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        野外模擬降雨條件下東江源臍橙果園產(chǎn)流試驗(yàn)

        2015-08-20 17:50:59劉明慶席運(yùn)官汪貞
        江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年7期

        劉明慶 席運(yùn)官 汪貞

        摘要:降雨徑流所引起的水土流失問題,是東江源頭區(qū)水污染的重要因素之一。通過野外模擬降雨試驗(yàn),研究了臍橙果園徑流產(chǎn)流規(guī)律以及覆草對果園產(chǎn)流產(chǎn)污的影響。研究結(jié)果表明,在相同降雨強(qiáng)度下,土壤初始含水率越高,產(chǎn)流越快,徑流產(chǎn)沙高峰期出現(xiàn)在0~50 min內(nèi),徑流總氮流失主要發(fā)生0~90 min內(nèi),之后趨于平穩(wěn);與裸地相比,果園覆草明顯延緩產(chǎn)流時(shí)間,徑流中泥沙流失量減少5.6%~69.1%,總氮流失減少4.2%~40.8%。研究結(jié)果可為東江源頭區(qū)臍橙果園水土流失與面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

        關(guān)鍵詞:東江源頭區(qū);臍橙果園;模擬降雨;養(yǎng)分流失

        中圖分類號: S157 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號:1002-1302(2015)07-0420-03

        東江源頭區(qū)是以山地、丘陵為主的地區(qū),有“八山半水一分田,半分道路與莊園”之稱,范圍涵蓋贛州市定南、尋烏和安遠(yuǎn)3縣,年均無霜期280~298 d,多年平均降水量1 526~1 700 mm。調(diào)查結(jié)果表明,東江源3縣以臍橙為主的果園種植面積達(dá)到5.76萬hm2,多數(shù)果園建立在丘陵山坡上,栽培初期3年內(nèi)土壤裸露,水土流失嚴(yán)重。本研究通過果園人工模擬降雨試驗(yàn),研究東江源頭區(qū)果園不同地表覆蓋類型下降雨產(chǎn)流規(guī)律與土壤養(yǎng)分流失情況,為坡地果園水土保持、減少土壤養(yǎng)分流失提供技術(shù)依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 模擬降雨裝置

        野外模擬降雨試驗(yàn)采用QYJY-502型便攜式全自動(dòng)人工模擬降雨器(西安清遠(yuǎn)測控技術(shù)有限公司生產(chǎn)),有效雨滴降落高度為4 m,降雨均勻度大于80%,降雨面積15 m2。

        1.2 試驗(yàn)方法

        模擬降雨野外試驗(yàn)研究小區(qū)位于江西省定南縣龍?zhí)伶?zhèn)杏林農(nóng)莊。該農(nóng)莊是較典型的“豬-沼-果-魚”生態(tài)農(nóng)業(yè)模式,實(shí)行山頂戴帽(水土涵養(yǎng)林),山腰開梯田種臍橙,山腳穿靴(防護(hù)植被帶),山凹建生豬養(yǎng)殖場,山底建魚塘,總面積為33.35 hm2。

        選取農(nóng)莊內(nèi)2個(gè)天然等高種植帶,設(shè)置裸露和人工覆草2個(gè)試驗(yàn)小區(qū),每個(gè)降雨試驗(yàn)小區(qū)為15 m2,周邊用薄鐵皮板圍成,小區(qū)下端安裝V型鐵皮導(dǎo)流槽和用以集水的徑流桶。試驗(yàn)小區(qū)土壤粒徑組成和土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況見表1、表2,現(xiàn)場調(diào)查分析結(jié)果該區(qū)域?yàn)榧t壤土。

        2012年3月至2012年10月,按照當(dāng)?shù)亟涤昵闆r分4次,分別為2012-03-29、2012-05-16、2012-06-29、2012-10-21,標(biāo)記為a、b、c、d進(jìn)行模擬降雨試驗(yàn),每次設(shè)計(jì)雨強(qiáng)均為 50 mm/h,降雨歷時(shí)2.5 h。為了保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性,降雨在無風(fēng)條件下進(jìn)行,每次試驗(yàn)前對雨強(qiáng)進(jìn)行率定,并對降雨均勻性進(jìn)行檢驗(yàn)。在降雨試驗(yàn)開始后,記錄產(chǎn)流時(shí)間,并定時(shí)接取徑流水樣。徑流監(jiān)測指標(biāo)包括pH值,化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)、泥沙(SS)等。樣品分析方法:TN、NH4+-N含量測定采用水質(zhì)流動(dòng)分析儀(Skalar)測定;TP測定采用過鉬銻抗分光光度法;COD測定采用重鉻酸鉀法;pH值測定采用雷磁PHS-3C精密pH計(jì);SS用0.45 μm濾膜過濾,再烘干稱重。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 產(chǎn)流時(shí)間

