生态清洁型小流域以水土流失为载体的面源污染防治技术及效益监测

张春平袁 利钟菲菲吴 迪

（1.淮河流域水土保持监测中心站 蚌埠 233001 2.淮河水利水电开发总公司 蚌埠 233001）

生态清洁型小流域以水土流失为载体的面源污染防治技术及效益监测

张春平1袁 利1钟菲菲2吴 迪1

（1.淮河流域水土保持监测中心站 蚌埠 233001 2.淮河水利水电开发总公司 蚌埠 233001）

对于清洁型小流域建设过程中如何控制流域内以水土流失为载体的面源污染，利用遥感、GIS等技术，提出集成农业面源污染的防治技术，通过对防治技术的效益监测，探索出典型小流域以水土流失为载体的面源污染综合防控技术，为水源区水土保持规划和面源污染控制提供科学依据和技术示范。

清洁小流域 面源污染 水土保持

生态清洁型小流域是使流域内水土资源得到有效保护、合理配置和高效利用，沟道基本保持自然生态状态，人类活动对自然的扰动在生态承载能力之内，生态系统良性循环、人与自然和谐，人口、资源、环境协调发展的小流域。2010～2013年连续4年中央1号文件都对建设清洁型小流域提出了明确要求，但如何控制流域内以水土流失为载体的面源污染，减少对生态环境的影响，是目前亟待解决的问题。本文选择沂蒙山区的云蒙湖双峪河小流域为实验对象，利用遥感、GIS等技术，提出集成农业面源污染的防治技术，通过对防治技术的效益监测，探索出典型小流域以水土流失为载体的面源污染综合防控技术，为水源区水土保持规划和面源污染控制提供科学依据和技术示范。

一、项目区概况

云蒙湖地处山东省中南部沂蒙山腹地，属淮河流域沂沐泗河水系，库容3.95亿m3，流域面积1693 km2，涉及蒙阴、沂水2个县，14个乡镇。流域属暖温带半干旱大陆性季风气候。年平均气温12.8℃，年无霜期平均为200d，年日照时数平均为2506.5h，年平均降水量822.2mm。

双河峪小流域是云蒙湖库区典型农业小流域，海拔高度170～500m，土壤以棕壤为主，耕地土层≤50cm。总面积为2.497hm2，其中林地0.037hm2，耕地0.689hm2，果园0.799hm2，荒山荒坡0.77hm2。坡耕地面积广大，水土流失引起土壤肥力下降和面源污染严重。在该流域布设不同的面源污染防控措施，并进行实时监测，评价不同措施下的面源污染防治效果。

二、实验设计

1.小流域防治技术配置

（1）坡耕地植物篱构建

顺坡垄作花生地（坡度5°）的垄沟内每隔2m布设0.8 m宽的植物篱，选取植物为黑麦草、狗牙根、三叶草、草木樨，每种植物配置3沟，两种植物配置之间空一沟作为对照。

（2）梯田地堰植草护坡

梯田地堰常因清除杂草而产生水土流失，甚至坍塌。因此种植低矮经济作物或者草本植物，主要配置了黄花菜、苜蓿、黑麦草、草木樨、三叶草、狗牙根，并以自然生长杂草为对照。

（3）杨树林下的灌草植被建设

该区杨树用材林种植面积较广，而且为促进树木的生长也常施用化肥，而林下的枯枝落叶多被收集燃烧。因此杨树林下常因缺少覆盖产生水土流失，导致土壤养分流失。在杨树林下营造灌草植被，增加林分的立体结构，降低雨滴动能，改变土壤理化性质，进而防治水土流失引起的氮磷流失。

2.不同措施防治效益监测方法及指标

（1）坡耕地植物篱效益监测

每个垄沟作为一个径流小区，小区面积均为12m2（垄间距0.8m×垄长15m）在每个小区出口处埋设自带刻度100L 的PVC桶设为地表径流观测样点，承接地表径流与泥沙。每次雨后将小区PVC桶内泥沙与水样混匀，用500mL塑料瓶采样，样品经酸化后立即封存于2℃～4℃的便携式冰柜中，送往实验室并在24h内进行分析，测定氮磷流失量等。

（2）梯田地堰植草效应监测

建立1.5m×0.5m的径流小区，每种植物重复2次，共建14个径流小区。同样雨后收集水样，测定氮磷流失量等。

（3）杨树林下的灌草植被建设

在杨树林下建立2m×0.8m径流小区6个，分别种植草

木樨、狗牙根和水曲柳，每种植物重复2次。草木樨和狗牙根采用种子种植，水曲柳用插条。等高沟播，且沟间距为15cm。同样雨后收集水样，测定氮磷流失量等。

表1 试验观察前后土壤氮磷含量

三、结果与分析

1.花生地垄沟植草氮磷流失效益

从表1可以看出，就氮的流失量而言，垄沟种草后明显减少氮的流失量；不同草种之间氮的流失量差异明显，其中黑麦草最高、三叶草次之、狗牙根和草木樨最低；且种草处理的可溶性氮（DN）流失比明显高于对照。就磷的流失量而言，垄沟种草后也明显减少磷的流失量；狗牙根种植垄沟内磷的流失量明显高于另外3种草，而可溶性磷流比以黑麦草和草木樨与对照相对，三叶草和狗牙根相对是增加了可溶性磷的流失量，因此对肥力的降低作用更为明显。而试验结束后，除黑麦草垄沟内土壤氮含量降低超过20%外，其他植物措施垄沟内氮含量变化不大，而所有措施垄沟内磷降低超过30%。这可能是因为花生本身是豆科植物，其固氮作用弥补了土壤氮流失。综合来看草木樨覆盖垄沟内氮磷流失量较低，可溶性养分较低，对于减少面源污染风险，维持土壤地力有重要作用。

