玉溪尖山河小流域N的输出特点研究

邵 智，赵永宾，李洪波，王 放

（云南汉龙环保科技有限公司，云南昆明650034）

玉溪尖山河小流域N的输出特点研究

邵 智，赵永宾，李洪波，王 放

（云南汉龙环保科技有限公司，云南昆明650034）

对澄江尖山河小流域不同土地利用类型径流小区进行监测，并对地表径流中氮素的流失特征进行研究。结果表明：随着降雨量的不断增大，径流中的总氮和氨氮的输出浓度也有上升的趋势；在相同降雨条件下，各地类年平均总氮输出浓度为：农地7.955 mg／L、人工林7.4886 mg／L、次生林6.9836 mg／L、灌草丛4.5188 mg／L；氨氮的年平均输出浓度为：农地0.8474 mg／L、人工林0.7286 mg／L、次生林0.6514 mg／L、灌草丛0.4782 mg／L。农地的总氮输出浓度和氨氮输出浓度最大，人工林次之，灌草丛和次生林较小。研究结果表明，灌草丛和次生林较高的植物覆盖有效地保持了水分和土壤，从而也减缓了氮素的输出。

总氮；氨氮；小流域；输出特点；尖山河；玉溪

氮是造成水体富营养化的主要元素之一，在暴雨径流条件下，土壤中的氮、磷等养分随地表径流汇入各种水体，引起水体的富营养化和污染，成为水体富营养化的限制因子［1］。大量的研究表明，有效地控制农业非点源污染是从根本上解决水质污染问题的关键［2］。为防止地表水体富营养化，保护日趋紧张的水资源，氮磷非点源污染物输出的估算与控制已成为世界范围内最重要的环境保护议题［3］。目前，根据我国25个湖泊水环境现状的调查，水体全氮均超过了富营养化指标，氮富营养化逐渐成为我国水污染的核心问题［4］。

通常情况下，土地利用方式对非点源氮的流失有重要影响，不同的土地利用类型如林地、草地、农田明显影响着地表径流和氮的流失量［5～8］。其中，小流域中不同土地类型的氮素流失是主要表现形式。目前，关于小流域土壤氮磷养分流失的研究比较多，如张玉珍［9］对福建盆谷型农业小流域氮磷的流失的模式进行了分析研究，张兴昌等［10］对黄土丘陵区小流域土壤氮素流失规律进行的相关研究。本文选择抚仙湖流域内的小尖山小流域作为研究对象，利用长期定位试验研究该小流域内自然降雨条件下不同土地利用类型的氮素的输出特征，希望找出控制尖山河小流域及类似小流域面源污染氮素输出的办法。

1 材料与研究方法

1.1 研究区域概况

本研究试验地选在澄江县尖山河小流域 （图1），位于北纬24°32′00″～24°37′38″，东经102°47′21″～102°52′02″，东临抚仙湖，流域总面积35.42km。最高海拔2347.4m，最低海拔1722m。多年平均降雨量1050mm，降雨量集中在5～10月，占全年的75%。暴雨基本出现在雨季，常以单点暴雨出现，年平均蒸发量900mm。该小流域主要有天然次生林、人工林、灌草丛、坡耕地和梯田几类地类。森林覆盖率21.4%，林草覆盖率47.9%。其中，流域内的土壤主要是红紫泥土和红壤，红紫泥土主要分布在尖山大河上游河道顺流左岸方向，占流域面积的60%以上；红壤分布在尖山大河顺流右岸，其中石灰岩红壤分布在带头村附近、五尺埂至岔河，占流域总面积的30%；玄武岩红壤分布在流域东部李头村附近，占流域面积的8%。尖山大河河床两岸均为紫泥土，占流域总面积的2%。

1.2 实验设计与方法

经过勘查，根据不同的土地利用方式共布设4个水平投影面积为5×20m2的径流小区，分别建在坡耕地、灌草丛、人工林和云南松次生林4种地类上。

表1 径流小区区域特征

在设置的径流场边缘采集土壤表层0～20cm的土样，以获取土壤养分含量背景值；在自然降雨事件中，分别采集次生林、人工林、农地、灌草丛径流场径流池中的径流样品1000ml，4℃保存并在24h内测定其中的总氮、氨氮，总氮采用碱性过硫酸钾消解－紫外分光光度法测定，氨氮采用纳氏试剂比色法测定。

2 结果与讨论

2.1 不同土地利用类型土壤氮素背景值特点

不同的土地利用类型土壤中的氮素来源不同，造成了不同土地利用类型土壤氮素背景值有所不同。自然土壤中，土壤氮素主要来源于矿物质和土壤有机质；在耕作土壤中主要来源有灌溉水和施肥等。

