楊陸波，夏繼紅，楊萌卓，朱星學(xué)，李朝達(dá)，秦如照，劉秀君

(河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210098)

飲用水源地水質(zhì)安全對(duì)保障社會(huì)健康發(fā)展有著重要影響[1,2]，隨著社會(huì)發(fā)展對(duì)各種資源的需求不斷增加，水源地周圍環(huán)境面臨的風(fēng)險(xiǎn)也越來(lái)越大。因此加強(qiáng)飲用水源地的保護(hù)和監(jiān)管已成為當(dāng)前社會(huì)發(fā)展的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。已有學(xué)者對(duì)飲用水源地周邊的土壤侵蝕特征[3]、景觀格局[4]、土壤安全[5]等問題進(jìn)行了研究。很多學(xué)者重點(diǎn)關(guān)注了飲用水源地土壤安全[5,6]，尤其是從水源地周邊重金屬分布特征開展了研究，但對(duì)水源地土壤中氮磷含量分布特征的研究還較少。珊溪水庫(kù)是浙江省飲用水水源水資源保障體系的主要組成部分[7]，水體環(huán)境質(zhì)量已得到很好重視，但是由于庫(kù)區(qū)土壤作為儲(chǔ)存氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的重要場(chǎng)所[8]，積累在土壤中的氮磷會(huì)在雨水的淋洗、溶解等多種途徑下進(jìn)入水體[9]，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化[10,11]，從而威脅水安全。水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為當(dāng)前飲用水源地面臨的較為突出的問題[12,13]，因此，研究珊溪水庫(kù)周邊土壤氮磷含量分布特征具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。本文將以珊溪水庫(kù)周邊的土壤為研究對(duì)象，探討不同土地利用方式下土壤氮磷含量的空間差異特征以及其對(duì)不同土地利用方式的響應(yīng)程度，以期為飲用水源地保護(hù)與治理提供基礎(chǔ)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

珊溪水庫(kù)位于浙江省溫州市，是溫州市城區(qū)及周邊縣區(qū)居民的主要飲用水源地。研究區(qū)位于東經(jīng)119°46′9.43″～120°3′8.58″，北緯27°31′48.98″～27°44′48.79″，屬于副熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫為19.6 ℃，年平均相對(duì)濕度為83%，年平均水溫為19.6 ℃，年平均降水量為達(dá)到1 876.9 mm，其中春夏兩季雨量占全年降水量的74.7%。

1.2 采樣點(diǎn)布置及取樣方法

選取珊溪水庫(kù)的核心區(qū)域?yàn)楸O(jiān)測(cè)取樣區(qū)域，結(jié)合土地利用方式、地理空間位置、匯流條件等因素，將珊溪水庫(kù)分為黃坦坑、峃作口、莒江溪、三插溪、庫(kù)尾區(qū)、遠(yuǎn)壩匯水區(qū)、近壩區(qū)7個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)，每個(gè)監(jiān)測(cè)區(qū)布置2～4個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，共布置18個(gè)監(jiān)測(cè)取樣斷面，斷面布置如圖1所示。其中黃坦坑包括4、5號(hào)兩個(gè)取樣斷面，峃作口包括8、9號(hào)兩個(gè)取樣斷面，莒江溪包括10～12號(hào)3個(gè)取樣斷面，三插溪包括13、14號(hào)兩個(gè)取樣斷面。庫(kù)尾區(qū)包括15～18號(hào)4個(gè)取樣斷面，遠(yuǎn)壩匯水區(qū)包括3、6、7號(hào)3個(gè)取樣斷面，近壩區(qū)包括1、2號(hào)兩個(gè)取樣斷面。依據(jù)監(jiān)測(cè)斷面所包含的土地利用方式，在每一種土地利用方式下各布置1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，此外根據(jù)地形地貌判斷采樣難度以確定每個(gè)斷面上最終的監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置在水庫(kù)周邊150 m范圍內(nèi)，采樣時(shí)沿監(jiān)測(cè)斷面對(duì)裸地(接近消落帶)、灌木雜草地(位于林地邊緣)、林地、園地四種土地利用方式的表層土壤(0～20 cm)進(jìn)行采樣，樣品采集于2019年4月完成，共采集31個(gè)土樣，其中裸地3個(gè)，林地17個(gè)，園地7個(gè)，灌木雜草地4個(gè)。

