呂婷，廖敏*，葉照金，方至萍，黃小輝，張云，施海龍，沈杰

(1.浙江大學環(huán)境與資源學院,杭州 310058；2.浙江省亞熱帶土壤與植物營養(yǎng)重點研究實驗室,杭州 310058；3.浙江省長興縣環(huán)境監(jiān)測站,浙江長興 313100）

長興縣合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下徑流氮流失特征研究

呂婷1，2，廖敏1，2*，葉照金1，2，方至萍1，2，黃小輝1，2，張云3，施海龍3，沈杰3

(1.浙江大學環(huán)境與資源學院,杭州 310058；2.浙江省亞熱帶土壤與植物營養(yǎng)重點研究實驗室,杭州 310058；3.浙江省長興縣環(huán)境監(jiān)測站,浙江長興 313100）

從合溪水庫集水區(qū)合理利用土地資源和保護水庫水體質量的角度出發(fā),在集水區(qū)選擇旱地、水旱輪作地、林地、休閑地、苗木地五種不同土地利用方式,利用田間試驗方法研究不同土地利用方式下的徑流氮流失特征。結果表明.在自然降雨條件下,五種土地利用方式下土壤氮素流失量和流失濃度表現(xiàn)出明顯差異,地表徑流液態(tài)總氮的流失大小順序為水旱輪作地(156.92 kg·hm-2·a-1）＞旱地(114.24 kg·hm-2·a-1）＞苗木地(35.61 kg·hm-2·a-1）＞休閑地(3.99 kg·hm-2·a-1）＞林地(1.59 kg·hm-2·a-1）,人為耕種強度較大的水旱輪作地和旱地氮流失量較大,而耕種強度較小的休閑地和林地氮流失量較小,說明選擇耕種強度較小的土地利用方式可有效削減合溪水庫集水區(qū)徑流氮素流失及其對合溪水庫水質的潛在影響。結果還表明.不同試驗區(qū)徑流氮素流失的首要形態(tài)均為顆粒態(tài)氮,其次為硝態(tài)氮,最后為銨態(tài)氮；旱地、水旱輪作地、林地、休閑地、苗木地徑流年均流失的顆粒態(tài)氮占總氮的比例分別是61.67%、61.42%、75.56%、65.09%和69.11%,年均流失的硝態(tài)氮占總氮的比例分別是26.21%、28.56%、16.35%、21.30%和23.20%,年均流失的銨態(tài)氮占總氮的比例分別是8.90%、7.87%、6.92%、11.78%和4.83%,意味著合溪水庫集水區(qū)氮素的流失關鍵在于土壤表層的侵蝕,可見減少土壤表層的侵蝕是控制合溪水庫集水區(qū)氮素流失和減少其對合溪水庫水質負面影響的關鍵。

合溪水庫；不同土地利用；地表徑流；氮素流失

農業(yè)面源污染是引起流域水環(huán)境問題的主要原因［1］,控制小流域地表徑流引起的氮磷營養(yǎng)元素流失是從源頭解決面源污染發(fā)生的關鍵所在［2］。農業(yè)面源污染物質輸出過程除了受土壤質地、降雨特征、施肥管理等因子影響,還與土地利用方式密切相關。余進祥等［3］證實桔園和茶園地表覆蓋好、耕作少的土地利用方式總氮基礎輸出負荷明顯低于水旱輪作、旱地、水田等土地利用方式。呂喚春等［4］對千島湖流域坡地降雨徑流中氮磷濃度變化進行監(jiān)測和分析,發(fā)現(xiàn)不同土地利用方式下降雨徑流中總氮濃度變異較大,受人工干擾少的林地總氮流失濃度最低。宋澤芬等［5］和孟慶華等［6］的研究也表明,不同土地利用方式可以顯著調節(jié)系統(tǒng)的水分分配和土壤侵蝕,對生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分的徑流輸出也有影響,由此產生的面源污染差異更是巨大。因此,根據(jù)不同土地利用方式下營養(yǎng)元素流失差異調整農業(yè)結構,可以有效遏制農業(yè)面源污染的發(fā)生發(fā)展。

