本文關(guān)鍵詞：三峽庫區(qū)酸沉降特征及其對森林土壤的影響

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【摘要】：近年來,酸沉降已經(jīng)成為全球面臨的重要環(huán)境問題之一,對全球生態(tài)系統(tǒng)造成極大威脅,不僅使得土壤酸化、土壤結(jié)構(gòu)破壞、水體酸化、水質(zhì)變差、森林衰亡、農(nóng)作物減產(chǎn)以及腐蝕建筑物等,還會對人類生活造成極大影響,更危及人類生存和發(fā)展。目前,繼歐洲和美國以后,我國已經(jīng)成為世界上第三大酸雨區(qū),而且主要集中于我國中部和西南地區(qū)。因此,本研究以三峽庫區(qū)作為主要研究區(qū)域,采用野外試驗、室內(nèi)分析和模型模擬等方法研究庫區(qū)內(nèi)導(dǎo)致酸沉降的主要酸沉降前體物(SO2和NO2)現(xiàn)狀和區(qū)域來源、大氣酸沉降特征、庫區(qū)酸臨界負荷和超臨界負荷情況、酸沉降對森林土壤的影響以及未來酸雨情況,具體研究結(jié)果如下：(1)三峽庫區(qū)在經(jīng)歷了30年迅速的城市化和工業(yè)化進程后,酸沉降前體物SO2和NO2年均濃度分別在0.034-0.039 mg·m-3和0.026-0.031 mg·m-3之間�；趪鴺�,三峽庫區(qū)一類區(qū)SO2年平均排放濃度僅有巫溪近幾年排放濃度達標；NO2年均排放濃度大部分區(qū)縣均已達到標準。應(yīng)用Hysplit4氣流軌跡模型對庫區(qū)2013年氣流軌跡模擬得到兩條軌跡線,1號軌跡線起源于庫區(qū)境內(nèi),出現(xiàn)頻率達到77%,；2號軌跡線起源于庫區(qū)外南部,出現(xiàn)頻率為23%。說明外來源污染物對庫區(qū)污染物量影響較小。(2)2007-2013年三峽庫區(qū)年均降水量在968.53-1254.12mm之間,四季降水分明。降水年均pH值在4.26-4.79之間,始終低于5.6,屬于酸性降水。根據(jù)降水污染程度,庫區(qū)降水在輕度污染和中度污染之間。應(yīng)用主成分分析法(PCA)對庫區(qū)大氣降水離子成分進行正交旋轉(zhuǎn)后得出2個主成分；而應(yīng)用源解析模型(PMF)分析模型進行源解析得出4個因子,因子1：Na+和Cl-,主要是海洋源污染物高空遠距離輸送所致；因子2:NH4+和SO42-,主要屬于煤炭燃燒、農(nóng)業(yè)源；因子3：Ca2+和Mg2+,主要代表了地殼或風吹塵源；因子4:NO3-,代表化石燃料燃燒源。PCA和PMF兩種方法由于解析原理或假設(shè)不同,導(dǎo)致源解析結(jié)果存在一定差異性,表現(xiàn)出各自在應(yīng)用上的優(yōu)勢和局限性。(3)應(yīng)用簡單質(zhì)量平衡法(SMB)評估三峽庫區(qū)酸臨界負荷,該值在0-10.3keq·ha-1·yr-1之間,5.0 keq·ha-1·yr-1以上酸臨界負荷主要分布在三峽庫區(qū)上游和下游部分地區(qū)；營養(yǎng)氮臨界負荷值在0-3.5 keq·ha-1·yr-1之間,低于硫臨界負荷。酸臨界負荷超過量在0-2.1 keq·ha-1·yr-1之間,已達整個庫區(qū)近4.8%的面積；營養(yǎng)氮臨界負荷超過量在0-0.3 keq·ha-1·yr-1之間,已占整個庫區(qū)29.0%的面積,應(yīng)重點保護臨界負荷被超過區(qū)域,防止酸沉降對森林生態(tài)系統(tǒng)造成更大危害。對三峽庫區(qū)酸臨界負荷模型所需各參數(shù)敏感性分析發(fā)現(xiàn),最重要的影響參數(shù)是凈氮固定速率(Nu)和鹽基陽離子與鋁離子的比值(Bc:Al),二者對酸臨界負荷評估影響分別占到了37.0%和33.3%；其次為氮沉降量(Bcdep),占到了17.9%,而其它參數(shù)對臨界負荷評估影響較小,特別是水鋁礦平衡常數(shù)(kgibb)、徑流量(Q)和時間(t)。(4)大氣降水經(jīng)過針闊混交林和闊葉林冠層后水化學(xué)性質(zhì)發(fā)生明顯變化,pH值分別下降0.88和0.71個pH當量。闊葉林樹干莖流中Ca2+淋溶量和淋溶系數(shù)分別達到4.606 mg·L-1和2.360,明顯高于針闊混交林。降水經(jīng)土壤層后針闊混交林壤中流pH值升至7.55,而常綠闊葉林壤中流pH值降至6.59。針闊混交林和闊葉林表層土壤pH值從2010年到2012年呈減少趨勢。兩種林分土壤pH隨著H+加入量的增加呈“L”型逐漸降低。土壤酸緩沖曲線在H+加入量達到0.03mol/kg時發(fā)生轉(zhuǎn)折。土壤pH3.0時針闊混交林和闊葉林土壤酸緩沖容量均較��；土壤pH3.0時兩種林分的土壤酸緩沖容量急劇上升,是pH3.0時的2.8-4.2倍。針闊混交林和闊葉林土壤酸害容量基本呈現(xiàn)出從土壤A層到C層先減少后增加的趨勢。根據(jù)土壤酸害容量劃分等級,兩種林分土壤均屬于易受害土壤,土壤對酸沉降相對較敏感。(5)應(yīng)用Matlab R2014b構(gòu)建酸沉降預(yù)測網(wǎng)絡(luò)NAR神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)并進行多次訓(xùn)練,完成建模任務(wù),可以通過延時對時間序列數(shù)據(jù)進行仿真與預(yù)測。三峽庫區(qū)預(yù)測2014年、2015年和2016年降水量分別達到1599.4mm、1422.6mm和1766.1mm,普遍高于2007-2013年實測降水量；降水pH分別為4.77、5.23和5.21,屬于弱酸雨；相較于2013年,2014-2016年預(yù)測各離子含量均有所升高,預(yù)測降水中主要陰離子仍以SO42-和NO3-為主,主要陽離子以NH4+和Ca2+為主,根據(jù)[SO42-]/[NO3-]可知,2014-2016年庫區(qū)酸雨仍屬于燃煤型酸雨。
【學(xué)位授予單位】：北京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S714

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10 石s，

本文編號：1264047