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近年来，随着城市化进程的加快，密集的人类活动使得地下水硝酸盐污染问题日益严重。过量的硝酸盐会对水生生态系统和人体健康构成严重的威胁[1-3]。因此，探究地下水硝酸盐的时空分布、来源及其影响因素显得尤为重要。国内外学者针对地下水硝酸盐的分布、来源及其影响因素开展了大量研究工作。人类活动会对地下水硝酸盐含量、分布等造成影响，生活污水及工业废水的排放、农业不合理施肥、污水灌溉等是主要影响因素[4]。庞园等[5]基于灰色关联法探究发现，广花盆地地下水中氮含量受耕地面积、化肥使用量、降雨量的直接影响。土地利用变化不仅会影响地下水的数量[6-10]，还与地下水的污染有着密切的联系[11-14]。耕地、居民用地等人类活动频繁的地区，地下水硝酸盐浓度，显著大于人类活动较弱的地区[15]。Martine等[16]发现，阿根廷马德普拉塔市人类活动的强度显著影响地下水硝酸盐的浓度。同时土地利用规划的实施对周边环境也会产生一定的生态效应[17-18]。因此从土地利用变化的角度来研究地下水硝酸盐的含量变化是必要的。
我国许多地区浅层地下水存在硝酸盐污染[19-22]，在全球水资源短缺的背景下，地下水作为部分地区的供水水源，其安全问题不可忽视。湛江市地处雷州半岛，是中国南方的重要港口城市之一[23]。由于受地形地貌及水文地质影响，湛江市地表水相对匮乏，地下水丰富，地下水供水量约占总供水量的62%[24]，市政生活和工农业生产用水严重依赖地下水资源，因此探究该地区地下水硝酸盐的分布、来源对湛江市的水资源利用和管理有着重要的指导意义。
本文基于湛江市的土地利用分布情况，对研究区内地下水水质及水位等数据进行整合分析，揭示地下水硝酸盐污染的空间分布规律及其影响因素；进而结合未来土地利用数据对区内硝酸盐未来的分布及含量变化进行预测评估，以便为地下水硝酸盐的治理提供可靠的依据。
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研究区位于湛江市，测区范围为E110°7′00″—110°38′19″，N20°50′00″—21°22′10″，总面积为1176.64 km2（图1）。区内地形以台地、平原为主，地势西北高东南低，高程为10—40 m；区内土壤以砖红壤为主，水土流失严重；研究区属热带季风海洋性气候，旱、雨季分明，气温较高，多年平均气温为23.3℃[25]；多年平均降雨量为1628.6 mm。
地质构造，研究区位于雷琼新生代断陷盆地；水文地质，研究区位于雷琼自流盆地。区内基岩为白垩系或寒武系地层，松散岩层多为砂土和黏性土，且厚度大，岩层间蕴含丰富的水资源[26]。
研究区内包气带厚度分布不均，中东部较薄，西部与南部较厚。区内主要供水水源为松散岩类孔隙水及火山岩孔洞裂隙水，其中松散岩类孔隙水按含水层埋深、水力特征和开采条件可划分为浅层非承压水（含水层埋深<30 m）、中层承压水（埋深30—200 m）、深层承压水（埋深200—450 m），含水层岩性为砂砾、粗砂、中砂等，在研究区内广泛分布[27]，如图1所示。浅层地下水补给源主要为大气降雨及地表水渗入补给，以西部台地为中心，流向周围地势较低的地带，且大部分以潜流形式排泄入海；中层和深层地下水的补给源主要以越流补给为主，在重力的作用下，通过弱透水层和隔水层缺失的“天窗”、火山口等途径，上层水垂直下渗，越流补给承压含水层。
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本研究采用的地下水水质、水位等数据来源于广东省湛江市地下水动态监测报告，共收集到2005—2015年浅（10个）、中（15个）、深（15个）的3层共40个水质监测点；硝酸盐数据采用紫外分光光度计法测定；2005年、2010年和2015年土地利用类型数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心（http://www.resdc.cn），分辨率为30 m×30 m；气象数据来源于气象科学数据共享中心的逐日数据。
基于ArcGIS对监测点数据进行Kriging空间插值[28-30]，可准确反映出研究区硝酸盐分布状况，并提取各土地利用类型面积及对应硝酸盐浓度均值；利用SPSS 19.0对地下水中主要离子与NO3−进行相关性分析，探究不同土地利用类型下硝酸盐浓度的差异。基于WHO规定的饮用水硝酸盐限值，硝酸盐浓度大于50 mg·L−1地区定位超标；以浅层地下水位为重点研究对象，分析土地利用变化对地下水中氮污染的影响。
本研究采用的未来土地利用数据是基于未来土地利用变化情景模拟模型（GeoSOS-FLUS）获得的，可模拟人类活动与自然影响下的土地利用变化及未来土地利用情景[31]。基于2010年土地利用数据，选取了综合考虑经济和环境发展的模拟数据开展分析，并将该模型运用到地下水硝酸盐的研究中，以进一步了解未来硝酸盐变化的趋势。
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利用ArcGIS对2005年和2015年的土地利用/覆被空间数据进行叠加分析和统计，获得湛江市辖区2005—2015年各类型土地利用/覆被的变化面积（表1）。根据研究区内土地利用变化数据制成土地利用转移矩阵，从变化类型上反映近10年的土地利用变化特征（表2）。研究区2005、2015年土地利用类型分布图如图2所示。
区内土地利用类型主要为耕地、林地、居民用地的3种，其总面积占比高达89.65%。耕地在研究区内广泛分布；林地主要集中分布在麻章区西部与东海岛东部的山区；居民用地则集中分布在赤坎区、霞山区的东部沿岸地区。
2005—2015年区内土地利用变化幅度为：水域>耕地>居民用地>林地>荒地>草地。除水域与居民用地呈明显增长趋势外，其余土地利用类型均呈减少趋势。相比于2005年，2015年的耕地面积减少12.75 km2，林地减少8.67 km2；居民用地则增加9.58 km2，主要在东海岛中东部地区，总体分布趋向于集中；林地减少8.67 km2，占2005年林地总面积的4%；水域增加幅度最为明显，共增加14.06 km2，主要是由于对沿海地区的开发利用[32]；草地和荒地所占面积较小，变化不明显。
