王 鶯，陸榮杰，吳家森，童志鵬，姜培坤

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院 浙江 臨安 311300；2. 臨安市林業(yè)局 浙江 臨安 311300）

山核桃林坡地氮磷流失年動(dòng)態(tài)規(guī)律初步研究

王 鶯1，陸榮杰1，吳家森1，童志鵬2，姜培坤1

（1. 浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院 浙江 臨安 311300；2. 臨安市林業(yè)局 浙江 臨安 311300）

2016年6月至2017年5月，在浙江省臨安市山核桃林閉合區(qū)底部溝壑出口處設(shè)置水土流失卡口，監(jiān)測(cè)山核桃林坡面氮磷徑流的年動(dòng)態(tài)變化。結(jié)果表明，（1）山核桃林坡面徑流量和降水量存在顯著的線性正相關(guān)（y = 1.351 0x + 126.040 5，R2 = 0.797 9），降水量越大，產(chǎn)生的徑流量越大；（2）徑流總氮（TN）濃度在2.50 ～3.21 mg·L-1，硝態(tài)氮（濃度變化幅度為0 ～ 2.26 mg·L-1，TN和濃度的在6－8月呈遞增趨勢(shì)，而后下降，并保持相對(duì)穩(wěn)定；徑流氮元素濃度較高。（3）徑流總磷（TP）濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1，磷酸鹽濃度變化幅度為0.01 ～ 0.02 mg·L-1，徑流磷元素濃度較低。

山核桃；徑流；氮；磷；流失

Abstract:A monitoring station was established in May 2016 at the closed zone of Carya cathayensis stand on slope in Lin’an, Zhejiang province, and investigation was carried out during June 2016 to May 2017 on annual changes of nitrogen and phosphorus losses. The results showed that it had significant linear positive correlation between runoff and precipitation (y = 1.351 0x + 126.040 5, R2 = 0.797 9), meaning that the greater precipitation,the greater runoff. The range of total nitrogen (TN) was 2.54 - 3.47 mg·L-1, of the nitrate nitrogenconcentration was 0 - 2.79 mg·L-1. TN andconcentration increased during June to August, then declined and remained relatively stable. The concentration of N in runoff was determined higher. The total phosphorus (TP) concentration ranged from 0.01 to 0.09 mg·L-1, and phosphatefrom 0.01 to 0.02 mg·L-1. The concentration of P in runoff was determined lower.

Key words:Carya cathayensis; runoff; nitrogen; phosphorus; loss

山核桃Carya cathayensis Sarg.，是中國特有的珍稀干果和木本油料樹種，自然分布于浙、皖交界的天目山脈，現(xiàn)有種植面積9.30萬hm2[1-2]。20世紀(jì)90年代初，隨著人們生活水平的提高及對(duì)保健休閑產(chǎn)品需求的增加，山核桃產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益明顯提高，極大地增強(qiáng)了農(nóng)民培育山核桃的積極性，山核桃林下的灌木、草本被全面清除，水土流失加劇，地表土壤侵蝕程度在中強(qiáng)度以上[3-4]。

近年來，大量學(xué)者針對(duì)山核桃林地土壤進(jìn)行了較多研究，吳家森等[5-7]系統(tǒng)研究了浙江省臨安市山核桃產(chǎn)區(qū)土壤有機(jī)碳的分布特征、集約經(jīng)營和生草栽培對(duì)林地土壤有機(jī)碳及微生物功能的影響。柏兆海等、趙偉明等[8-9]對(duì)山核桃林地土壤的磷素狀況及其淋失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。蔣雯等[10]研究了山核桃林土壤養(yǎng)分的滲漏流失規(guī)律。小流域閉合區(qū)水土流失卡口監(jiān)測(cè)站在一定尺度上完整地保持了自然降雨條件下的徑流流動(dòng)，避免了徑流小區(qū)觀測(cè)放大林地侵蝕量的缺陷，是研究水土流失較為理想的方法，利用該方法研究山核桃林坡地徑流氮磷流失特征還未見報(bào)道。因此，本研究選取了典型山核桃林閉合區(qū)為研究對(duì)象，利用卡口監(jiān)測(cè)站研究整個(gè)水文年中不同月份氮磷養(yǎng)分流失規(guī)律，為山核桃林地土壤水土流失監(jiān)測(cè)和生態(tài)經(jīng)營技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)概況和研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省臨安市太陽鎮(zhèn)武村（119°17'' N，30°18'' E），屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16℃，年最高氣溫39℃，年最低氣溫-6℃，年降水量1 613.9 mm，降水主要集中在3－9月，其中3－6月為梅雨季節(jié)，7－9月主要受臺(tái)風(fēng)影響產(chǎn)生暴雨，年無霜期為237 d。山核桃林密度450株·hm-2，地坡度25o，樹齡32 a，土壤主要是發(fā)育于板巖的巖性土，土層平均厚度30 cm，土壤pH 4.44 ～ 5.77，堿解氮71.51 ～ 96.33 mg·kg-1，有效磷1.02 ～ 3.77 mg·kg-1，速效鉀56.77 ～ 95.48 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)2.42% ～ 5.70 %。常規(guī)經(jīng)營管理，每年5月15日施用150 kg·hm-2復(fù)合肥，為安徽省司爾特肥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)的硫酸鉀復(fù)合肥料，養(yǎng)分含量指標(biāo)（N:+P2O5:+K2O≥45%，15:15:15），7－8月噴施除草劑，8月中旬進(jìn)行人工除草，9月上旬采收。