合溪水庫是浙江長興縣近40萬人的生活飲用水源地,近幾年來,合溪水庫水體富營養(yǎng)化程度加劇,庫區(qū)周邊約2330 hm2耕地輸出的面源污染嚴重威脅該流域水環(huán)境狀況。目前,國內外學者大多利用野外或室內模擬人工降雨的方法獲得相關參數(shù)進行定量研究［7-11］。然而,由于人工降雨存在局限性,無法長期精確分析不同季節(jié)降雨強度、降雨持續(xù)時間和徑流量以及不同土地利用方式下氮磷養(yǎng)分輸出特征之間的關系,降低了研究的可信度。本研究采用田間試驗法,在合溪水庫集水區(qū)選擇旱地、水旱輪作地、林地、休閑地、苗木地設置徑流小區(qū),開展自然降雨條件下集水區(qū)不同施肥方式和不同種植模式農地徑流氮素的輸出形態(tài)和流失特征研究,為優(yōu)化調整合溪水庫集水區(qū)土地利用結構提供科學依據(jù),以達到減少集水區(qū)農業(yè)面源污染輸出和改善合溪水庫水質的目的。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗區(qū)設在浙江省長興縣環(huán)境監(jiān)測站合溪水庫集水區(qū)(31°5′30″N,119°42′22″E）,距離水庫集水區(qū)雨水入庫口10 km,集雨面積235 km2,流域范圍119° 37′—119°49′E。該地區(qū)氣候屬亞熱帶南緣季風性氣候,四季分明,氣候溫和,雨量充沛,無霜期長,年平均氣溫15.6℃,全年平均雨日為144 d,多年平均降雨量為1309 mm,主要集中在4—9月。土地利用方式主要為林地和農林地復合利用,采集耕作層(0～20 cm）土壤,不同土地利用方式下土壤理化性質詳見表1。

1.2 試驗設計與處理

利用自然降雨條件下的定位實驗定量研究不同土地利用方式下徑流氮素流失特征,在集雨區(qū)選擇旱地、水旱輪作地、林地、休閑地、苗木地5種典型農地建立10個徑流小區(qū)(每種利用方式設立兩個平行小區(qū)）,各小區(qū)面積均為4 m×4 m,小區(qū)間起壟四周用塑料薄膜隔開,防止小區(qū)間的水相互流動,膜埋深50～80 cm。每個小區(qū)留一排水口,并在排水口處安裝一根長1～3 m、內徑10 cm的PVC管,出水口接一個容量約1 m3的加蓋徑流池以收集降雨后的徑流。每次降雨后立即記錄各小區(qū)產生的徑流量并采集徑流樣品,樣品隨即放入冰箱保存以便之后實驗室分析。

表1 合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下土壤理化性質Table 1 Soil properties under different land uses in Hexi Reservoir

徑流小區(qū)定位試驗持續(xù)一年,即2015年4月至2016年3月。試驗期間所用肥料為復合肥(總養(yǎng)分≥48%,N-P2O5-K2O=16-16-16）。土地利用方式和管理水平如表2所示。

1.3 樣品采集及分析

試驗期間,在自然降雨結束并產生徑流流失的情況下,采集各小區(qū)的徑流樣品并根據(jù)徑流池中徑流的體積計算各小區(qū)產生的徑流量。采集的地表徑流水樣靜置后分為兩部分.一部分用于測定總氮(TN）,另一部分水樣經0.45 μm濾膜過濾后用于測定溶解性氮(DN）、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮,顆粒態(tài)氮(PN）利用差減法計算得出。各指標測定方法參考《水和廢水監(jiān)測分析方法》［12］,即總氮、溶解性氮用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法測定,銨態(tài)氮用納氏試劑光度法測定,硝態(tài)氮用紫外分光光度法測定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

各種土地利用方式下不同形態(tài)氮的流失通量按下式計算.

式中：Li為一場降雨中第i種土地利用方式下不同形態(tài)氮的流失通量,mg；Cti為第t場降雨第i種土地利用方式下不同形態(tài)氮濃度,mg·L-1；Qti為第t場降雨第i種土地利用方式下不同形態(tài)氮徑流量。

采用SPSS 17軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析,差異顯著性分析采用LSD法,顯著性水平設定為α=0.05。

2 結果與討論

2.1 集水區(qū)不同土地利用方式下降雨徑流特征

表3是定位試驗期間(2015年4月至2016年3月）不同土地利用方式下降雨量和徑流量分布情況。試驗期間合溪水庫集水區(qū)總降雨量為1 606.7 mm,降雨多出現(xiàn)在梅雨期和臺風季節(jié),7月份降雨量最大,其次為6月份。6—9月的降雨量為814.6 mm,占總降雨量的50%；而2015年12月至2016年3月降雨量為224.1 mm,僅占總降雨量的13.9%。試驗結果顯示,不同土地利用方式徑流量與降雨量呈顯著正相關關系,相關關系分別為.旱地R2=0.763 3；水旱輪作地R2=0.720 2；休閑地R2=0.540 9；林地R2= 0.614 7；苗木地R2=0.671 7。降雨量是不同土地利用方式地表徑流產生的原動力,降雨量越高,徑流增加越顯著［13］。