        降雨產(chǎn)流時(shí)間主要受到土壤初始含水率、植被類型、降雨強(qiáng)度、坡度等因素的影響[1-2],關(guān)于產(chǎn)流時(shí)間與上述影響因素之間的函數(shù)關(guān)系,不同研究者所得結(jié)論不盡相同[3-5]。模擬降雨小區(qū)試驗(yàn)中初始產(chǎn)流時(shí)間見表3。果園覆草后降雨產(chǎn)流時(shí)間主要取決于土壤初始含水率,二者呈線性關(guān)系,t=97139-3.760 7θ(r2=0.916 3),式中:θ為土壤初始含水率。與裸地狀態(tài)相比,果園覆草后初始產(chǎn)流時(shí)間延緩1.0~10.5 min,說明果園覆草可以有效延緩降雨產(chǎn)流,與相關(guān)報(bào)道[5]一致,因此從水土保持、改善生態(tài)環(huán)境、緩解養(yǎng)分流失的角度考慮,果園應(yīng)提倡適當(dāng)留草,避免地表裸露[6]。

        2.2 模擬降雨地表徑流泥沙流失情況

        果園地表在裸地和覆草2種土地利用方式下降雨地表徑流泥沙流失情況見圖1。從圖1可以看出,2種土地利用方式下降雨地表徑流的泥沙量均表現(xiàn)出逐步減少并趨于穩(wěn)定的趨勢,原因是雨水擊濺產(chǎn)生大量分散的土壤顆粒,被土壤薄層水流運(yùn)走,形成產(chǎn)流后的泥沙流失[7]。從圖1可以看出,降雨50 min內(nèi),徑流泥沙含量較高,隨著降雨的持續(xù),降雨侵蝕趨于穩(wěn)定,因而泥沙量也逐漸減少并趨于穩(wěn)定。因此,山地果園集中匯集攔截初期雨水可有效控制降雨產(chǎn)流污染。與裸地相比,覆草能減少5.6%~69.1%的泥沙流失,有效緩解降雨對土壤的侵蝕作用,有利于防治水土流失。

        2.3 模擬降雨地表徑流污染物濃度分析

        2.3.1 總氮 裸地和覆草2種土地利用方式下地表徑流中的TN表現(xiàn)出逐步減少并趨于穩(wěn)定的趨勢,與降雨 15 min 后相比,50 min時(shí)徑流水中總氮濃度減少37.7%~65.0%,90 min 時(shí)總氮濃度降低61.8%~88.7%(圖2)。覆草果園地表徑流中的TN濃度要比裸地情況下低4.2%~408%,表明果園覆草可以有效減少降雨導(dǎo)致總氮的流失。從4次試驗(yàn)結(jié)果看,雨季地表徑流中TN濃度顯著降低。在旱季降雨時(shí)表層土壤中的總氮濃度較高,初期雨水徑流為劣V類水,但隨著雨季持續(xù)降雨,導(dǎo)致土壤中的總氮隨徑流、泥沙的流失或被雨水淋溶,使養(yǎng)分濃度逐漸降低,一直保持在地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)。

        2.3.2 總磷 大部分土壤對磷有較強(qiáng)的固定作用,使得磷在土壤剖面上的垂直遷移很微弱,從圖3可以看出,徑流水中總磷的濃度在0.007~0.141 mg/L,遠(yuǎn)低于地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn),說明總磷的損失主要隨泥沙流失為主。磷與土壤的吸附作用較強(qiáng)[2],致使徑流泥沙中攜帶磷。

        2.3.3 COD 土壤表層的養(yǎng)分遷移主要包括隨地表徑流的水相遷移和隨徑流沉積物相遷移等,徑流中養(yǎng)分流失受到土壤初始養(yǎng)分含量、土壤容重、土壤初始含水量、土地利用方式等顯著影響。4次果園模擬降雨試驗(yàn)下裸地和覆草2種土地利用方式下地表徑流COD流失情況見圖4。2種情況下降雨地表徑流的COD出現(xiàn)逐步減少并趨于穩(wěn)定的趨勢,覆草果園地表徑流中的COD普遍比裸地情況下的高,但降雨時(shí)間超過1 h后,COD濃度都在地表Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。

        3 結(jié)論

        通過野外人工模擬降雨過程,對同一雨強(qiáng),不同季節(jié)不同土地利用方式下,東江源頭區(qū)臍橙果園產(chǎn)流時(shí)間、水土流失、養(yǎng)分流失的研究結(jié)果表明:(1)果園產(chǎn)流時(shí)間主要取決于土壤含水率,徑流泥沙與養(yǎng)分流失主要發(fā)生在降雨初期,東江源頭區(qū)果園水土與養(yǎng)分流失主要發(fā)生在汛期4—9月,尤其是5—6月。(2)果園地表覆草后能有效延緩產(chǎn)流,控制土壤養(yǎng)分流失,降雨徑流中泥沙流失量減少5.6%~69.1%,總氮流失減少4.2%~40.8%。(3)在東江源頭區(qū)應(yīng)提倡果園地表覆草或適當(dāng)留草,同時(shí)因地制宜利用溝、塘等匯集處理初期雨水,從而減少徑流泥沙和土壤養(yǎng)分流失,保持水土,保護(hù)東江源水環(huán)境。

        參考文獻(xiàn):

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