氣候變化與流域非點(diǎn)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(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 3
1.2.1 氣候變化模擬與預(yù)估研究 3
1.2.2 流域多路徑氮流失模型評(píng)估研究 4
1.2.3 流域土壤侵蝕及非點(diǎn)源磷流失評(píng)估研究 6
1.2.4 流域土壤有機(jī)碳及其對(duì)非點(diǎn)源污染研究 7
1.2.5 基于沉積物的流域非點(diǎn)源污染研究 8
1.2.6 流域非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別及污染控制研究 9
第2章 中高緯農(nóng)區(qū)CMIP5全球氣候多模式應(yīng)用評(píng)估及氣候預(yù)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(shí)空能力評(píng)估及未來(lái)情景預(yù)估 12
2.2 CMIP5多模式對(duì)三江平原氣溫的時(shí)空模擬能力評(píng)估 19
2.2.1 CMIP5多模式氣溫空間模擬能力評(píng)估 19
2.2.2 CMIP5多模式氣溫時(shí)間模擬能力評(píng)估 21
2.2.3 CMIP5集合模式對(duì)三江平原氣溫的情景預(yù)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(jì)聯(lián)系 27
2.3.1 模型數(shù)據(jù)庫(kù) 27
2.3.2 ASD模型統(tǒng)計(jì)聯(lián)系的建立 27
2.3.3 基于GFDL-CM3模式的ASD模型統(tǒng)計(jì)聯(lián)系的建立 30
2.4 ASD統(tǒng)計(jì)降尺度法預(yù)估三江平原氣候變化情景 37
2.4.1 ASD統(tǒng)計(jì)降尺度法對(duì)三江平原氣溫變化情景的預(yù)估 37
2.4.2 ASD統(tǒng)計(jì)降尺度法對(duì)三江平原降水變化情景的預(yù)估 44
第3章 流域多路徑氮流失及其對(duì)氣候變化的響應(yīng) 47
3.1 研究區(qū)概況 47
3.1.1 自然地理概況 47
3.1.2 農(nóng)業(yè)活動(dòng)概況 49
3.2 不同水熱條件下流域農(nóng)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(shí)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(nóng)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(nóng)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(duì)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(nóng)田空間變化下土壤N2O排放特征 99
3.4.5 不同水熱及農(nóng)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(nóng)田空間格局下河流N2O排放特征 118
3.5.4 水熱及農(nóng)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(nóng)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(nóng)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(diǎn)源磷流失及其對(duì)氣候變化的響應(yīng) 139
4.1 研究區(qū)概況 139
4.2 土地利用類(lèi)型和土壤性質(zhì)變化對(duì)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(shí)空分布特征 146
4.2.3 流域土壤性質(zhì)變化特征 148
4.2.4 流域土地利用類(lèi)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(xiàn)因子分析 154
4.2.7 非點(diǎn)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(zhì)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(diǎn)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(guò)程與土壤侵蝕和非點(diǎn)源磷流失的關(guān)系 184
4.5 降水和溫度變化對(duì)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(lèi) 186
4.5.3 降水驅(qū)動(dòng)因子時(shí)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(qū)動(dòng)因子 193
4.5.7 融雪季土壤侵蝕驅(qū)動(dòng)因子 194
4.6 未來(lái)氣候變化對(duì)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(nóng)田土壤侵蝕響應(yīng)特征 203
4.6.6 氣候變化下融雪季農(nóng)田土壤侵蝕響應(yīng)特征 207
第5章 流域土壤有機(jī)碳對(duì)氣候變化的響應(yīng)及對(duì)非點(diǎn)源污染的影響 210
5.1 流域土壤有機(jī)碳及非點(diǎn)源污染模擬方法構(gòu)建 210
5.1.1 土壤有機(jī)碳模擬方法 210
5.1.2 非點(diǎn)源污染模擬方法 210
5.2 氣候變化下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量模擬 212
5.2.1 DNDC模型數(shù)據(jù)庫(kù) 212
5.2.2 參數(shù)敏感性分析及率定 214
5.2.3 不同土層深度有機(jī)碳含量時(shí)間變化 218
5.2.4 土壤有機(jī)碳含量空間差異 220
5.3 氣候變化下的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染模擬 222
5.3.1 考慮土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化的非點(diǎn)源污染模擬 222
5.3.2 SWAT模型模擬效果驗(yàn)證 223
5.3.3 非點(diǎn)源污染時(shí)間變化規(guī)律 224
5.3.4 非點(diǎn)源污染的空間分布變化規(guī)律 226
5.4 土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化對(duì)非點(diǎn)源污染的影響 231
5.4.1 非耦合與耦合模型模擬結(jié)果對(duì)比 231
5.4.2 土壤有機(jī)碳對(duì)非點(diǎn)源氮流失負(fù)荷的影響 233
5.4.3 土壤有機(jī)碳對(duì)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(diǎn)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(yù)處理 240
6.2.2 實(shí)驗(yàn)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(guó)內(nèi)其他區(qū)域相關(guān)研究對(duì)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(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) 255
6.4 河流沉積物無(wú)機(jī)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(wú)機(jī)污染物累積特征對(duì)比 257
6.4.2 流域土地利用類(lèi)型差異對(duì)沉積物無(wú)機(jī)污染物累積的影響分析 257
6.4.3 流域降水及徑流差異對(duì)沉積物無(wú)機(jī)污染物累積的影響分析 258
6.5 河流沉積物無(wú)機(jī)污染物累積影響因素的時(shí)間尺度分析 261
6.5.1 沉積柱的年代測(cè)定 261
6.5.2 土地利用變化對(duì)沉積物無(wú)機(jī)污染物累積的影響分析 263
6.5.3 降水量及徑流量變化對(duì)河流無(wú)機(jī)污染物累積影響分析 269
第7章 流域非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別及控制 271
7.1 SWAT模型水田模塊的構(gòu)建及有效性驗(yàn)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(yàn)證 277
7.1.3 水田非點(diǎn)源負(fù)荷的模擬結(jié)果 280
7.1.4 原模型與改進(jìn)模型在水田氮磷流失模擬結(jié)果中的比較分析 281
7.2 凍融農(nóng)區(qū)非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)的優(yōu)化識(shí)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(shí)別方法的關(guān)鍵源區(qū)分布 289
7.2.4 改進(jìn)識(shí)別方法得到的關(guān)鍵源區(qū)分布 291
7.3 基于昀佳管理措施優(yōu)選的關(guān)鍵源區(qū)旱田非點(diǎn)源污染控制 296
7.3.1 技術(shù)方法 296
7.3.2 退耕還林措施在不同情景下對(duì)旱田非點(diǎn)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(duì)旱田非點(diǎn)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(duì)旱田非點(diǎn)源污染的削減效果分析 309
7.4 基于水位調(diào)控的關(guān)鍵源區(qū)水田的非點(diǎn)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(diǎn)源負(fù)荷強(qiáng)度 322
7.4.3 控水減排措施對(duì)關(guān)鍵源區(qū)水田非點(diǎn)源污染的控制效果 326
7.5 組合措施對(duì)流域非點(diǎn)源污染關(guān)鍵源區(qū)的控制效果評(píng)估 332
7.5.1 評(píng)估方法 332
7.5.2 組合管理措施在凍融季的非點(diǎn)源污染削減效果 333
7.5.3 組合管理措施在生長(zhǎng)季對(duì)關(guān)鍵源區(qū)非點(diǎn)源污染的控制效果 340
參考文獻(xiàn) 347