
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1、長(zhǎng)江流域人類活動(dòng)凈氮輸入及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)淺析近幾十年來 , 高強(qiáng)度的人類活動(dòng)在全球范圍內(nèi)使得環(huán)境中大量的氮元素進(jìn)入水生生態(tài)系統(tǒng) , 從而導(dǎo)致了水體富營(yíng)養(yǎng)化、有害藻類赤潮頻發(fā)和近海低氧區(qū)的產(chǎn)生與加劇等一系列重大而緊迫的全球性環(huán)境問題。有很多學(xué)者認(rèn)為, 大量的河流氮輸出主要是源于流域中人類生產(chǎn)活動(dòng)過程中不合理的氮輸入。因此 , 流域內(nèi)人類活動(dòng)凈氮輸入(Net AnthropogenicNitrogenInputs,NANI)的定量源解析及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)分析研究引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的關(guān)注。NANI的模型方法是由 Howarth et al. (1996)率先提出的 , 該方法主要由四部分組成:大氣氮沉
2、降、氮肥的施用、食品飼料凈氮輸入和作物固氮, 這四部分代表了氮素進(jìn)入流域的主要外界輸入。該研究為流域尺度上養(yǎng)分管理政策開創(chuàng)了新模式, 并為氮素污染問題的研究與治理提供了新的思路。此方法在國(guó)外被大量的成功應(yīng)用, 為各國(guó)流域的氮素控制措施提供了積極有效的決策支持。但是 , 就目前而言 , 該方法在我國(guó)的發(fā)展與應(yīng)用尚處于起步階段。自改革開放以來 , 長(zhǎng)江流域經(jīng)濟(jì)得到迅猛發(fā)展, 城市化進(jìn)程加快 , 人類活動(dòng)強(qiáng)度進(jìn)一步增大,而流域生態(tài)系統(tǒng)正面臨著日益嚴(yán)峻的考驗(yàn)。鑒于此 , 本文以長(zhǎng)江流域作為研究區(qū)域, 定量研究了 19802012 年間長(zhǎng)江流域中由人類活動(dòng)引起的凈氮輸入及其生態(tài)環(huán)境效應(yīng)。研究結(jié)果不僅豐富
3、了流域中氮素輸入源的理論知識(shí) , 而且對(duì)流域氮素管理政策具有重要指導(dǎo)意義。本文取得的主要研究結(jié)果和認(rèn)識(shí)包括:(1) 長(zhǎng)江流域人類活動(dòng)凈氮輸入存在明顯時(shí)空差異特征 (one-way ANOVA, p<0.01)。從時(shí)間尺度來看 , 長(zhǎng)江流域中NANI整體呈現(xiàn)先上升后穩(wěn)定的趨勢(shì), 從 3537.0 ± 615.3 kg N km-2 yr-1(1980年 ) 增加到 8176.6 ± 1442.1 kg N km-2 yr-1(2012年 ), 增加了兩倍多。從空間分布上來看 , 長(zhǎng)江流域中各子流域的NANI大體上呈現(xiàn)出從西部到東部逐漸增加的趨勢(shì) , 與國(guó)外相關(guān)研
4、究結(jié)果相比處于偏高水平。其中 , 太湖流域的人為凈氮輸入量最大 (18574.6±3753.7 kg N km-2 yr-1),而金沙江流域最小(3054.1± 537.1 kg N km-2 yr-1)。(2) 就氮源組成結(jié)構(gòu)而言 , 氮肥的輸入是長(zhǎng)江流域最主要的氮素輸入源。在19802012年間 , 由氮肥施用導(dǎo)致的氮素輸入量在總NANI中約占 51.1%(40.8%56.1%), 并在 1995 年中所占比重達(dá)到最大 , 而后呈現(xiàn)緩慢下降的趨勢(shì)。食品 / 飼料的凈氮輸入量和生物固氮量所占比重整體呈現(xiàn)出下降趨勢(shì), 分別為 37.6% 18.3%(平均值為 26.0%)和
5、 15.3%7.4%(平均值為 9.7%)。大氣氮沉降量在總 NANI中占 13.2%(6.3%-23.5%), 其比重明顯上升。(3) 長(zhǎng)江流域可溶性無(wú)機(jī)氮通量(Dissolved Inorganic Nitrogen, DIN)與NANI及年徑流量的回歸模擬研究結(jié)果表明, 長(zhǎng)江流域中 DIN 輸出通量與 NANI、年徑流量顯著相關(guān) (R2=0.90,p<0.01)。并且探討了每年NANI、滯留氮庫(kù)和自然背景源對(duì)河流 DIN 輸出通量的貢獻(xiàn)率 , 分別約為 56%,38%,6%,由此可知人為氮輸入的貢獻(xiàn)率約為94%。另外 , 滯留氮庫(kù)對(duì)流域氮輸出通量的影響可能將持續(xù)較長(zhǎng)的時(shí)間。
6、(4) 長(zhǎng)江口及鄰近海域赤潮的發(fā)生頻率與人為氮的大量輸入有關(guān), 隨著氮素輸入的增加而不斷上升 , 大氣氮沉降、氮肥施用、食品 / 飼料凈氮輸入及作物固氮對(duì)赤潮的發(fā)生也均存在不同程度的促進(jìn)作用, 其中大氣氮沉降的促進(jìn)作用較大。三種情境模擬對(duì) 20132030 年長(zhǎng)江流域 DIN 輸出通量的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示:在"Status-quo" (現(xiàn)狀 ) 情境下 ,NANI 將增加約 75%,長(zhǎng)江流域 DIN 輸出通量較高 ,達(dá)到2860kg N km-2 yr-1,增加約122%;在“ Tackling"( 解決) 情境下 , 長(zhǎng)江DIN輸出通量最低, 為 1025.4 kg N km"2 yr-1,
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