表2 径流小区表土氮素含量

从表2中可以看出，径流小区灌草丛的总氮含量要大于次生林农地和人工林，但它们之间的差距都不大，而对于水解氮来说，灌草丛、次生林高于农地和人工林，这是由于灌草丛植被覆盖度高根系繁多，植被改善了土壤结构，使得氮素不易流失，而富集在地表。

2.2 不同降雨强度下氮素输出的特点

2.2.1 总氮的输出

降雨量的差异，对地表径流量有很大的影响，直接决定着对地表的冲刷程度；由于地表植被对冲刷作用有一定的缓冲截留作用，使得各种土地类型径流中总氮含量随降雨量的变化呈现出一定的规律。

由图2可以看出次生林、农地、人工林、灌草丛4种土地利用类型径流中的总氮输出浓度都有随降雨量增大而增大的趋势。当降雨量为0.6mm时，农地、人工林、次生林、灌草丛4种土地利用类型径流中总氮的输出浓度分别为：农地6.357mg／L、人工林5.7mg／L、次生林6.775mg／L、灌草丛2.445mg／L，而当降雨量增加为27.4mm时，4种土地利用类型的总氮输出浓度分别增加为：农地11.256mg／L、人工林9.813mg／L、次生林5.7mg／L、灌草丛8.332mg／L。这是由于随着降雨量的增加，径流量随之增大，对地表的冲刷程度变大，携带大量氮素的泥沙被径流带走，部分氮素融入水体，从而使得径流水体含氮量升高。同时从图2还可看出，随着降雨量的继续增加，这时雨水的稀释作用凸显出来，所以径流总氮的输出浓度有所减缓，甚至有所下降。这也进一步说明了暴雨冲刷所造成的土壤侵蚀是氮素污染的诱因之一。

2.2.2 氨氮的输出

由图3可以看出，在不同降雨条件下次生林、农地、人工林、灌草丛4种土地利用类型径流中的氨氮浓度变化幅度都不大，次生林和灌草丛的氨氮输出浓度没有明显的变化规律。但农地和人工林氨氮输出浓度还是呈现了一定的变化规律，随着降雨量的加大，农地和人工林氨氮输出浓度有升高的趋势。当降雨量为0.6mm时，农地氨氮输出浓度为0.821mg／L、人工林氨氮输出浓度为0.633mg／L，当降雨量上升到27.4mm时，农地氨氮输出浓度上升为1.123mg／L、人工林氨氮输出浓度上升为1.038mg／L。与此相反，次生林和灌草丛的氨氮输出浓度随着降雨量增大在降低，当降雨量为0.6mm时，灌草丛氨氮输出浓度为0.536mg／L、次生林氨氮输出浓度为0.645mg／L，当降雨量上升到27.4mm时，农地氨氮输出浓度下降为0.495mg／L、次生林氨氮输出浓度下降为0.741mg／L。这种不同的结果是由于在农业活动中人们向农地和人工林施加了氮肥，土壤氮素含量较高，这些氮肥并不能被植物全部吸收，残留的氮素在降雨过程中随泥沙进入径流，融入水体，当降雨量加大时，雨水对土壤的冲刷也加大了，所以氨氮输出随降雨的加强而加大。而次生林和灌草丛受人为影响较小，土壤氮素含量较小，加之良好的植被覆盖有力地截留了含氮泥沙，所以当降雨量加大时，雨水的稀释作用大过于雨水的冲刷作用，径流氨氮输出浓度表现为下降的趋势。

2.3 不同土地利用类型径流小区径流中的氮素输出特点

2.3.1 总氮的输出

不同的土地利用类型植被类型、植被覆盖率、土壤结构等因素不同，这些因素的介入，使得农地、人工林、次生林、灌草丛4种土地利用类型的水文特征各不相同，也就造成了不同土地利用类型总氮输出浓度的差异。

不同地类非点源污染物输出量有明显差异，植被类型不同，产生的径流量和非点源污染物浓度也不同，因此非点源污染物输出量就有明显变化。由图4可看出6月17日和8月13日总氮输出浓度为农地最大，7月16日和9月27日总氮输出浓度为人工林最大，8月26日为次生林最大，虽然从各月份数据看不出明显的输出规律，但从各地类的平均总氮输出浓度可以看出，总体输出规律为农地最大，人工林次之，再次是次生林，灌草丛最小。各地类年平均总氮输出浓度为：农地6.567mg／L、人工林6.2722mg／L、次生林5.418mg／L、灌草丛3.869mg／L。由图4可看出：次生林、灌草丛的总氮输出浓度要小于农地和人工林的总氮输出浓度。