總體來看,試驗期內不同土地利用方式產生的徑流量差異明顯,徑流量為林地＜休閑地＜苗木地＜旱地＜水旱輪作地,即林地的徑流量最少為360.3 m3· hm-2,休閑地和苗木地的徑流量高于林地,分別是900.9、1 031 m3·hm-2,旱地和水旱輪作的土地利用方式徑流量遠遠高于林地,分別是林地的12倍和14倍。分析其原因.水旱輪作地在植稻期間過量灌溉和烤田時大量排水造成徑流量增大；旱地以種植應季蔬菜瓜果為主,人為耕作頻繁,植被覆蓋度低,對降雨的截留作用減弱,徑流量增加；沒有農事活動的休閑地和林地植被覆蓋度較高,增加了對徑流傳遞的阻礙作用［14］,二者徑流量減少且差異不大?？梢?土地利用方式與降雨產生的徑流流失密切相關,是造成不同土地利用方式徑流量差異的重要因素。這一結果與Nie等［15］的研究結果一致。

2.2 集水區(qū)不同土地利用方式下徑流氮素流失特征

圖1是試驗期間合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下徑流水相各形態(tài)氮素濃度隨時間變化的動態(tài)特征。

表2 試驗小區(qū)土地利用方式和管理水平Table 2 Land use pattems and management levels of study plots

表3 合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下降雨徑流特征Table 3 Characteristics of rainfall and runoff under different land uses in Hexi Reservoir

2.2.1 徑流總氮流失濃度動態(tài)特征

不同土地利用方式地表徑流水相總氮濃度的動態(tài)變化特征既表現(xiàn)出相似性,也存在顯著差異(圖1a）。水旱輪作地、旱地、苗木地、休閑地和林地徑流小區(qū)的總氮流失平均濃度分別為(2.60±1.13）、(2.21± 0.99）、(2.88±0.93）、(0.37±0.11）、(0.36±0.12）mg·L-1。水旱輪作地、苗木地和旱地徑流水樣中總氮濃度波動隨時間的變化最為劇烈,波動范圍分別是0.90～4.34、1.80～4.14、1.13～3.99 mg·L-1；休閑地、林地徑流水樣中總氮濃度波動隨時間的變化表現(xiàn)相對平緩,波動區(qū)間分別為0.22～0.52、0.17～0.63 mg·L-1。徑流水樣中總氮流失平均濃度苗木地最大,其次是水旱輪作地、旱地和休閑地,林地最小,休閑地和林地差異不顯著。水旱輪作地總氮流失濃度在6月達到峰值3.87 mg·L-1, 10—12月總氮流失濃度從0.89 mg·L-1逐步上升到4.13 mg·L-1。形成這一變化特征的原因可能是.6—9月降雨頻率高、雨量大,苗木地、水旱輪作地和旱地在此期間施用了不同數(shù)量的復合肥,短時間內不能被植物吸收導致大量養(yǎng)分殘留在土壤表面,從而更容易隨降雨徑流流失,水體總氮平均濃度升高?？梢?流域水體總氮濃度的高低受降雨和施肥疊加效應的影響,盛夏追肥期逢雨季,土壤表面氮磷嚴重流失,增加水體污染負荷,與郭澤慧等［13］的研究一致。

2.2.2 徑流顆粒態(tài)氮濃度動態(tài)特征

徑流水相中的氮素主要以溶解態(tài)氮和顆粒態(tài)氮兩種形態(tài)輸出,由圖1b可知,顆粒態(tài)氮的濃度隨時間變化趨勢與總氮濃度變化趨勢相似。苗木地顆粒態(tài)氮平均濃度最高(1.99 mg·L-1）,其次為水旱輪作地(1.60 mg·L-1）、旱地(1.36 mg·L-1）,林地和休閑地相差不大,平均濃度分別為0.28、0.24 mg·L-1。旱地、水旱輪作地、苗木地、休閑地、林地顆粒態(tài)氮徑流流失濃度最大值分別出現(xiàn)在5、6、7、7、12月,分別為2.61、2.77、3.35、0.38、0.49 mg·L-1。旱地、水旱輪作地和苗木地小區(qū)徑流顆粒態(tài)氮濃度隨時間變化波動劇烈,三者全年波動范圍分別是0.60～2.61、0.53～2.77、0.20～3.35 mg· L-1。除流失峰值外,休閑地和林地徑流顆粒態(tài)氮濃度變化幅度較小,且徑流顆粒態(tài)氮濃度都處于較低水平,兩種土地利用方式下小區(qū)徑流顆粒態(tài)氮濃度波動范圍分別是0.09～0.38、0.08～0.49 mg·L-1。旱地、水旱輪作地和苗木地土地利用方式,徑流顆粒態(tài)氮流失濃度是休閑地和林地的4.9～8.3倍。結合表1和表3分析可知,不同土地利用方式顆粒態(tài)氮流失量主要集中在6月和7月。這是因為顆粒態(tài)氮的流失以泥沙為載體,6月和7月降雨量均超過240 mm,5種不同土地利用方式產流量也較其他月份高,泥沙侵蝕帶來的顆粒態(tài)氮流失隨之增多。

