汾河水庫周邊土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

申小雨， 張 紅， 張艷靈， 馮 凌

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

汾河水庫周邊土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

申小雨， 張 紅， 張艷靈， 馮 凌

(山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院, 山西 太原 030006)

摘要：[目的] 對(duì)汾河水庫周邊土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，為汾河水庫周邊的環(huán)境管理與污染控制提供依據(jù)。 [方法] 在對(duì)汾河水庫周邊土壤采樣、全氮含量測(cè)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)地形、降雨、土地利用類型、徑流、化肥施用、人口、潛在污染源距離等因子，采用通用水土流失方程和氮指數(shù)評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)。 [結(jié)果] 從研究區(qū)整體來看，土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)水平并不高，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)為低、中、高、極高程度的面積分別占研究區(qū)總面積的78.04%，2.72%，9.31%和9.93%；從空間上來看，氮流失風(fēng)險(xiǎn)較高的區(qū)域主要集中分布在研究區(qū)的西南和東北部，土地利用類型主要是地勢(shì)平坦的耕地。中等流失風(fēng)險(xiǎn)程度的區(qū)域大部分位于沿河山地地區(qū)，土地利用類型為林地、草地及耕地。低風(fēng)險(xiǎn)程度的區(qū)域主要位于河谷地區(qū)較為平坦的地區(qū)，土地利用類型以草地和耕地為主。 [結(jié)論] 采用的氮指數(shù)評(píng)價(jià)法綜合考慮了土壤氮流失的源因子和遷移因子，可以科學(xué)有效地反映研究區(qū)土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)的水平及空間分布。

關(guān)鍵詞：汾河水庫； 氮流失； 氮指數(shù)； 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

氮是農(nóng)作物生產(chǎn)力的重要組成元素，研究證明農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源氮流失對(duì)流域水體的富營養(yǎng)化有重要的貢獻(xiàn)作用。一定量的氮施入土壤，能夠起到很好的補(bǔ)充土壤營養(yǎng)元素的作用，有利于提高農(nóng)作物產(chǎn)量，但如果過量施用便會(huì)使土壤中的氮含量增高，從而導(dǎo)致氮素的流失，甚至?xí)?duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。因此，對(duì)汾河周邊氮素的流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有利于土壤中氮肥的補(bǔ)充和防止氮肥的流失。Lemunyon[1]最先發(fā)展了對(duì)農(nóng)田磷素流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)評(píng)估的指數(shù)方法，之后有Gburek[2]等提出的磷指數(shù)評(píng)價(jià)計(jì)算方法，隨后在美國以及歐洲等國家得到不斷發(fā)展和應(yīng)用，并擴(kuò)展到氮素流失的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中。國內(nèi)非點(diǎn)源氮流失評(píng)價(jià)方面的研究工作相對(duì)較少，最初都是用磷指數(shù)法對(duì)磷元素的流失進(jìn)行的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并且方法也各不相同。張淑榮等[3]，王麗華[4-5]，周慧平和高超[6]分別利用磷指數(shù)法對(duì)于不同地區(qū)磷流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。但是，對(duì)于氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的氮指數(shù)的應(yīng)用和發(fā)展卻很少有報(bào)道[7]。陳能汪[8]等的流域尺度的氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)采用故障樹和概率分析方法，存在主觀與客觀的不確定性；張平[7]等的研究采用氮磷綜合指數(shù)法對(duì)氮磷流失進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，此法操作簡(jiǎn)單、因子確定和數(shù)據(jù)獲得容易，但沒有考慮徑流深度和人口密度因子；李如忠[9]的研究中也采用此種方法，同樣也沒有考慮徑流深度和人口密度因子。本研究以汾河水庫周邊10 km的范圍為對(duì)象，為小尺度流域，它是由一些小尺度變量來支配的。例如，流域微地貌、土壤、植被、降雨以及與之相聯(lián)系的土地資源配置、人類活動(dòng)方式、區(qū)域土壤水文過程、土壤侵蝕、農(nóng)業(yè)化學(xué)物質(zhì)投放量等，流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染也存在著這種尺度效應(yīng)[10]。因此，本研究結(jié)合國內(nèi)外研究成果，在綜合考慮汾河水庫周邊土壤氮元素流失成因的空間特性基礎(chǔ)上，全面考慮各影響因子并進(jìn)行空間定量化，探討各因子對(duì)土壤氮素流失風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系，對(duì)氮流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)劃分，為汾河水庫周邊土壤氮流失的防治提供相關(guān)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

