張展羽，王 超，2，楊 潔，李新虎，2

(1.河海大學(xué)南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京 210098;

2.河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇南京 210098;3.江西省水土保持科學(xué)研究所，江西南昌 330029)

紅壤是我國南方主要的土壤資源，然而，由于不合理的開發(fā)利用，造成水土流失嚴(yán)重和氮磷等養(yǎng)分的流失，使得土壤肥力下降[1]及水體富營養(yǎng)化[2].這不僅對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成不良影響，還嚴(yán)重制約了當(dāng)?shù)厣a(chǎn)和生活水平的提高.針對(duì)氮磷等養(yǎng)分流失的問題，許多學(xué)者[3-10]已從氮磷等養(yǎng)分流失的影響因素(降雨強(qiáng)度、土地利用方式、植被覆蓋等)方面進(jìn)行了大量研究.基于江西省水土流失嚴(yán)重的現(xiàn)狀[11]，筆者在江西省水土保持生態(tài)科技園實(shí)驗(yàn)小區(qū)開展試驗(yàn)，研究了不同植被措施對(duì)紅壤坡地果園總氮及總磷流失規(guī)律的影響，旨在為南方紅壤地區(qū)氮磷流失的防治提供依據(jù).

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

江西省水土保持生態(tài)科技園地處江西省北部的德安縣燕溝小流域，鄱陽湖水系博陽河西岸，屬亞熱帶季風(fēng)區(qū)，氣候溫和，四季分明，雨量充沛，光照充足，雨熱基本同期.年平均降雨量為1350.9mm，最大降雨量1807.7mm，最小降雨量865.6mm.多年平均氣溫16.7℃，冬季最低氣溫-11℃，平均4.1℃;夏季最高氣溫40℃，平均28.7℃.年日照時(shí)數(shù)1650～2100h.江西省水土保持生態(tài)科技園區(qū)是我國紅壤的中心區(qū)域，地形條件在江西省和南方紅壤丘陵區(qū)具有代表性.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理小區(qū)(表1).每個(gè)處理小區(qū)面積為5m×15m=75m2，坡度為14°，地表徑流觀測是在小區(qū)下部設(shè)置一承水槽，承接地表徑流與泥沙.將出水口用塑膠管連接并引入地表徑流池.每個(gè)地表徑流池都進(jìn)行率定，池壁均安裝有搪瓷水尺，能直接讀取地表徑流量.

表1 試驗(yàn)小區(qū)植被處理措施Table 1 Vegetation measures of test plots

1.3 觀測項(xiàng)目及方法

a.降雨量測定:在試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置虹吸式自記雨量計(jì)，用以獲得降雨過程和降雨量.

b.徑流量測定:通過地表徑流池量測地表徑流量.

c.土壤流失量測定:降雨過程中，每隔一定時(shí)間取一定量的水樣進(jìn)行烘干后稱重，獲得徑流中的泥沙含量.

d.總氮及總磷流失含量測定:降雨開始產(chǎn)流后，每隔一定時(shí)間分別在各處理下的地表徑流池內(nèi)取樣，將試樣過濾后獲得水樣和泥沙樣，然后分別測定水樣和泥沙樣中的總氮和總磷的含量，相加后得到總氮及總磷的流失量.其中，水樣中總氮和總磷含量測定方法分別采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法[13]和鉬酸銨分光光度法[14]，泥沙樣中總氮和總磷含量測定方法分別采用開氏水煮法和鉬銻抗比色法.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 降雨過程及降雨量

分別對(duì)2008年內(nèi)3次典型降雨條件下總氮及總磷的流失量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，表2列出了這3次降雨的降雨歷時(shí)、降雨強(qiáng)度和降雨量等.降雨過程見圖1.

2.2 產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程

3次降雨條件下不同處理小區(qū)的產(chǎn)流過程見圖1，產(chǎn)沙過程見圖2.

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

圖1 不同處理小區(qū)降雨、產(chǎn)流過程Fig.1 Process of rainfall and runoff in different plots

圖2 不同處理小區(qū)產(chǎn)沙過程Fig.2 Process of sediment in different plots

從圖1和圖2可以看出:處理Ⅰ小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程基本隨降雨的開始而開始，隨降雨的結(jié)束而結(jié)束;而處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)內(nèi)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程相對(duì)于降雨過程出現(xiàn)不同的滯后現(xiàn)象，其初始產(chǎn)流、產(chǎn)沙時(shí)間相對(duì)于降雨分別滯后了大約5min和10min.3個(gè)處理小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙過程基本隨降雨強(qiáng)度的變化而變化.處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的產(chǎn)流、產(chǎn)沙量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于處理Ⅰ小區(qū)，產(chǎn)流量分別為處理Ⅰ小區(qū)的12.62%和7.09%，產(chǎn)沙量分別為處理Ⅰ小區(qū)的15.23%和9.59%.說明這2種處理措施在水土保持方面起到了很好的作用，其中以處理Ⅲ最佳.

2.3 總氮及總磷流失過程及流失總量

3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總氮流失過程見圖3，總磷流失過程見圖4.表3列出了3次降雨條件下不同處理小區(qū)內(nèi)總氮及總磷的流失總量.

