气候变化与流域非点源污染

目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究进展 3
1.2.1 气候变化模拟与预估研究 3
1.2.2 流域多路径氮流失模型评估研究 4
1.2.3 流域土壤侵蚀及非点源磷流失评估研究 6
1.2.4 流域土壤有机碳及其对非点源污染研究 7
1.2.5 基于沉积物的流域非点源污染研究 8
1.2.6 流域非点源污染关键源区识别及污染控制研究 9
第2章 中高纬农区CMIP5全球气候多模式应用评估及气候预估 12
2.1 材料与方法 12
2.1.1 研究区概况 12
2.1.2 模型时空能力评估及未来情景预估 12
2.2 CMIP5多模式对三江平原气温的时空模拟能力评估 19
2.2.1 CMIP5多模式气温空间模拟能力评估 19
2.2.2 CMIP5多模式气温时间模拟能力评估 21
2.2.3 CMIP5集合模式对三江平原气温的情景预估 23
2.3 ASD降尺度法建立大尺度气候与区域气候的统计联系 27
2.3.1 模型数据库 27
2.3.2 ASD模型统计联系的建立 27
2.3.3 基于GFDL-CM3模式的ASD模型统计联系的建立 30
2.4 ASD统计降尺度法预估三江平原气候变化情景 37
2.4.1 ASD统计降尺度法对三江平原气温变化情景的预估 37
2.4.2 ASD统计降尺度法对三江平原降水变化情景的预估 44
第3章 流域多路径氮流失及其对气候变化的响应 47
3.1 研究区概况 47
3.1.1 自然地理概况 47
3.1.2 农业活动概况 49
3.2 不同水热条件下流域农田空间演变模拟与分析 50
3.2.1 材料与方法 51
3.2.2 流域土地利用空间分布模拟方法框架 54
3.2.3 土地利用时空分布特征 64
3.3 变化环境下流域土壤径流氮流失特征 66
3.3.1 材料与方法 67
3.3.2 不同水热条件下土壤径流氮流失特征 70
3.3.3 不同农田空间变化下土壤径流氮流失特征 77
3.3.4 不同水热及农田空间变化下土壤径流氮流失特征 80
3.4 变化环境下流域土壤N2O排放特征 85
3.4.1 材料与方法 85
3.4.2 土壤N2O排放对环境因子的敏感性分析 93
3.4.3 不同水热条件下土壤N2O排放特征 95
3.4.4 不同农田空间变化下土壤N2O排放特征 99
3.4.5 不同水热及农田空间变化下土壤N2O排放特征 101
3.5 变化环境下流域河流N2O排放特征 105
3.5.1 材料与方法 105
3.5.2 不同水热条件下河流N2O排放特征 114
3.5.3 不同农田空间格局下河流N2O排放特征 118
3.5.4 水热及农田格局协同变化下河流N2O排放特征 123
3.6 流域多路径氮流失特征及减排建议 127
3.6.1 不同水热条件下流域多路径氮流失特征及减排建议 127
3.6.2 不同农田空间变化下流域多路径氮流失特征及减排建议 131
3.6.3 不同水热及农田空间变化下流域多路径氮流失特征及减排建议 135
第4章 流域土壤侵蚀与非点源磷流失及其对气候变化的响应 139
4.1 研究区概况 139
4.2 土地利用类型和土壤性质变化对流域土壤侵蚀的影响 140
4.2.1 材料与方法 140
4.2.2 流域土壤侵蚀因子时空分布特征 146
4.2.3 流域土壤性质变化特征 148
4.2.4 流域土地利用类型变化特征 150
4.2.5 流域土壤侵蚀变化特征 150
4.2.6 土壤侵蚀贡献因子分析 154
4.2.7 非点源磷流失分析 155
4.3 旱田融雪季和雨季土壤侵蚀特征及其变化成因 156
4.3.1 材料与方法 156
4.3.2 降水和温度月际变化特征 163
4.3.3 流域土壤侵蚀季节性变化特征 164
4.3.4 旱田土壤含水量季节性变化特征 165
4.3.5 旱田地表径流和土壤侵蚀变化特征 167
4.3.6 旱田融雪季和雨季土壤侵蚀变化分析 168
4.3.7 旱田融雪季和雨季土壤入渗性能 170
4.4 水田融雪季土壤侵蚀特征及其变化成因 172
4.4.1 不同深度土壤理化性质特征 172
4.4.2 水田融雪季地表径流和土壤侵蚀变化特征 174
4.4.3 水田融雪季土壤入渗性能 176
4.4.4 融雪季和雨季非点源磷流失特征 177
4.4.5 融雪季和雨季土壤入渗性能分析 177
4.4.6 土壤入渗过程与土壤侵蚀和非点源磷流失的关系 184
4.5 降水和温度变化对流域土壤侵蚀的影响 185
4.5.1 材料与方法 185
4.5.2 典型气象代表年分类 186
