生態(tài)清潔型小流域以水土流失為載體的面源污染防治技術(shù)及效益監(jiān)測

張春平袁 利鐘菲菲吳 迪

（1.淮河流域水土保持監(jiān)測中心站 蚌埠 233001 2.淮河水利水電開發(fā)總公司 蚌埠 233001）

生態(tài)清潔型小流域以水土流失為載體的面源污染防治技術(shù)及效益監(jiān)測

張春平1袁 利1鐘菲菲2吳 迪1

（1.淮河流域水土保持監(jiān)測中心站 蚌埠 233001 2.淮河水利水電開發(fā)總公司 蚌埠 233001）

對于清潔型小流域建設(shè)過程中如何控制流域內(nèi)以水土流失為載體的面源污染，利用遙感、GIS等技術(shù)，提出集成農(nóng)業(yè)面源污染的防治技術(shù)，通過對防治技術(shù)的效益監(jiān)測，探索出典型小流域以水土流失為載體的面源污染綜合防控技術(shù)，為水源區(qū)水土保持規(guī)劃和面源污染控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)示范。

清潔小流域 面源污染 水土保持

生態(tài)清潔型小流域是使流域內(nèi)水土資源得到有效保護(hù)、合理配置和高效利用，溝道基本保持自然生態(tài)狀態(tài)，人類活動對自然的擾動在生態(tài)承載能力之內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)、人與自然和諧，人口、資源、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的小流域。2010～2013年連續(xù)4年中央1號文件都對建設(shè)清潔型小流域提出了明確要求，但如何控制流域內(nèi)以水土流失為載體的面源污染，減少對生態(tài)環(huán)境的影響，是目前亟待解決的問題。本文選擇沂蒙山區(qū)的云蒙湖雙峪河小流域為實驗對象，利用遙感、GIS等技術(shù)，提出集成農(nóng)業(yè)面源污染的防治技術(shù)，通過對防治技術(shù)的效益監(jiān)測，探索出典型小流域以水土流失為載體的面源污染綜合防控技術(shù)，為水源區(qū)水土保持規(guī)劃和面源污染控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)示范。

一、項目區(qū)概況

云蒙湖地處山東省中南部沂蒙山腹地，屬淮河流域沂沐泗河水系，庫容3.95億m3，流域面積1693 km2，涉及蒙陰、沂水2個縣，14個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。流域?qū)倥瘻貛О敫珊荡箨懶约撅L(fēng)氣候。年平均氣溫12.8℃，年無霜期平均為200d，年日照時數(shù)平均為2506.5h，年平均降水量822.2mm。

雙河峪小流域是云蒙湖庫區(qū)典型農(nóng)業(yè)小流域，海拔高度170～500m，土壤以棕壤為主，耕地土層≤50cm?？偯娣e為2.497hm2，其中林地0.037hm2，耕地0.689hm2，果園0.799hm2，荒山荒坡0.77hm2。坡耕地面積廣大，水土流失引起土壤肥力下降和面源污染嚴(yán)重。在該流域布設(shè)不同的面源污染防控措施，并進(jìn)行實時監(jiān)測，評價不同措施下的面源污染防治效果。

二、實驗設(shè)計

1.小流域防治技術(shù)配置

（1）坡耕地植物籬構(gòu)建

順坡壟作花生地（坡度5°）的壟溝內(nèi)每隔2m布設(shè)0.8 m寬的植物籬，選取植物為黑麥草、狗牙根、三葉草、草木樨，每種植物配置3溝，兩種植物配置之間空一溝作為對照。

（2）梯田地堰植草護(hù)坡

梯田地堰常因清除雜草而產(chǎn)生水土流失，甚至坍塌。因此種植低矮經(jīng)濟(jì)作物或者草本植物，主要配置了黃花菜、苜蓿、黑麥草、草木樨、三葉草、狗牙根，并以自然生長雜草為對照。

（3）楊樹林下的灌草植被建設(shè)