1.2 研究方法

1.2.1 卡口監(jiān)測(cè)站概況 徑流卡口監(jiān)測(cè)站位于山核桃林“兩山夾一溝”的山谷底部，坡向西北，于2016年5月修建，同年6月正式啟用。卡口站隨山體高度修筑一高一低兩級(jí)水泥沉沙池，兩個(gè)沉沙池之間用水泥墻隔擋，一級(jí)沉沙池水泥墻隔擋徑流，進(jìn)行初步沉降，水泥墻底部設(shè)置排水管用于后期排水；二級(jí)沉沙池水泥墻隔擋，用于蓄水，并在水泥墻體不同高度出水口處設(shè)置不同量程的水表記錄產(chǎn)生的徑流量。卡口監(jiān)測(cè)站集水區(qū)面積為6.40 hm2。

1.2.2 降水量監(jiān)測(cè) 降水量數(shù)據(jù)來源于臨安市氣象監(jiān)測(cè)中心。

1.2.3 徑流樣品氮磷分析 2016年6月至2017年5月，每次降水后采集徑流樣品，帶回實(shí)驗(yàn)室分析，將樣品分為2份，1份水樣不抽濾，用于測(cè)定總氮（TN）和總磷（TP）。TN采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法，TP采用過硫酸鉀-鉬銻抗比色法；另一份過0.45 μm濾膜后測(cè)定硝態(tài)氮和磷酸鹽（。采用紫外分光光度法，采用鉬銻抗比色法。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理 根據(jù)每次降水后的徑流量和徑流氮磷濃度，采用加權(quán)平均法計(jì)算出每月的氮磷平均濃度。采用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和處理，采用Origin 8.5對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行作圖分析以及采用Pearson法進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 山核桃林降水量與徑流量

2016年6月至2017年5月山核桃林地坡面徑流量和降水量如圖1所示。2016年6月和9月的降水量分別為327.10 mm和402 mm，顯著高于其他月份，該期坡面徑流量同樣也達(dá)到了最高值，分別為541.56 t·hm-2和637.18 t·hm-2。可見，降水量和徑流量存在顯著的相關(guān)性，徑流量的峰值均隨著最大降水量出現(xiàn)。2016年10月、11月、12月降水量連續(xù)減少，同時(shí)徑流量總體呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)，2016年12月至2017年3月降水量連續(xù)增加，徑流量總體呈現(xiàn)遞增趨勢(shì)。經(jīng)Pearson相關(guān)分析表明，山核桃林坡面徑流量與降水量的相關(guān)性達(dá)顯著正相關(guān)（y =1.35x + 126.04，R2 = 0.81），降水量越大，產(chǎn)生的徑流越大。

圖1 山核桃林降水量和徑流量Figure 1 Precipitation and runoff of the tested stand

2.2 山核桃林坡面徑流氮素流失動(dòng)態(tài)分析

2016年6月至2017年5月，山核桃林坡面徑流氮素濃度的月變化見圖2。從圖中可知，徑流TN濃度的變化范圍為2.50 ～ 3.21 mg·L-1，2016年6－8月，TN濃度連續(xù)增加到達(dá)峰值3.21 mg·L-1，9月后迅速減少；2016年10－12月濃度變化平穩(wěn)，2017年2月TN濃度出現(xiàn)低谷2.54 mg·L-1，而后保持相對(duì)穩(wěn)定。徑流濃度變化波動(dòng)較大，總體在0 ～ 2.26 mg·L-1范圍內(nèi)，2016年6月濃度最低，而后急劇上升，8月達(dá)到峰值2.26 mg·L-1，2016年8月至2017年5月，濃度呈現(xiàn)波動(dòng)趨勢(shì)。