同時,還可發(fā)現(xiàn)不同處理的小區(qū)中徑流顆粒態(tài)氮濃度均與徑流總氮濃度接近,旱地、水旱輪作地、休閑地、林地和苗木地徑流中顆粒態(tài)氮分別占總氮的61.67%、61.42%、65.09%、75.56%和69.11%。這說明在降雨時,雨水與土壤表層相互作用產生的徑流中只有一小部分為溶解態(tài)氮,氮主要富集在土壤細顆粒中隨徑流輸出［16］。因此,選擇適當?shù)耐恋乩梅绞胶凸芾砟Ｊ接兄跍p少隨地表徑流流失的營養(yǎng)元素,降低地表水的面源污染風險。

圖1 合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下各形態(tài)氮素濃度動態(tài)變化Figure 1 Dynamic change of various nitrogen concentration under different land uses in Hexi Reservoir

2.2.3 徑流硝態(tài)氮濃度動態(tài)特征

不同土地利用方式下小區(qū)的徑流水樣中硝態(tài)氮濃度動態(tài)特征如圖1c所示。旱地和水旱輪作地小區(qū)徑流硝態(tài)氮濃度在11月達到峰值,分別為1.01、1.85 mg·L-1；休閑地、林地、苗木地小區(qū)硝態(tài)氮徑流流失濃度峰值出現(xiàn)在12、5、2月,分別為0.14、0.14、1.98 mg· L-1。和總氮濃度變化特征一樣,旱地、水旱輪作地和苗木地徑流水相中硝態(tài)氮濃度隨時間變化幅度相對較大,三個小區(qū)水樣硝態(tài)氮濃度波動區(qū)間和平均值分別是0.29～1.01、0.38～1.85、0.17～1.98 mg·L-1和(0.58± 0.24）、(0.74±0.55）、(0.67±0.54）mg·L-1；休閑地和林地徑流水相中硝態(tài)氮濃度隨時間的變化相對平穩(wěn),波動區(qū)間和平均值分別是0.01～0.14、0.01～0.14 mg·L-1和(0.08±0.04）、(0.06±0.04）mg·L-1。旱地、水旱輪作地和苗木地三種土地利用方式徑流中硝態(tài)氮濃度隨時間的變化趨勢都是先升高,于5月達到相對峰值,之后降低,并于12月和2月達到另外二個相對峰值,該變化特征的形成原因與硝態(tài)氮本身的性質有關,并受降水、灌溉、施肥等因素影響,硝態(tài)氮不易被土壤膠體吸附,容易發(fā)生淋失。旱地5月、苗木地12月施入的氮肥是造成硝態(tài)氮濃度達到相對峰值的主要原因,冬季降雨量少,對硝態(tài)氮稀釋作用減小,其濃度升高。另外,5月和12月試驗小區(qū)進行翻耕、整地,農事活動為表層土壤帶來豐富的氧氣及微生物活性的釋放,氮素發(fā)生硝化作用形成硝態(tài)氮,遇降雨隨徑流流失［17］。年均流失的硝態(tài)氮占總氮的比例(表4）分別是26.21%、 28.56%、16.35%、21.30%和23.20%,說明硝態(tài)氮是氮素流失的第二主要形式。休閑地和林地徑流中硝態(tài)氮濃度全年均處于較低狀態(tài),且顯著低于旱地、水旱輪作地和苗木地,前二者分別為后三者的14%、7%和7%,進一步證明硝態(tài)氮的流失與土地利用方式和耕作模式密切相關。因此,合理的調整土地利用結構和優(yōu)化施肥方案是治理合溪水庫集水區(qū)氮污染問題的有效手段。