土地利用的结构变化可以反映出土地利用动态变化的趋势。研究区内耕地、林地、水域、居民用地变化较为明显，由表2可知，2005—2015年耕地一方面被持续增长的城镇发展建设所占用，多转变为居民用地，转变面积为26.31 km2；另一方面为了构建生态公益林体系，湛江市开展“退耕还林”，同时在麻章区和霞山区的城镇区也出现了较大面积的林地绿化[33]，转变面积分别为19.59 km2和7.82 km2。
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本研究基于WHO规定的饮用水硝酸盐限值，硝酸盐浓度大于50 mg·L−1地区定位超标。2005、2010、2015年湛江市浅层地下水硝酸盐的分布统计结果如表3所示。
2015年湛江市辖区浅层地下水硝酸盐浓度为（51.13±48.72）mg·L−1，均值稍大于限值（50 mg·L−1）。最大值为150 mg·L−1（A9），最小值为4.5 mg·L−1（A2、A5），变异系数为95%，超标率为37.5%，说明湛江市辖区浅层地下水已受到硝酸盐污染的威胁。中、深层承压水中
${\rm{NO}}_3^{-} $ 浓度均值分别为1.61 mg·L−1、0.41 mg·L−1，含量逐层递减。利用ArcGIS地统计模块中的Kriging空间插值分析，得到浅、中、深各含水层中硝酸盐浓度分布图（图3）。水平方向上，研究区内硝酸盐空间分布不均。浓度最高的采样点（A6、A9）分别位于东海岛东山镇和遂溪县黄略镇，硝酸盐浓度由A6与A9采样点向中部研究区递减。在最高值点附近NO3−平均浓度超过80 mg·L−1，附近土地利用类型主要为耕地和以农村居民点、工业开发区为主的居民用地；在中部霞山区浅层地下水的
${\rm{NO}}_3^{-} $ 平均浓度最小，均低于10 mg·L−1，附近以城镇居住区为主的居民用地。垂直方向上，研究区内的地下水硝酸盐浓度逐层递减，主要是由于地下水中含氮污染物主要来源于地表，在垂向迁移过程中部分硝酸盐会停留在各层土壤或者含水层中，因而中、深层地下水的硝酸盐浓度较低[34-35]。
据统计，中层地下水硝酸盐浓度低于16 mg·L−1，均值为1.61 mg·L−1，明显低于浅层地下水的硝酸盐浓度，且在WHO规定的饮用水硝酸盐限值以内；同时，其高浓度的硝酸盐主要集中在麻章区与赤坎区交界处的居民用地区域，相比浅层，其浓度中心向东南方向偏移。深层地下水硝酸盐浓度更低，低于1 mg·L−1，均值为0.41 mg·L−1，浓度中心进一步向东南方向偏移。结合其他研究推测地下水硝酸盐浓度中心的横向迁移可能是由于地下水流场导致的[36]。
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由2005—2015年湛江市浅层地下水的硝酸盐浓度分布图（图4）可知,相较于2005年，2015年研究区的硝酸盐浓度均值减小了5.04 mg·L−1，年均下降幅度为0.5 mg·L−1，且超标区面积呈缩小趋势，整体而言地下水硝酸盐污染有所减轻；其次，硝酸盐浓度随时间的变化整体表现为北部增长，而南部降低。但遂溪县黄略镇和东海岛东山镇工业园区附近浅层地下水的硝酸盐浓度常年较高，且最大值呈增大趋势，年均增幅为5 mg·L−1；遂溪县黄略镇及东海岛东山镇工业园区地下水硝酸盐有所污染加剧。
为进一步分析研究区内浅层地下水硝酸盐浓度的变化情况，基于2005—2015年的硝酸盐实测数据进行趋势拟合分析。由表3和图5的结果表明，研究区的硝酸盐浓度在2005—2010年间有所下降，而在2010—2015年间有小幅上升，2005—2015年间整体上呈略微下降趋势；但2005—2015年间研究区浅层地下水硝酸盐浓度最大值呈明显增大的趋势。
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基于ArcGIS统计了2015年研究区内不同土地利用类型下浅层地下水硝酸盐的含量（表4）。不同土地利用类型的浅层地下水硝酸盐浓度排序为：耕地>林地>水域≈荒地>居民用地>草地。除草地及居民用地外，其余土地利用类型的浅层地下水硝酸盐平均浓度均超出WHO规定的饮用水硝酸盐限值。其中，耕地的浅层地下水硝酸盐平均浓度最大，为55.83 mg·L−1，草地的浅层地下水硝酸盐平均浓度最小，为32.28 mg·L−1。
为进一步研究不同人类活动对浅层地下水硝酸盐的影响，将居民用地进一步细化为城镇区（A1、A2和A5）、农村居民点（A3、A4、A7和A10）和工业区（A6和A9），其硝酸盐浓度均值分别为：34.13、45.54、51.27 mg·L−1。以上3种居民用地的浅层地下水硝酸盐浓度存在明显的差异，可能是由于污染来源及下垫面差异造成的。城镇区的浅层地下水硝酸盐浓度最小，可能是由于城镇区不透水面积大且下渗率低，降雨形成的径流停留时间较短，使得城市或生活污水产生的硝酸盐等污染物没有足够的时间和条件渗漏进入地下水造成的；农村居民点的浅层地下水硝酸盐浓度居中，可能是由于其生活污水并未进行有效的统一收集管理，且该区域不透水面积少且下渗较易造成的。工业区的浅层地下水硝酸盐浓度最大，可能是由于工业废水中含有大量硝酸盐、重金属等污染物质，没有经过有效地处理直接外排，从而造成严重的水体污染问题。
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为研究土地利用变化下地下水硝酸盐的来源，利用SPSS 19.0对不同含水层地下水中
${\rm{NO}}_3^{-} $ 浓度与Na++K+ 、Ca2+ 、Mg2+、Cl−、${\rm{SO}}_4^{2-} $ 、${\rm{HCO}}_3^{-} $ 、NO2−、${\rm{NH}}_4^{+} $ 、TFe等主要离子浓度进行相关性分析（表5）。浅层地下水中NO3−与Cl−、Mg2+及SO42－浓度显著正相关，与Na++K+、Ca2+及显著正相关，由于以上离子一般来源于动物粪便、生活污水及农业化肥等[37-38]，说明浅层地下水的硝酸盐污染可能是由于过量使用粪肥及氮肥，或未经有效处理的生活污水直排造成的。
大量研究表明，我国使用的氮肥仅有30%—40%被农作物吸收利用，其余通过灌溉和降雨淋溶等途径进入地下水，或残留在土壤中[39]。因此不合理使用的含氮化肥，通过淋溶等作用可以轻易地以硝态氮的形式进入地下水。此外，利用污水灌溉农田，也是造成农业用地地下水硝酸盐污染的重要原因。
综上，以耕地为主的区域地下水硝酸盐污染可能是由于农业化肥的大量使用引起的。
