不同植被条件下红壤坡地果园氮磷流失特征分析

张展羽，王 超，2，杨 洁，李新虎，2

(1.河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室，江苏南京 210098;

2.河海大学水利水电学院，江苏南京 210098;3.江西省水土保持科学研究所，江西南昌 330029)

红壤是我国南方主要的土壤资源，然而，由于不合理的开发利用，造成水土流失严重和氮磷等养分的流失，使得土壤肥力下降[1]及水体富营养化[2].这不仅对当地的生态环境造成不良影响，还严重制约了当地生产和生活水平的提高.针对氮磷等养分流失的问题，许多学者[3-10]已从氮磷等养分流失的影响因素(降雨强度、土地利用方式、植被覆盖等)方面进行了大量研究.基于江西省水土流失严重的现状[11]，笔者在江西省水土保持生态科技园实验小区开展试验，研究了不同植被措施对红壤坡地果园总氮及总磷流失规律的影响，旨在为南方红壤地区氮磷流失的防治提供依据.

1 试验材料与方法

1.1 研究区概况

江西省水土保持生态科技园地处江西省北部的德安县燕沟小流域，鄱阳湖水系博阳河西岸，属亚热带季风区，气候温和，四季分明，雨量充沛，光照充足，雨热基本同期.年平均降雨量为1350.9mm，最大降雨量1807.7mm，最小降雨量865.6mm.多年平均气温16.7℃，冬季最低气温-11℃，平均4.1℃;夏季最高气温40℃，平均28.7℃.年日照时数1650～2100h.江西省水土保持生态科技园区是我国红壤的中心区域，地形条件在江西省和南方红壤丘陵区具有代表性.

1.2 试验设计

试验共设3个处理小区(表1).每个处理小区面积为5m×15m=75m2，坡度为14°，地表径流观测是在小区下部设置一承水槽，承接地表径流与泥沙.将出水口用塑胶管连接并引入地表径流池.每个地表径流池都进行率定，池壁均安装有搪瓷水尺，能直接读取地表径流量.

表1 试验小区植被处理措施Table 1 Vegetation measures of test plots

1.3 观测项目及方法

a.降雨量测定:在试验小区设置虹吸式自记雨量计，用以获得降雨过程和降雨量.

b.径流量测定:通过地表径流池量测地表径流量.

c.土壤流失量测定:降雨过程中，每隔一定时间取一定量的水样进行烘干后称重，获得径流中的泥沙含量.

d.总氮及总磷流失含量测定:降雨开始产流后，每隔一定时间分别在各处理下的地表径流池内取样，将试样过滤后获得水样和泥沙样，然后分别测定水样和泥沙样中的总氮和总磷的含量，相加后得到总氮及总磷的流失量.其中，水样中总氮和总磷含量测定方法分别采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法[13]和钼酸铵分光光度法[14]，泥沙样中总氮和总磷含量测定方法分别采用开氏水煮法和钼锑抗比色法.

2 试验结果与分析

2.1 降雨过程及降雨量

分别对2008年内3次典型降雨条件下总氮及总磷的流失量数据进行分析，表2列出了这3次降雨的降雨历时、降雨强度和降雨量等.降雨过程见图1.

2.2 产流、产沙过程

3次降雨条件下不同处理小区的产流过程见图1，产沙过程见图2.

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

图1 不同处理小区降雨、产流过程Fig.1 Process of rainfall and runoff in different plots

图2 不同处理小区产沙过程Fig.2 Process of sediment in different plots

从图1和图2可以看出:处理Ⅰ小区的产流、产沙过程基本随降雨的开始而开始，随降雨的结束而结束;而处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区内的产流、产沙过程相对于降雨过程出现不同的滞后现象，其初始产流、产沙时间相对于降雨分别滞后了大约5min和10min.3个处理小区的产流、产沙过程基本随降雨强度的变化而变化.处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区的产流、产沙量远远小于处理Ⅰ小区，产流量分别为处理Ⅰ小区的12.62%和7.09%，产沙量分别为处理Ⅰ小区的15.23%和9.59%.说明这2种处理措施在水土保持方面起到了很好的作用，其中以处理Ⅲ最佳.

2.3 总氮及总磷流失过程及流失总量

3次降雨条件下不同处理小区的总氮流失过程见图3，总磷流失过程见图4.表3列出了3次降雨条件下不同处理小区内总氮及总磷的流失总量.

