20±0.83mW/m2);致冷效應(yīng)則主要來源于NOx、NH3排放導(dǎo)致的無機(jī)態(tài)氣溶膠的增加(-3.84±2.83 mW/m2)、NOx對臭氧-甲烷的影響(-5.51±3.89 mW/m2)及氮沉降和施肥促進(jìn)固碳(-1.16±0.10 mW/m2)。(4)對于森林生態(tài)系統(tǒng)而言,寒溫帶落葉針葉林區(qū)域、溫帶針葉闊葉混交林區(qū)域及亞熱帶常綠闊葉林區(qū)域的氮臨界負(fù)荷分別為30-50、10-60及20-90 kgN ha-1 a-1,不同植被區(qū)森林生態(tài)系統(tǒng)氮臨界負(fù)荷的安全等級均處于較高及以上的級別,氮沉降的攝入對森林生態(tài)系統(tǒng)尚不構(gòu)成潛在威脅;對于草地生態(tài)系統(tǒng)而言,溫帶草原區(qū)域、溫帶荒漠區(qū)域及青藏高原高寒植被區(qū)域的氮臨界負(fù)荷分別為10-60、10-70及10-80kgNha-1a-1,不同植被區(qū)草地生態(tài)系統(tǒng)氮臨界負(fù)荷的安全等級均處于較高及以上的級別,氮沉降的攝入對草地生態(tài)系統(tǒng)亦不構(gòu)成潛在威脅。根據(jù)本文研究結(jié)果,中國氣態(tài)活性氮排放在當(dāng)前及未來較短時(shí)間內(nèi)均呈現(xiàn)致冷效應(yīng),但隨著時(shí)間推移,人為活性氮排放導(dǎo)致的致熱氣候效應(yīng)會使我們面臨巨大的壓力。雖然氮誘導(dǎo)下的陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳所產(chǎn)生的致冷效應(yīng),會對氣態(tài)活性氮的致熱效應(yīng)產(chǎn)生部分抵消作用,且農(nóng)業(yè)源N20及工業(yè)源NOx排放具有很大的氣候變化減排潛力,但氮誘導(dǎo)下的固碳潛力是有限的甚至在未來可能會逐步消失。因此,更多積極的目標(biāo)以及更加強(qiáng)有力的措施亟需被呼吁并嚴(yán)格執(zhí)行,對活性氮、氣候及其它相關(guān)問題進(jìn)行科學(xué)管理,使之維持在一個(gè)特定的輻射強(qiáng)迫水平。同時(shí),對于預(yù)防由于高氮沉降可能導(dǎo)致的生態(tài)問題也具有重要意義。
【圖文】:

空間分布,空間分布,中國植被區(qū)劃,平均精度


逑四期全國土地覆蓋數(shù)據(jù)集分辨率均高達(dá)30邋m,此數(shù)據(jù)集精度很高,以2010年為例(如逡逑圖2-1所示),通過31658個(gè)獨(dú)立地面樣點(diǎn)調(diào)查以及各省開展的一對一核查對接,一級6類逡逑平均精度高達(dá)94%,二級38類平均精度高達(dá)86%(吳炳方等,2014)。逡逑■‘?煖邐?逡逑CLT-ir*邋■邐Ll_j邋■*-?*逡逑■邋■煖[1^邋M?灥灥G□露《%■逡逑i???邋???^B邐I邐逡逑B邋HA邋[邋■???■IMOVWH逡逑圖2-1邋2010年全國土地覆被空間分布逡逑Figure邋2-1邋Spatial邋distribution邋of邋national邋land邋cover邋in邋2010逡逑2.2.5中國植被區(qū)劃圖逡逑同時(shí),我們也獲取了基于植被及氣候帶分類的中國植被區(qū)劃圖,雖然網(wǎng)上能找到許多版逡逑本的中國植被區(qū)劃圖,但被學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)可的還是侯學(xué)煜院士等人完成的版本(詳見逡逑https://xg邋1990.eom/blog/archives/97#comment-529),該區(qū)劃圖收錄在《中華人民共和國植被圖逡逑(1:邋100萬)》中,但中科院植物所并未公開此數(shù)據(jù)的電子版,網(wǎng)上只能找到該區(qū)劃圖的模糊逡逑圖片。根據(jù)這份文檔的描述,本研究手動矢量化了中國植被區(qū)劃的邊界,得到shp格式的中逡逑國植被區(qū)劃(如圖2-2所示)