浅层地下水硝酸盐浓度与TFe的相关性系数为−0.442，中层和深层地下水中两者相关关系更弱。研究表明，TFe含量主要与工业废水[40]、水文地质条件[41]等因素有关，且湛江东海岛原生地层中的铁含量较低[41]。实测数据表明，东海岛东山镇和遂溪县黄略镇工业园区地段硝酸盐浓度明显较高，可能是与这两处分布有大量造纸、电力、制糖等为主的工业有关。随着城市的发展，湛江市辖区工业化规模日益扩大，而这些工业产生的污水中含有大量的有机氮，虽有部分废水经过处理达标排放或二次利用，但仍存在相当一大部分的工厂企业将未处理达标的废水直接排入自然水体，造成地表水的大面积污染，这些污染的地表水通过渗透或水体自然循环进入地下水。同时，
${\rm{NH}}_4^{+} $ 经硝化作用可转化为${\rm{NO}}_3^{-} $ 。因此工业废水也可能是地下水硝酸盐的主要来源之一。${\rm{NO}}_3^{-} $ 与Na++K+、Ca2+、Mg2+、Cl−、${\rm{SO}}_4^{2-} $ 、${\rm{HCO}}_3^{-} $ 、${\rm{NO}}_2^{-} $ 、${\rm{NH}}_4^{+} $ 等主要离子的相关性随深度的增加而不断降低，说明人类活动的影响随着含水层埋深的增加不断削弱。 -
2010年研究区内各土地利用类型散乱分布，但以耕地、林地、居民用地为主。在注重经济、生态环境平衡发展情况下基于GeoSOS-FLUS模型模拟得到未来的土地利用类型分布情况（图6）。由图6可知，2050年耕地面积最大，而居民用地分布更加集中；2100年则发展为草地所占面积最大，其次是居民用地。
由2010—2050年土地利用变化转移矩阵（表6）可知，林地的变化幅度最大，总面积减少720 km2，主要转变为耕地，转变面积达655 km2；其次为耕地，总面积增加694.27 km2，主要从林地、居民用地转变而来。
由2050—2100年土地利用变化转移矩阵（表7）可知，耕地大幅度转变为草地（2194.83 km2），仅余2050年耕地总面积的15.6%，草地总面积增加至2400 km2，为2050年草地面积的12倍，林地稍有增长，增加面积为13.23 km2，其余土地利用类型变化较小。
结合现今污染机制与未来土地利用变化，2050年研究区内多为耕地，由于农业施氮肥等原因，耕地的增加将会导致研究区内地下水硝酸盐浓度增大，超标区域面积增加；居民用地更加集中则会使未超标区域面积减小，直接导致研究区地下水硝酸盐整体污染程度加重。
在2100年，经济高速发展，人们更注重生态绿化，使得耕地变为草地，污染来源减少，硝酸盐污染将有所减轻。但由于地下水循环更新较慢，已污染地区的中深层地下水水质将在一定时期内难以恢复；同时以工业园区为主的居民用地，由于工厂排污等原因，地下水中硝酸盐将保持在较高浓度。
因此，在未来经济发展的同时，应加强对点源污染的控制，生活、工业污水都应达标排放，并严格防止排污过程中的渗漏现象；农村地区尽量采用集中供水的方式，选择较好的水源，避免长期饮用污染物超标的地下水。另外，在耕地内应改善农业施肥模式，利用有机堆肥和无机化肥相结合的方式制定适应特定作物的低浓度复混肥，降低化肥使用量，从而减轻地下水硝酸盐污染。
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以人口密集的湛江市为研究对象，基于ArcGIS软件分析了不同土地利用变化下硝酸盐的空间分布特征，结合GeoSOS-FLUS模拟软件对未来土地利用变化下硝酸盐的变化趋势做出分析，得出以下结论：
（1）2005—2015年研究区内各土地利用类型变化幅度：水域>耕地>居民用地>林地>荒地>草地；其中耕地减少12.75 km2，主要转变为居民用地与林地；居民用地增加了9.58 km2，主要由耕地与林地转变而来。
（2）浅层地下水中NO3−浓度为（51.13±48.72）mg·L−1，变异系数为95%，超标率为37.5%，已受到硝酸盐污染的威胁，NO3−含量由研究区北部与南部超标区域地区，并向中部地区递减；中层地下水均值为1.61 mg·L−1，深层均值为0.41 mg·L−1，硝酸盐浓度逐层降低，且污染重心向东南移动。
（3）2005—2015年，研究区浅层地下水中硝酸盐污染减轻，超标区面积缩小，但北部遂溪县黄略镇地区污染加剧。
（4）不同土地利用类型的浅层地下水硝酸盐平均浓度排序为：耕地>林地>水域≈荒地>居民用地>草地；NO3−与Cl−、与Mg2+在α=0.05 水平上显著正相关，NO3−与Na++ K+、Ca2+在 α=0.01 水平上显著正相关，在中层地下水中NH4+与TFe在α=0.05 水平上显著正相关，说明地下水硝酸盐可能来源于耕地上农业化肥的使用，以及居民用地中生活污水与工业废水的渗漏与乱排。
（5）基于模拟结果，未来30年间，耕地面积可能将大量增加，居民用地趋于集中，因此，硝酸盐污染可能呈现上升的趋势，高浓度污染范围扩大。未来80年期间，绿化面积增大，变耕地为草地，硝酸盐污染整体将可能会有所下降，但以工业园区为主的居民用地区域仍保持在较高浓度。
土地利用变化下湛江市地下水硝酸盐含量评估
Assessment of groundwater nitrate content under land use changes in Zhanjiang City
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摘要: 随着城市化进程的加快，密集的工、农业生产等人类活动使得地下水硝酸盐污染问题突出。基于土地利用变化评估湛江市地下水中硝酸盐的含量，运用ArcGIS分析不同土地利用变化下硝酸盐的空间分布特征，结合GeoSOS-FLUS模拟软件，分析未来土地利用变化下硝酸盐的变化趋势。结果表明， 2005—2015年，湛江市耕地面积减少12.75 km2，居民用地增加了9.58 km2，分布更加集中；研究区浅层含水层中硝酸盐浓度为（51.13±48.72）mg·L−1，由北部与南部的超标区域，向中部地区递减，垂直方向上
${{\rm{NO}}_3^{-} }$ 浓度随埋深增加而大幅降低；近十年来，研究区浅层含水层中${{\rm{NO}}_3^{-}} $ 污染减轻，超标区面积缩小，但局部地区污染加剧；不同土地利用类型中耕地区浅层地下水硝酸盐平均浓度最大，居民用地与草地最小，结合${{\rm{NO}}_3^{-}} $ 与九个主要离子的相关性分析可知，地下水硝酸盐可能来源于农业化肥，生活污水与工业废水；基于模拟结果，未来30年间硝酸盐浓度随耕地面积的增长可能呈现上升的趋势，未来80年期间，硝酸盐污染整体将可能会有所下降，但以工业园区为主的居民用地区域仍保持在较高浓度。-
关键词:
