哈尼梯田湿地水文特征研究

袁 梦

(西南林业大学 生态与水土保持学院，云南 昆明 650224)

1 引言

对生物圈整体来讲，湿地具有举足轻重的地位，它是“蓄水库”，更是蓄水防洪的天然“海绵”，在储蓄水、抵御洪水、调节径流和补给地下水等方面发挥着巨大作用[1]。湿地是水质质量的重要调节器。湿地通过一系列水文过程和植物的吸收、固定、转化使污染物降解，水体得到净化，从而达到保护生存环境的目的。湿地水文是维系湿地发育演化的关键，是湿地发展的基础[2]。湿地水文的研究是湿地研究的核心内容，是当前国内外湿地研究的热点[3]。水是哈尼梯田湿地生态系统最重要的组成元素，贯穿整个湿地生态系统，学者们对哈尼梯田湿地结构以及降雨、径流的研究很多，但对梯田蓄水和水质研究较少。本文通过对哈尼梯田湿地水文特征的研究，掌握湿地蓄水和水质变化规律，并对水质问题进行分析，为哈尼梯田的水资源管理和保护提供科学依据。

2 研究区概况

研究区设置在隶属于元阳县新街镇的麻栗寨河流域全福庄小流域，地理坐标为102°43′～102°47′E，23°06′～23°08′N，占地面积约为1099.74 hm2，全福庄小流域拥有森林—村庄—梯田—河流四素同构的典型生态结构。海拔在1720～2073 m之间，相对高差353 m。属亚热带山地季风气候，干湿季分明又常年大雾，年均相对湿度为85%。黄壤、黄棕壤是研究区内主要土壤类型，土层厚度约100 cm左右。

3 研究方法

分别于2017年7月(雨季)和2018年1月(旱季)对全福庄小流域下方的梯田进行抽样调查，在上、中、下部位随机选取50块梯田进行田埂高度、宽度、梯田水深等数据测量。随机选取20块土埂梯田，采用TDR(time domain reflactometry)水分测定仪测量梯田田埂土壤含水量。主要测埂下20 cm 土壤含水量、埂下40 cm土壤含水量和埂下60 cm土壤含水量。

根据哈尼梯田水系流向从上到下依次选取在森林、村寨和梯田分别随机选取3个水样，采集的水样用浓硫酸调节pH值至1～2，并保存在4 ℃低温保温箱中带回学校实验室进行水质测量。水质检测主要包括pH值、COD、氨氮、硝氮、正磷酸盐、总磷、总氮等7个指标，分别采用pH试纸比色法、重铬酸盐法、酒石酸钾钠分光光度法、酚二磺酸分光光度法、钼酸铵分光光度法；钼酸铵分光光度法以及碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法进行水样测定。

4 结果与分析

4.1 梯田蓄水量

哈尼梯田典型田块的土壤主要为黄红壤，黏粒含量在20%～45%之间，透水性差，所以蓄水性良好。典型田块内常年蓄水。成千上万的蓄水田块组成了湿地，使高山变良田。

4.1.1 梯田地表蓄水量

梯田蓄水分为地表蓄水和地下蓄水。地表水指从水面到梯田土壤表面的明水，地下蓄水主要指土壤含水量。通过野外调查，可得梯田结构数据，旱季如表1所示，雨季测量数据见表2。

田埂具有保持水土和蓄水的功能，哈尼梯田田埂的平均宽度在0.4 m左右，由于海拔、坡度、坡向等自然因素以及田埂高度等人为因素的不同，田块之间蓄水深度差距较大，在抽取的样地中，水深最大值31.3 cm，最小值为0。调查分析结果显示，梯田蓄水深在旱季和雨季差距较大。在旱季梯田蓄水深平均值为9.4 cm，雨季梯田蓄水深平均值为20.7 cm，研究区梯田面积1798571 m2，因此，旱季梯田地表蓄水总量为169065.67 t，雨季梯田地表蓄水总量可达372304.2 t，哈尼梯田是一个天然的大型蓄水库。

表1 旱季梯田结构特征

田埂具有保持水土和蓄水的功能，哈尼梯田田埂的平均宽度在0.4 m左右，由于海拔、坡度、坡向等自然因素以及田埂高度等人为因素的不同，田块之间蓄水深度差距较大，在抽取的样地中，水深最大值31.3 cm，最小值为0。调查分析结果显示，梯田蓄水深在旱季和雨季差距较大。在旱季梯田蓄水深平均值为9.4cm，雨季梯田蓄水深平均值为20.7 cm，研究区梯田面积1798571 m2，因此，旱季梯田地表蓄水总量为169065.67 t，雨季梯田地表蓄水总量可达372304.2 t，哈尼梯田是一个天然的大型蓄水库。