汾河水庫是山西省重要的淡水資源大型水庫，對(duì)太原市的防洪及工農(nóng)業(yè)供水起著重要作用，同時(shí)對(duì)保障和支撐太原市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有重要的社會(huì)意義。汾河水庫位于山西省婁煩縣境內(nèi)偏東北部的汾河谷地內(nèi)，是汾河流域最大的集水水庫。研究區(qū)域?yàn)榉诤铀畮熘苓?0 km的汾河河谷，地理坐標(biāo)38°00′—38°14′N,111°80′—111°93′E。研究區(qū)屬于大陸性暖溫帶半干旱季風(fēng)氣候，地形多為山地，海拔高差大，因此在氣候特征、降水量等方面也存在較大差異。汾河水庫流域內(nèi)年均降水量為523 mm，6—9月降水量占全年降水量的78.8%。當(dāng)?shù)啬昃鶞?.0～7.0 ℃，無霜期多年平均為136～141 d，日照時(shí)數(shù)約2 850~2 870 h，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)和北風(fēng)。土壤的營養(yǎng)類型為富含無機(jī)氮、總氮、總磷，缺乏無機(jī)磷，水質(zhì)營養(yǎng)狀況屬于中營養(yǎng)型。農(nóng)作物品種主要有莜麥、谷子、山藥、玉米、高粱、糜黍、豆類等。汾河水庫周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)，多數(shù)地區(qū)仍然依靠農(nóng)耕型經(jīng)濟(jì)發(fā)展生產(chǎn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)人口數(shù)量比例大，單位面積化肥施用量高于全國平均水平一倍多，化肥的大量施用導(dǎo)致氮、磷、鉀等元素通過土壤滲透及地面徑流最終流入汾河水庫，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，破壞了原有的水體生態(tài)系統(tǒng)，從而對(duì)水庫生態(tài)安全產(chǎn)生威脅。因此，對(duì)汾河水庫周邊地區(qū)的土壤進(jìn)行氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，科學(xué)把握汾河水庫周邊地區(qū)氮流失的分布特征及現(xiàn)狀，并進(jìn)行科學(xué)描述，對(duì)汾河水庫的水資源保護(hù)有重要的戰(zhàn)略意義，同時(shí)能夠引起政府對(duì)非點(diǎn)源氮流失方面合理規(guī)劃的重視，推動(dòng)水庫流域內(nèi)的生態(tài)及環(huán)境建設(shè)。

2研究方法

汾河周邊氮流失程度受很多因子的影響，結(jié)合相關(guān)研究，將氮流失的影響因子歸納為源因子和遷移因子。其中，源因子選取土壤全氮含量、氮肥施用量和施用方式、人口密度因子，遷移因子選取土壤侵蝕量因子、地表徑流深、潛在污染源距水體的距離。最后，采用氮指數(shù)的計(jì)算方法對(duì)研究區(qū)的氮流失風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分級(jí)和評(píng)價(jià)。

2.1　研究區(qū)氮流失的源因子計(jì)算

2.1.1研究區(qū)土壤全氮含量全氮因子是影響非點(diǎn)源氮流失的一個(gè)主要因子，它的分析是基于實(shí)驗(yàn)室實(shí)測(cè)全氮含量的數(shù)據(jù)。在確定了研究范圍之后，采用非均勻布點(diǎn)法，對(duì)研究區(qū)表層土壤進(jìn)行布點(diǎn)、采樣和測(cè)定，共采樣115個(gè)，這些樣點(diǎn)覆蓋了整個(gè)研究區(qū)，基本能夠代表研究區(qū)的土壤空間分布特征。通過將野外采集的樣本采用凱氏法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室測(cè)定全氮，得出各采樣點(diǎn)的全氮含量，空間插值得到研究區(qū)土壤中全氮的空間分布狀況。

2.1.2研究區(qū)氮肥施用因子施肥因子包括化肥和有機(jī)肥的施用量、施用時(shí)間和施用方式[9]。采用影像解譯、實(shí)地考察和農(nóng)民訪談的方式，得到研究區(qū)氮肥的施用量、施用時(shí)間及施用方式等情況。在GIS中生成氮肥施用量和施用方式的空間分布。