圖1 監(jiān)測(cè)斷面分布圖

1.3 樣品測(cè)定方法

采集的土樣在實(shí)驗(yàn)室經(jīng)自然風(fēng)干、剔除石塊根系等雜質(zhì)、研磨、配置溶液后，測(cè)定堿解氮(AN)、總氮(TN)、速效磷(AP)、總磷(TP)。堿解氮(AN)采用氫氧化鈉堿解擴(kuò)散法測(cè)定。總氮(TN)采用半微量凱氏定氮法測(cè)定，速效磷(AP)采用鹽酸-氟化銨浸提分光光度法測(cè)定，總磷(TP)采用高氯酸-濃硫酸法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法

應(yīng)用Microsoft Excel 2016和SPSS 21.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用單因素方差分析(One-way ANOVA)和Duncan法比較不同數(shù)據(jù)組間的差異。利用Origin 9.1繪制數(shù)據(jù)分析圖，使用ArcGIS 10.2對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行反距離權(quán)重插值。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤氮磷含量基本特征

采用平均值和中位數(shù)反映土壤樣品氮磷含量的中心趨向分布，用標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)(CV)反映土壤樣品氮磷含量的變異程度，并采用單樣本柯爾莫哥洛夫-斯米諾夫(K-S)方法檢驗(yàn)數(shù)據(jù)是否服從正態(tài)分布。研究區(qū)所有土壤樣品氮磷含量的極小值、極大值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差和CV等基本統(tǒng)計(jì)指標(biāo)如表1所示。

表1 研究區(qū)土壤養(yǎng)分特征統(tǒng)計(jì)

由表1可知：AP含量介于0.97～26.19 mg/kg，TP含量介于56.93～625.39 mg/kg，AN含量介于52.43～186.59 mg/kg，TN含量介于440.16～2 394.46 mg/kg。從變異系數(shù)CV值來(lái)看，僅AP的CV值大于100%，為123.39%，表明AP呈強(qiáng)變異程度。TP、AN、TN的CV值分別為71.64%、34.32%、41.19%，均介于10%～100%之間，表明三者的空間變異程度均為中等變異[14]，其變異程度順序?yàn)門P>TN>AN。同時(shí)，K-S檢驗(yàn)(顯著性水平為0.05)發(fā)現(xiàn)，除AP含量服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布外，其余指標(biāo)均服從正態(tài)分布。

2.2 土壤氮磷含量空間分布特征

為分析各區(qū)域間土樣氮磷含量的差異，顯著性水平設(shè)置為0.05，對(duì)不同采樣區(qū)的土樣氮磷含量進(jìn)行單因素方差分析，結(jié)果表明：不同采樣區(qū)TP含量的顯著性P值為0.003，存在極顯著差異(P<0.01)，TN含量的顯著性P值為0.016，表示存在顯著差異(P<0.05)。AP與AN含量顯著性P值分別為0.389、0.093，表示其差異性不顯著。為更直觀反映各指標(biāo)的空間分布特征，將各斷面土樣氮磷含量取平均值，基于ArcGIS的反距離權(quán)重插值方法對(duì)各土樣指標(biāo)進(jìn)行插值，得到各指標(biāo)的空間差異性水平分布，如圖2-圖5所示。

圖2 速效磷空間分布云圖

圖3 總磷空間分布云圖

圖4 堿解氮空間分布云圖

圖5 總氮空間分布云圖

就磷含量空間分布而言，由圖2可以看出，AP含量在峃作口區(qū)、近壩區(qū)2號(hào)斷面以及庫(kù)尾區(qū)的15號(hào)斷面附近較高，介于5.69～12.13 mg/kg。由圖3可以看出，TP含量在峃作口區(qū)較高，介于363.38～481.60 mg/kg，而且空間分布范圍較大，在庫(kù)尾區(qū)的15號(hào)斷面附近，雖然TP含量較高，介于265.14～363.38 mg/kg，但涉及范圍較小。就氮含量空間分布而言，由圖4可以看出，AN含量在三插溪區(qū)、峃作口區(qū)9號(hào)斷面附近以及遠(yuǎn)壩匯水區(qū)7號(hào)斷面附近較高，介于120.82～186.57 mg/kg。由圖5可以看出，TN含量在三插溪區(qū)以及峃作口區(qū)的9號(hào)斷面附近較高，介于1 380.87～2 394.15 mg/kg。對(duì)比圖2、圖3、圖4、圖5，可以看出，峃作口區(qū)的土壤氮磷含量處于較高水平，尤其是磷素含量在所有分區(qū)中最高。黃坦坑區(qū)、庫(kù)尾庫(kù)區(qū)、莒江溪區(qū)的土壤氮磷含量處于較低水平。相比其他區(qū)域，三插溪區(qū)氮含量較高，作為水庫(kù)取水口的近壩區(qū)，雖然只有AP含量相對(duì)較高，但須加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。

