湛江地區(qū)氮收支及湛江灣與南海氮通量估算.pdf

1、湛江位于廣東省西南部，處于北回歸線以南的低緯地區(qū);受季風(fēng)和海洋的影響，具有氣溫高、夏季長(zhǎng)、無(wú)寒冬、濕度大、雨量足、風(fēng)力小，但季風(fēng)明顯等氣候特征。湛江灣是內(nèi)灣;灣頂有遂溪河、沿岸有流經(jīng)市區(qū)的小河小溪注入;灣內(nèi)規(guī)劃建有港口、碼頭、錨地及海水養(yǎng)殖功能區(qū);灣口與南海西北部開(kāi)放海域溝通。因此，湛江灣海域物質(zhì)元素的生物地球化學(xué)循環(huán)及平衡情況較為復(fù)雜。本文選取湛江地區(qū)作為研究區(qū)，從氮素的角度，建立區(qū)域氮收支模型，探討2002-2013年12年間，在中

2、國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和人口增長(zhǎng)的背景下湛江地區(qū)氮素的來(lái)源去向、收支演變、影響因素及其環(huán)境效應(yīng);并進(jìn)一步利用陸海相互作用(LOICZ)物質(zhì)通量單箱模型，研究小尺度地區(qū)氮收支及小徑流量河流影響下的湛江灣水體同外部開(kāi)放海域的氮營(yíng)養(yǎng)鹽通量;以期明確湛江地區(qū)和湛江灣海域的氮素源匯及循環(huán)過(guò)程，為科學(xué)評(píng)價(jià)、防控區(qū)域性氮素污染提供依據(jù)。本文研究結(jié)論如下:
　　湛江地區(qū)2002-2013年氮輸入總量在35444.03-40466.69 t之間。最大的氮

3、源是化肥氮，之后依次為人畜排泄物氮、大氣沉降氮、農(nóng)田固氮、作物殘?bào)w氮和工業(yè)廢水氮。歷年氮負(fù)荷范圍在210.10-277.17 kg·hm-2·yr-1之間，整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì);湛江地區(qū)的氮負(fù)荷高于北江流域、珠江三角洲地區(qū)，但低于長(zhǎng)江三角洲地區(qū);高氮負(fù)荷增加了氮流失的風(fēng)險(xiǎn)。氮輸出總量在2002-2006年由30546.14 t上升至35541.68 t，2007年開(kāi)始下降，2008年之后波動(dòng)不大，趨于穩(wěn)定。每年各輸出途徑貢獻(xiàn)相對(duì)穩(wěn)定，其中水

4、體輸出氮量最多，第二大途徑是反硝化作用，氨氮揮發(fā)和作物收獲輸出量遠(yuǎn)小于前兩者。氮素的年盈余量在3730.22-6865.9 t之間;氮盈余負(fù)荷也由2002年的47.03 kg·hm-2·yr-1下降到2013年的23.48kg·hm-2·yr-1。盈余氮儲(chǔ)存在區(qū)域內(nèi)的土壤、水體和植被中。以農(nóng)業(yè)為主的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)使得湛江市轄區(qū)單位面積施肥量居高不下，作物收獲氮/農(nóng)田施氮量比值低于40％，使得湛江地區(qū)面臨氮素收支不平衡造成的潛在氮素污染和環(huán)境風(fēng)

5、險(xiǎn)。
　　湛江灣系統(tǒng)水余通量VR受徑流、降水和蒸發(fā)控制。旱季降雨偏少，而流入湛江灣的溪流屬于雨洪型，湛江灣水的輸入量小于輸出量，需要外海補(bǔ)給來(lái)維持平衡;雨季輸入量大于輸出量，湛江灣水體向外海輸送。因此，2009年旱、雨季VR表現(xiàn)出不同特征:旱季由南海流入湛江灣;雨季湛江灣向?yàn)惩饬鞒?。全年VR為-12.149×108m3，由灣內(nèi)向外海輸出。水的交換通量VX會(huì)受系統(tǒng)中鹽度變化的影響，VR基本不受影響，湛江灣外海域鹽度受珠江徑流入海后形

6、成的沿岸水和東北季風(fēng)的影響，灣內(nèi)海水鹽度受外部海域的影響，灣內(nèi)外形成鹽度差。因此，2009年各月份及全年VX數(shù)值均比VR大了約1個(gè)數(shù)量級(jí)。
　　2009年DIN各通量中，交換通量VXNX和余通量VRNR在旱、雨季規(guī)律一致:旱季湛江灣DIN需要外海補(bǔ)給才能維持平衡，雨季DIN由灣內(nèi)向外海輸送。分析各月份各通量大小發(fā)現(xiàn)，徑流量相近時(shí)，系統(tǒng)中氮的濃度會(huì)直接影響氮通量的大小。全年VXNX和VRNR的值分別為-2708.21×108和-26

7、0.78×108 mmol，湛江灣向外海輸送DIN。氮素輸入和輸出差值△DIN在2、5、8、11月分別為-59.02×108、864.77×108、109.36×108和-31.53×108 mmol，旱季湛江灣表現(xiàn)為DIN的匯，雨季為源。全年△DIN值為2192.71×108 mmol，是DIN的源。
　　2009年湛江地區(qū)通過(guò)水體和降水輸入到湛江灣的氮量是11890.22 t，湛江灣系統(tǒng)最終流出到南海的氮的大小為3069.79

8、 t，氮素的輸出量/輸入量為25.82％，大部分的輸入氮會(huì)留存在湛江灣系統(tǒng)內(nèi)。
　　2015年10月和2016年1月VX與VR表現(xiàn)出與2009年一致的規(guī)律。DIN交換通量2015年10月為VXNX=-190.60×108 mmol，DIN余通量VRNR=-75.57×108mmol;2016年1月兩者大小分別為-286.50×108和-62.54×108 mmol; DIN均是流出湛江灣。△DIN大小，2015年10月為152.9