2.1.3研究區(qū)人口密度人口密度直接影響到全氮的流失。通過參考2012年《山西統(tǒng)計(jì)年鑒》和《婁煩縣志》，并進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，獲得了研究區(qū)25個(gè)村鎮(zhèn)人口數(shù)據(jù)?；贕IS軟件，空間內(nèi)插得到研究區(qū)人口密度分布情況(人口密度是單位面積居住的人口數(shù)，人/km2)。

2.2　研究區(qū)氮流失的遷移因子計(jì)算

2.2.1研究區(qū)土壤侵蝕因子土壤侵蝕是氮流失的載體，它也是全氮流失的重要因子?；谛抻喓蟮耐寥狼治g模型——RUSLE進(jìn)行定量計(jì)算土壤侵蝕量[7]，然后根據(jù)《土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)表》(SL190—96)，采用平均侵蝕模數(shù)作為侵蝕強(qiáng)度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中微度、輕度、中度、強(qiáng)度、極強(qiáng)度和劇烈侵蝕的標(biāo)準(zhǔn)分別為<1 000，1 000～2 500，2 500～5 000，5 000～8 000，8 000～15 000和>15 000 t/(km2·a)。

(1) 降雨侵蝕因子R。依據(jù)研究區(qū)河岔、上靜游、婁煩、蓋家莊、白家灘、白家莊、草城、岔口、蓋家莊、閣上、樓子、爐峪口、羅家岔、米峪鎮(zhèn)、天池店(王家崖)、屯村、西大樹、下馬城、寨上19個(gè)水文站點(diǎn)的多年(包括年降雨量、每月降雨量)降水?dāng)?shù)據(jù)，采用Wischmeier[11]的經(jīng)驗(yàn)公式，在GIS中對(duì)水文站點(diǎn)降雨量進(jìn)行空間插值得到研究區(qū)降雨侵蝕力因子的分布情況。

(2) 土壤可蝕性因子K。采用Williams等人[12]在EPIC模型中提出的K值估算方法，基于汾河水庫周邊地區(qū)采樣點(diǎn)測(cè)得的有機(jī)碳含量及土壤粒徑大小與含量來計(jì)算K值。在GIS中將采樣點(diǎn)求得的K值進(jìn)行空間插值得到研究區(qū)的土壤可蝕性因子。

(3) 地形地貌因子LS。坡度因子對(duì)土壤侵蝕作用有著很大的影響，地形因子分為坡度因子(S)和坡長因子(L)，在方程中當(dāng)作為一個(gè)變量根據(jù)相應(yīng)的坡長因子與坡度因子的相關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算，使用ArcGIS中的柵格工具自動(dòng)生成坡度坡長因子值[13]。

(4) 植被覆蓋因子C。根據(jù)研究區(qū)的Landsat 4—5 TM影像，再結(jié)合張平[4]等人研究給出的C值表對(duì)研究區(qū)的C值進(jìn)行了確定(表1)。

(5) 水土保持因子P。水土保持因子作為影響土壤流失的重要因子，表征了水土保持措施對(duì)土壤流失的作用。本研究中的P值在實(shí)地調(diào)查的基礎(chǔ)上參考表1獲得。

表1　不同土地利用類型應(yīng)的C值和P值[3,7]

2.2.2研究區(qū)地表徑流因子徑流因子是非點(diǎn)源氮污染的一個(gè)重要遷移因子，根據(jù)徑流深或徑流量來確定地表徑流因子，選取年徑流深作為量化徑流因子。依據(jù)研究區(qū)19個(gè)水文站點(diǎn)的多年年降雨量數(shù)據(jù)在GIS中生成的研究區(qū)年降雨空間分布，參考陳彥平[14]提出的汾河水庫多年年均徑流系數(shù)，基于GIS得到研究區(qū)的年徑流深空間分布情況。

2.2.3研究區(qū)潛在污染源距水體距離因子距離因子是影響氮素流失的一個(gè)重要因素，考慮到汾河水庫周邊區(qū)域的范圍，同時(shí)也考慮到潛在污染源的距離與氮流失的關(guān)系，從而確定了氮流失風(fēng)險(xiǎn)性從高到低相應(yīng)的距離分級(jí)：極高(<60 m)，高(60～150 m)，中(150～300 m)，低(300～600 m)和極低(>1 200 m)，并賦予它們相應(yīng)的等級(jí)分值分別為:8，4，2，1，0?；贕IS軟件，結(jié)合研究區(qū)DEM生成研究區(qū)水系圖，采用歐式距離方法得到研究區(qū)潛在污染物距水體的距離。