图3 不同处理小区总氮流失过程Fig.3 Process of total nitrogen losses in different plots

图4 不同处理小区总磷流失过程Fig.4 Process of total phosphorus losses in different plots

表3 不同处理小区内总氮及总磷流失总量Table 3 Values of total nitrogen and total phosphorus losses in different plots

从图3可以看出，各小区的总氮流失过程与产流过程基本一致，并且各小区总氮质量浓度变化过程都呈现出先增大后减小并逐步趋于稳定的状态，只是在总氮质量浓度大小及峰值产生的时间上有所差异.以降雨3为例，各处理小区在产流过程中产生的总氮质量浓度最大值分别为:处理Ⅰ小区为3.92mg/L，处理Ⅱ小区1.32mg/L，处理Ⅲ小区1.15 mg/L，产流后期各小区总氮质量浓度分别稳定在2.72mg/L，0.53mg/L和0.42mg/L左右.

产流初期，由于降雨强度较大，各处理小区表层土壤比较疏松，径流挟带泥沙量较大，所以总氮流失质量浓度呈现逐渐增大的趋势;产流后期，随着降雨强度的减小，径流量及泥沙流失量减小，导致总氮流失质量浓度逐渐降低并最后趋于稳定，说明总氮及总磷流失质量浓度受降雨强度影响较大.从图3可以明显看出，处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区的总氮流失质量浓度要远远低于处理Ⅰ小区，其流失的总氮质量浓度分别为处理Ⅰ小区的21.14%和16.24%.通过对3次降雨条件下不同处理小区的总氮流失过程进行多重比较，可知处理Ⅰ与处理Ⅱ、处理Ⅲ下的总氮流失过程差异显著，而处理Ⅱ与处理Ⅲ下的总氮流失过程之间并无显著差异.

从表3中可以看出，总氮流失总量的ES/ER在1.58～4.06间变化，均大于1，表明3种处理小区内总氮流失均以泥沙携带为主.其中处理Ⅰ小区的总氮流失总量最大，其次是处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区.处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区产生的总氮流失总量约为处理Ⅰ小区3.76%和1.03%.此外，从总氮流失总量(表3)与降雨量(表2)之间的关系来看，总氮流失量与平均降雨强度、最大降雨强度及降雨总量之间均有一定的相关关系.

图4表明总磷流失过程与总氮流失过程基本相同.总磷流失质量浓度受降雨强度影响较大，处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区的总磷流失质量浓度分别为处理Ⅰ小区的21.03%和16.62%.通过对3次降雨条件下不同处理小区的总磷流失过程进行多重比较，表明处理Ⅰ与处理Ⅱ、处理Ⅲ下的总磷流失过程差异显著，而处理Ⅱ与处理Ⅲ下总磷流失过程并无显著差异.表3表明不同处理小区的总磷流失以泥沙携带为主，处理Ⅱ小区和处理Ⅲ小区总磷流失总量分别为处理Ⅰ小区的3.22%和0.98%.总磷流失量与平均降雨强度、最大降雨强度及降雨总量之间有一定的相关关系.

3 结 论

a.水土流失是导致土壤总氮及总磷流失的主要原因.在水土流失的整个过程中，伴随着总氮及总磷的流失，其流失的质量浓度基本呈现先增大后减小并最终趋于稳定的状态.从总氮及总磷流失总量来看，总氮及总磷流失以泥沙携带为主，径流携带次之.

b.果树+百喜草敷盖和果树+百喜草覆盖均可有效控制水土流失，进而控制总氮及总磷的流失.由于百喜草敷盖产生的效果不如百喜草覆盖，并且在操作实施方面具有原材料成本高、植物体不易固定、敷盖表面易被破坏等缺点，而百喜草是禾本科雀稗属的一种多年生匍匐草本，具有易种、易活、易管、耐瘠、耐旱、耐酸碱、耐浸等特性[12]，比较适合大面积种植，因此，使用果树+百喜草覆盖(处理Ⅲ)措施对控制南方红壤坡地水土流失及氮磷等养分的流失更为有效.

c.由于条件限制，本文的研究内容仅对同一坡度下总氮及总磷的流失情况进行了研究，在以后的研究中可选择不同坡度，为氮磷等养分流失的控制和治理提供理论依据和实践指导.