4.5.3 降水驱动因子时间变化特征 187
4.5.4 典型气象代表年地表径流特征 187
4.5.5 典型气象代表年土壤侵蚀特征 190
4.5.6 降雨土壤侵蚀驱动因子 193
4.5.7 融雪季土壤侵蚀驱动因子 194
4.6 未来气候变化对流域土壤侵蚀的影响 195
4.6.1 降水和温度年际变化特征 196
4.6.2 气候变化下流域地表径流和土壤侵蚀特征 198
4.6.3 气候变化下地表径流和土壤侵蚀空间分布特征 199
4.6.4 气候变化下融雪季地表径流和土壤侵蚀空间分布特征 202
4.6.5 气候变化下农田土壤侵蚀响应特征 203
4.6.6 气候变化下融雪季农田土壤侵蚀响应特征 207
第5章 流域土壤有机碳对气候变化的响应及对非点源污染的影响 210
5.1 流域土壤有机碳及非点源污染模拟方法构建 210
5.1.1 土壤有机碳模拟方法 210
5.1.2 非点源污染模拟方法 210
5.2 气候变化下土壤有机碳储量模拟 212
5.2.1 DNDC模型数据库 212
5.2.2 参数敏感性分析及率定 214
5.2.3 不同土层深度有机碳含量时间变化 218
5.2.4 土壤有机碳含量空间差异 220
5.3 气候变化下的农业非点源污染模拟 222
5.3.1 考虑土壤有机碳动态变化的非点源污染模拟 222
5.3.2 SWAT模型模拟效果验证 223
5.3.3 非点源污染时间变化规律 224
5.3.4 非点源污染的空间分布变化规律 226
5.4 土壤有机碳动态变化对非点源污染的影响 231
5.4.1 非耦合与耦合模型模拟结果对比 231
5.4.2 土壤有机碳对非点源氮流失负荷的影响 233
5.4.3 土壤有机碳对磷污染的影响 234
第6章 基于沉积物的不同气候条件下非点源污染流失差异 236
6.1 研究区概况 236
6.1.1 地理位置 236
6.1.2 气候水文 236
6.1.3 土地利用 239
6.2 沉积物中总氮总磷累积特征研究 240
6.2.1 采样及样品预处理 240
6.2.2 实验方法 240
6.2.3 沉积物中总氮总磷浓度的垂直分布特征 241
6.2.4 研究区沉积物中氮磷浓度与国内其他区域相关研究对比 244
6.3 沉积物中代表性重金属累积特征研究 245
6.3.1 沉积物中代表性重金属含量垂直分布特征 245
6.3.2 沉积物中代表性重金属的不同形态分布特征 252
6.3.3 河流沉积物代表性重金属污染风险评价 255
6.4 河流沉积物无机污染物累积影响因素的空间尺度分析 257
6.4.1 沉积物中无机污染物累积特征对比 257
6.4.2 流域土地利用类型差异对沉积物无机污染物累积的影响分析 257
6.4.3 流域降水及径流差异对沉积物无机污染物累积的影响分析 258
6.5 河流沉积物无机污染物累积影响因素的时间尺度分析 261
6.5.1 沉积柱的年代测定 261
6.5.2 土地利用变化对沉积物无机污染物累积的影响分析 263
6.5.3 降水量及径流量变化对河流无机污染物累积影响分析 269
第7章 流域非点源污染关键源区识别及控制 271
7.1 SWAT模型水田模块的构建及有效性验证 271
7.1.1 模型水田模块的改良 271
7.1.2 模型的率定和验证 277
7.1.3 水田非点源负荷的模拟结果 280
7.1.4 原模型与改进模型在水田氮磷流失模拟结果中的比较分析 281
7.2 冻融农区非点源污染关键源区的优化识别 284
7.2.1 材料与方法 284
7.2.2 流域氮、磷流失特征分析 288
7.2.3 传统识别方法的关键源区分布 289
7.2.4 改进识别方法得到的关键源区分布 291
7.3 基于昀佳管理措施优选的关键源区旱田非点源污染控制 296
7.3.1 技术方法 296
7.3.2 退耕还林措施在不同情景下对旱田非点源污染的削减效果分析 300
7.3.3 植被缓冲带在不同情景下对旱田非点源污染的削减效果分析 306
7.3.4 免耕和减量施肥在不同情景下对旱田非点源污染的削减效果分析 309
7.4 基于水位调控的关键源区水田的非点源污染控制 319
7.4.1 方法流程 320
7.4.2 不同降水条件下水田非点源负荷强度 322
7.4.3 控水减排措施对关键源区水田非点源污染的控制效果 326
7.5 组合措施对流域非点源污染关键源区的控制效果评估 332
7.5.1 评估方法 332
7.5.2 组合管理措施在冻融季的非点源污染削减效果 333
7.5.3 组合管理措施在生长季对关键源区非点源污染的控制效果 340
参考文献 347