农业小流域面源氮负荷与源汇变异的定量化及其不确定性

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51779245
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    61.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E1004.城乡水系统与生态循环
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Nonpoint source pollution (NSP) from agriculture is one of the most broad and disguised pollution among NSP. Nevertheless, it is difficult to quantify nonpoint N loads and variations of sources and sinks, which greatly hinder the realization of the goal of allowable total discharge amount of NSP. The possible reason is the poor modeling of N discharge and removal according to references. Therefore, the main purpose of this study is to quantify nonpoint N loads and variations of sources and sinks by improving the modeling precision of N discharge and removal. This study will apply the new toolbox of geographical information system (GIS) to identify the pathway of N transportation and summarize distance of transportation, and use membrane inlet mass spectrometer (MIMS) method to accurately quantify N removals and its related parameter in cannels, ponds, buffers, and river along N pathway. Applying the new method of hierarchical Bayesian published recently by us, we will optimize N discharge and its related parameters. With the improvement of the modeling of N discharge and removal, we will then construct an NPS model which links N discharge, removal, and loading. Combined with Monte Carlo method, we will finally quantify N loads to rivers and variations of sources and sinks including uncertainties using the improved model, and provide scientific decisions for NSP controls in watershed. This study will include N pathway in transportation and its removal into simulation for the first time, construct an unbiased NPS model links N discharge, removal, and loading, and potentially contribute to more precise apportionment of the NPS in lack-data region.
农业面源污染是面源污染中覆盖面最广、隐蔽性最强的污染类别。然而,由于种类多、过程复杂,目前还很难量化面源氮负荷和源汇变异,极大阻碍了农业面源氮总量控制目标的实现。文献调研表明,发生量和消纳量模拟的不准确,是面源氮负荷和源汇变异量化过程中最主要的不确定性来源。本研究拟应用新一代地理信息系统工具,识别各面源氮迁移路径和距离,结合先进的膜进样质谱分析方法,准确获取面源氮沿途(沟渠-池塘-缓冲带-河流等)消纳系数与消纳量;应用申请人最新提出的层次贝叶斯方法,优化发生量和发生系数;最终构建面源氮“发生量-消纳量-水质负荷量”的“三量”模型,应用蒙特卡罗方法反演农业流域面源氮负荷和源汇的时空变异,并量化其不确定性,为农业面源污染控制提供科学决策。这一研究将1)首次在模型中考虑了氮素迁移路径及其消纳特点,构建无偏的面源氮“三量”模型;2)有望为缺资料地区提出更准确的面源污染源汇解析方案。

结项摘要

农业面源污染是面源污染中覆盖面最广、隐蔽性最强的污染类别。然而,由于种类多、过程复杂,目前还很难量化面源氮负荷和源汇变异,极大阻碍了农业面源氮总量控制目标的实现。在稻作流域,多小型水体(沟、塘、河等)的存在加剧了面源污染过程模拟的困难性和不确定性。迁移路径识别和沿程消纳量是面源氮负荷和源汇变异量化过程中最主要的不确定性来源。本项目首次解析了面源污染沿程路径几何特征(水体长度、面积)与位置的重要性。研究发现,通过位置和面积的三个统计指标(湿地离河岸的均值,位置的均匀度和平均面积)可以解释流域面源污染负荷均值的70%以上,而四个统计指标(位置和距离的均匀度、变异系数)可以解释流域面源负荷标准差的65%以上。基于此,开发新一代地理信息系统工具,识别并量化流域内每个栅格污染物沿程沟渠、池塘、河流、湖泊等的距离或面积;结合先进的膜进样质谱分析方法,准确获取面源氮沿途(沟渠-池塘-河流等)消纳系数与消纳量,发现不同类型的湿地反硝化速率均表现出春夏季高、秋冬季低的特点。沿氮素迁移路径,水体反硝化速率先升高后降低,源头沟渠的消纳速率明显高于末端河流的消纳速率,其主要影响因素为硝氮浓度和水体温度。基于上述面源氮路径的识别与消纳系数,开发了参数少、操作简单、结果可视化、模拟结果可靠的全新流域面源污染模拟系统。该系统以污染物路径识别为核心、工具条式功能开发为特色,污染物流失量-消纳量-负荷量分布式模拟为根本,为流域面源污染的智慧管理如生态湿地选址、农场选址、污染物路径追踪、减排策略分析、风险评估、水质目标实现等提供新的途径。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Limited N removal by denitrification in agricultural drainage ditches in the Taihu Lake region of China
中国太湖地区农业排水沟反硝化有限氮去除
  • DOI:
    10.1007/s11368-017-1844-8
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Soils and Sediments
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    She Dongli;Zhang Li;Gao Xuemei;Yan Xiaoyuan;Zhao Xu;Xie Wenming;Cheng Yi;Xia Yongqiu
  • 通讯作者:
    Xia Yongqiu
外源氮输入对不同土地利用排水沟底泥反硝化和N_2O排放影响
  • DOI:
    10.13227/j.hjkx.201709100
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    佘冬立;陈心逸;高雪梅;张文娟;夏永秋
  • 通讯作者:
    夏永秋
我国集约化种植业面源氮发生量估算
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    生态与农村环境学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏永秋;杨旺鑫;施卫明;颜晓元
  • 通讯作者:
    颜晓元
How Variations in Constructed Wetlands Geography Affect Nutrient Discharge
人工湿地地理变化如何影响养分排放
  • DOI:
    10.1029/2019jg005610
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of Geophysical Research-Biogeosciences
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xia Yongqiu;Yan Xiaoyuan
  • 通讯作者:
    Yan Xiaoyuan
Do biochar and polyacrylamide have synergistic effect on net denitrification and ammonia volatilization in saline soils?
生物炭和聚丙烯酰胺对盐渍土的净反硝化和氨挥发有协同作用吗?
  • DOI:
    10.1007/s11356-021-14886-3
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Environmental Science and Pollution Research
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Pan Yongchun;She Dongli;Shi Zhenqi;Chen Xinyi;Xia Yongqiu
  • 通讯作者:
    Xia Yongqiu

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其他文献

Improving Denitrification Models by Including Bacterial and Periphytic Biofilm in a Shallow Water-Sediment System
通过在浅水-沉积物系统中纳入细菌和附生生物膜来改进反硝化模型
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Water Resources Research
  • 影响因子:
    5.4
  • 作者:
    夏永秋;佘冬立;颜晓元
  • 通讯作者:
    颜晓元
生物炭添加和灌溉对温室番茄地土壤反硝化损失的影响
  • DOI:
    10.13227/j.hjkx.2016.10.041
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    环境科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张文娟;佘冬立;Gamareldawla H.D.Agbna;夏永秋
  • 通讯作者:
    夏永秋
自然水体中悬浮物对反硝化影响的研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    湖泊科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张鹂;夏永秋;刘雪梅;颜晓元;胡琳
  • 通讯作者:
    胡琳
黄土高原半干旱区柠条 (Caragana korshinskii) 树干液流动态及其影响因子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    生态学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    夏永秋; 邵明安
  • 通讯作者:
    邵明安

其他文献

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夏永秋的其他基金

多水体农业流域面源氮负荷与景观格局-过程的耦合机制及新一代模型模拟
  • 批准号:
    42177401
  • 批准年份:
    2021
  • 资助金额:
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高效氮肥和生物炭施用对稻田反硝化与厌氧氨氧化脱氮速率的影响及其机制
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  • 批准年份:
    2014
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    84.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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