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);受季風和海洋的影響，具有氣溫高、夏季長、無寒冬、濕度大、雨量足、風力小，但季風明顯等氣候特征。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放海域溝通。因此，湛江灣海域物質(zhì)元素的生物地球化學循環(huán)及平衡情況較為復雜。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、國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和人口增長的背景下湛江地區(qū)氮素的來源去向、收支演變、影響因素及其環(huán)境效應(yīng);并進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放海域的氮營養(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)過程，為科學評價、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、作物殘體氮和工業(yè)廢水氮。歷年氮負荷范圍在210.10-277.17 kg·hm-2·yr-1之間，整體呈現(xiàn)下降趨勢;湛江地區(qū)的氮負荷高于北江流域、珠江三角洲地區(qū)，但低于長江三角洲地區(qū);高氮負荷增加了氮流失的風險。氮輸出總量在2002-2006年由30546.14 t上升至35541.68 t，2007年開始下降，2008年之后波動不大，趨于穩(wěn)定。每年各輸出途徑貢獻相對穩(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小于前兩者。氮素的年盈余量在3730.22-6865.9 t之間;氮盈余負荷也由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

5、險。
　　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，需要外海補給來維持平衡;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;雨季湛江灣向灣外流出。全年VR為-12.149×108m3，由灣內(nèi)向外海輸出。水的交換通量VX會受系統(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個數(shù)量級。
　　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，系統(tǒng)中氮的濃度會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?！鱀IN大小，2015年10月為152.9