珠江三角洲人类活动净氮输入时空特征及其影响因素

摘要

随着人口的爆炸式增长与长期强烈工农业活动的干扰,氮元素的人为输入不断增长并深刻影响自然生态系统健康。该研究以珠江三角洲城市群(简称“珠三角”)为研究对象,基于1997—2019年统计数据,构建人类活动净氮输入(Net Anthropogenic Nitrogen Input,NANI)模型,运用数理统计、趋势分析、空间分析、城市灰水足迹压力指数及地理探测器等多种分析相结合的方法,探讨近20 a珠三角地区人类活动影响下氮输入的时空特征、组分结构、影响因素及其带来的水体环境压力等。研究结果表明,(1)珠三角地区NANI呈现出波动上升后迅速下降的趋势,近20 a来,NANI总体下降幅度约为7.20%;早期NANI输入强度呈现较为明显的“中心—边缘”结构,随着时间的推移,珠三角核心区NANI输入强度减弱、边缘地区NANI输入强度增强,NANI空间异质性减弱。(2)珠三角地区NANI主要输入源为食物/饲料净氮输入,其次为化肥施用氮,而作物固氮及大气沉降氮占比较低,其中食物/饲料净氮输入与大气沉降氮呈现上升的趋势,化肥施用氮与作物固氮呈现出下降的趋势。(3)林地面积占比、人口密度、化肥施用强度、城镇化率、草地面积占比为珠三角地区NANI主要影响因子(P<0.01),其中林地面积占比与人口密度分别为影响珠三角地区NANI的首要土地利用因素与社会经济因素。(4)珠三角地区NANI远超全球与全国平均值,各地级市城市灰水足迹压力指数与NANI呈现显著的正相关关系(P<0.01)。高强度人类活动影响下氮输入带来严峻的水环境压力,减少氮肥使用、控制人口密度、更新管控措施是降低珠三角人为氮负荷的重要手段。