2.3　氮流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的計(jì)算

在確定了氮流失的主要影響因子后，將各因子進(jìn)行綜合以計(jì)算土壤氮流失的風(fēng)險(xiǎn)。采用Gburek[2]和Bechmann[15]等的氮流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)合對(duì)研究區(qū)進(jìn)行實(shí)地調(diào)查和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)每個(gè)因子的實(shí)際重要性運(yùn)用專家打分法確定其權(quán)重值和等級(jí)值，結(jié)合實(shí)際做了一些野外校驗(yàn)以便評(píng)價(jià)結(jié)果更加準(zhǔn)確。氮流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)是一個(gè)衡量氮流失程度的一個(gè)相對(duì)值，并不代表其實(shí)際流失量。氮流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算公式為：

I=∑(Si·Wi)·∏(Tj·Wj)

式中：I——氮指數(shù)；Si——源因子評(píng)價(jià)指標(biāo)i對(duì)應(yīng)的等級(jí)分值；Wi——源因子評(píng)價(jià)指標(biāo)i相對(duì)應(yīng)的權(quán)重；Tj——遷移因子評(píng)價(jià)指標(biāo)j對(duì)應(yīng)的等級(jí)分值；Wj——遷移因子評(píng)價(jià)指標(biāo)j相應(yīng)的權(quán)重。

公式中的源因子指標(biāo)和遷移因子指標(biāo)并不是簡(jiǎn)單的相加，考慮到各因子之間存在相互作用，兩者相乘可以體現(xiàn)二者存在的同時(shí)性，能準(zhǔn)確地顯示氮流失嚴(yán)重地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)程度[16]。

2.4　氮流失的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)

一般情況下，根據(jù)計(jì)算得到的非點(diǎn)源氮流失指數(shù)將一個(gè)流域分為輕度、中度、高度、極高度風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。指數(shù)越高，氮流失越嚴(yán)重。綜合Gburek[2]的研究結(jié)果以及張平[6]對(duì)密云水庫的研究(表2)，結(jié)合實(shí)際情況，將氮流失風(fēng)險(xiǎn)劃分為4級(jí)(表3)，分別為：低、中等、高、極高。

表2　氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[7]

表3　土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)

3結(jié)果與分析

3.1　研究區(qū)源因子的空間分布

3.1.1土壤全氮分布特征基于研究區(qū)采樣點(diǎn)測(cè)定得到的土壤全氮含量結(jié)果詳見表4。由表4可以看出，研究區(qū)土壤全氮含量范圍為0.214～1.425 g/kg，均值為0.580 g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差為0.180 g/kg；經(jīng)對(duì)數(shù)變換后土壤全氮含量服從正態(tài)分布。在GIS中進(jìn)行空間Kriging插值后，得到研究區(qū)全氮含量的分布圖(圖1)。由圖1可知，研究區(qū)土壤中全氮含量的空間分布差異較大，研究區(qū)北部和西部的全氮值相對(duì)較大。

表4　研究區(qū)土壤全氮含量統(tǒng)計(jì)性描述

圖1　研究區(qū)土壤全氮空間分布

3.1.2施肥因子經(jīng)影像解譯和實(shí)地考察得知，研究區(qū)土地利用類型包括耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。耕地是主要施肥區(qū)，中高肥區(qū)主要集中在種植玉米和小麥的地塊，一年兩熟，農(nóng)作物產(chǎn)量也高；低肥區(qū)則集中在一年一熟的玉米地，多為山區(qū)耕作種植區(qū)；其余地區(qū)為少肥區(qū)或不施肥區(qū)，包括林地、草地、水域、建設(shè)用地和未利用地。

基于實(shí)地調(diào)查，在GIS中生成氮肥施用量分布圖(圖2)和施用方式分布圖(圖3)。由圖2—3可知，汾河水庫周邊的農(nóng)田大部分使用化肥，只有少量施用農(nóng)家肥。研究區(qū)農(nóng)作物氮肥的施用方式主要以底肥施用為主，施用方式分為不施用、施用深度大于5 cm、播種時(shí)與土混合施用3種方式，并且在全流域差異較小，多為粉末狀施用，施用深度大概為5 cm左右，施用時(shí)間一般是在下種前3個(gè)月內(nèi)，氮肥施用量為0～108 kg/hm2。本研究中施肥量多的地區(qū)面積較小，只集中在研究區(qū)域的山間谷地及一些平坦的耕種區(qū)。