- 湛江市 /
- 地下水 /
- 土地利用变化 /
- 硝酸盐 /
- GeoSOS-FLUS 模型
Abstract: With the acceleration of urbanization, the problem of nitrate pollution in groundwater is prominent due to the intensive human activities such as industrial and agricultural production. Based on the land use changes, we assessed the nitrate content in groundwater of Zhanjiang City, analyzed the spatial distribution characteristics of nitrate under different land use changes using ArcGIS, and combined with GeoSOS-FLUS simulation software to analyze the change trend of nitrate under future land use changes. The results show that: 1) From 2005 to 2015, the farmland area of Zhanjiang city decreased by 12.75 km2, and urban area increased by 9.58 km2, besides the distribution was more concentrated. 2) The mass concentration of nitrate in the shallows groundwater of the study area was (51.13±48.72) mg·L−1, which was decreased from the over-standard area in the north and the south to the central area. In the vertical direction, the mass concentration of${\rm{NO}}_3^{-} $ decreased greatly with the increase of the buried depth. 3) In the past decade, the pollution of${\rm{NO}}_3^{-} $ in shallow aquifer of the study area has been alleviated, and the area of the exceedance zone has reduced, while the pollution in some areas has been intensified; 4) The average concentration of nitrate in shallow groundwater was the largest in the middle cultivation area of different land use types, and the smallest in residential land and grassland. By analyzing the correlation between${\rm{NO}}_3^{-} $ and nine main ions, the nitrate in groundwater might come from agricultural fertilizers, domestic sewage and industrial wastewater. 5) Based on the simulation results, in the next 30 years, the concentration of nitrate may increase with the growth of farmland area, and the overall nitrate pollution would probably decline in the next 80 years, but that of urban area mainly in industrial parks still remain at a high concentration.-
Key words:
- Zhanjiang City /
- groundwater /
- land use change /
- nitrate /
- GeoSOS-FLUS mode
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图 1 研究区地理位置(a)及水文地质剖面(b)图
Figure 1. Geographical location (a) and hydrogeological profile (b) of the study area
图 3 2015年浅（a）、中（b）、深（c）层地下水硝酸盐浓度分布图
Figure 3. Distribution map of nitrate concentration in groundwater in shallow (a), middle (b) and deep(c)layers in 2015
图 4 2005（a）、2010（b）和2015（c）年湛江市浅层地下水的硝酸盐浓度分布图
Figure 4. Nitrate concentration distribution of shallow groundwater in Zhanjiang City in 2005(a)、2010(b) and 2015(c)
图 5 2005—2015年湛江市浅层地下水的硝酸盐浓度(a)和硝酸盐浓度最大值（b）变化图
Figure 5. Histogram （a）and Changes（b） of Maximum Nitrate Concentration in Shallow Groundwater in Zhanjiang City from 2005 to 2015