2.2.4 徑流銨態(tài)氮濃度動態(tài)特征

圖1d顯示,在持續(xù)1年的徑流小區(qū)試驗期間,旱地、水旱輪作地、休閑地、林地和苗木地5種不同土地利用方式下徑流銨態(tài)氮濃度波動區(qū)間和平均值分別是0.04～0.34、0.01～0.55、0.02～0.10、0.01～0、0.02～0.34 mg·L-1和(0.21±0.11）、(0.23±0.12）、(0.05± 0.02）、(0.03±0.02）、(0.14±0.11）mg·L-1。銨態(tài)氮濃度變化規(guī)律不明顯,但徑流中銨態(tài)氮流失濃度都在5—8月和11—2月處于較高水平,其他月份保持較低水平。林地徑流銨態(tài)氮流失濃度最小,僅為休閑地的59.42%；苗木地相對于旱地和水旱輪作地,其銨態(tài)氮徑流流失濃度分別降低了35.25%和40.11%。形成上述變化特征的原因除了與降雨量、土地利用方式以及表層植被覆蓋度有關外,還可能跟銨態(tài)氮特性有關。研究表明,銨態(tài)氮移動性小,容易被土壤膠體所吸附［18］,與硝態(tài)氮相比淋失濃度降低較慢,但當土壤對其吸附達到飽和時,同樣會在雨水中釋放并隨徑流而流失［19-20］,農田氮素淋溶流失以可溶性硝態(tài)氮為主,亞硝態(tài)氮次之,銨態(tài)氮只占很小比例［21］。本研究得到的結果與前人一致。

表4 合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下年均徑流氮流失情況Table 4 Annul nitrogen runoff under different land uses in Hexi Reservoir

2.3 不同土地利用方式下單位面積徑流年均不同形態(tài)氮流失通量及其組成特征

2.3.1 單位面積徑流年均不同形態(tài)氮流失通量

表4結果顯示,不同土地利用方式下單位面積徑流年均氮流失通量與徑流氮素流失濃度和徑流量成正比。旱地、水旱輪作地、休閑地、林地、苗木地年總氮徑流流失通量分別為114.24、156.92、3.99、1.59、35.61 kg·hm-2·a-1,顆粒態(tài)氮徑流流失通量分別為70.45、96.37、2.59、1.20、24.61 kg·hm-2·a-1,溶解性氮徑流流失通量分別為43.81、60.55、1.39、0.39、10.74 kg·hm-2· a-1。不同土地利用方式下各形態(tài)氮素年均徑流流失通量之間存在顯著差異,由大到小均為.水旱輪作地＞旱地＞苗木地＞休閑地＞林地。旱地、苗木地、休閑地和林地單位面積年均徑流總氮流失通量分別是水旱輪作地的72.80%、22.70%、2.54%、1.01%；年均徑流溶解性氮流失通量分別是水旱輪作地的72.36%、17.74%、2.30%、0.64%；年均徑流顆粒態(tài)氮流失通量分別是水旱輪作地的73.10%、25.54%、2.69%、1.25%。林地、休閑地、苗木地徑流氮素流失通量都小于旱地和水旱輪作地,可見在降雨特征相同的條件下,土地利用方式對徑流氮素遷移及輸出通量具有較大影響。進一步分析可知,水旱輪作地因灌溉、排水管理措施產生大量徑流流失,旱地受人為耕作影響,二者各形態(tài)氮年徑流流失量最大,濃度變化范圍最廣。苗木地地表雖有一定程度植被覆蓋,但不合理的施肥方式加之短期內遭受大雨影響容易造成大量氮素流失。休閑地和林地因幾乎沒有人為擾動,地表植被覆蓋率高,土壤涵水能力強,土壤表層氮素流失量相對較少。因此,地表徑流氮流失大小不僅和土地利用類型相關,更受農事活動、施肥方式、地表植被覆蓋等因素的影響。為了最大程度削減徑流氮素流失,可進一步優(yōu)化種植結構,旱地、水旱輪作地向苗木地、林地等利用方式轉變,通過優(yōu)化施肥方案、調整土地利用方式,將有效削減合溪水庫集水區(qū)農地氮素的面源輸出,最大化地減少合溪水庫集水區(qū)農業(yè)面源污染對水庫水質的潛在影響。