3.1.3人口密度因子由研究區(qū)人口密度分布圖(圖4)可以看出，研究區(qū)人口密度值為72.49～331.27人/km2。人口密度因子在研究區(qū)域的空間內(nèi)呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，研究區(qū)西部因接近婁煩縣縣城，人口密度達(dá)到最高，約為331.27人/km2，其他區(qū)域隨著距離縣城較遠(yuǎn)，人口密度也隨之減小。該區(qū)域西部地區(qū)的人口密度會(huì)對(duì)氮的流失產(chǎn)生更大的風(fēng)險(xiǎn)。

圖2　研究區(qū)氮肥施用量空間分布

圖3　研究區(qū)肥料施用方式空間分布

圖4　研究區(qū)人口密度空間分布

3.2　研究區(qū)遷移因子的空間分布

3.2.1土壤侵蝕因子基于ArcGIS對(duì)土壤侵蝕各因子，包括降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形地貌因子、植被覆蓋因子和水土保持因子，進(jìn)行疊加代數(shù)運(yùn)算，得到研究區(qū)土壤侵蝕模數(shù)分布圖(圖5)。由圖5可以看出，研究區(qū)土壤侵蝕量在0～4 280.24 t/(km2·a)，平均值為980.71 t/(km2·a)。根據(jù)土壤侵蝕強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)得出，微度侵蝕占總面積的31.95%，輕度侵蝕占61.74%，中度侵蝕占6.31%，整體上看土壤侵蝕程度較輕，輕度侵蝕占總面積的1/2以上，中度侵蝕比例很小，從土壤侵蝕量分布圖中看出河谷地帶與水庫周邊地區(qū)特別是東南部土壤侵蝕較為嚴(yán)重。結(jié)合影響土壤侵蝕的各個(gè)因子進(jìn)行分析，汾河下游由于具有高的降雨侵蝕力因子和土壤可蝕性因子，再加上地形因子的影響造成土壤侵蝕嚴(yán)重；研究區(qū)西南部侵蝕嚴(yán)重則主要是由高的土壤可蝕性因子值和低的水土保持因子值造成。

圖5　研究區(qū)土壤侵蝕量空間分布

3.2.2潛在污染源距水體的距離因子潛在污染源距水體距離的空間分布如圖6所示。由圖6所示可見，潛在污染源距河流的距離為0～3 132.08 m，平均值為733.14 m。同時(shí)從屬性表中可以看出極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占流域總面積的4.55%，高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占流域總面積的9.06%，中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占研究區(qū)總面積的37.73%，低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域占27.6%，極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占21.59%。不難看出極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)所占的面積極少，僅占15%左右，而中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)卻處于20%~40%。由此可知，研究區(qū)的潛在污染物距離水體距離的風(fēng)險(xiǎn)性程度總體上較低，因此，潛在的氮污染源距離河流越遠(yuǎn)，氮流失的風(fēng)險(xiǎn)越低。

圖6　研究區(qū)潛在污染源距水體距離的空間分布

3.2.3年徑流深從圖7可以看出，研究區(qū)年徑流深值的范圍為77.63～80.63 mm，均值為79.32 mm，東南部的年徑流深值達(dá)到了最大值，西北部較低，總體上由東南向西北減少，研究區(qū)年徑流深因子值因研究范圍較小上下相差3 mm，而且整體都處于流失中等風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。綜上可知，研究區(qū)的年徑流深因子呈現(xiàn)出一定的空間分布形式。

圖7　研究區(qū)年徑流量的空間分布

3.3　研究區(qū)的氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

根據(jù)氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系結(jié)合土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)表，得出研究區(qū)氮流失空間分布圖(圖8)以及各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的比例(表5)，可以看出氮流失風(fēng)險(xiǎn)整體水平較低，并且氮流失風(fēng)險(xiǎn)低的區(qū)域占研究區(qū)面積的78.04%，但是各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布存在較大差異。中等流失風(fēng)險(xiǎn)程度的區(qū)域只占到2.72%，氮流失風(fēng)險(xiǎn)高和極高的區(qū)域集中分布在西南和東北部的一小部分區(qū)域，分別占研究區(qū)總面積的9.31%和9.93%。