图 6 2010（a）、2050（b）、2100（c）年土地利用类型分布图
Figure 6. Distribution of land use types in 2010(a),2050(b) and 2100(c)
表 1 2005—2015年土地利用类型分布变化统计
Table 1. Statistics of land use type distribution change from 2005 to 2015
土地利用类型
Land use type2005年 2015年 2005—2015年变化量/km2
Changes from 2005 to 2015变化占比/%
Percent Change面积/km2
Area百分比/%
Percentage面积/km2
Area百分比/%
Percentage耕地 613.02 53.94 600.27 52.82 −12.75 −2.08 林地 225.36 19.83 216.69 19.07 −8.67 −4 草地 4.10 0.36 4.06 0.36 −0.04 −1 水域 89.53 7.88 103.59 9.12 14.06 15.70 居民用地 192.24 16.92 201.82 17.76 9.58 4.98 荒地 12.16 1.07 9.97 0.88 −2.19 −18.01 共计 1136.41 1136.41 0 0 
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表 2 湛江市2005—2015年土地利用转移矩阵（km2）
Table 2. Land use transfer matrix of Zhanjiang from 2005 to 2015(km2)
土地利用类型
Land use type耕地
Farmland林地
Forest草地
Grassland水域
Water居民用地
Urban荒地
Barren2005共计
Total area in 2005耕地 555.85 19.59 0.40 9.81 26.31 1.05 613.02 林地 18.56 186.53 0.14 6.40 12.94 0.79 225.36 草地 0.51 0.11 3.29 0.08 0.08 0.03 4.09 水域 4.77 2.03 0.19 78.07 3.82 0.64 89.53 居民用地 20.00 7.82 0.03 8.33 155.92 0.15 192.24 荒地 0.57 0.61 0.00 0.92 2.75 7.31 12.16 2015共计 600.27 216.69 4.06 103.59 201.82 9.97 1136.41
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表 3 2005年、2010年和2015年浅层地下水硝酸盐的分布统计
Table 3. Distribution statistics of nitrate in shallow groundwater in 2005,2010 and 2015
年份 最大值/（mg·L−1）
Max最小值/(mg·L−1)
Min平均值/(mg·L−1)
Average标准偏差/(mg·L−1)
Standard deviation变异系数/%
Coefficient of variation样本超标率/%
Excess rate2005 125 0.2 56.17 46.55 83 33.3 2010 140 2 50.71 35.79 77 35.7 2015 150 0 51.13 48.72 95 37.5
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表 4 2015年不同土地利用类型下
${\rm{NO}}_3^{-} $ Table 4. Statistical values of
${\rm{NO}}_3^{-} $ 土地利用类型
Land use type最小值
Min最大值
Max均值
Average标准偏差
Standard deviation耕地 4.61 149.54 55.83 19.28 林地 7.31 135.24 54.52 16.38 草地 9.88 74.94 32.28 19.95 水域 7.16 80.24 52.74 10.78 居民用地 4.51 150 45.94 22.72 荒地 19.06 74.52 52.66 13.48
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表 5
${\rm{NO}}_3^{-} $ Table 5. The correlation between
${\rm{NO}}_3^{-} $ 含水层
Aquifer变量
VariableNa++K+ Ca2+ Mg2+ Cl− ${\rm{SO}}_4^{2-} $ ${\rm{HCO}}_3^{-} $ ${\rm{NO}}_2^{-} $ ${\rm{NH}}_4^{+} $ TFe 浅层 r2 0.950** 0.704** 0.645* 0.546* 0.623* 0.505* 0.411 0.054 −0.442 P 0 0.005 0.013 0.43 0.017 0.065 0.144 0.856 0.086 中层 r2 −0.332 −0.397 −0.35 0.101 0.006 −0.639** 0.058 −0.216 −0.282 P 0.208 0.127 0.185 0.711 0.983 0.008 0.832 0.421 0.257 深层 r2 −0.101 0.003 −0.107 −0.416 −0.227 0.008 0.323 −0.271 −0.331 P 0.655 0.989 0.635 0.054 0.310 0.973 0.165 0.248 0.133 注：“*”表示显著相关，“**”表示极显著相关；r2（相关系数），P（P值）.
Note：* represents correlation is significant at the 0.05 level; ** represents correlation is significant at the 0.01 level; r2 represents correlation coefficient; p represents p value.
