大气酸沉降对中国陆地生态系统的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | 张琼予 |
| 答辩日期 | 2022-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 何念鹏 ; 王秋凤 |
| 关键词 | 酸沉降 时空格局 土壤酸化 经济损失 政策调控 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 大气组分的变化是全球变化的五大要素之一。随着经济和社会的迅猛发展， 工业化、城镇化的迅速推进导致大气中酸性污染物（SO2 和 NOx）增加。这些酸 性污染物在经历了复杂的反应后又会通过大气沉降的方式回落到地表，对生态系统造成影响。中国在很长一段时间里都面临着严峻的大气酸沉降问题。酸沉降不仅会直接对建筑、植被等造成腐蚀伤害，同时还会通过土壤酸化等进一步来影响 陆地生态系统的健康和稳定。从而导致生态系统服务功能下降，影响人类生产生活。因此，准确的量化大气酸沉降通量及时空格局变化趋势，探究大气酸沉降对 陆地生态系统的影响，认识大气酸沉降对人类生产生活造成的损失。这将有助于 加强我们对酸沉降及其危害的认识，为我国政府对酸性污染物的合理管控和措施 调整提供科学依据，同时也为其他国家提供历史借鉴意义。 本论文基于中国大气湿沉降观测网络（China_WD）的实测数据及历史文献 数据，系统的完善中国大气酸沉降数据集，重点对酸沉降的酸缓冲组分（盐基离 子）进行进一步的认识和探究；在此基础上基于土壤酸化过程、酸碱平衡原理、 及模型模拟的手段对大气酸沉降对土壤的酸化效应的时空格局、影响因素以及未 来不同情景下的响应进行探究和预测；同时，我们进一步量化了酸沉降对我们人类生产生活造成的经济损失，为国家如何调控发展策略、维护生态安全提供理论基础。主要研究结果如下： （1）中国大气盐基离子湿沉降量平均为 2.12 keq ha–1 yr–1，其中 Ca2+占比最大， 其次是 Na+、Mg2+和 K +。受地区土壤交换性盐基含量、大气 PM10浓度、能源消 耗量以及水泥产量的差异的影响，高的盐基离子沉降主要分布在华北、华中、华 南地区，而在青藏、西北等地较低。同时，受我国对酸雨和颗粒物控制策略的影 响，2000 到 2017 年间盐基离子沉降在连续下降后呈现稳定趋势。盐基离子具有 巨大的酸缓冲能力它可以中和雨水中 84.85%来自于 NO3 –和 SO4 2–产生的酸度， 是我们在进行酸沉降研究中不可忽视的部分。 （2）为探究大气酸沉降对草地生态系统的影响，我们以高寒草地（青藏高原） 和典型草地（内蒙古高原）为研究对象进行对比研究。结果表明，整体而言由于绝大多数草地土壤碳酸盐含量较高，因此土壤酸缓冲能力较强，酸化风险较低。然而，青藏高原的东南部地区土壤缺乏碳酸盐主要依靠交换性盐基离子进行酸缓 冲（缓冲能力较弱）；同时受到相邻地区的酸性污染物远距离传输和本地排放的 影响，导致该区域酸沉降量较高。高的酸输入量和较低的酸缓冲能力综合导致了 相比于其他区域青藏高原的东南部土壤酸化风险更高。如不加以管控，在未来300 年内将会导致该区域土壤 pH 持续下降最终造成盐基离子耗竭、重金属毒害等危害。 （3）相比于草地生态系统，森林生态系统受酸沉降影响导致的土壤酸化情况 更为严重。1980-2019 年间表层土壤（0-30cm）pH 和盐基饱和度分别下降了 0.56和 18%，Al3+从 2000s 以来也逐步释放。华中和华南地区的土壤酸化情况显著高 于其他区域。硫沉降对土壤酸化速率的贡献显著大于氮沉降，但后者的贡献在持 续增加。受国家减排策略的影响，自 2010s 以来土壤 pH 下降速率减缓。在2020-2050 年间，可持续发展-低碳排放-高强度减排政策的情景(SSP1-26-BHE)相 比于不进行控制的情景（SSP3-70-BAU）可使土壤 pH 下降率降低 60%，然而仍 不能完全逆转土壤酸化，特别是在 pH 值较低的地区，我们需要在这些区域适当 采取人为恢复等措施。 （4） 酸沉降对不同生态系统的影响进一步导致其服务功能下降对社会经济造 成了损失。1980-2019 年间，酸沉降对不同行业造成的累计经济损失高达 2300 亿美元，年平均占 GDP 比例为 0.27%。在不同行业中，建筑材料造成的损失最大，其次是农田、森林和道路。但随着中国污染物控制和清洁能源的推广，酸沉 降造成的经济损失和损失占 GDP 的比例分别下降了 38%和 91%。此外，高的经 济损失和损失占 GDP 的比例总是发生在发展水平中等的区域，这意味着未来在这些区域我们更加需要强调经济和环境的协同发展。 总的来说，本研究在全国尺度上完善了对大气酸沉降的认识；揭示了大气酸沉降对陆地生态系统在土壤酸化方面的影响；量化了大气酸沉降为人类社会带来 的经济损失。本研究为我国大气污染物的监测和治理必要性提供了理论基础，同 时对加强其生态效益的研究提供了建议。 |
| 学科主题 | 生态学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 122 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/184638]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张琼予. 大气酸沉降对中国陆地生态系统的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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