表5　研究區(qū)的氮流失風(fēng)險(xiǎn)各等級(jí)所占面積比例　%

圖8　研究區(qū)氮流失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)空間分布

4結(jié)論與討論

(1) 研究區(qū)的土地利用方式與土壤氮流失風(fēng)險(xiǎn)的分布特征與有很大的相關(guān)性，其中以耕地相關(guān)性最大，林地次之，草地與其他土地利用類型最??；從施肥因子來看，研究區(qū)施肥因子流失風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的地區(qū)面積較小，集中分布在研究區(qū)的山間谷地及一些平坦的耕種區(qū)間；全氮因子在空間分布不均勻，呈現(xiàn)出西部含量高、東部含量低的特點(diǎn)；人口密度因子在研究區(qū)的空間分布呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，城鎮(zhèn)人口密度大，流失風(fēng)險(xiǎn)高，且主要集中在研究區(qū)的西部。

(2) 遷移因子呈現(xiàn)一定的空間分布形式，土壤侵蝕對(duì)土壤氮流失影響相對(duì)較大，它的影響通過降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形地貌因子、植被覆蓋因子和水土保持因子等來體現(xiàn)，在河谷地帶與水庫周邊地區(qū)特別是東南部土壤侵蝕較為嚴(yán)重。研究區(qū)的潛在污染源距水體距離的風(fēng)險(xiǎn)性程度在總體上來看較低，年徑流深值也相差不大，對(duì)非點(diǎn)源氮流失的貢獻(xiàn)相對(duì)較小。

(3) 氮流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果表明，氮流失風(fēng)險(xiǎn)整體水平較低，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)低的區(qū)域占研究區(qū)總面積的78.04%，中等風(fēng)險(xiǎn)的占2.72%，較高風(fēng)險(xiǎn)的占19.24%。

(4) 從氮流失風(fēng)險(xiǎn)的空間分布來看，風(fēng)險(xiǎn)高和極高的區(qū)域集中分布在西南和東北部的一小部分區(qū)域，土地利用類型主要是耕地，其特點(diǎn)是土壤全氮含量高、人口密度大、肥料投入多、土壤侵蝕嚴(yán)重且距離潛在污染源近。中等流失風(fēng)險(xiǎn)程度的區(qū)域大部分位于沿河山地地區(qū)，土地利用類型為林地、草地及耕地。低風(fēng)險(xiǎn)程度的區(qū)域主要位于河谷地區(qū)較為平坦的地區(qū)，土地利用類型以草地和耕地為主。

(5) 由于研究中資料獲取難度較大，論文中還有一些地方值得討論。如本研究采用土壤全氮含量作為氮流失風(fēng)險(xiǎn)的源因子，沒有考慮土壤速效氮(銨態(tài)氮、硝態(tài)氮)的影響，仍需進(jìn)一步地完善氮指數(shù)評(píng)價(jià)體系；文中氮流失風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其權(quán)重是在參考大量國內(nèi)外文獻(xiàn)并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際的基礎(chǔ)上確定的，雖然盡可能地保證了指標(biāo)的完備性和權(quán)重的合理性，但仍然存在一定的偏差，需要進(jìn)一步改進(jìn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Lemunyon J L, Gilbert R G. The concept and need for a phosphorus assessment tool[J]. Journal of Production Agriculture, 1993,6(4):483-486.

[2]Gburek W J, Sharpley A N, Heathwaite L, et al. Phosphorus management at the watershed scale: A modification of the phosphorus index[J]. Journal of Environmental Quality, 2000(29):130-144.

[3]張淑榮,陳利頂,傅伯杰,等.農(nóng)業(yè)區(qū)非點(diǎn)源污染潛在危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)：以于橋水庫流域磷流失為例[J].第四紀(jì)研究,2003,23(3):262-269.

[4]王麗華.密云縣境內(nèi)密云水庫上游地區(qū)磷流失危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)[D].北京:首都師范大學(xué),2006.

[5]王麗華,王曉燕,張志鋒,等.磷指數(shù)法：PI(P Index)的修正及應(yīng)用[J].首都師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2006,27(2):85-88.

[6]周慧平,高超.巢湖流域非點(diǎn)源磷流失關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別[J].環(huán)境科學(xué),2008，29(10):2696-2702.