2.3 土壤氮磷含量空間差異性對(duì)土地利用方式的響應(yīng)

土地利用方式是影響土壤氮磷含量的重要因素之一[15]，本研究中不同土地利用方式下土壤氮磷含量差異性如圖6、圖7所示。

注：a、b、ab分別表示不土地利用類型下氮磷含量差異顯著(P<0.05)。

圖7 不同土地利用方式下的氮含量

由圖6可知：不同土地利用方式下，AP含量表現(xiàn)為園地(6.9 mg/kg)>灌木雜草地(5.26 mg/kg)>林地(4.01 mg/kg)>裸地(1.61 mg/kg)，其差異不顯著。不同土地利用方式下，TP含量表現(xiàn)為灌木雜草地(304.49 mg/kg)>園地(276.96 mg/kg)>林地(170.61 mg/kg)>裸地(82.41 mg/kg)，裸地TP含量與林地相比差異不明顯，但與灌木雜草地、園地相比差異明顯，林地TP含量與裸地、園地、灌木雜草地相比差異不明顯。由圖7可以看出：不同土地利用方式下，AN含量表現(xiàn)為灌木雜草地(111.34 mg/kg)>林地(111.26 mg/kg)>園地(90.73 mg/kg)>裸地(65.59 mg/kg)，TN含量表現(xiàn)為灌木雜草地(1 225.39 mg/kg)>林地(1 197.28 mg/kg)>園地(916.83 mg/kg)>裸地(720.20 mg/kg)。可見，AN和TN含量差異均不顯著。

裸地相比于其他土地利用方式，土壤氮磷含量較低，主要是由于位于高地的林地和灌木雜草地截留了部分氮磷。其次，裸地臨近水邊緣，受水流作用相對(duì)較大，土壤中部分氮磷素會(huì)被水流帶走。灌木雜草地除AP外，其余養(yǎng)分含量較大，主要是由于灌木雜草地近地面覆被密度較大，形成了較為密實(shí)的生物墊，對(duì)地表降雨徑流、泥沙、面源污染等攔截能力較強(qiáng)[16,17]，這與LUZ等人的研究結(jié)論一致[18]。另外，由于地面枯枝落葉分解也產(chǎn)生了部分氮磷，所以灌木雜草地的氮磷含量相對(duì)較高。對(duì)園地、林地而言，園地的磷素含量高于林地，而氮素含量比林地低。主要是由于園地耕作方式為旱作，通氣條件較好，耕層有機(jī)質(zhì)分解較快，氮素相對(duì)容易流失，所以相比林地，園地氮素含量水平較低[19]。可見，土壤對(duì)磷的吸附能力與植被類型和覆蓋有著直接關(guān)系[20]，加之園地人類活動(dòng)干擾較為強(qiáng)烈，也是導(dǎo)致園地磷素含量高于林地的原因之一。

3 結(jié) 論

(1)珊溪水庫(kù)迎水坡土壤AP含量介于0.97～26.19 mg/kg，TP含量介于56.93～625.39 mg/kg，AN含量介于52.43～186.59 mg/kg，TN含量介于440.16～2 394.46 mg/kg。土壤氮磷含量存在強(qiáng)變異性和中等變異性，表現(xiàn)為：AP(123.39%)>TP(71.64%)>TN(41.19%)>AN(34.32%)。

(2)珊溪水庫(kù)迎水坡土壤氮磷含量空間高值區(qū)和低值區(qū)較為集中，對(duì)比圖2-圖5可知：水庫(kù)北面和西北土壤氮磷含量較高，西南含量較低。具體表現(xiàn)為：在峃作口區(qū)和庫(kù)尾區(qū)的15號(hào)斷面附近，土壤AP、TP含量均較高，近壩區(qū)2號(hào)斷面附近，土壤AP含量較高，但是其位置靠近取水口，也應(yīng)該加強(qiáng)管理。在三插溪區(qū)和峃作口區(qū)的9號(hào)斷面附近，土壤AN、TN含量均較高，在遠(yuǎn)壩匯水區(qū)7號(hào)斷面附近，土壤AN含量較高。黃坦坑區(qū)、莒江溪區(qū)以及庫(kù)尾區(qū)的大部分區(qū)域土壤氮磷含量較低。

(3)珊溪水庫(kù)迎水坡面不同土地利用方式下的氮磷含量分布特征為：離水較近的裸地氮磷含量較低，位于林地邊緣的灌木雜草地氮磷含量較高。除園地AP外，林地、園地的土壤氮磷含量均介于裸地和灌木雜草地之間。

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