总的来看，灌草丛、人工林等植被覆盖度较好的小区总氮输出量较小，农地小区由于植被覆盖度较差，雨滴的打击和冲刷作用使得总氮的输出浓度大于其它地类。

2.3.2 氨氮的输出

氨氮输出受到降雨量的影响，在一定范围内输出浓度有随着降雨量增加而增加的趋势。随着降雨量的增加，径流中的氨氮输出浓度也在加大。其实质是降雨量的增大，使得径流对土壤的冲刷更加激烈，大量氨氮随泥沙进入水体。由于不同的土地利用类型植被种类不同、覆盖率不同、受农业活动影响程度不同，使得氨氮输出呈现出不同的特征。

由图5可以看出，不同的土地利用类型氨氮的输出有一定规律，6月17日、8月13日、8月26日和9月27日氨氮输出浓度为农地最大，人工林次之，之后是次生林，最小是灌草丛；7月16日氨氮输出浓度为农地最大，次生林次之，之后是人工林，最小的是灌草丛。氨氮的年平均输出浓度为：农地0.986mg／L、人工林0.8732mg／L、次生林0.7662mg／L、灌草丛0.5838mg／L。从氨氮的年平均输出浓度可以看出不同的土地利用类型氨氮的输出的总体规律为农地最大，人工林次之，之后是次生林，最小的是灌草丛。

土壤中的氨氮大部分随径流迁移，在相同的降雨条件下，农地的产流量是几种土地利用类型中最大的，且受到人们农业活动中施肥的影响，因此农地的氨氮输出浓度也是几种土地利用类型中最大的。由于灌草丛、次生林和人工林的植被覆盖度好于农地，且植被根系发达，这些条件都有力减轻暴雨的冲刷和固定了土壤，加之这些土地利用类型受到的农业活动影响较农地小，所以灌草丛、次生林和人工林的氨氮输出浓度较低。

3 结论

通过对澄江尖山河小流域不同土地利用类型径流小区的监测，并对地表径流中氮的流失特征进行研究，发现随着降雨量的增加，农地、人工林、次生林、灌草丛4种土地利用类型径流中的总氮的输出浓度在一定程度上也随着增大。其中，总氮的输出浓度：农地＞人工林＞次生林＞灌草丛；而随着降雨量的增加4种土地利用类型径流中的氨氮浓度变化的幅度都不大，次生林和灌草丛的氨氮输出浓度没有明显的变化规律，但农地和人工林氨氮输出浓度还是呈现了一定的变化规律，随着降雨量的加大，农地和人工林氨氮输出浓度有升高的趋势。与此相反，次生林和灌草丛的氨氮输出浓度随着降雨量增大在降低，这是因为随着降雨量继续加大，雨水的稀释作用大过于雨水的冲刷作用，造成了浓度的下降。而经过对比分析4种土地类型中总氮和氨氮的输出浓度，发现灌草丛、人工林等植被覆盖度较好的小区总氮和氨氮的输出浓度较小，农地小区由于农业活动影响较大，植被覆盖度较差，雨滴的打击和冲刷作用使得径流总氮和氨氮的输出浓度大于其它地类。

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［9］张玉珍.福建盆谷型农业小流域氮磷流失模式分析［J］.福州大学学报（自然科学版），2007，35（4）：641－645.

［10］张兴昌，邵明安.黄土丘陵区小流域土壤氮素流失规律［J］.地理学报，2000，55（5）：617－625.

Abstract：The research is carried out to study the characteristics of the nitrogen loss in the surface runoff through monitoring the runoff under different land uses in Jianshanhe Watershed of Chengjiang.It shows that with increasing rainfall，the concentration of total nitrogen and ammonia nitrogen in the runoff are clearly rising up.Under the same conditions of the precipitation，the annual average concentration of the total nitrogen output for different land uses are as follows：farmland：7.955 mg／l，plantation：7.4886 mg／l，secondary forest land：6.9836 mg／l，shrub and grass land：4.5188 mg／l.The annual average concentration of the ammonia nitrogen output is as follows：farmland：0.8474mg／l，plantation：0.7286mg／l，secondary forest land：0.6514mg／l，shrub and grass land：0.4782 mg／l.The concentration of total nitrogen and ammonia nitrogen in the farmland is the most，followed by the plantation，and the secondary forest land is even less.The results also show that the water and soil are effectively conserved by the shrubs and the taller plants in the secondary forest，thus these lands produces less nitrogen.

The Output Characteristics of Nitrogen in Jianshanhe Watershed of Yuxi

SHAO Zhi，ZHAO Yong-bin，LI Hong-bo，WANG Fang
（Yunnan Hanlong Environmental Protection Technology Co.，Ltd，Kunming Yunnan 650034 China）

total nitrogen；ammonia nitrogen；small watershed；output characteristics；Jianshanhe；Yuxi

X52

：A

：1673－9655（2013）02－0058－05

2012－10－26