表2 雨季梯田结构特征

4.1.2 梯田地下土壤蓄水量

哈尼梯田常年蓄水，很难直接采集地下土壤测土壤含水量。所以用田埂不同土层含水量，近似取代其对应田块的土壤含水量。田埂分为土埂和浆砌石埂，硬质土埂不能测量，所以本文所用的田埂数据都是土埂。用环刀法测田埂土壤容重。TDR水分测定仪测量的梯田田埂土壤含水量的数据如表3所示。

通过分析计算埂下20 cm、40 cm和60 cm的土壤含水量，可以得出梯田田埂埂下0～60 cm的平均土壤含水量为40.67%。说明田埂的湿度较高，梯田地下蓄水量大。梯田土壤蓄水量可按下式计算：

W=0.1h×d×w

(1)

式(1)中W为土壤蓄水量(mm)；d为土壤容重(g/cm3)；h为土层深度(cm);w土壤含水量(%)。

田埂土壤平均容重为1.028 g/cm3，哈尼梯田地下0～60 cm土壤单位面积蓄水量为250.85 mm。梯田面积为1798571 m2，所以梯田土壤蓄水量为451176.1 t。梯田总蓄水量包括田埂围蓄水量和梯田土壤蓄水量的总和，梯田旱季蓄水量最大值为620241.8 t，梯田雨季蓄水量最大值为823480.3 t。哈尼梯田蓄水功能强大。

表3 梯田埂下土壤含水量

4.2 水质分析

每种土地利用类型取3个水样进行pH值、COD、氨氮、硝氮、正磷酸盐、总磷、总氮7个指标测定，取平均值。测定结果如表4所示。

由表4可知森林、村寨、梯田三处的水质特点，分析测定的指标数值，总氮的浓度大于氨氮与硝氮浓度之和；正磷酸盐的浓度数值小于总磷，水的pH数值呈现弱酸性。其中COD、氨氮、硝氮、总氮的最大值均出现在村寨；就森林来说，它的氨氮、总氮、正磷酸盐、总磷的含量都是最低的；梯田水正磷酸盐、总磷含量最高，COD、硝氮含量最低，氨氮、总氮含量处于森林和村寨之间。就氮浓度来讲，这与闵慧琳[4]研究元阳梯田生态系统水氮时空分布特征时得出的氮浓度为村寨>梯田>森林的结果相似；与陆海明[5]研究桥水库农业小流域氮浓度空间分布时所得出的村庄>耕地>森林的结果相似。与张汪寿[6]研究北运河下游灌区不同土地利用方式非点源氮素输出规律时得到TN浓度为村庄>农田>林地的研究结果相似。

表4 水质分析

水质现状关系着一个地区居民的生产生活质量，甚至影响着一个地区的发展。哈尼梯田四素同构的结构特征一直被誉为经典，从上到下森林、村寨、梯田、河流垂直分布，不同的土地利用类型之间水的质量差异明显，在空间分布上不同类型的营养物质的累积浓度呈现出不同的特征。垂直结构决定了水从上方森林流出，经过植被、土壤的净化，水质良好，后经沟渠流经村寨，由于人为活动，水质变差，被污染的水顺着地势流向梯田，梯田农作物的吸收让水质有所改善。COD、氨氮、硝氮、总氮的最大值均出现在村寨，村寨是人们活动的场所，梯田上游来水流经村寨，混入了村民的生活污水，生活垃圾，牲畜粪便，导致含氮量增加，化学需氧量增加；就森林来说，它处于村寨上方，人为干扰比较少，相比村寨和梯田它的氨氮、总氮、正磷酸盐、总磷的含量都是最低的；梯田水正磷酸盐、总磷含量最高，这与作物生长过程中施加磷肥、喷打农药有关，也与人们生活中大量使用洗衣粉，生活污水随着沟渠流入梯田有关。

5 结论

(1)研究区梯田蓄水量包括梯田地表蓄水量和梯田土壤蓄水量，在旱季梯田蓄水深平均值为9.4 cm，单位面积蓄水量为0.094 t，雨季梯田蓄水深平均值为20.7 cm，单位面积蓄水量为0.207 t。研究区梯田地表蓄水总量旱季为169065.67 t，雨季蓄水总量可达372304.2 t。哈尼梯田地下0～60 cm土壤蓄水量为451176.1 t。梯田旱季蓄水量最大值为620241.8 t，梯田雨季蓄水量最大值为823480.3 t。

(2)通过对蒸发量、降水量等这些水文特征分析，径流量和降雨量有关，但是降雨不是影响径流的唯一因素；湿地结构和水文影响着湿地的水质，水流过森林—村寨—梯田，水质经历了好—差—好的变化，森林水质最好，村寨质量最差；哈尼梯田水文联通方式为森林—沟渠—梯田—沟渠—河流。