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表 6 2010—2050年土地利用变化转移矩阵（km2）
Table 6. Land use change transfer matrix from 2010 to 2050(km2)
土地利用类型
Land use type耕地
Farmland林地
Forest草地
Grassland水域
Water居民用地
Urban荒地
Barren2010年共计
Total area in 2010耕地 1685.20 16.87 88.49 18.52 96.27 2.10 1907.45 林地 655.10 8.19 62.29 0.81 19.82 0.00 746.22 草地 8.78 0.00 0.94 0.00 1.15 0.00 10.86 水域 63.52 1.06 17.06 6.36 9.03 6.66 103.67 居民用地 180.89 0.00 9.15 5.36 83.49 4.75 283.64 荒地 8.23 0.00 4.58 0.94 0.04 0.00 13.79 2050共计 2601.71 26.12 182.50 31.99 209.80 13.50 3065.63
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表 7 2050—2100年土地利用变化转移矩阵（km2）
Table 7. Land use change transfer matrix from 2050 to 2100(km2)
土地利用类型
Land use type耕地
Farmland林地
Forest草地
Grassland水域
Water居民用地
Urban荒地
Barren2050年共计
Total area in 2050耕地 405.06 6.93 2194.83 0.73 26.11 0 2633.67 林地 0 26.21 1.61 0 0 0 27.82 草地 0.85 7.91 189.77 0 0.28 0 198.81 水域 0 0 0.03 45.39 0 0 45.42 居民用地 5.44 0 10.15 0 195.69 0 211.28 荒地 0 0 3.12 0 0 13.28 16.40 2100共计 411.35 41.05 2399.51 46.13 222.09 13.28 3133.41
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[1] MICHENER R, LAJTHA K. Stable isotopes in ecology and environmental science[M]. Oxford, UK: Blackwell Publishing Ltd, 2007. [2] ZHANG Y, LI F D, ZHANG Q Y, et al. Tracing nitrate pollution sources and transformation in surface- and ground-waters using environmental isotopes [J]. Science of the Total Environment, 2014, 490: 213-222. doi: 10.1016/j.scitotenv.2014.05.004 [3] 王庆锁, 顾颖, 孙东宝. 巢湖流域地下水硝态氮含量空间分布和季节变化格局 [J]. 生态学报, 2014, 34(15): 4372-4379. WANG Q S, GU Y, SUN D B. Spatial and seasonal variations of nitrate-N concentration in groundwater within Chao Lake watershed [J]. Acta Ecologica Sinica, 2014, 34(15): 4372-4379(in Chinese).
[4] 徐进, 何江涛, 彭聪, 等. 柳江盆地浅层地下水硝酸型水特征和成因分析 [J]. 环境科学, 2018, 39(9): 4142-4149. XU J, HE J T, PENG C, et al. Characteristics and genesis of NO3 type water in shallow groundwater in Liujiang basin [J]. Environmental Science, 2018, 39(9): 4142-4149(in Chinese).
[5] 庞园, 李志威, 张明珠. 广花盆地地下水三氮时空分布特征及影响因素分析 [J]. 生态环境学报, 2018, 27(5): 916-925. PANG Y, LI Z W, ZHANG M Z. Analysis of spatial-temporal distribution and influencing factors of three-nitrogen in groundwater of Guanghua basin [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2018, 27(5): 916-925(in Chinese).
[6] LERNER D N, HARRIS B. The relationship between land use and groundwater resources and quality [J]. Land Use Policy, 2009, 26: S265-S273. doi: 10.1016/j.landusepol.2009.09.005 [7] SCANLON B R, REEDY R C, STONESTROM D A, et al. Impact of land use and land cover change on groundwater recharge and quality in the southwestern US [J]. Global Change Biology, 2005, 11(10): 1577-1593. doi: 10.1111/j.1365-2486.2005.01026.x [8] 崔健, 都基众, 李霄, 等. 齐齐哈尔市土地利用变化及其对地下水水质的影响 [J]. 地球与环境, 2015, 43(3): 308-315. CUI J, DU J Z, LI X, et al. Effects of land use change on groundwater quality in Qiqihar city [J]. Earth and Environment, 2015, 43(3): 308-315(in Chinese).
[9] 马兴旺, 李保国, 吴春荣, 等. 民勤绿洲现状土地利用模式影响下地下水位时空变化的预测 [J]. 水科学进展, 2003, 14(1): 85-90. doi: 10.3321/j.issn:1001-6791.2003.01.015 MA X W, LI B G, WU C R, et al. Predicting of temporal-spatial change of groundwater table resulted from current land use in Minqin oasis [J]. Advances in Water Science, 2003, 14(1): 85-90(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1001-6791.2003.01.015
[10] 闫佰忠, 肖长来, 刘泓志, 等. 吉林市城区土地利用对地下水污染空间分布的影响 [J]. 中国环境科学, 2015, 35(3): 934-942. YAN B Z, XIAO C L, LIU H Z, et al. Effect of urban land use on the spatial distribution of groundwater pollution in the Jilin City [J]. China Environmental Science, 2015, 35(3): 934-942(in Chinese).
[11] JEONG C H. Effect of land use and urbanization on hydrochemistry and contamination of groundwater from Taejon area, Korea [J]. Journal of Hydrology, 2001, 253(1/2/3/4): 194-210. [12] 马兴旺, 朱靖蓉, 李保国. 绿洲土地利用对地下水矿化度时空变化影响的定量评估 [J]. 自然资源学报, 2009, 24(3): 466-475. doi: 10.3321/j.issn:1000-3037.2009.03.011 MA X W, ZHU J R, LI B G. Quantitative evaluating of temporal-spatial change of groundwater mineralization resulted from land use in oasis [J]. Journal of Natural Resources, 2009, 24(3): 466-475(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1000-3037.2009.03.011
[13] 苏跃, 刘方, 李航, 等. 喀斯特山区不同土地利用方式下土壤质量变化及其对水环境的影响 [J]. 水土保持学报, 2008, 22(1): 65-68. doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2008.01.014 SU Y, LIU F, LI H, et al. Effects of land-use patterns on soil and environmental water quality in Karst hilly areas [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(1): 65-68(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1009-2242.2008.01.014
[14] 赵新锋, 曾松青, 陈建耀, 等. “珠三角”地区城市化对地下水水质影响案例研究 [J]. 生态环境, 2008, 17(2): 533-536. ZHAO X F, ZENG S Q, CHEN J Y, et al. Effects of urbanization on groundwater quality: A case study in Pearl River Delta [J]. Ecology and Environment, 2008, 17(2): 533-536(in Chinese).
