长沙地区土壤酸化模拟、预测及其酸沉降临界负荷的估算

论文摘要

由于长期严重的酸沉降,长沙地区的土壤酸化可能成为一个严重的环境问题。为了了解酸沉降对该地区土壤的影响,本文选用该地区具有代表性的土壤即第四纪红土红壤和板页岩红壤作为研究对象,应用MAGIC模型对这两种土壤进行了动态模拟,预测了土壤的盐基饱和度（BS）和土壤水中的碱度（Alk）、pH、Al3+、(Ca2++Mg2+)、SO42-浓度等化学指标由于酸沉降而引起的长期变化趋势,计算了这两种土壤的酸沉降临界负荷,并分析了模型参数的灵敏度。结果表明,长期酸沉降已经导致该地区土壤尤其是表层土壤的酸化,且第四纪红土红壤比板页岩红壤酸化更为严重。从1920年至2000年间,这两种土壤上层pH值下降了0.25～0.4个pH单位,碱度也显著下降,盐基饱和度下降了3.5～6个百分点,且第四纪红土红壤比板页岩红壤各指标变化幅度大;下层土壤的pH值、BS和Alk相对稳定,说明下层土壤具有较大的酸中和容量,出现在下层土壤的一些变化,如SO42-浓度和(Ca2++Mg2+)浓度的增加不会对该层土壤性质产生有害的影响。从2000年至2060年间,在设计的7种沉降方案下,该地区土壤下层化学变化都很轻微,亦即不至于发生酸化,表层土壤化学变化大,即使今后硫沉降量维持现状而不再增加,表层土壤性质仍将继续恶化:pH值、碱度和盐基饱和度呈不断下降趋势,Al3+浓度则将不断上升。当硫沉降量在当前情况下削减30%～40%时,表层土壤酸化过程不仅被制止,而且其土壤性质也明显得到改善。计算得出长沙地区第四纪红土红壤和板页岩红壤的酸沉降临界负荷分别为3.3和3.6gS·（m2·a）-1。从模型参数灵敏度分析得知,模型对干沉降因子、水铝矿平衡常数(lgKGibb)和盐基阳离子的风化速率的灵敏度最高,对土壤阳离子交换容量、背景年（1920）主要离子沉降和硫酸根最大吸附量的灵敏度较小。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 本论文研究的目的和意义
• 1.2 酸雨概况
• 1.2.1 酸雨的定义及判别
• 1.2.2 酸雨的时空分布
• 1.2.2.1 全球酸雨的分布
• 1.2.2.2 我国及长沙地区酸雨的时空分布
• 1.2.3 酸雨的化学组成
• 1.3 土壤对酸沉降的缓冲机制
• 1.4 酸沉降临界负荷的概念和确定酸沉降临界负荷的基本方法
• 1.4.1 酸沉降临界负荷的概念与表示方法
• 1.4.1.1 酸沉降临界负荷的概念
• 1.4.1.2 酸沉降临界负荷的表示方法
• 1.4.2 确定临界负荷的基本方法
• 1.5 临界负荷研究现状概述
• 1.6 主要研究内容
• 第二章 模型的选择及简介
• 2.1 模型选用的依据
• 2.2 MAGIC模型简介
• 2.2.1 模型概述
• 2.2.2 模型参数及其校验过程
• 2.2.3 模型的求解
• 第三章 回顾计算
• 3.1 模型所需数据的获得
• 3.1.1 土壤参数
• 3.1.1.1 土壤类型的选择
• 3.1.1.2 土壤参数的获得
• 3.1.2 降水量和地表径流及沉降参数
• 3.2 土壤分层原理及径流分配
• 3.3 酸沉降的历史变化
• 3.4 模型的回顾计算
• 3.5 回顾计算的结果
• 3.6 参数灵敏度分析
• 第四章 预测计算与酸沉降临界负荷的确定
• 4.1 预测计算及酸沉降临界负荷的确定
• 4.2 结论
• 第五章 研究结论、讨论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 5.3 建议
• 主要参考文献
• 致谢
• 作者简历