張展羽，王 超，2，楊 潔，李新虎，2

(1.河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098;

2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098;3.江西省水土保持科學(xué)研究所，江西南昌 330029)

紅壤是我國(guó)南方主要的土壤資源，然而，由于不合理的開(kāi)發(fā)利用，造成水土流失嚴(yán)重和氮磷等養(yǎng)分的流失，使得土壤肥力下降[1]及水體富營(yíng)養(yǎng)化[2].這不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成不良影響，還嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和生活水平的提高.針對(duì)氮磷等養(yǎng)分流失的問(wèn)題，許多學(xué)者[3-10]已從氮磷等養(yǎng)分流失的影響因素(降雨強(qiáng)度、土地利用方式、植被覆蓋等)方面進(jìn)行了大量研究.基于江西省水土流失嚴(yán)重的現(xiàn)狀[11]，筆者在江西省水土保持生態(tài)科技園實(shí)驗(yàn)小區(qū)開(kāi)展試驗(yàn)，研究了不同植被措施對(duì)紅壤坡地果園總氮及總磷流失規(guī)律的影響，旨在為南方紅壤地區(qū)氮磷流失的防治提供依據(jù).

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省水土保持生態(tài)科技園地處江西省北部的德安縣燕溝小流域，鄱陽(yáng)湖水系博陽(yáng)河西岸，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，光照充足，雨熱基本同期.年平均降雨量為1350.9mm，最大降雨量1807.7mm，最小降雨量865.6mm.多年平均氣溫16.7℃，冬季最低氣溫-11℃，平均4.1℃;夏季最高氣溫40℃，平均28.7℃.年日照時(shí)數(shù)1650～2100h.江西省水土保持生態(tài)科技園區(qū)是我國(guó)紅壤的中心區(qū)域，地形條件在江西省和南方紅壤丘陵區(qū)具有代表性.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理小區(qū)(表1).每個(gè)處理小區(qū)面積為5m×15m=75m2，坡度為14°，地表徑流觀測(cè)是在小區(qū)下部設(shè)置一承水槽，承接地表徑流與泥沙.將出水口用塑膠管連接并引入地表徑流池.每個(gè)地表徑流池都進(jìn)行率定，池壁均安裝有搪瓷水尺，能直接讀取地表徑流量.

表1 試驗(yàn)小區(qū)植被處理措施Table 1 Vegetation measures of test plots

1.3 觀測(cè)項(xiàng)目及方法

a.降雨量測(cè)定:在試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置虹吸式自記雨量計(jì)，用以獲得降雨過(guò)程和降雨量.

b.徑流量測(cè)定:通過(guò)地表徑流池量測(cè)地表徑流量.

c.土壤流失量測(cè)定:降雨過(guò)程中，每隔一定時(shí)間取一定量的水樣進(jìn)行烘干后稱重，獲得徑流中的泥沙含量.

d.總氮及總磷流失含量測(cè)定:降雨開(kāi)始產(chǎn)流后，每隔一定時(shí)間分別在各處理下的地表徑流池內(nèi)取樣，將試樣過(guò)濾后獲得水樣和泥沙樣，然后分別測(cè)定水樣和泥沙樣中的總氮和總磷的含量，相加后得到總氮及總磷的流失量.其中，水樣中總氮和總磷含量測(cè)定方法分別采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法[13]和鉬酸銨分光光度法[14]，泥沙樣中總氮和總磷含量測(cè)定方法分別采用開(kāi)氏水煮法和鉬銻抗比色法.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 降雨過(guò)程及降雨量

分別對(duì)2008年內(nèi)3次典型降雨條件下總氮及總磷的流失量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表2列出了這3次降雨的降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和降雨量等.降雨過(guò)程見(jiàn)圖1.

2.2 產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程

3次降雨條件下不同處理小區(qū)的產(chǎn)流過(guò)程見(jiàn)圖1，產(chǎn)沙過(guò)程見(jiàn)圖2.

表2 3次降雨情況Table 2 Information of 3 times of test rainfalls

圖1 不同處理小區(qū)降雨、產(chǎn)流過(guò)程Fig.1 Process of rainfall and runoff in different plots

圖2 不同處理小區(qū)產(chǎn)沙過(guò)程Fig.2 Process of sediment in different plots

從圖1和圖2可以看出:處理Ⅰ小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程基本隨降雨的開(kāi)始而開(kāi)始，隨降雨的結(jié)束而結(jié)束;而處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)內(nèi)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程相對(duì)于降雨過(guò)程出現(xiàn)不同的滯后現(xiàn)象，其初始產(chǎn)流、產(chǎn)沙時(shí)間相對(duì)于降雨分別滯后了大約5min和10min.3個(gè)處理小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過(guò)程基本隨降雨強(qiáng)度的變化而變化.處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處理Ⅰ小區(qū)，產(chǎn)流量分別為處理Ⅰ小區(qū)的12.62%和7.09%，產(chǎn)沙量分別為處理Ⅰ小區(qū)的15.23%和9.59%.說(shuō)明這2種處理措施在水土保持方面起到了很好的作用，其中以處理Ⅲ最佳.

2.3 總氮及總磷流失過(guò)程及流失總量

3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總氮流失過(guò)程見(jiàn)圖3，總磷流失過(guò)程見(jiàn)圖4.表3列出了3次降雨條件下不同處理小區(qū)內(nèi)總氮及總磷的流失總量.