空間格局,總氮,氮沉降,臨界負(fù)荷


士學(xué)位論文邐第二章研宄試驗(yàn)點(diǎn)的同一響應(yīng)指標(biāo)而言,核心期刊及較長試驗(yàn)周期的報(bào)道及分析方法逡逑驗(yàn)臨界負(fù)荷計(jì)算方法:通過將文獻(xiàn)報(bào)道的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)試驗(yàn)點(diǎn)的背景氮沉降量求和計(jì)算得到(Liu邋etal.,20丨丨)。其中,氮考了歐洲(1>014146時(shí)31.,2000)、美國(卩3^061‘20丨1)及中國(1^臨界負(fù)荷的相關(guān)研宄;由于文獻(xiàn)中報(bào)道的試驗(yàn)點(diǎn)背景氮沉降數(shù)據(jù)失,因此統(tǒng)一采用本研[傁蛑鋅圃旱乩硭昵氳鬧泄艿兩擔(dān)ú瘓藎奔涑叨任玻埃埃澳輳,试褭般峨sΦ牡兩凳萁柚粒潁悖牽桑櫻保叭》治瞿?櫚玫劍河捎詒狙繡車幕寄晡玻埃保澳輳遙遙粒停櫻ǘ喑叨瓤掌柿磕J較低常┘埃茫粒擁兩低袷菥哂薪細(xì)哂茫粒潁悖牽歟櫻歟希踩砑械目占浞治齬ぞ叨哉飭教椎兩嫡じ袷莩兩盜俳綹漢裳衃偟牡兩凳藎ㄈ繽跡玻乘荊e義

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)北京市211工程院校985工程院校教育部直屬院校
 
頁數(shù):117
 
【學(xué)位級別】:博士
 
文章目錄
摘要
Abstract
縮寫詞表
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 國內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 活性氮的概念、來源、歸宿及危害
        1.2.2 活性氮驅(qū)動氣候效應(yīng)的過程
        1.2.3 活性氮?dú)夂蛐?yīng)的評估方法
        1.2.4 活性氮?dú)夂蛐?yīng)的研究現(xiàn)狀
        1.2.5 臨界負(fù)荷國內(nèi)外研究進(jìn)展
    1.3 研究目標(biāo)、研究內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.3.1 研究目標(biāo)
        1.3.2 研究內(nèi)容
        1.3.3 技術(shù)路線
第二章 研究數(shù)據(jù)來源與同化
    2.1 活性氮排放數(shù)據(jù)來源
        2.1.1 課題提供數(shù)據(jù)
        2.1.2 文獻(xiàn)薈萃分析數(shù)據(jù)
    2.2 空間數(shù)據(jù)來源
        2.2.1 課題提供數(shù)據(jù)
        2.2.2 中科院地理所中國總氮沉降空間柵格數(shù)據(jù)
        2.2.3 文獻(xiàn)搜集的中國氮沉降數(shù)據(jù)
        2.2.4 中科院遙感所全國土地覆蓋數(shù)據(jù)集
        2.2.5 中國植被區(qū)劃圖
    2.3 氣候效應(yīng)度量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)來源
        2.3.1 全球增溫潛勢(GWP)及全球溫變潛勢(GTP)
        2.3.2 輻射強(qiáng)迫(RF)
    2.4 氮沉降經(jīng)驗(yàn)臨界負(fù)荷數(shù)據(jù)來源
    2.5 數(shù)據(jù)的整合、處理與同化
        2.5.1 活性氮排放數(shù)據(jù)
        2.5.2 空間數(shù)據(jù)
        2.5.3 氣候效應(yīng)度量標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)
        2.5.4 氮沉降經(jīng)驗(yàn)臨界負(fù)荷數(shù)據(jù)
第三章 中國大氣活性氮沉降對陸地生態(tài)系統(tǒng)固碳、氧化亞氮及甲烷排放的影響
    3.1 數(shù)據(jù)與方法
        3.1.1 數(shù)據(jù)來源與處理
        3.1.2 評價(jià)方法
    3.2 結(jié)果與分析
        3.2.1 基于RAMS-CMAQ氮沉降數(shù)據(jù)的分析
        3.2.2 基于CAS氮沉降數(shù)據(jù)的分析
        3.2.3 氮沉降數(shù)據(jù)集的整合分析
    3.3 討論
    3.4 本章小結(jié)
第四章 多度量標(biāo)準(zhǔn)下中國氣態(tài)活性氮及其衍生物氣候效應(yīng)的綜合量化
    4.1 數(shù)據(jù)與方法
        4.1.1 數(shù)據(jù)來源與處理
        4.1.2 評價(jià)方法
    4.2 結(jié)果與分析
        4.2.1 基于度量標(biāo)準(zhǔn)GWP的氣態(tài)活性氮及其衍生物氣候效應(yīng)
        4.2.2 基于度量標(biāo)準(zhǔn)GTP的氣態(tài)活性氮及其衍生物氣候效應(yīng)
        4.2.3 基于度量標(biāo)準(zhǔn)RF的氣態(tài)活性氮及其衍生物氣候效應(yīng)
    4.3 討論
        4.3.1 氣候效應(yīng)度量標(biāo)準(zhǔn)
        4.3.2 中國氣態(tài)活性氮及其衍生物的氣候效應(yīng)
        4.3.3 不確定性分析
    4.4 本章小結(jié)
第五章 中國陸地自然生態(tài)系統(tǒng)氮沉降臨界負(fù)荷及風(fēng)險(xiǎn)評估
    5.1 數(shù)據(jù)與方法
        5.1.1 數(shù)據(jù)來源與處理
        5.1.2 評價(jià)方法
    5.2 結(jié)果與分析
        5.2.1 森林生態(tài)系統(tǒng)氮沉降臨界負(fù)荷及評價(jià)
        5.2.2 草地生態(tài)系統(tǒng)氮沉降臨界負(fù)荷及評價(jià)
    5.3 討論
        5.3.1 不同植被區(qū)域下陸地自然生態(tài)系統(tǒng)的氮沉降臨界負(fù)荷
        5.3.2 不確定性分析
        5.3.3 建議
    5.4 本章小結(jié)
第六章 結(jié)論與展望
    6.1 主要結(jié)論
    6.2 創(chuàng)新點(diǎn)
    6.3 存在的不足與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
附錄
    附錄1 活性氮?dú)夂蛐?yīng)測算系統(tǒng)軟件說明
    附錄2 中科院地理所全國氮沉降數(shù)據(jù)資料保密協(xié)議
    附錄3 中科院遙感所全國土地覆蓋及相關(guān)數(shù)據(jù)資料保密協(xié)議
個(gè)人簡介
 