該區(qū)楊樹用材林種植面積較廣，而且為促進(jìn)樹木的生長也常施用化肥，而林下的枯枝落葉多被收集燃燒。因此楊樹林下常因缺少覆蓋產(chǎn)生水土流失，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分流失。在楊樹林下營造灌草植被，增加林分的立體結(jié)構(gòu)，降低雨滴動能，改變土壤理化性質(zhì)，進(jìn)而防治水土流失引起的氮磷流失。

2.不同措施防治效益監(jiān)測方法及指標(biāo)

（1）坡耕地植物籬效益監(jiān)測

每個壟溝作為一個徑流小區(qū)，小區(qū)面積均為12m2（壟間距0.8m×壟長15m）在每個小區(qū)出口處埋設(shè)自帶刻度100L 的PVC桶設(shè)為地表徑流觀測樣點，承接地表徑流與泥沙。每次雨后將小區(qū)PVC桶內(nèi)泥沙與水樣混勻，用500mL塑料瓶采樣，樣品經(jīng)酸化后立即封存于2℃～4℃的便攜式冰柜中，送往實驗室并在24h內(nèi)進(jìn)行分析，測定氮磷流失量等。

（2）梯田地堰植草效應(yīng)監(jiān)測

建立1.5m×0.5m的徑流小區(qū)，每種植物重復(fù)2次，共建14個徑流小區(qū)。同樣雨后收集水樣，測定氮磷流失量等。

（3）楊樹林下的灌草植被建設(shè)

在楊樹林下建立2m×0.8m徑流小區(qū)6個，分別種植草

木樨、狗牙根和水曲柳，每種植物重復(fù)2次。草木樨和狗牙根采用種子種植，水曲柳用插條。等高溝播，且溝間距為15cm。同樣雨后收集水樣，測定氮磷流失量等。

表1 試驗觀察前后土壤氮磷含量

三、結(jié)果與分析

1.花生地壟溝植草氮磷流失效益

從表1可以看出，就氮的流失量而言，壟溝種草后明顯減少氮的流失量；不同草種之間氮的流失量差異明顯，其中黑麥草最高、三葉草次之、狗牙根和草木樨最低；且種草處理的可溶性氮（DN）流失比明顯高于對照。就磷的流失量而言，壟溝種草后也明顯減少磷的流失量；狗牙根種植壟溝內(nèi)磷的流失量明顯高于另外3種草，而可溶性磷流比以黑麥草和草木樨與對照相對，三葉草和狗牙根相對是增加了可溶性磷的流失量，因此對肥力的降低作用更為明顯。而試驗結(jié)束后，除黑麥草壟溝內(nèi)土壤氮含量降低超過20%外，其他植物措施壟溝內(nèi)氮含量變化不大，而所有措施壟溝內(nèi)磷降低超過30%。這可能是因為花生本身是豆科植物，其固氮作用彌補了土壤氮流失。綜合來看草木樨覆蓋壟溝內(nèi)氮磷流失量較低，可溶性養(yǎng)分較低，對于減少面源污染風(fēng)險，維持土壤地力有重要作用。

2.梯田地堰植草氮磷流失效益

從圖1和圖2中可以看出：梯田地堰種草或者保持野草覆蓋條件下能夠明顯減少梯田的氮磷流失量。比較不同植物覆蓋條件下的產(chǎn)流產(chǎn)沙及氮磷流失量發(fā)現(xiàn)：黃花菜對徑流泥沙及氮磷流失的控制效應(yīng)最為明顯，這主要是因為其采用根苗移栽，生長迅速，覆蓋度大，對地表形成了很好的保護(hù)。

圖1 梯田地堰不同植物措施氮流失量

圖2 梯田地堰不同植物措施磷流失量

3.楊樹林下植草氮磷流失效益

從圖3和圖4中可以看出：楊樹林下4種灌草植物覆蓋條件下氮磷流失量，苜蓿的流失量最高，水曲柳的流失量最低，狗牙根和草木樨差異不大。因此，林下種植一定高度的灌草植物，降低雨滴對地表的打擊，減少土壤氮磷流失，而且喬灌結(jié)構(gòu)可以有效減少氮磷流失，降低面源污染風(fēng)險。

圖3 楊樹林下不同灌草覆蓋條件下氮流失總量

圖4 楊樹林下不同灌草覆蓋條件下磷流失總量

四、典型小流域面源污染防治技術(shù)