圖3 不同處理小區(qū)總氮流失過程Fig.3 Process of total nitrogen losses in different plots

圖4 不同處理小區(qū)總磷流失過程Fig.4 Process of total phosphorus losses in different plots

表3 不同處理小區(qū)內(nèi)總氮及總磷流失總量Table 3 Values of total nitrogen and total phosphorus losses in different plots

從圖3可以看出，各小區(qū)的總氮流失過程與產(chǎn)流過程基本一致，并且各小區(qū)總氮質(zhì)量濃度變化過程都呈現(xiàn)出先增大后減小并逐步趨于穩(wěn)定的狀態(tài)，只是在總氮質(zhì)量濃度大小及峰值產(chǎn)生的時(shí)間上有所差異.以降雨3為例，各處理小區(qū)在產(chǎn)流過程中產(chǎn)生的總氮質(zhì)量濃度最大值分別為:處理Ⅰ小區(qū)為3.92mg/L，處理Ⅱ小區(qū)1.32mg/L，處理Ⅲ小區(qū)1.15 mg/L，產(chǎn)流后期各小區(qū)總氮質(zhì)量濃度分別穩(wěn)定在2.72mg/L，0.53mg/L和0.42mg/L左右.

產(chǎn)流初期，由于降雨強(qiáng)度較大，各處理小區(qū)表層土壤比較疏松，徑流挾帶泥沙量較大，所以總氮流失質(zhì)量濃度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢;產(chǎn)流后期，隨著降雨強(qiáng)度的減小，徑流量及泥沙流失量減小，導(dǎo)致總氮流失質(zhì)量濃度逐漸降低并最后趨于穩(wěn)定，說明總氮及總磷流失質(zhì)量濃度受降雨強(qiáng)度影響較大.從圖3可以明顯看出，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的總氮流失質(zhì)量濃度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于處理Ⅰ小區(qū)，其流失的總氮質(zhì)量濃度分別為處理Ⅰ小區(qū)的21.14%和16.24%.通過對(duì)3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總氮流失過程進(jìn)行多重比較，可知處理Ⅰ與處理Ⅱ、處理Ⅲ下的總氮流失過程差異顯著，而處理Ⅱ與處理Ⅲ下的總氮流失過程之間并無顯著差異.

從表3中可以看出，總氮流失總量的ES/ER在1.58～4.06間變化，均大于1，表明3種處理小區(qū)內(nèi)總氮流失均以泥沙攜帶為主.其中處理Ⅰ小區(qū)的總氮流失總量最大，其次是處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū).處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)產(chǎn)生的總氮流失總量約為處理Ⅰ小區(qū)3.76%和1.03%.此外，從總氮流失總量(表3)與降雨量(表2)之間的關(guān)系來看，總氮流失量與平均降雨強(qiáng)度、最大降雨強(qiáng)度及降雨總量之間均有一定的相關(guān)關(guān)系.

圖4表明總磷流失過程與總氮流失過程基本相同.總磷流失質(zhì)量濃度受降雨強(qiáng)度影響較大，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)的總磷流失質(zhì)量濃度分別為處理Ⅰ小區(qū)的21.03%和16.62%.通過對(duì)3次降雨條件下不同處理小區(qū)的總磷流失過程進(jìn)行多重比較，表明處理Ⅰ與處理Ⅱ、處理Ⅲ下的總磷流失過程差異顯著，而處理Ⅱ與處理Ⅲ下總磷流失過程并無顯著差異.表3表明不同處理小區(qū)的總磷流失以泥沙攜帶為主，處理Ⅱ小區(qū)和處理Ⅲ小區(qū)總磷流失總量分別為處理Ⅰ小區(qū)的3.22%和0.98%.總磷流失量與平均降雨強(qiáng)度、最大降雨強(qiáng)度及降雨總量之間有一定的相關(guān)關(guān)系.

3 結(jié) 論

a.水土流失是導(dǎo)致土壤總氮及總磷流失的主要原因.在水土流失的整個(gè)過程中，伴隨著總氮及總磷的流失，其流失的質(zhì)量濃度基本呈現(xiàn)先增大后減小并最終趨于穩(wěn)定的狀態(tài).從總氮及總磷流失總量來看，總氮及總磷流失以泥沙攜帶為主，徑流攜帶次之.

b.果樹+百喜草敷蓋和果樹+百喜草覆蓋均可有效控制水土流失，進(jìn)而控制總氮及總磷的流失.由于百喜草敷蓋產(chǎn)生的效果不如百喜草覆蓋，并且在操作實(shí)施方面具有原材料成本高、植物體不易固定、敷蓋表面易被破壞等缺點(diǎn)，而百喜草是禾本科雀稗屬的一種多年生匍匐草本，具有易種、易活、易管、耐瘠、耐旱、耐酸堿、耐浸等特性[12]，比較適合大面積種植，因此，使用果樹+百喜草覆蓋(處理Ⅲ)措施對(duì)控制南方紅壤坡地水土流失及氮磷等養(yǎng)分的流失更為有效.

c.由于條件限制，本文的研究內(nèi)容僅對(duì)同一坡度下總氮及總磷的流失情況進(jìn)行了研究，在以后的研究中可選擇不同坡度，為氮磷等養(yǎng)分流失的控制和治理提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo).

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