[15] 王仕琴, 郑文波, 孔晓乐. 华北农区浅层地下水硝酸盐分布特征及其空间差异性 [J]. 中国生态农业学报, 2018, 26(10): 1476-1482. WANG S Q, ZHENG W B, KONG X L. Spatial distribution characteristics of nitrate in shallow groundwater of the agricultural area of the North China Plain [J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(10): 1476-1482(in Chinese).
[16] MARTÍNEZ D, MOSCHIONE E, BOCANEGRA E, et al. Distribution and origin of nitrate in groundwater in an urban and suburban aquifer in Mar del Plata, Argentina [J]. Environmental Earth Sciences, 2014, 72(6): 1877-1886. doi: 10.1007/s12665-014-3096-x [17] 杨应增, 何守阳, 吴攀, 等. 岩溶地下河水化学对城镇化进程的时序响应 [J]. 环境科学, 2019, 40(10): 4532-4542. YANG Y Z, HE S Y, WU P, et al. Temporal response of subterranean Karst stream hydrochemistry to urbanization [J]. Environmental Science, 2019, 40(10): 4532-4542(in Chinese).
[18] 周飞, 陈士银, 钟来元, 等. 湛江市土地利用总体规划实施的生态效应评价 [J]. 热带地理, 2009, 29(3): 274-279. doi: 10.3969/j.issn.1001-5221.2009.03.013 ZHOU F, CHEN S Y, ZHONG L Y, et al. Evaluation of ecological effects on the implementation of comprehensive land-use planning of Zhanjiang city [J]. Tropical Geography, 2009, 29(3): 274-279(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1001-5221.2009.03.013
[19] 戴启, 莫美仙, 陈海宁. 昆明盆地北部浅层地下水硝酸盐污染分析 [J]. 云南地质, 2009, 28(4): 437-444. doi: 10.3969/j.issn.1004-1885.2009.04.015 DAI Q, MO M X, CHEN H N. The analysis of nitrate pollution of shallow underground water in north Kunming basin [J]. Yunnan Geology, 2009, 28(4): 437-444(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1004-1885.2009.04.015
[20] 潘田, 张幼宽. 太湖流域长兴县浅层地下水氮污染特征及影响因素研究 [J]. 水文地质工程地质, 2013, 40(4): 7-12. PAN T, ZHANG Y K. A study of nitrogen pollution in shallow groundwater and its affecting factors in Changxing County in the Taihu Basin [J]. Hydrogeology & Engineering Geology, 2013, 40(4): 7-12(in Chinese).
[21] 王与. 模拟土地利用变化对地下水硝酸盐面源污染影响的研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2017. WANG Y. Modelling the effects of land-use change on groundwater non-point nitrate contamination[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2017(in Chinese).
[22] 闫金凤, 陈曦, 周可法. 土地利用变化对绿洲区地下水硝酸盐空间变异特征的影响 [J]. 农业环境科学学报, 2008, 27(4): 1476-1481. doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2008.04.035 YAN J F, CHEN X, ZHOU K F. Effects of land use change on the spatial variation characteristics of nitrate content in groundwater in oases [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(4): 1476-1481(in Chinese). doi: 10.3321/j.issn:1672-2043.2008.04.035
[23] 陈科, 徐达. 湛江市城区地下水污染因子灰色关联分析 [J]. 广东水利水电, 2009(3): 37-39,46. doi: 10.3969/j.issn.1008-0112.2009.03.011 CHEN K, XU D. Gray correlation analysis of groundwater pollution factors in urban area of Zhanjiang city [J]. Guangdong Water Resources and Hydropower, 2009(3): 37-39,46(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1008-0112.2009.03.011
[24] 梁冬梅, 赵新锋, 陈建耀, 等. 雷州半岛土壤渗透性及其与地下水补给关系 [J]. 热带地理, 2016, 36(6): 960-968. LIANG D M, ZHAO X F, CHEN J Y, et al. Soil permeability in relation to groundwater recharge from rainfall infiltration in the Leizhou peninsula [J]. Tropical Geography, 2016, 36(6): 960-968(in Chinese).
[25] 汪彪, 刘玉国, 周毅, 等. 1951—2010年湛江市平均气温变化特征分析 [J]. 气候变化研究快报, 2017, 6(5): 283-287. doi: 10.12677/CCRL.2017.65031 WANG B, LIU Y G, ZHOU Y, et al. Characteristics of mean surface air temperature variation in Zhanjiang during 1951-2010 [J]. Climate Change Research Letters, 2017, 6(5): 283-287(in Chinese). doi: 10.12677/CCRL.2017.65031
[26] 梁靖. 湛江冯村垃圾场对中深层承压水污染的可能性及其防治 [J]. 水资源保护, 2010, 26(3): 30-32,90. doi: 10.3969/j.issn.1004-6933.2010.03.008 LIANG J. Possibility and control measures of confined water pollution in middle-deep layer of Fengcun landfill in Zhanjiang City [J]. Water Resources Protection, 2010, 26(3): 30-32,90(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1004-6933.2010.03.008
[27] 温汉辉. 雷州半岛地下水循环规律及合理开发利用研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2013. WEN H H. Study on circulation pattern and numerical modeling of groundwater flow in Leizhou peninsula[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2013(in Chinese).