圖2 山核桃林坡面徑流氮素濃度的變化Figure 2 Monthly changes of N concentration in tested stands

圖3 山核桃林坡面徑流磷素濃度的變化Figure 3 Monthly change of P concentration in the tested stand

2.3 山核桃林坡面徑流磷素流失動(dòng)態(tài)分析

2016年6月至2017年5月，山核桃坡面徑流磷素濃度的變化如圖3所示。在整個(gè)觀測(cè)期間，TP濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1。2016年6－9月，徑流TP濃度變化較大，6月TP濃度達(dá)到最大值0.09 mg·L-1，之后波動(dòng)下降，2016年9－12月，TP濃度連續(xù)下降，2016年12月和2017年5月，TP濃度較低，其含量在0.01 mg·L-1左右。濃度變化較平穩(wěn)，總體在0.01 ～ 0.02 mg·L-1范圍內(nèi)。

3 結(jié)論與討論

（1）研究結(jié)果顯示，山核桃林地降水量和徑流量同時(shí)出現(xiàn)明顯的峰值，徑流量和降水量存在顯著的線性正相關(guān)，這與方楠等[11]的研究結(jié)果相同。以往對(duì)降水徑流關(guān)系的研究存在較大的差異，有報(bào)道顯示降水和徑流之間存在顯著指數(shù)相關(guān)性（R2= 0.84 ～ 0.88）[12]，潘杰[13]研究表明，月降水量和徑流量關(guān)系為非線性關(guān)系，但降水徑流相關(guān)關(guān)系良好（y = 0.000 9x2+0.373 9x－22.7，R2=0. 90），晏清洪等[14]則認(rèn)為降水和徑流量之間存在正相關(guān)關(guān)系，并不能證明是指數(shù)關(guān)系，而本研究則表明降水量和徑流量存在顯著線性相關(guān)?？梢?，降水條件下徑流的產(chǎn)生受地域條件、土壤、植被等多種因素的影響，存在較大差異，無法用統(tǒng)一的模型進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，對(duì)降水量和徑流量模型需要進(jìn)一步的研究。

（2）徑流TN濃度在2.50 ～ 3.21 mg·L-1，6－9月為高溫多雨月份，徑流TN濃度呈現(xiàn)先增后減趨勢(shì)，其主要原因可能是7月降水量減少，8月在長期干旱的降雨初期氮濃度較高[15]，9月降水增加，徑流稀釋作用較強(qiáng)，TN濃度下降。以往對(duì)于徑流氮流失的研究中，稻田徑流TN濃度范圍在1.82 ～ 3.06 mg·L-1[16]，而雷竹（Phyllostachys praecox ‘Prevernalis’）林可達(dá)到3.82 ～ 6.82 mg·L-1[17]，存在很大差異，本研究結(jié)果位于兩者之間。濃度相對(duì)于TN變化趨勢(shì)更為劇烈，2016年6月徑流濃度極低，接近于0，之后急劇增加，8月達(dá)到2.26 mg·L-1，占TN濃度的70.30%，氮元素流失以為主，這與方楠等[11]的研究結(jié)果一致。2016年8－11月，濃度出現(xiàn)大幅度下降趨勢(shì)，并一直持續(xù)到2017年2月，2017年3月出現(xiàn)一個(gè)小峰值1.53 mg·L-1，隨后小幅度下降，而后保持相對(duì)穩(wěn)定?？梢?，TN和濃度的變化趨勢(shì)大致相似，但的濃度更易受環(huán)境影響，變動(dòng)較大。2016年6月TN和濃度均較低，可能原因是5月施肥后，山核桃正處于生長期，對(duì)氮元素需求較大，化肥分解轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜，周期較長，隨徑流流失較少，7月下旬之后，林農(nóng)噴施農(nóng)藥，進(jìn)行大面積人工除草，破壞了林地土壤表面覆蓋，打破了土壤穩(wěn)態(tài)，導(dǎo)致微生物活動(dòng)增強(qiáng)，氮元素形態(tài)由吸附態(tài)向游離態(tài)轉(zhuǎn)變，降雨條件下氮素隨徑流流失增強(qiáng)。

（3）徑流TP濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1，低于稻田徑流TP的平均最低濃度0.10 mg·L-1[16]和經(jīng)濟(jì)林土壤徑流中TP濃度0.18 mg·L-1[18]。濃度變化幅度為0.01 ～ 0.02 mg·L-1，6－9月磷元素濃度變化較大，9月之后徑流流失的TP中以為主，可見，徑流磷元素濃度較低，其原因可能是林地土壤本身磷含量較低，加之2016年10月至2017年5月降水量偏少，同時(shí)土壤粘粒或者土壤碳酸鈣的吸附作用使磷酸根在徑流中流失較少。于5月施入林地的磷素隨著6月份的強(qiáng)降雨而流失，從而造成6月份徑流水中總磷含量達(dá)最高值（0.09 mg·L-1）。

[1] 沈一凡，錢進(jìn)芳，鄭小平，等. 山核桃中心產(chǎn)區(qū)林地土壤肥力的時(shí)空變化特征[J]. 林業(yè)科學(xué)，2016，52（7）：1－12.