期刊論文
 
[1]1980—2010年中國和印度農(nóng)田化肥氮源氧化亞氮排放的比較[J]. 蔣光福,張穩(wěn),李昕,孫文娟.  農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2016(09)
[2]Effects of water and nitrogen addition on vegetation carbon pools in a semi-arid temperate steppe[J]. Junqiang Jia,Yunshe Dong,Yuchun Qi,Qin Peng,Xinchao Liu,Liangjie Sun,Shufang Guo,Yunlong He,Congcong Cao,Zhongqing Yan.  Journal of Forestry Research. 2016(03)
[3]The effects of nitrogen fertilizer application on methane and nitrous oxide emission/uptake in Chinese croplands[J]. SUN Bin-feng,ZHAO Hong,L Yi-zhong,LU Fei,WANG Xiao-ke.  Journal of Integrative Agriculture. 2016(02)
[4]煤炭消費(fèi)與大氣污染影響下的燃煤火電分區(qū)發(fā)展策略[J]. 呂連宏,韓霄,羅宏,柴發(fā)合,張美根.  環(huán)境科學(xué)研究. 2016(01)
[5]氮水添加對中國北方草原土壤細(xì)菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)的影響[J]. 楊山,李小彬,王汝振,蔡江平,徐柱文,張玉革,李慧,姜勇.  應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào). 2015(03)
[6]氮素添加對黃土高原荒漠草原草本植物物種多樣性和生產(chǎn)力的影響[J]. 何玉惠,劉新平,謝忠奎.  中國沙漠. 2015(01)
[7]氮素和水分添加對貝加爾針茅草原植物多樣性及生物量的影響[J]. 李文嬌,劉紅梅,趙建寧,修偉明,張貴龍,皇甫超河,楊殿林.  生態(tài)學(xué)報(bào). 2015(19)
[8]需求視角的中國能源消費(fèi)氮氧化物排放研究[J]. 施亞嵐,崔勝輝,許肅,林劍藝,黃葳.  環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào). 2014(10)
[9]氮添加對4種森林類型林下植物多樣性的影響[J]. 胡鈞宇,朱劍霄,周璋,李鵬,崔珺,唐志堯,方精云.  北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2014(05)
[10]亞熱帶杉木人工林下植物多樣性對氮沉降的響應(yīng)[J]. 吳建平,劉文飛,袁穎紅,黃榮珍,樊后保,廖迎春,林文龍.  水土保持通報(bào). 2014(04)
 
博士論文
 
[1]中國酸沉降臨界負(fù)荷區(qū)劃研究[D]. 段雷.清華大學(xué) 2000
 
碩士論文
 
[1]福建省氣態(tài)活性氮排放及影響因素研究[D]. 馮永杰.福建師范大學(xué) 2015
[2]模擬氮沉降對興安落葉松凋落物養(yǎng)分釋放動態(tài)的影響研究[D]. 陳翔.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 2014
[3]長壽命溫室氣體CH4、N2O的輻射強(qiáng)迫和全球增溫潛能的研究[D]. 張若玉.南京信息工程大學(xué) 2011


本文編號:2680047

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