中国区域降水酸沉降的时空变异及其影响因素研究

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随着经济和社会迅猛发展及伴随产生的大量污染物的排放,中国面临着严重的大气酸沉降问题。前期的研究主要是集中在对不同城市的酸沉降情况的报道,但对农村、森林地区的酸沉降观测和报道较少;整体而言,除工业密集,人口车辆众多的城市或近郊等区域之外的农田和自然生态系统的大气酸沉降的年动态监测工作非常薄弱,仅依靠城市或近郊站点监测数据来估测中国陆地生态系统降水酸沉降或造成高估。同时,作为世界上最大的发展中国家,我国各地区发展极不平衡,面对高昂的环境成本,相对落后的环保及新能源开发技术,不同地区的能耗存在较大差异,污染控制举措也有所差异,由此造成的中国长时期以来的降水酸沉降时空动态如何也值得关注。  本研究依托中国生态系统研究网络(CERN)和野外长期定位研究站的联网监测平台,测定了2009-2014期间43个农田和自然生态系统降水的pH值、SO42-和NO3-含量,分析其空间分布格局及其主要的影响因素。同时,本研究在全国范围,收集了1980-2014期间中国各地区已发表降水化学相关文献的降水pH值、SO42-和NO3-含量数据,对各项指标进行分期统计,分析我国降水酸沉降的时空动态变化情况及其主要影响因素。  主要研究结果包括:  (1)中国农田和自然生态系统降水pH整体范围在4.10-8.25之间,均值为6.2;NO3-沉降量均值为7.44kgN ha-1yr-1,SO42-沉降量均值为38.35kg S ha-1yr-1。  (2)中国农田和自然生态系统降水酸沉降具有明显的纬度格局;整体而言,由北向南降水酸沉降程度加重;同时,中国农田和自然生态系统降水酸沉降表现出明显的区域差异,在华南和华中地区较强,在内蒙和青藏地区较弱。  (3)中国全区域降水pH均值在1990s和2010s分别为4.49、4.70,从整体情况看,酸沉降的恶化趋势有所控制。硫酸根(SO42-)沉降量由4O.54kg S ha-1yr-1下降到34.87kgS ha-1yr-1,而硝酸根(NO3-)沉降量则由4.44kgN ha-1yr-1增长为7.73kg N ha-1yr-1。  (4)中国降水酸沉降存在着局部地区分布的变化,降水pH值小于5.6呈现酸性的地区,面积扩大了7.9%,酸沉降的影响范围扩大;但是,原酸沉降最为严重的地区降水酸沉降情况得到有效改善,酸沉降最为严重区域由西南地区转向东南沿海地区;而华北及东北地区的降水酸沉降明显加重。  (5)经济发展程度和降水量对中国农田和自然生态系统降水酸沉降有着显著影响,同时,在全国长时期发展中,降水酸沉降总体上受到能源消耗和降雨量的调控。  总体而言,研究中发现农田和自然生态系统降水酸沉降整体情况低于以城市区域监测数据为主的预测,但降水酸沉降状况或呈现增长趋势,未来应进一步加强对能源消耗的控制,调整能源结构,同时,我国农田和自然生态系统需要更多的降水酸沉降监测样点布设。而从中国过去30年的降水酸沉降变化来看,“两控区”等举措对控制SO42-沉降量起到一定作用,而NO3-沉降量的大量增长需要关注。本研究定量化探讨中国农田和自然生态系统降水酸沉降的整体状况,并揭示中国农田和自然生态系统酸沉降的分布格局及其主要影响因素,以期为理解降水酸沉降对生态系统结构和功能的影响提供基础数据。同时,研究中国过去三十年来降水酸沉降时空变化,积累全国区域数据,同时为酸沉降的区域控制及治理提供基础。
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