[2] 王正加，黃興召，唐小華，等. 山核桃免耕經(jīng)營的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2011，31（8）：2281－2289.

[3] 吳水豐，陳芬芳. 水土保持工程保障山核桃產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[J]. 浙江林業(yè)， 2008（5）：20－21.

[4] 楊勤科，李銳. 區(qū)域水土流失研究的科學(xué)體系[J]. 水土保持研究，2006，13（5）：11－13.

[5] 吳家森，張金池，黃堅(jiān)欽，等. 浙江省臨安市山核桃產(chǎn)區(qū)林地土壤有機(jī)碳分布特征[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2013，39（4）：413－420.

[6] 吳家森，錢進(jìn)芳，童志鵬，等. 山核桃林集約經(jīng)營過程中土壤有機(jī)碳和微生物功能多樣性的變化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2014，25（9）：2486－2492.

[7] 吳家森，張金池，錢進(jìn)芳，等. 生草提高山核桃林土壤有機(jī)碳含量及微生物功能多樣性[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2013，29（20）：111－117.

[8] 柏兆海，萬其宇，李海港，等. 縣域農(nóng)田土壤磷素積累及淋失風(fēng)險(xiǎn)分析—以北京市平谷區(qū)為例[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（9）：1853－1860.

[9] 趙偉明，王艷艷，馬嘉偉，等. 臨安山核桃林地土壤磷素狀況及其淋失風(fēng)險(xiǎn)分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，26（1）：154－158.

[10] 蔣雯，黃程鵬，姚宇清，等. 山核桃林土壤養(yǎng)分滲漏動(dòng)態(tài)變化規(guī)律研究[J]. 浙江林業(yè)科技，2012，32（2）：18－22.

[11] 方楠，吳春山，張江山，等. 天然降雨條件下典型小流域氮流失特征[J]. 環(huán)境污染與防治，2008，30（9）：51－54.

[12] Liu Y，Tao Y，Wan K Y，et al. Runoff and nutrient losses in citrus orchards on sloping land subjected to different surface mulching practices in the Danjiangkou Reservoir area of China[J]. Agr Water Manag，2012，110（3）：34－40.

[13] 潘杰. 中田河小流域降雨徑流關(guān)系初探[J]. 江蘇水利，2013（9）：34－35.

[14] 晏清洪，原翠萍，雷廷武，等. 黃土丘陵溝壑區(qū)呂二溝流域水沙關(guān)系變化分析[J]. 中國水土保持科學(xué)，2013，11（5）：1－8.

[15] 許其功，劉鴻亮，沈珍瑤，等. 三峽庫區(qū)典型小流域氮磷流失特征[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2007，27（2）：326－331.

[16] 朱利群，夏小江，胡清宇，等. 不同耕作方式與秸稈還田對(duì)稻田氮磷養(yǎng)分徑流流失的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（6）：6－10.

[17] 陳裴裴，吳家森，鄭小龍，等. 不同施肥對(duì)雷竹林徑流及滲漏水中氮形態(tài)流失的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，2013，33（18）：5599－5607.

[18] 劉俏，張麗萍，胡響明，等. 紅壤丘陵區(qū)經(jīng)濟(jì)林坡地氮磷流失特征[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2014，28（3）：185－190.

Preliminary Study on Annual Dynamics of Nitrogen and Phosphorus Losses at Carya cathayensis Stand on Slope

WANG Ying1，LU Rong-jie1，WU Jia-sen1，TONG Zhi-peng2，JIANG Pei-kun1

（1. School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang A & F University , Lin’an 311300, China;2. Lin’an Forestry Bureau of Zhejiang, Lin’an 311300, China）

S664.1

A

1001-3776（2017）04-0077-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.04.014

2017-03-11 ；

2017-06-09

浙江省水土保持監(jiān)測(cè)中心項(xiàng)目（ZSSJ/CG-201603018）

王鶯，碩士研究生，從事水土保持研究；E-mail：1245587787@qq.com。通信作者：姜培坤，教授，從事土壤與環(huán)境學(xué)研究；E-mail：jiangpeikun@zafu.edu.cn。