●前言
第1章緒論1
1.1研究背景及意義1
1.2國內外研究進展3
1.2.1氣候變化模擬與預估研究3
1.2.2流域多路徑氮流失模型評估研究4
1.2.3流域土壤侵蝕及非點源磷流失評估研究6
1.2.4流域土壤有機碳及其對非點源污染研究7
1.2.5基於沉積物的流域非點源污染研究8
1.2.6流域非點源污染關鍵源區識別及污染控制研究9
第2章中高緯農區CMIP5全球氣候多模式應用評估及氣候預估12
2.1材料與方法12
2.1.1研究區概況12
2.1.2模型時空能力評估及未來情景預估12
2.2CMIP5多模式對三江平原氣溫的時空模擬能力評估19
2.2.1CMIP5多模式氣溫空間模擬能力評估19
2.2.2CMIP5多模式氣溫時間模擬能力評估21
2.2.3CMIP5集合模式對三江平原氣溫的情景預估23
2.3ASD降尺度法建立大尺度氣候與區域氣候的統計聯繫27
2.3.1模型數據庫27
2.3.2ASD模型統計聯繫的建立27
2.3.3基於GFDL-CM3模式的ASD模型統計聯繫的建立30
2.4ASD統計降尺度法預估三江平原氣候變化情景37
2.4.1ASD統計降尺度法對三江平原氣溫變化情景的預估37
2.4.2ASD統計降尺度法對三江平原降水變化情景的預估44
第3章流域多路徑氮流失及其對氣候變化的響應47
3.1研究區概況47
3.1.1自然地理概況47
3.1.2農業活動概況49
3.2不同水熱條件下流域農田空間演變模擬與分析50
3.2.1材料與方法51
3.2.2流域土地利用空間分布模擬方法框架54
3.2.3土地利用時空分布特征64
3.3變化環境下流域土壤徑流氮流失特征66
3.3.1材料與方法67
3.3.2不同水熱條件下土壤徑流氮流失特征70
3.3.3不同農田空間變化下土壤徑流氮流失特征77
3.3.4不同水熱及農田空間變化下土壤徑流氮流失特征80
3.4變化環境下流域土壤N2O排放特征85
3.4.1材料與方法85
3.4.2土壤N2O排放對環境因子的敏感性分析93
3.4.3不同水熱條件下土壤N2O排放特征95
3.4.4不同農田空間變化下土壤N2O排放特征99
3.4.5不同水熱及農田空間變化下土壤N2O排放特征101
3.5變化環境下流域河流N2O排放特征105
3.5.1材料與方法105
3.5.2不同水熱條件下河流N2O排放特征114
3.5.3不同農田空間格局下河流N2O排放特征118
3.5.4水熱及農田格局協同變化下河流N2O排放特征123
3.6流域多路徑氮流失特征及減排建議127
3.6.1不同水熱條件下流域多路徑氮流失特征及減排建議127
3.6.2不同農田空間變化下流域多路徑氮流失特征及減排建議131
3.6.3不同水熱及農田空間變化下流域多路徑氮流失特征及減排建議135
第4章流域土壤侵蝕與非點源磷流失及其對氣候變化的響應139
4.1研究區概況139
4.2土地利用類型和土壤性質變化對流域土壤侵蝕的影響140
4.2.1材料與方法140
4.2.2流域土壤侵蝕因子時空分布特征146
4.2.3流域土壤性質變化特征148
4.2.4流域土地利用類型變化特征150
4.2.5流域土壤侵蝕變化特征150
4.2.6土壤侵蝕貢獻因子分析154
4.2.7非點源磷流失分析155
4.3旱田融雪季和雨季土壤侵蝕特征及其變化成因156
4.3.1材料與方法156
4.3.2降水和溫度月際變化特征163
4.3.3流域土壤侵蝕季節性變化特征164
4.3.4旱田土壤含水量季節性變化特征165
4.3.5旱田地表徑流和土壤侵蝕變化特征167
4.3.6旱田融雪季和雨季土壤侵蝕變化分析168
4.3.7旱田融雪季和雨季土壤入滲性能170
4.4水田融雪季土壤侵蝕特征及其變化成因172
4.4.1不同深度土壤理化性質特征172
4.4.2水田融雪季地表徑流和土壤侵蝕變化特征174
4.4.3水田融雪季土壤入滲性能176
4.4.4融雪季和雨季非點源磷流失特征177
4.4.5融雪季和雨季土壤入滲性能分析177
4.4.6土壤入滲過程與土壤侵蝕和非點源磷流失的關繫184
4.5降水和溫度變化對流域土壤侵蝕的影響185
4.5.1材料與方法185
4.5.2典型氣像代表年分類186
4.5.3降水驅動因子時間變化特征187
4.5.4典型氣像代表年地表徑流特征187
4.5.5典型氣像代表年土壤侵蝕特征190
4.5.6降雨土壤侵蝕驅動因子193
4.5.7融雪季土壤侵蝕驅動因子194
4.6未來氣候變化對流域土壤侵蝕的影響195
4.6.1降水和溫度年際變化特征196
4.6.2氣候變化下流域地表徑流和土壤侵蝕特征198
4.6.3氣候變化下地表徑流和土壤侵蝕空間分布特征199
4.6.4氣候變化下融雪季地表徑流和土壤侵蝕空間分布特征202