[1]李俊波，华珞，冯琰.坡地土壤养分流失研究概况[J].土壤通报，2005，36(5):753-759.(LI Jun-bo，HUA Luo，FENG Yan.Soil nutrient losses from sloping land:a review[J].Chinese Journal of Soil Science，2005，36(5):753-759.(in Chinese))

[2]中华人民共和国环境保护部.2007年中国环境状况公报[EB/OL].[2009-01-05].http://www.zhb.gov.cn/plan/zkgb/ 2007zkgb/200811/t20081117_131335.htm

[3]夏立忠，杨林章，李运东.生草覆盖与植物篱技术防治紫色土坡地土壤侵蚀与养分流失的初步研究[J].水土保持学报，2007，21(2):28-31.(XIA Li-zhong，YANG Lin-zhang，LI Yun-dong.Perennial alfalfa and contour hedgerow on reducing soil，nitrogen and phosphorus losses from uplands of purple soil[J].Journal of Soil and Water Conservation，2007，21(2):28-31.(in Chinese))

[4]吴希媛，张丽萍，张妙仙，等.不同雨强下坡地氮流失特征[J].生态学报，2007，27(11):4576-4582.(WU Xi-yang，ZHANG Liping，ZHANG Miao-xian，et al.Research on characteristics of nitrogen loss in sloping land under different rainfall intensities[J].Acta E-cologica Sinica，2007，27(11):4576-4582.(in Chinese))

[5]孟庆华，杨林章.三峡库区不同土地利用方式的养分流失研究[J].生态学报，2000，20(6):1028-1033.(MENG Qing-hua，YANG Lin-zhang.Nutrient losses in different land use types in the Three Gorge Reservoir Area(TGRA)[J].Acta Ecologica Sinica，2000，20(6):1028-1033.(in Chinese))

[6]姜达炳，樊其林，甘小泽.三峡库区坡耕地运用生物埂治理水土流失技术的研究[J].中国生态农业学报，2005，13(2):158-160.(JIANG Da-bing，FAN Qi-lin，GAN Xiao-ze.Research on the restraint of the soil and water erosion of scarp cultivate land by using plants embankments in the Three Gorges area[J].China Journal of Eco-Agriculture，2005，13(2):158-160.(in Chinese))

[7]史东梅，卢喜平，刘立志.三峡库区紫色土坡地桑葚植物篱水土保持作用研究[J].水土保持学报，2005，19(3):75-79.(SHI Dong-mei，LU Xi-ping，LIU Li-zhi.Study on functions of soil and water conservation by mulberry hedgerow intercropping of purple soil slopping farmland in Three Gorges Reservoir region[J].Journal of Soil and Water Conservation，2005，19(3):75-79.(in Chinese))

[8]傅涛，倪九派，魏朝富，等.雨强对三峡库区黄色石灰土养分流失的影响[J].水土保持学报，2002，16(2):33-35.(FU Tao，NI Jiu-pai，WEI Chao-fu，et al.Research on nutrient loss from terra gialla soil in Three Gorges region under different rainfall intensity[J]. Journal of Soil and Water Conservation，2002，16(2):33-35.(in Chinese))

[9]马琨，王兆骞，陈欣.红壤坡面产流产沙与养分流失特征研究[J].宁夏农学院学报，2003，24(2):3-7.(MA Kun，WANG Zhaoqian，CHEN Xin.Study on the propertiesof runoff yield and sedimentyield and nutrient lossin red soil slope land[J].Journal of Ningxia Agriculture College，2003，24(2):3-7.(in Chinese))

[10]张兴昌，邵明安，黄占斌，等.不同植被对土壤侵蚀和氮素流失的影响[J].生态学报，2000，20(6):1038-1044.(ZHANG Xingchang，SHAO Ming-an，HUANG Zhan-bin，et al.Anexperimental research on soil erosion and nitrogen loss under different vegetation cover[J].Acta Ecologica Sinica，2000，20(6):1038-1044.(in Chinese))

[11]张茨林，谢颂华，曾建江.江西省人为水土流失现状调查与防治研究[J].农业工程学报，2008，24(8):54-57.(ZHANG Ci-lin，XIE Song-hua，ZENG Jian-jiang.Investigation on the state and prevention of artificial soil erosion in Jiangxi Province[J].Transactions of the CSAE，2008，24(8):54-57.(in Chinese))

[12]刘士余，聂明英，彭鸿燕.百喜草及其应用研究[J].安徽农业科学，2007，35(25):7807-7808.(LIU Shi-yu，NIEMing-ying，PENG Hong-yan.A study on Bahia grass and its application[J].Journal of Anhui Agri Sci，2007，35(25):7807-7808.(in Chinese))

[13]GB11894—89 水质总氮的测定紫外分光光度计[S]

[14]GB11893—89 水质总磷的测定钼酸铵分光光度法[S]