白洋淀氮磷循环过程对人为输入的动态响应机制研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 栗塞雅 |
| 答辩日期 | 2024-06 |
| 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 | 邓祥征 ; 张亚丽 |
| 关键词 | 白洋淀 人为外源 氮磷循环 MIKE21 模型 SPARROW 模型 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 浅水湖泊水动力条件复杂、生态系统脆弱，极易受人类活动干扰。白洋淀作为华北平原最大的草型浅水湖泊，是雄安新区蓝绿空间的核心区域，尽管近年来水质状况有所改善，但仍面临流域面源污染、生活污水排放等人为外源污染的压力。因此，揭示白洋淀氮磷循环关键过程对流域人为输入的响应机制，对白洋淀水环境治理与雄安新区生态文明建设具有重要指导意义。本研究聚焦于白洋淀湖泊氮磷循环过程对流域人为外源输入的响应，整合2000—2020 年高程、土地利用、气象要素、人为污染、水文条件、湖泊水质等多源数据，全面刻画白洋淀流域工业、城镇污水排放及三项农业管理实践（化肥施用、田间残留与畜禽养殖）等人为活动，采用基于空间的流域属性回归模型(SPARROW)模拟流域氮磷输入及传输过程，核算流域人为氮磷输入负荷，厘清流域重要污染源的贡献率；进一步耦合MIKE21 水动力-水质模型揭示了湖泊氮磷循环关键过程对人为输入的时空响应机制，主要结论如下： （1）白洋淀流域在人为外源污染影响下，总氮（TN）与总磷（TP）污染呈现周期性波动下降趋势，且关键污染来源不同。具体来看，各子流域的年均TN负荷介于248.30 吨/年至446.53 吨/年之间，TP 负荷则介于28.06 吨/年至57.88吨/年之间。2000—2020 年期间，白洋淀流域各河流TN 与TP 平均浓度呈现波动下降的趋势。特别在2015 年之后，得益于“水十条”政策的实施，取得显著的氮磷治理成效。白洋淀流域内各河段的平均TN 浓度介于2.15 mg/L 与6.51 mg/L之间，而TP 浓度相对较低，变化范围在0.23 mg/L 至0.48 mg/L。空间分布特征显示，TN 污染在源头河段表现出较高的敏感性，而TP 污染则在上游至下游的主干流河段中风险较高。未来区域规划承接京津冀人口迁移功能，仍将面临外部环境压力。从污染源贡献率来看，白洋淀流域的TN 负荷主要来源于点源污染，其年均贡献率为68.33%。自2015 年起，面源污染（肥料施用与田间残留）的贡献开始上升，表明面源污染对白洋淀流域TN 污染的影响日益加剧。与TN 不同，白洋淀流域超过一半的TP 负荷来自畜禽粪便，其贡献比例在2000 至2020 年间波动上升，平均占比在45.24%至63.71%之间，并于2017 年达到峰值。而点源污染对白洋淀流域TP 负荷的平均贡献率为47.53%，呈逐渐减少的趋势。 （2）流域人为外源污染输入加速了白洋淀的氮磷循环过程，且湖泊氮磷浓度对外源输入的响应存在时间滞后效应。在人为外源污染下，白洋淀的关键氮磷循环过程，包括氨化、氨氧化、亚硝酸盐氧化、反硝化、磷释放与磷吸收，均呈现先上升后下降的趋势。这些氮磷循环过程在秋季反应速率最快，三年（2006、2012、2019）平均反应速率分别为0.017 g N/(m³·day)、0.012 g N/(m³·day)、0.015g N/(m³·day)、0.018 g N/(m³·day)、0.001 g P/(m³·day)、0.002 g P/(m³·day)，其次为夏季，冬春季较低。究其原因在于季节性汛期与枯水期导致上游河流水动力条件改变，直接影响入湖区氮磷循环过程；随湖泊水体流动向湖心扩散，沉积物与上覆水之间的交换作用增强，进而影响湖心区氮磷循环过程。进一步刻画了白洋淀氮磷限制的季节性演变特征，春、夏季湖心区表现为磷限制，入湖区则兼有氮磷双重限制与氮限制。与之相比，秋、冬季湖心区表现为磷限制与氮限制共存，氮限制为主的范围逐渐扩大，而入湖区仍以氮磷双重限制为主。交叉相关分析结果表明，白洋淀氮磷浓度对流域人为输入存在非线性滞后效应，TN 对流域人为输入的响应在滞后2 年时最显著，TP 则在滞后2~4 年均显著，即TP 比TN 滞后时间更长。 本研究深入探讨了白洋淀氮磷循环对流域人为外源输入的动态响应。研究揭示了入湖区与湖心区氮磷循环的空间异质性、氮磷富集与损失的差异性以及响应的时滞性。基于此，应针对性削减上游面源污染，优先强化入湖区污染源头监管，细化氮磷调控措施，建立长效监测机制以促进水质持续改善。研究提出了分区分季节水质控制及恢复管理策略，为白洋淀氮磷污染的精准管理提供了科学依据，并为白洋淀流域氮磷调控的重点提供了理论指导。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 116 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/208053]  |
| 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 | 栗塞雅. 白洋淀氮磷循环过程对人为输入的动态响应机制研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2024. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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