4.6.5氣候變化下農田土壤侵蝕響應特征203
4.6.6氣候變化下融雪季農田土壤侵蝕響應特征207
第5章流域土壤有機碳對氣候變化的響應及對非點源污染的影響210
5.1流域土壤有機碳及非點源污染模擬方法構建210
5.1.1土壤有機碳模擬方法210
5.1.2非點源污染模擬方法210
5.2氣候變化下土壤有機碳儲量模擬212
5.2.1DNDC模型數據庫212
5.2.2參數敏感性分析及率定214
5.2.3不同土層深度有機碳含量時間變化218
5.2.4土壤有機碳含量空間差異220
5.3氣候變化下的農業非點源污染模擬222
5.3.1考慮土壤有機碳動態變化的非點源污染模擬222
5.3.2SWAT模型模擬效果驗證223
5.3.3非點源污染時間變化規律224
5.3.4非點源污染的空間分布變化規律226
5.4土壤有機碳動態變化對非點源污染的影響231
5.4.1非耦合與耦合模型模擬結果對比231
5.4.2土壤有機碳對非點源氮流失負荷的影響233
5.4.3土壤有機碳對磷污染的影響234
第6章基於沉積物的不同氣候條件下非點源污染流失差異236
6.1研究區概況236
6.1.1地理位置236
6.1.2氣候水文236
6.1.3土地利用239
6.2沉積物中總氮總磷累積特征研究240
6.2.1采樣及樣品預處理240
6.2.2實驗方法240
6.2.3沉積物中總氮總磷濃度的垂直分布特征241
6.2.4研究區沉積物中氮磷濃度與國內其他區域相關研究對比244
6.3沉積物中代表性重金屬累積特征研究245
6.3.1沉積物中代表性重金屬含量垂直分布特征245
6.3.2沉積物中代表性重金屬的不同形態分布特征252
6.3.3河流沉積物代表性重金屬污染風險評價255
6.4河流沉積物無機污染物累積影響因素的空間尺度分析257
6.4.1沉積物中無機污染物累積特征對比257
6.4.2流域土地利用類型差異對沉積物無機污染物累積的影響分析257
6.4.3流域降水及徑流差異對沉積物無機污染物累積的影響分析258
6.5河流沉積物無機污染物累積影響因素的時間尺度分析261
6.5.1沉積柱的年代測定261
6.5.2土地利用變化對沉積物無機污染物累積的影響分析263
6.5.3降水量及徑流量變化對河流無機污染物累積影響分析269
第7章流域非點源污染關鍵源區識別及控制271
7.1SWAT模型水田模塊的構建及有效性驗證271
7.1.1模型水田模塊的改良271
7.1.2模型的率定和驗證277
7.1.3水田非點源負荷的模擬結果280
7.1.4原模型與改進模型在水田氮磷流失模擬結果中的比較分析281
7.2凍融農區非點源污染關鍵源區的優化識別284
7.2.1材料與方法284
7.2.2流域氮、磷流失特征分析288
7.2.3傳統識別方法的關鍵源區分布289
7.2.4改進識別方法得到的關鍵源區分布291
7.3基於昀佳管理措施優選的關鍵源區旱田非點源污染控制296
7.3.1技術方法296
7.3.2退耕還林措施在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析300
7.3.3植被緩衝帶在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析306
7.3.4免耕和減量施肥在不同情景下對旱田非點源污染的削減效果分析309
7.4基於水位調控的關鍵源區水田的非點源污染控制319
7.4.1方法流程320
7.4.2不同降水條件下水田非點源負荷強度322
7.4.3控水減排措施對關鍵源區水田非點源污染的控制效果326
7.5組合措施對流域非點源污染關鍵源區的控制效果評估332
7.5.1評估方法332
7.5.2組合管理措施在凍融季的非點源污染削減效果333
7.5.3組合管理措施在生長季對關鍵源區非點源污染的控制效果340
參考文獻347

本書針對氣候變化與農業活動疊加作用下流域水環境響應特征，將現場觀測、田間觀測及室內實驗、氣候模式、模型開發與模型模擬相結合，探討了流域尺度氣候變化對非點源污染的作用規律。從流域農業非點源污染輸出驅動因子角度研究了中高緯農區多氣候模式應用評估和農區土地利用空間格局對氣候變化的響應特征。重點探討了氣候變化與土地利用空間格局協同作用下多路徑氮流失響應、氣候變化特征下土壤侵蝕與非點源磷流失響應、土壤有機碳對氣候變化的響應及對非點源污染輸出作用機制、基於沉積物的不同氣候條件下非點源污染差異識別，以及流域非點源污染關鍵源區識別與控制方法。本書繫統地介紹了氣候變化與農業活動協同作用下流域非點源污染的變化特征及研究手段，並有針對性地提出了相應控制措施。本書可供生態與環境、農業資源與環境、氣候變化與水文水資源等相關專業的科研人員、管理人員、高等院校師生閱讀參考。