永安溪流域养分流及遗留养分库动态分析

摘要

氮、磷是维持生态系统稳定和人类健康的必需元素。为了满足日益增长的人口对食物和能源的需要，全球人为输入的氮、磷量显著增加。过量的氮、磷输入，不仅造成了资源的浪费，而且引发了许多地区水域富营养化、土壤酸化、饮用水风险、生物多样性损失、气候变化等一系列生态环境问题。因此，实现氮、磷资源的高效管理、减少环境损失势在必行。本文以中国东部浙江省永安溪流域为研究对象，利用物质流分析方法，系统识别1980-2010年流域养分输入、流动、损失、积累的动态特征，明确各种人类活动对氮、磷流失量变化的贡献，解析遗留养分库的大小、位置和来源，提出流域氮、磷资源高效管理建议和对策。主要研究结果如下:
　　(1)1980-2010年，流域人为氮和磷输入净增加32％和34％，主要的人为氮、磷输入发生在种植业子系统。农业(种植业和畜牧业)系统的氮、磷利用率均呈现下降趋势，氮素和磷素利用效率分别由1980年的54％和44％逐步下降至2010年的40％和29％。城乡居民生活子系统的氮素和磷素分回用率分别由40％和59％下降至26％和45％，意味着大量含氮、磷废物没有得到及时还田，而是流入自然水域和非耕地土壤。
　　(2)对数平均迪氏指数分解法(LMDI)估算结果显示，导致历年磷流失进入自然水域负荷显著增加的主要驱动因子为畜禽数量和单位耕地流失系数，贡献率分别为41％和26％。对氮而言，单位耕地面积氮养分径流系数、农村人均粪便直排率和农村人口数最为关键，贡献率分别为33％、21％和19％。
　　(3)在过去的31年间，人为磷输入大部分被储存在耕地土壤、非耕地土壤和自然水域(特别是沉积物)，形成的遗留磷总量分别达到了27080ton P、14127ton P和10772ton P。尽管相当一部分氮会通过反硝化和氨挥发等而从流域中去除，但耕地土壤-地下水、非耕地土壤-地下水和自然水域仍出现了氮的净积累，形成的遗留氮总量也分别达到了114516ton N、261530ton N和27437ton N。整个永安溪流域1980-2010年期间遗留养分总量高达51979ton P和403482ton N。
　　(4)为了实现氮、磷资源高效利用、减少环境损失，应通过相应的技术手段，提高耕地土壤遗留氮、磷有效性，促进作物的二次利用;加强畜禽养殖场的循环管理，提倡种养结合模式，提高畜禽粪便的还田率;加强生活废弃物的分类和资源化处理，促进生物质废弃物的循环利用;注重城镇和农村污水高效处理。

目录

声明

论文说明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 物质流分析研究进展

1．3 研究目标与内容

第二章 研究材料与方法

2．1 研究流域概况

2．2 研究思路

2．3 流域养分物质流模型研究框架

2．4．2 畜牧业子系统

2．4．3 食品饲料加工子系统

2．4．4 城市居民生活子系统

2．4．5 农村居民生活子系统

2．4．6 固体废物处置

2．4．7 非耕地土壤

2．4．8 自然水域

2．4．9 养分收支平衡

2．5 数据来源

2．6 对数平均迪氏指数分解模型

2．7 敏感性和不确定性分析

第三章 永安溪流域磷流及遗留磷库动态分析

3．1 磷流的历史演变特征分析

3．1．1 种植业子系统

3．1．2 畜牧业子系统

3．1．3 城乡居民生活子系统

3．2 磷流失进入水域的负荷历年变化驱动因子的贡献分解

3．3 流域遗留磷库动态分析

3．4 本章小结

第四章 永安溪流域氮流及遗留氮库动态分析

4．1 氮流的历史演变特征分析

4．1．1 种植业子系统

4．1．2 畜牧业子系统

4．1．3 城乡居民生活子系统

4．2 氮流失进入水域的负荷历年变化驱动因子的贡献分解

4．3 流域遗留氮库动态分析

4．4 本章小结

第五章 永安溪流域氮、磷资源管理的对策和建议

第六章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 创新和特色

6．3 对进一步工作的建议

参考文献

附表