圖3 不同處理小區(qū)總氮流失過(guò)程Fig.3 Process of total nitrogen losses in different plots

圖4 不同處理小區(qū)總磷流失過(guò)程Fig.4 Process of total phosphorus losses in different plots

表3 不同處理小區(qū)內(nèi)總氮及總磷流失總量Table 3 Values of total nitrogen and total phosphorus losses in different plots

從圖3可以看出，各小區(qū)的總氮流失過(guò)程與產(chǎn)流過(guò)程基本一致，并且各小區(qū)總氮質(zhì)量濃度變化過(guò)程都呈現(xiàn)出先增大后減小并逐步趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，只是在總氮質(zhì)量濃度大小及峰值產(chǎn)生的時(shí)間上有所差異.以降雨3為例，各處理小區(qū)在產(chǎn)流過(guò)程中產(chǎn)生的總氮質(zhì)量濃度最大值分別為:處理Ⅰ小區(qū)為3.92mg/L，處理Ⅱ小區(qū)1.32mg/L，處理Ⅲ小區(qū)1.15 mg/L，產(chǎn)流后期各小區(qū)總氮質(zhì)量濃度分別穩(wěn)定在2.72mg/L，0.53mg/L和0.42mg/L左右.

產(chǎn)流初期，由于降雨強(qiáng)度較大，各處理小區(qū)表層土壤比較疏松，徑流挾帶泥沙量較大，所以總氮流失質(zhì)量濃度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì);產(chǎn)流后期，隨著降雨強(qiáng)度的減小，徑流量及泥沙流失量減小，導(dǎo)致總氮流失質(zhì)量濃度逐漸降低并最后趨于穩(wěn)定，說(shuō)明總氮及總磷流失質(zhì)量濃度受降雨強(qiáng)度影響較大.從圖3可以明顯看出，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的總氮流失質(zhì)量濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于處理Ⅰ小區(qū)，其流失的總氮質(zhì)量濃度分別為處理Ⅰ小區(qū)的21.14%和16.24%.通過(guò)對(duì)3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總氮流失過(guò)程進(jìn)行多重比較，可知處理Ⅰ與處理Ⅱ、處理Ⅲ下的總氮流失過(guò)程差異顯著，而處理Ⅱ與處理Ⅲ下的總氮流失過(guò)程之間并無(wú)顯著差異.

從表3中可以看出，總氮流失總量的ES/ER在1.58～4.06間變化，均大于1，表明3種處理小區(qū)內(nèi)總氮流失均以泥沙攜帶為主.其中處理Ⅰ小區(qū)的總氮流失總量最大，其次是處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū).處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)產(chǎn)生的總氮流失總量約為處理Ⅰ小區(qū)3.76%和1.03%.此外，從總氮流失總量(表3)與降雨量(表2)之間的關(guān)系來(lái)看，總氮流失量與平均降雨強(qiáng)度、最大降雨強(qiáng)度及降雨總量之間均有一定的相關(guān)關(guān)系.

圖4表明總磷流失過(guò)程與總氮流失過(guò)程基本相同.總磷流失質(zhì)量濃度受降雨強(qiáng)度影響較大，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的總磷流失質(zhì)量濃度分別為處理Ⅰ小區(qū)的21.03%和16.62%.通過(guò)對(duì)3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總磷流失過(guò)程進(jìn)行多重比較，表明處理Ⅰ與處理Ⅱ、處理Ⅲ下的總磷流失過(guò)程差異顯著，而處理Ⅱ與處理Ⅲ下總磷流失過(guò)程并無(wú)顯著差異.表3表明不同處理小區(qū)的總磷流失以泥沙攜帶為主，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)總磷流失總量分別為處理Ⅰ小區(qū)的3.22%和0.98%.總磷流失量與平均降雨強(qiáng)度、最大降雨強(qiáng)度及降雨總量之間有一定的相關(guān)關(guān)系.

3 結(jié) 論

a.水土流失是導(dǎo)致土壤總氮及總磷流失的主要原因.在水土流失的整個(gè)過(guò)程中，伴隨著總氮及總磷的流失，其流失的質(zhì)量濃度基本呈現(xiàn)先增大后減小并最終趨于穩(wěn)定的狀態(tài).從總氮及總磷流失總量來(lái)看，總氮及總磷流失以泥沙攜帶為主，徑流攜帶次之.

b.果樹(shù)+百喜草敷蓋和果樹(shù)+百喜草覆蓋均可有效控制水土流失，進(jìn)而控制總氮及總磷的流失.由于百喜草敷蓋產(chǎn)生的效果不如百喜草覆蓋，并且在操作實(shí)施方面具有原材料成本高、植物體不易固定、敷蓋表面易被破壞等缺點(diǎn)，而百喜草是禾本科雀稗屬的一種多年生匍匐草本，具有易種、易活、易管、耐瘠、耐旱、耐酸堿、耐浸等特性[12]，比較適合大面積種植，因此，使用果樹(shù)+百喜草覆蓋(處理Ⅲ)措施對(duì)控制南方紅壤坡地水土流失及氮磷等養(yǎng)分的流失更為有效.

c.由于條件限制，本文的研究?jī)?nèi)容僅對(duì)同一坡度下總氮及總磷的流失情況進(jìn)行了研究，在以后的研究中可選擇不同坡度，為氮磷等養(yǎng)分流失的控制和治理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo).

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