2.3.2 年均徑流流失氮素形態(tài)組成特征

圖2是5種土地利用方式不同形態(tài)氮素年均流失通量占年均總氮徑流流失通量比例特征。旱地、水旱輪作地、休閑地、林地、苗木地年均溶解態(tài)氮徑流流失量占總氮的百分比分別為38.33%、38.58%、34.91%、24.44%和30.89%,年均顆粒態(tài)氮徑流流失量占總氮的比例分別為61.67%、61.42%、65.09%、75.56%和69.11%?？梢姴煌恋乩梅绞綇搅鞯魇У闹饕螒B(tài)為顆粒態(tài)氮,徑流流失中的可溶性部分又以硝態(tài)氮為主要形式輸出。年均流失的硝態(tài)氮占總氮的比例分別為26.21%、28.56%、16.35%、21.30%和23.20%,年均流失的銨態(tài)氮流失占總氮的比例分別為8.90%、7.87%、6.92%、11.78%和4.83%。形成該特征的原因是.銨態(tài)氮和硝態(tài)氮主要存在于液相中和吸附于土壤膠體表面,徑流量大小以及徑流在傳遞過程中與土壤表層相互作用的強度決定了二者流失量的大小,這種相互作用的結果加速了土壤溶液中氮向徑流釋放［22］。

3 結論

(1）合溪水庫集水區(qū)降雨量與各小區(qū)徑流量呈顯著正相關,與水旱輪作地相比,苗木地、休閑地和林地試驗小區(qū)徑流量分別減少了79.46%、82.06%和92.82%,說明土地利用方式與降雨產生的徑流流失密切相關,合理調整土地利用結構可有效削減徑流攜帶的養(yǎng)分流失。

圖2 合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下年均氮素徑流流失組成特征Figure 2 Composition of nitrogen runoff under different land uses in Hexi Reservoir

(2）不同土地利用方式地表徑流水相總氮流失主要集中在多雨季節(jié)的6—9月,受降雨和施肥疊加效應的影響,總氮流失量占全年流失量的50%以上,因而翻耕、施肥等農事活動要盡量避開雨期,以減少土壤氮的流失。

(3）合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下地表徑流年總氮流失通量在水旱輪作地最高,林地最低,僅為水旱輪作地的1.01%。與水旱輪作地、旱地等土地利用方式相比,林地在減少徑流氮素流失方面具有明顯的優(yōu)勢。

(4）5種不同土地利用方式年均顆粒態(tài)氮徑流流失占總氮的比例在61.42%～75.56%之間,是氮素流失的主要形式,說明選擇減少地表侵蝕、削減徑流泥沙輸出的土地利用方式是降低合溪水庫集水區(qū)面源污染風險的有效措施。

［1］吳雅麗,許海,楊桂軍,等.太湖水體氮素污染狀況研究進展［J］.湖泊科學,2014,26(1）.19-28.

WU Ya-li,XU Hai,YANG Gui-jun,et al.Progress in nitrogen pollution research in Lake Taihu［J］.JLake Sci,2014,26(1）.19-28.

［2］陳成龍,高明,倪九派,等.三峽庫區(qū)小流域不同土地利用類型對氮素流失的影響［J］.環(huán)境科學,2016,37(5）.1707-1716.

CHEN Cheng-long,GAO Ming,NI Jiu-pai,et al.Nitrogen losses under the action of different land use types of small catchment in Three Gorges Region［J］.Environmental Science,2016,37(5）.1707-1716.

［3］余進祥,趙小敏,呂琲,等.鄱陽湖流域不同農業(yè)利用方式下的氮磷輸出特征［J］.江西農業(yè)大學學報,2010,32(2）.394-402.

YU Jin-xiang,ZHAO Xiao-min,Lü Bei,et al.Transportation characteristics of nitrogen and phosphorous in various land-use in the Poyang Lake watershed［J］.Acta Agricultural Universitatis Jiangxisis,2010,32 (2）.394-402.

［4］呂喚春,薛生國,方志發(fā),等.千島湖流域不同土地利用方式對氮和磷流失的影響［J］.中國地質,2004,31(增刊）.112-117.

［5］宋澤芬,王克勤,楊云華,等.澄江尖山河小流域不同土地利用類型面源污染輸出特征［J］.水土保持學報,2008,22(2）.98-101.

SONG Ze-fen,WANG Ke-qin,YANG Yun-hua,et al.Characteristics of non-point source pollution output of different utilization pattern in small watersheds in Jianshan River,Chengjiang［J］.Journal of Soil and Water Conservation,2008,22(2）.98-101.

［6］孟慶華,楊林章.三峽庫區(qū)不同土地利用方式的養(yǎng)分流失研究［J］.生態(tài)學報,2000,20(6）.1028-1033.

MENG Qing-hua,YANG Lin-zhang.Nutrient losses in different land use types in the Three Gorge Reservior area［J］.Acta Ecologica Sinica,2000,20(6）.1028-1033.

［7］郭鴻鵬,朱靜雅,楊印生.農業(yè)非點源污染防治技術的研究現(xiàn)狀及進展［J］.農業(yè)工程學報,2008,41(3）.301-310.

