水体微塑料丰度标准化方法与通量模拟研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 薛宇轩 |
| 答辩日期 | 2024-12 |
| 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 | 卢宏玮 |
| 关键词 | 丰度标准化 水体微塑料 通量模拟 SSP情景 微塑料减量路径 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然地理学 |
| 英文摘要 | 水体微塑料是指各类水体中尺寸介于1 μm ~ 5 mm 的塑料碎片，其不仅难以回收处理还会产生十分复杂的生态影响。水体微塑料丰度的检测方法与计量单位各异，导致不同研究的检测不确定性较高。水体微塑料通量模拟精度受水体微塑料丰度的不确定性影响极大，且难以在除入海口以外的流域断面模拟通量。因此，本研究聚焦“如何减少数据不确定性进而提高流域断面微塑料通量模拟的精度？”这一科学问题，建立水体微塑料丰度标准化模型（Microplastic ConcentrationStandardization model, MCS 模型），并构建流域水体微塑料通量模拟模型（AquaticMicroplastic Flux model, AMF 模型）。研究成果不仅有助于准确认识全球水体微塑料空间分布格局及其驱动因素，提升水体微塑料通量模拟的精度，还可以明晰并预测区域尺度上水体微塑料的管理重点，为微塑料减量路径提供理论支撑。本研究通过原位实验和量纲转换方法，构建了MCS 模型，基于MCS 模型收集且标准化了全球水体微塑料数据，并利用热点分析、多元回归和地理加权回归探讨了其全球分布格局和驱动因素。基于D-infinite 算法、MARINA-Plastics 模型和疏于管理的塑料垃圾量（Mismanagement plastic waste, MPW）模型，构建了流域AMF 模型，并在长江、欧洲北大西洋和北美洲五大湖及圣劳伦斯河三个典型流域进行了模拟。根据共享社会经济路径（Shared Socioeconomic Pathways, SSP）情景与微塑料减量路径，设计了8 种未来情景，揭示了SSP 情景下水体微塑料通量的变化和微塑料减量路径的减量效果。主要研究内容和结果如下： （1）MCS 模型能够标准化水体微塑料的单位和丰度，大幅降低筛网孔径对检测结果的影响。MCS 模型的MS-MP 曲线在青海省内黄河流域和北京市内的温榆河流域的拟合效果均显著（p < 0.001）较好，R2 分别为0.51 和0.43。MCS模型的参数 ，在不同情况下的取值分别为-0.348、-0.319、-0.301 ± 0.078（平均值 ± 标准差）和-0.389 ± 0.545，证明了MCS 模型在全球水体微塑料标准化的过程中使用同一个 取值的可行性。利用MCS 模型标准化全球水体微塑料数据后，区域尺度上筛网孔径的相对重要性从 14.05 % 降为不显著，全球尺度上从24.56 ± 6.85 % 降为不显著。 （2）经MCS 模型标准化的全球水体微塑料丰度数据反映，水体微塑料在北美洲平均丰度较高，且其在全球尺度上的主要驱动因素为人类发展指数，在区域尺度上为夜间灯光指数。在全球范围内，标准化水体微塑料的平均丰度为1777.43± 7659.45 个/m3，平均丰度最高的大洲为北美洲（2558.90 ± 4799.62 个/m3），最高的大洋为太平洋（2052.49 ± 10460.71 个/m3）。在全球尺度上，人类发展指数与水体微塑料丰度之间的R2 和相对重要性最高，分别达到了0.333（p < 0.001, Ftest）和75.86 %，其次为MPW（0.284 和48.23 %）。在区域尺度上，有83.79 %的水体微塑料丰度样点的主要驱动因素为夜间灯光指数，有14.26 %为MPW。 （3）AMF 模型在三个典型流域的模拟效果较好，其应用结果显示三个典型流域主要河道水体微塑料通量的高值区域主要位于城市附近。在验证期，AMF 模型在长江、欧洲北大西洋和北美洲五大湖及圣劳伦斯河三个典型流域的p 值均小于0.01，R2 分别达到了0.58、0.81 和0.71，纳什效率系数分别达到了0.42、0.44和0.51。在长江、欧洲北大西洋和北美洲五大湖及圣劳伦斯河流域，水体微塑料通量较高的区域分别位于重庆市和湖北武汉市（>2000 t/a），法国巴黎（>10 t/a），渥太华、沙威尼根和魁北克（>1 t/a）。 （4）SSP 情景下，水体微塑料通量上升的重点区域位于城市及其附近，塑料替代材料应用能较好地降低水体微塑料通量。在长江流域，重庆部分地区和达州市的通量上升较高，在情景2 达到了758.32 ± 554.40 t/a；在欧洲北大西洋流域，瑞士库尔、德国波恩、法国巴黎和鲁昂的通量上升较高，在情景1 达到了0.43、0.91、0.45 和0.66 t/a；在北美洲五大湖及圣劳伦斯河流域，魁北克和萨格奈的通量上升较高，在情景2 分别达到了0.98 和0.72 t/a。三种微塑料减量路径对水体微塑料通量的减量效果从高到低依次为塑料替代材料应用、塑料废物回收和污水处理技术革新。 |
| 学科主题 | 自然地理学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 162 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217284]  |
| 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 | 薛宇轩. 水体微塑料丰度标准化方法与通量模拟研究[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
浏览0
下载0
收藏0
其他版本
除非特别说明，本系统中所有内容都受版权保护，并保留所有权利。