2.梯田地堰植草氮磷流失效益

从图1和图2中可以看出：梯田地堰种草或者保持野草覆盖条件下能够明显减少梯田的氮磷流失量。比较不同植物覆盖条件下的产流产沙及氮磷流失量发现：黄花菜对径流泥沙及氮磷流失的控制效应最为明显，这主要是因为其采用根苗移栽，生长迅速，覆盖度大，对地表形成了很好的保护。

图1 梯田地堰不同植物措施氮流失量

图2 梯田地堰不同植物措施磷流失量

3.杨树林下植草氮磷流失效益

从图3和图4中可以看出：杨树林下4种灌草植物覆盖条件下氮磷流失量，苜蓿的流失量最高，水曲柳的流失量最低，狗牙根和草木樨差异不大。因此，林下种植一定高度的灌草植物，降低雨滴对地表的打击，减少土壤氮磷流失，而且乔灌结构可以有效减少氮磷流失，降低面源污染风险。

图3 杨树林下不同灌草覆盖条件下氮流失总量

图4 杨树林下不同灌草覆盖条件下磷流失总量

四、典型小流域面源污染防治技术

基于以上防治技术配置，典型小流域实施的主要水土流失及氮磷流失防治技术有以下4种：

1.坡耕地改造及植物篱构建

坡面横垄+植物篱：顺垄耕作改为横垄耕作，坡长方向每隔10 m布设植物篱，植物篱带宽2m。坡度较缓时选取苜蓿、黑麦草、草木樨3种植物撒播形成植物篱；坡度较陡时采用紫穗槐+狗牙根间作。横垄种植可以减缓径流，增加入渗。植物篱在减缓径流的同时还可以改善土壤结构，从而增加土壤入渗。

顺垄垄沟内植物篱：垄沟内每隔5m布设0.8m宽的植物篱选取植物为黑麦草、狗牙根、三叶草、草木樨。顺垄种植后，降雨时沟内径流汇集，流速较大，种植植物篱后，截断径流，消减流速，从而减少土壤侵蚀。

另外修建导流沟，并在沟内种植狗牙根等根系发达草本植物，增加地表粗糙度以削减流速、防止径流冲刷作用，从而降低侵蚀强度。修建导流沟，使径流按照规定的流路流出地块进入沟道，防止径流侵蚀作用。

2.梯田护埂护坡

（1）缓坡：采取单播或混播方式种植黄花菜、苜蓿、黑麦草、草木樨、狗牙根等，以护坡防蚀，防治氮磷流失。黄花菜坡中上部和中下部各一行，且呈品字型配置。

（2）陡坡植草：种植结缕草、狗牙根、结缕草×狗牙根、葛藤、爬山虎、金银花等固土能力强的草本或藤本植物，防护坡面、增加坡面稳定性，从而防治氮磷流失。禾本科植物撒播，葛藤、爬山虎等在坡面最下侧每隔1 m插条种植，金银花在坡面最上部每隔0.5m插条种植。

3.树盘植草

果园地表裸露，不但蒸发强烈，而且地表粗糙度较低，

降雨时易产生径流，引发养分随径流流失。修整果园树盘，以每棵果树为中心形成集水单元，并分别在树盘内种植黑麦草、三叶草等。植物覆盖后一方面增加地表粗糙度，防止雨滴击溅侵蚀和减少径流冲刷，另一方面可改良土壤结构、增加土壤入渗，因此可减轻面源污染物流失。

4.林下的灌草植被建设

杨树林下采用沟播法种植草木樨、狗牙根、三叶草、结缕草、水曲柳苗、紫穗槐×结缕草、紫穗槐×狗牙根、紫穗槐×苜蓿等，草本植物沟间距10cm，灌木沟间距30cm，灌草混交沟间距20cm，播种量根据种植草种的指导量播种。

五、结论

本文在通过对双峪河小流域面源污染防治技术效益监测，结果表明：花生地垄沟种草能明显减少氮、磷的流失量，不同草种之间氮的流失量差异明显，草木樨覆盖垄沟内氮磷流失量较低；杨树林下植草以水曲柳苗产流产沙及氮磷流失量都最低，其次是草木樨，而低矮的苜蓿的养分流失量最高；田地堰种草以黄花菜对径流泥沙及氮磷流失的控制效应最为明显。典型小流域的水土流失及氮磷流失防控技术包括坡耕地改造及植物篱构建、树盘植草、梯田护埂护坡、林下的灌草植被建设等，通过防治技术的实施能够控制以水土流失为载体的农业面源污染，对于指导清洁小流域建设具有重要意义■