[7]張平,高陽昕,劉云慧,等.基于氮磷指數(shù)的小流域氮磷流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2011,20(6):1018-1025.

[8]陳能汪,汪華生,張珞平.流域尺度氮流失的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué)研究,2006,19(1):10-14.

[9]李如忠,鄒陽,徐晶晶,等.瓦埠湖流域莊墓鎮(zhèn)農(nóng)田土壤氮磷分布及流失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].環(huán)境科學(xué),2013,35(3):1051-1059.

[10]張水龍,莊季屏.農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染的流域單元?jiǎng)澐址椒╗J].農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù),2001,20(1):34-37.

[11]Wischmeier W H, Smith D D. Predicting Rainfall Erosion Losses： A Guide to Conservation Planning[M] Washington D C: Department of Agriculture, 1978.

[12]張金池,李海東,林杰,等.基于小流域尺度的土壤可蝕性K值空間變異[J].生態(tài)學(xué)報(bào),2008,28(5):2199-2206.

[13]張艷靈,等.通用土壤流失方程研究進(jìn)展[J].山西水土保持科技,2013(2):12-15.

[14]陳彥平.汾河水庫流域水文特性分析[J].山西水土保持科技,2009(4):23-25.

[15]Bechmann M, Stlnacke P, Kvrn S, et al. Integrated tool for risk assessment in agricultural management of soil erosion and losses of phosphorus and nitrogen[J]. Science of the Total Environment, 2009,407(2):749-759.

[16]李琪,陳利頂,齊鑫,等.流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染磷指數(shù)評(píng)價(jià)法研究進(jìn)展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2006,25(S):810-813.

[16]ZribiM,LeHegarat,MascleS,etal.Derivationofwildvegetationcoverdensityinsemiaridregions:ERS2/SARevaluation[J].InternationalJournalofRemoteSensing，2003,24(6):1335-1352.

Risk Assessment of Soil Nitrogen Loss Around Fenhe Reservoir

SHEN Xiaoyu， ZHANG Hong， ZHANG Yanling， FENG Ling

(CollegeofEnvironmentandResourceSciences,ShanxiUniversity,Taiyuan，Shanxi030006,China)

Abstract：[Objective] The objective of this paper is to evaluate risk of the soil nitrogen loss around the Fenhe Reservoir in order to provide scientific support for the environmental management and pollution control in Fenhe River watershed. [Methods] Soil samples around the Fenhe Reservoir were collected in 2011, and soil total nitrogen contents were determined. Using the factors such as topography, climate, land use type, fertilizer use, population and distance to potential pollution source, we used the nitrogen index evaluation method and revised universal soil loss equation(RUSLE) to evaluate the risk of soil nitrogen loss in the study area. [Results] The risk of soil nitrogen loss is low in the study area. The proportion of low, medium, high and higher risk level is 78.04%, 2.72%, 9.31% and 9.93%, respectively. The areas with high risk of nitrogen loss are mainly located in the southwest and northeast of the research area, and the land use type is mainly farmland. The medium risk areas are mostly located in mountainous area along the river and the land use types are forest, grassland and farmland. The low risk areas are mainly located in the river valley area and the land use types are grassland and farmland. [Conclusion] Nitrogen index assessment is an effective method to assess the nitrogen loss risk. Using the source and migration factor of soil nitrogen loss together, this study can provided scientific support for environmental management and pollution control for Fenhe Reservoir.

Keywords:Fenhe Reservoir; nitrogen loss; nitrogen index; risk assessment

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2015)06-0248-07

中圖分類號(hào)：P333.5， S157.1

通信作者：張紅(1972—)，女(漢族)，山西省陽泉市人，博士，教授，主要從事景觀生態(tài)學(xué)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面的研究，E-mail:zhanghong@sxu.edu.cn。

收稿日期：2014-11-24修回日期：2014-12-01

資助項(xiàng)目：山西省“十二五”科技重大專項(xiàng)“晉北沙化土地防治的關(guān)鍵技術(shù)研究與試驗(yàn)示范”(20121101011)

第一作者：申小雨(1990—)，女(漢族)，山西省屯留縣人，碩士研究生，研究方向?yàn)閰^(qū)域環(huán)境規(guī)劃與評(píng)價(jià)。E-mail:657241916@qq.com。