GUO Hong-peng,ZHU Jing-ya,YANG Yin-sheng.Research status and development of technologies for controlling agricultural non-point source pollution［J］.Transaction of the Chinese of Agricultural Engineering, 2008,41(3）.301-310.

［8］陳志良,程炯,劉平,等.暴雨徑流對流域不同土地利用土壤氮磷流失的影響［J］.水土保持學報,2008,22(5）.30-34.

CHEN Zhi-liang,CHENG Jiong,LIU Ping,et al.An experiment on influence of storm on nitrogen loss and phosphorus loss under different land use in river basin［J］.Journal of Soil and Water Conservation,2008, 22(5）.30-34.

［9］Sharpley A N,Withers P J A.The environmentally-sound management ofagricultural phosphorus［J］.FertilizerResearch,1994,39(2）.133-146.

［10］梁濤,王紅萍,張秀梅,等.官廳水庫周邊不同土地利用方式下氮、磷非點源污染模擬研究［J］.環(huán)境科學學報,2005,25(4）.483-490.

LIANG Tao,WANG Hong-ping,ZHANG Xiu-mei,et al.Simulation study of non-point source pollution under different landuse in GuantingReserviorwatershed［J］.ActaScientiae Circumstantiae,2005,25(4）. 483-490.

［11］Walter M T,Parlange J Y,Walter M F.Modeling pollutant release from a surface source during rainfall runoff［J］.Environ Qual,2001,30.151-159.

［12］國家環(huán)境保護總局.水和廢水監(jiān)測分析方法［M］.北京.中國環(huán)境科學版,2002.

State Environmental Protection Administration.Methods for monitoring and analysis of water and wastewater［M］.Beijing.China Environmental Science Press,2002.

［13］郭澤慧,劉洋,黃懿梅,等.降雨和施肥對秦嶺北麓俞家河水質的影響［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報,2017,36(1）.158-166.

GUO Ze-hui,LIU Yang,HUANG Yi-mei,et al.Effect of rainfall and fertilization on water quality of the Yujia River watershed in Northern Qinling mountains［J］.Journal of Agro-Environmental Science,2017, 36(1）.158-166.

［14］張興昌,劉國斌,付會芳.不同植被覆蓋度對流域氮素徑流流失的影響［J］.環(huán)境科學,2000,21(6）.16-19.

ZHANG Xing-chang,LIU Guo-bin,FU Hui-fang.Soil nitrogen losses of catchment by water erosion as affected by vegetation coverage［J］.Environmental Science,2000,21(6）.16-19.

［15］Nie W M,Yuan Y P,Kepner W,et al.Assessing impacts of land use and land cover changes on hydrology for the upper San Pedro watershed［J］.Journal of Hydrology,2011,407(1/2/3/4）.105-114.

［16］袁興程,錢新,龐宗強,等.不同土地利用方式土壤表層氮、磷流失特征研究［J］.環(huán)境化學,2011,30(9）.1657-1662.

YUAN Xing-cheng,QIAN Xin,PANG Zong-qiang,et al.Characteristics of nitrogen and phosphorus loss in different land use types［J］.Environmental Chemistry,2011,30(9）.1657-1662.

［17］張福珠,熊先哲,戴同順,等.應用15N研究土壤-植物系統(tǒng)中氮素淋失動態(tài)［J］.環(huán)境科學,1984,5(1）.21-24.

ZHANG Fu-zhu,XIONG Xian-zhe,DAI Tong-shun,et al.Application of15N to study the dynamics of nitrogen leaching in soil plant system［J］.Environmental Chemistry,1984,5(1）.21-24.

［18］高超,朱繼業(yè),朱建國,等.不同土地利用方式下的地表徑流磷輸出及季節(jié)性分布特征［J］.環(huán)境科學學報,2005,25(11）.1543-1549.

GAO Chao,ZHU Ji-ye,ZHU Jian-guo,et al.Phosphorus exports via overland runoff under different land use and their seasonal pattern［J］.ActaScientiae Circumstantiae,2005,25(11）.1543-1549.

［19］司友斌,王慎強,陳懷滿.農田氮、磷的流失與水體富營養(yǎng)化［J］.土壤,2000,32(4）.188-193.

SI You-bin,WANG Shen-qiang,CHEN Huai-man.The loss of nitrogen and phosphorus in farmland and eutrophication of water body［J］.Soil,2000,32(4）.188-193.

［20］石孝軍.水旱輪作體系中的養(yǎng)分循環(huán)特征［D］.北京.中國農業(yè)大學, 2003.