[28] 刁美娜, 温小虎, 张志东, 等. 莱州湾东岸地下水硝酸盐空间变异特征研究 [J]. 安全与环境学报, 2012, 12(3): 137-141. doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2012.03.033 DIAO M N, WEN X H, ZHANG Z D, et al. On the spatial nitrate concentration variations in the groundwater of the eastern Coast of Laizhou Bay [J]. Journal of Safety and Environment, 2012, 12(3): 137-141(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1009-6094.2012.03.033
[29] 孙长虹, 陈淑峰, 刁徐笑, 等. 基于GIS的华北某市地下潜水层硝酸盐含量变化趋势分析 [J]. 安全与环境学报, 2016, 16(3): 293-298. SUN C H, CHEN S F, DIAO X X, et al. GIS-based analysis of the changing trend of the phreatic aquifer nitrate content in a metropolis of North China [J]. Journal of Safety and Environment, 2016, 16(3): 293-298(in Chinese).
[30] 吴海燕, 傅世锋, 蔡晓琼, 等. 东山岛地下水“三氮”空间分布特征 [J]. 环境科学, 2015, 36(9): 3203-3211. WU H Y, FU S F, CAI X Q, et al. Spatial variation of ammonia-N, nitrate-N and nitrite-N in groundwater of Dongshan island [J]. Environmental Science, 2015, 36(9): 3203-3211(in Chinese).
[31] LI X, CHEN G Z, LIU X P, et al. A new global land-use and land-cover change product at a 1-km resolution for 2010 to 2100 based on human-environment interactions [J]. Annals of the American Association of Geographers, 2017, 107(5): 1040-1059. doi: 10.1080/24694452.2017.1303357 [32] 张俊, 何国伟, 梁楚灵, 等. 湛江城市海岸线景观带分析与构想 [J]. 安徽农业科学, 2015, 43(11): 179-181,206. doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2015.11.067 ZHANG J, HE G W, LIANG C L, et al. The analysis and conceive of the landscape belt of Zhanjiang city coastline [J]. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2015, 43(11): 179-181,206(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.0517-6611.2015.11.067
[33] 唐高光. 探析湛江市土地资源利用现状及其发展规划 [J]. 安徽农学通报(下半月刊), 2011, 17(16): 144-145,212. TANG G G. Exploring the status of Land resources utilization and its development planning in Zhanjiang city [J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2011, 17(16): 144-145,212(in Chinese).
[34] 周迅, 赵汝荣, 陈琦. 福州市浅层地下水的硝化机制 [J]. 水资源保护, 2017, 33(4): 26-31,46. doi: 10.3880/j.issn.1004-6933.2017.04.005 ZHOU X, ZHAO R R, CHEN Q. Nitrification of shallow groundwater in Fuzhou City, China [J]. Water Resources Protection, 2017, 33(4): 26-31,46(in Chinese). doi: 10.3880/j.issn.1004-6933.2017.04.005
[35] ZUO R, JIN S H, CHEN M H, et al. In-situ study of migration and transformation of nitrogen in groundwater based on continuous observations at a contaminated desert site [J]. Journal of Contaminant Hydrology, 2018, 211: 39-48. doi: 10.1016/j.jconhyd.2018.03.003 [36] ZHOU X, YAN X, LI J, et al. Evolution of the groundwater environment under a long-term exploitation in the coastal area near Zhanjiang, China [J]. Environmental Geology, 2007, 51(5): 847-856. [37] LI D D, THOMPSON R S, BERGMANN G, et al. Template-based synthesis and magnetic properties of cobalt nanotube arrays [J]. Advanced Materials, 2008, 20(23): 4575-4578. doi: 10.1002/adma.200801455 [38] 耿玉栋, 张千千, 孙继朝, 等. 不同土地利用方式和地下水埋深对水中硝态氮浓度分布的影响 [J]. 环境污染与防治, 2016, 38(6): 63-68. GENG Y D, ZHANG Q Q, SUN J C, et al. Impact of land use types and groundwater depth on the distribution of nitrate nitrogen in groundwater [J]. Environmental Pollution & Control, 2016, 38(6): 63-68(in Chinese).
[39] 陈建平, 毛宏涛, 丁际豫, 等. 氮肥对地下水中“三氮”响应机理 [J]. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版), 2015, 34(1): 118-123. CHEN J P, MAO H T, DING J Y, et al. Response mechanism of nitrogen fertilization to ammonianitrite-nitrates groundwater [J]. Journal of Liaoning Technical University (Natural Science), 2015, 34(1): 118-123(in Chinese).
[40] 黄冠星, 孙继朝, 荆继红, 等. 珠江三角洲地区地下水铁的分布特征及其成因 [J]. 中国地质, 2008, 35(3): 531-538. doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2008.03.018 HUANG G X, SUN J C, JING J H, et al. Distribution and origin of iron in groundwater of the Zhujiang delta [J]. Geology in China, 2008, 35(3): 531-538(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1000-3657.2008.03.018
[41] 姚锦梅, 周训, 谢朝海. 湛江市深层承压水铁分布和地球化学模拟研究 [J]. 现代地质, 2009, 23(6): 1174-1179. doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2009.06.025 YAO J M, ZHOU X, XIE C H. Study on Fe occurrence and geochemical simulation of groundwater in the deep confined water in Zhanjiang [J]. Geoscience, 2009, 23(6): 1174-1179(in Chinese). doi: 10.3969/j.issn.1000-8527.2009.06.025
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