题名土地利用变化 和气候变化对菲(Phe) 多介质 传输过程影响的模拟研究
作者曹祥会
答辩日期2020-06
文献子类博士
授予单位中国科学院生态环境研究中心
授予地点北京
导师吕永龙
关键词土地利用变化,气候变化,多环芳烃, 菲, 传输过程、land-use Change, Climate Change, Polycyclic Aromatic Hydrocarbons, Phenanthrene, Transport Process
学位名称理学博士
其他题名Simulation on the impact of land-use change and climate change on multimedia transport and fate of phenanthrene (Phe)
学位专业生态学
英文摘要

    近年来,随着城市化进程的加快,天津 于桥水库流域的土地利用发生了较大的变化,同时也伴随着 污染的增加,如重金属、 持久性 有机物污染物等。 之前的研究主要关注重金属污染,而对于有机污染物 未曾关注 。 通过野外采样分析 ,我们 发现 该流域土壤、沉积物及水中均 检测出 有机污染物,如多环芳烃。多环芳烃的主要来源为燃烧源,首先进入的环境介质为大气,大气通过干湿沉降进入其他环境介质中,气候变化对于多环芳烃的迁移传输具有较大的影响 。本研究以 菲 Phe)作为目标物,应用 SWAT-BETR模型探讨了菲的多介质迁移行为, 采用单因素固定法定量分解 土地利用变化 和 气候变化对 菲迁移 行为的影响机制。

    近年来,随着城市化进程的加快,天津 于桥水库流域的土地利用发生了较大的变化,同时也伴随着 污染的增加,如重金属、 持久性 有机物污染物等。 之前的研究主要关注重金属污染,而对于有机污染物 未曾关注 。 通过野外采样分析 ,我们 发现 该流域土壤、沉积物及水中均 检测出 有机污染物,如多环芳烃。多环芳烃的主要来源为燃烧源,首先进入的环境介质为大气,大气通过干湿沉降进入其他环境介质中,气候变化对于多环芳烃的迁移传输具有较大的影响 。本研究以 菲 Phe)作为目标物,应用 SWAT-BETR模型探讨了菲的多介质迁移行为, 采用单因素固定法定量分解 土地利用变化 和 气候变化对 菲迁移 行为的影响机制。

    然后,基于空间多介质模型( BETR)),模拟 了 PAHs在多介质环境中的迁
移行为及降解通量。 研究结果表明土壤中 Phe的储量占其在环境中总量的97.63%,是最主要的“汇”;沉积物中 Phe的储量占其在环境中总量的在相间迁移过程中,大气 -土壤、大气 -水及大气 -植被是该流域相间迁移的主要过程;大气和水是 Phe迁移的主要驱动力,大气流动占 79.50%,水流动输入占20.41%;菲从该流域流出过程主要包括平流过程和降解过程,分别占 96.60%和3.40%;比较模拟值与实测值表明整体来说模型结果是可以接受的,但个别区域存在差异,可能 是 由实测数据的代表性及测定结果的准确性等造成的;参数 敏感性分析结果表明降水速率、植被覆盖面积等是影响 Phe在环境介质中分配、迁移等的敏感性参数。

    菲在不同环境介质间的迁移行为及降解通量存在较大的差异,其中两个关键的影响因子是土地利用变化和气候 变化。 从 LULC1980到 LULC2050,大气中 Phe模拟浓度变化不大,植被、水、沉积物和土壤中分别变化了 -3.35%、 15.28%、 -7.56%和 -0.48%。总体来看,随着土地利用的变化,植被、土壤中
Phe浓度表现为下降的变化规律, 水和沉积物呈现增加的变化趋势, 其中相对于土壤来说,植被、水和沉积物变化较明显。在储量方面,大气和植被中 Phe储量变化不大,土壤呈现下降的变化趋势,下降了 0.43%,而土壤和沉积物呈现增加的变化趋势,分别增加了 7.57%和 7.11%。在迁移过程方面,土地利用变化对植被 -大气、大气 -植被、植被 -土壤、土壤 -植被 、土壤 -水 及水流入过程影响较大,随着土地利用的变化,植被 -大气、大气 -植被、植被 -土壤和土壤 -植被呈现下降的变化趋势,变化率分别为 -16.682、 -6.643、 -6.703和 -9.226,而土
壤 -水过程呈现增加的变化趋势,变化率为 1.208;水流入过程通量呈现增加的变化趋势,变化率为 11.075。对于降解过程,植被生长稀释、植被降解和水流出过程受土地利用变化的影响较大,其中植被生长稀释和植被降解表现下降的变化趋势,变化率分别为 -6.703和 -6.639;水流出过程呈现增加的变化趋势,变化率为 10.206。 土壤、水和沉积物的净变化通量分别为 -2.4 g/year、 +1.8 g/year和 +0.2 g/year,表明 土地利用变化弱化了土壤中 Phe的 赋存 水平,而增加了水和沉积物中 Phe的 赋存 水平 。

    随着气候变化,大气、水、沉积物和土壤中Phe模拟浓度分别变化了 -2.41%、 +20.33%、 -20.54%和 +8.16%;水、土壤和沉积物中储量分别变化了+21.33%、 +8.01%和 -19.27%。在迁移过程方面,气候变化对水流入、沉积物 -水、水-沉积物、水 -大气、土壤 -水、土壤 -大气、土壤 -植被、大气 -水和大气 -土壤等过程影响较大,随着气候变化强度的增加,沉积物 -水、水 -沉积物和水 -大气呈现下降的变化趋势;水流入、土壤 -水、土壤 -植被、土壤 -大气、大气 -水和大气 -土壤通量呈现增加的变化趋势。 土壤、水和沉积物的净变化通量分别为+1.30 g/year、 +11.99 g/year和 -29.50 g/year,表明气候 变化弱化了 沉积物 中 Phe的 赋存 水平,而增加了 土壤和水 中 Phe的 赋存 水平 。

    本文的研究通过模型获取流域 不同环境介质中污染物的浓度,减少了野外采样分析成本。同时, 利用空间多介质迁移模型能够真实模拟污染物在环境中的迁移行为,预测其空间分布和归趋,甄别其主要迁移途径,探讨土地利用变化和气候变化对其迁移行为的影响, 得出了在土地利用变化和气候变化情景下流域水、土壤和沉积物中菲赋存水平的变化趋势 从而为流域风险区划及管理等工作提供科学依据 对于 提高人们生活环境质量具有重要现实意义。

页码160
内容类型学位论文
源URL[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/43554]  
专题生态环境研究中心_城市与区域生态国家重点实验室
推荐引用方式
GB/T 7714
曹祥会. 土地利用变化 和气候变化对菲(Phe) 多介质 传输过程影响的模拟研究[D]. 北京. 中国科学院生态环境研究中心. 2020.
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