基于以上防治技術(shù)配置，典型小流域?qū)嵤┑闹饕亮魇Ъ暗琢魇Х乐渭夹g(shù)有以下4種：

1.坡耕地改造及植物籬構(gòu)建

坡面橫壟+植物籬：順壟耕作改為橫壟耕作，坡長方向每隔10 m布設(shè)植物籬，植物籬帶寬2m。坡度較緩時選取苜蓿、黑麥草、草木樨3種植物撒播形成植物籬；坡度較陡時采用紫穗槐+狗牙根間作。橫壟種植可以減緩徑流，增加入滲。植物籬在減緩徑流的同時還可以改善土壤結(jié)構(gòu)，從而增加土壤入滲。

順壟壟溝內(nèi)植物籬：壟溝內(nèi)每隔5m布設(shè)0.8m寬的植物籬選取植物為黑麥草、狗牙根、三葉草、草木樨。順壟種植后，降雨時溝內(nèi)徑流匯集，流速較大，種植植物籬后，截斷徑流，消減流速，從而減少土壤侵蝕。

另外修建導(dǎo)流溝，并在溝內(nèi)種植狗牙根等根系發(fā)達(dá)草本植物，增加地表粗糙度以削減流速、防止徑流沖刷作用，從而降低侵蝕強度。修建導(dǎo)流溝，使徑流按照規(guī)定的流路流出地塊進(jìn)入溝道，防止徑流侵蝕作用。

2.梯田護(hù)埂護(hù)坡

（1）緩坡：采取單播或混播方式種植黃花菜、苜蓿、黑麥草、草木樨、狗牙根等，以護(hù)坡防蝕，防治氮磷流失。黃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：種植結(jié)縷草、狗牙根、結(jié)縷草×狗牙根、葛藤、爬山虎、金銀花等固土能力強的草本或藤本植物，防護(hù)坡面、增加坡面穩(wěn)定性，從而防治氮磷流失。禾本科植物撒播，葛藤、爬山虎等在坡面最下側(cè)每隔1 m插條種植，金銀花在坡面最上部每隔0.5m插條種植。

3.樹盤植草

果園地表裸露，不但蒸發(fā)強烈，而且地表粗糙度較低，

降雨時易產(chǎn)生徑流，引發(fā)養(yǎng)分隨徑流流失。修整果園樹盤，以每棵果樹為中心形成集水單元，并分別在樹盤內(nèi)種植黑麥草、三葉草等。植物覆蓋后一方面增加地表粗糙度，防止雨滴擊濺侵蝕和減少徑流沖刷，另一方面可改良土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤入滲，因此可減輕面源污染物流失。

4.林下的灌草植被建設(shè)

楊樹林下采用溝播法種植草木樨、狗牙根、三葉草、結(jié)縷草、水曲柳苗、紫穗槐×結(jié)縷草、紫穗槐×狗牙根、紫穗槐×苜蓿等，草本植物溝間距10cm，灌木溝間距30cm，灌草混交溝間距20cm，播種量根據(jù)種植草種的指導(dǎo)量播種。

五、結(jié)論

本文在通過對雙峪河小流域面源污染防治技術(shù)效益監(jiān)測，結(jié)果表明：花生地壟溝種草能明顯減少氮、磷的流失量，不同草種之間氮的流失量差異明顯，草木樨覆蓋壟溝內(nèi)氮磷流失量較低；楊樹林下植草以水曲柳苗產(chǎn)流產(chǎn)沙及氮磷流失量都最低，其次是草木樨，而低矮的苜蓿的養(yǎng)分流失量最高；田地堰種草以黃花菜對徑流泥沙及氮磷流失的控制效應(yīng)最為明顯。典型小流域的水土流失及氮磷流失防控技術(shù)包括坡耕地改造及植物籬構(gòu)建、樹盤植草、梯田護(hù)埂護(hù)坡、林下的灌草植被建設(shè)等，通過防治技術(shù)的實施能夠控制以水土流失為載體的農(nóng)業(yè)面源污染，對于指導(dǎo)清潔小流域建設(shè)具有重要意義■