SHI Xiao-jun.Characteristics of nutrient cycling in paddy upland rotation system［D］.Beijing.China Agricultural University,2003.

［21］王偉,于興修,劉航,等.農田土壤氮礦化研究進展［J］.中國水土保持,2016(10）.67-71.

WANG Wei,YU Xing-xiu,LIU Hang,et al.Research progress on soil nitrogen mineralization in farmland［J］.Soil and Water Conservation in China,2016(10）.67-71.

［22］李長閣.化學氮素在旱地土壤中的遷移轉化研究［D］.北京.首都師范大學,2006.

LI Chang-ge.Study on the migration and transformation of chemical nitrogen in dryland soil［D］.Beijing.Capital Normal University,2006.

Characteristics of nitrogen runoff loss under different land uses in a rain collection area of the Hexi Reservoir in Changxing County

Lü Ting1,2,LIAO Min1,2,*,YE Zhao-jin1,2,FANG Zhi-ping1,2,HUANG Xiao-hui1,2,ZHANG Yun3,SHI Hai-long3,SHEN Jie3
(1.College of Environmental and Resource Sciences,Zhejiang University,Hangzhou 310058,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Subtropical Soil and Plant Nutrition,Hangzhou 310058,China;3.Changxing Station of Environmental Monitoring,Changxing 313100,China）

The aim of the present study was to identify measures to better protect the water quality of the Hexi Resevoir,China,via an improved understanding of the movement of nitrogen from land to water caused by nitrogen runoff due to soil erosion.Nitrogen losses caused by rain and the resulting soil erosion were assessed in field experiments on dry land,cultivated land,woodland,fallow land,and nursery land. Under natural rainfall conditions,the amounts and concentrations of nitrogen losses differed between the five types of land use.The annual losses of total nitrogen in runoff followed the following order.cultivated land(156.92 kg·hm-2）＞dry land(114.24 kg·hm-2）＞nursery land (35.61 kg·hm-2）＞fallow land(3.99 kg·hm-2）＞woodland(1.59 kg·hm-2）.The nitrogen runoff losses from fallow land and woodland were less than those from cultivated land and dry land,which are both influenced by cultivation.Therefore,to improve the water quality of theHexi Resevoir,it will be necessary to manage the surrounding land more appropriately.This will effectively reduce the nitrogen runoff losses and their potential impact on the water quality of the Hexi Reservoir.Our results also showed that nitrogen runoff loss is primarily in the form of particulate nitrogen,followed by nitrate nitrogen and ammonium nitrogen under different land uses.The annual runoff losses of particulate nitrogen from upland,cultivated land,woodland,fallow land,and nursery land accounted for about 61.67%,61.42%,75.56%,65.09%,and 69.11%,respectively,of the total annual nitrogen losses.In contrast,the annual runoff losses of nitrate nitrogen accounted for about 26.21%, 28.56%,16.35%,21.30%,and 23.20%,respectively,of the total nitrogen losses.The annual runoff loss of ammonium nitrogen accounted for about 8.90%,7.87%,6.92%,11.78%,and 4.83%,respectively,of the total nitrogen losses.Thus,the key to reducing both nitrogen losses and their negative effects on the water quality of the Hexi Reservoir is to decrease surface soil erosion and eliminate the losses of particulate nitrogen.The appropriate modulation of land-use types is recommended to control the source of non-point-source pollution of the Hexi Reservoir.

Hexi Reservoir;different land use;overland runoff;nitrogen losses

X592

A

1672-2043(2017）07-1369-09

10.11654/jaes.2016-1676

呂婷,廖敏,葉照金,等.長興縣合溪水庫集水區(qū)不同土地利用方式下徑流氮流失特征研究［J］.農業(yè)環(huán)境科學學報,2017,36(7）.1369-1377.

Lü Ting,LIAO Min,YE Zhao-jin,et al.Characteristics of nitrogen runoff loss under different land uses in a rain collection area of the Hexi Reservoir in Changxing County［J］.Journal of Agro-Environment Science,2017,36(7）.1369-1377.

2016-12-29

呂婷(1992—）,女,山東煙臺人,碩士研究生,從事土壤環(huán)境化學、水污染治理及農業(yè)面源污染研究。E-mail:21514126@zju.edu.cn

*通信作者：廖敏E-mail:liaomin@zju.edu.cn

國家公益性行業(yè)(農業(yè)）專項(201003059）；國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFD0200800）

Project supported：Special Fund for Scientific Research on Public Causes(201003059）；The National Key Research Program of China(2016YFD0200800）