昭通漁洞水庫流域不同作物種植模式對地表徑流、滲漏水中氮磷流失量的影響

李學(xué)艷，全 勇，龔聲信，岳 銀，余 勇，馬 鵬，唐玉鳳*，沈燕瓊*

(1.昭通市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測站，云南 昭通 657000；2.昭通市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗(yàn)檢測中心，云南 昭通 657000)

【研究意義】昭通市漁洞水庫是一座集農(nóng)業(yè)灌溉、城市供水、防洪和發(fā)電、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖和氣候調(diào)節(jié)等多種功能為一體的大型骨干水利工程，庫容量是昭魯壩區(qū)唯一穩(wěn)定和可靠的城市生產(chǎn)生活和農(nóng)業(yè)灌溉供水水源，漁洞水庫水質(zhì)的好壞，直接關(guān)系到人民生活質(zhì)量的提高及全市社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。據(jù)近年監(jiān)測結(jié)果表明：漁洞水庫的水質(zhì)仍處于中營養(yǎng)化狀態(tài)，偶爾會有輕度富營養(yǎng)化和中度富營養(yǎng)化的現(xiàn)象，水質(zhì)不穩(wěn)定，且漁洞水庫徑流區(qū)水質(zhì)基本劣于漁洞水庫庫區(qū)水質(zhì)。因此，徑流區(qū)的水資源污染是造成漁洞水庫庫區(qū)污染的主要原因。然而該徑流區(qū)常規(guī)農(nóng)業(yè)面源污染是該水庫水質(zhì)量逐漸下降的主要驅(qū)動因素。農(nóng)業(yè)面源污染的主要途徑是地表徑流和地下淋失，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，不僅通過地表徑流氮磷流失造成河流、湖泊水體富營養(yǎng)化，還可以通過深層滲漏而污染地下水。農(nóng)業(yè)面源污染主要有農(nóng)田過量施用化肥、農(nóng)藥導(dǎo)致大量氮磷進(jìn)入水體以及集約化禽畜養(yǎng)殖的排泄物[1-3]，氮磷是引起湖泊水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)鹽分[4]，農(nóng)業(yè)面源污染具有分布廣、面積大、可控性弱的特點(diǎn)，對周邊受納水體環(huán)境的威脅也越來越大，是水體富營養(yǎng)化的主要原因[5-11]。

因此，合理的種植及施肥管理對該流域水質(zhì)的控制起到積極作用?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前不同施肥模式對蔬菜地氮磷流失的影響研究已有報(bào)道[12]，灌溉與施肥對稻田氮磷徑流流失的影響也有人研究報(bào)道過[13]。而關(guān)于不同種植模式滲漏水及地表水氮磷含量的研究在國內(nèi)外少有報(bào)道?！颈狙芯康那腥朦c(diǎn)】文章通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了玉米套種馬鈴薯、凈種青花、凈種蘋果、種草等4種典型種植模式的滲漏水及地表水的氮磷含量情況。【擬解決的關(guān)鍵問題】以期對該流域提供最合理的種植模式，為河流、湖泊流域的種植模式選擇提供理論依據(jù)。這對從源頭上控制旱地及水田的農(nóng)業(yè)面源污染具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

昭通市漁洞水庫(103°19′～103°32′E，27°10′～27°34′N)位于長江流域金沙江下段水系橫江支流灑漁河上游的居樂河上，控制流域面積709 km2。漁洞水庫徑流區(qū)以北溫帶氣候?yàn)橹?，地形地貌?fù)雜，自然條件差，水土流失嚴(yán)重，生態(tài)環(huán)境脆弱，加之人類活動，徑流夾帶泥沙和污染物進(jìn)入水庫，對水庫水質(zhì)造成很大影響[7]。漁洞水庫流域平均年降雨量670～873 mm，多年平均汛期(5-10月)降水量占多年平均年降水量的80 %左右。本研究以區(qū)域內(nèi)耕地(主要種植蘋果、蔬菜、馬鈴薯與玉米、草地)為研究對象，區(qū)域內(nèi)土壤類型以微酸性黃棕壤為主，土壤肥力中上等。

1.2 種植模式及試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置

在昭陽區(qū)龍樹鄉(xiāng)龍樹村的龍樹河沿岸，試驗(yàn)地根據(jù)區(qū)域內(nèi)作物類型，設(shè)置4種種植模式[草地、蘋果、青花和馬鈴薯玉米套種(簡稱馬-玉)]加一組裸地空白對照(CK)試驗(yàn)處理，各處理重復(fù)3次，共布設(shè)15個(gè)小區(qū)(表1)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積58.8 m2，為避免小區(qū)間的側(cè)滲和串流相互干擾，將小區(qū)田埂壘實(shí)到40 cm高，并用厚膜覆蓋作防滲處理。

1.3 施肥管理措施

所用肥料品種為尿素(N 46.3 %)、過磷酸鈣(P2O512 %)、硫酸鉀(K2O 50 %)、磷酸二銨復(fù)合肥、農(nóng)家肥。2014年4月20日播種，并施基肥，7月14日追肥。作物播種方式和施肥管理措施按農(nóng)業(yè)部門推薦方式進(jìn)行，具體見表2。

1.4 試驗(yàn)樣品采集及測試方法

滲漏水：取水溝橫向布置在小區(qū)中央，按照寬40 cm，長6 m，深30 cm的標(biāo)準(zhǔn)挖取，兩邊略高中間稍低的坡溝，并且在溝中間埋一個(gè)中等大小的碗，碗口略低于溝底面并且將碗周圍筑實(shí)以便收集滲漏水。溝表面用層板覆蓋并且層板上蓋一層厚膜防止雨水漏下去。每條溝的層板分3塊，兩端分別為3 m長，50 cm寬的規(guī)格，中間用1塊40 cm長，50 cm寬的小方板覆蓋以便取水。

地表水：采用1 L容量的大口徑帶濾網(wǎng)的真空口杯，濾網(wǎng)下面再墊一層紗布防止泥土掉入杯中，將杯埋于各小區(qū)取水溝四個(gè)角落附近土中，杯口略低于土表面。取水時(shí)用500 mL大注射器抽水于取樣瓶中。

表1 試驗(yàn)小區(qū)布置

表2 試驗(yàn)處理與作物施肥記錄

圖1 不同作物種植模式地表徑流水相中磷素濃度變化Fig.1 Changes of phosphorus concentration in surface runoff in different cropping patterns

于2014年6-9月每次降雨后進(jìn)行觀測試驗(yàn)，采集水樣7次。分別采集各試驗(yàn)小區(qū)中的地表水樣品、地表20 cm下的滲透水水樣，每種土地利用種植類型選擇5個(gè)采樣點(diǎn)，每次對每種模式3個(gè)重復(fù)處理取平均值。每次降雨后采樣，并在采集后的24 h內(nèi)完成檢測分析。

采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法(GB 11894-89)[14]測定樣品中氮濃度；采用鉬酸銨分光光度法(GB 11893-89)[15]測定樣品中磷濃度。利用Excel 2007和SPSS 13.0等軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理模式磷素流失情況

不同作物種植模式地表徑流和滲透水相中磷素流失特征見圖1～2。5種處理對磷素流失存在顯著差異?？瞻讓φ盏乇韽搅髁姿亓魇Я砍尸F(xiàn)出先高后低逐漸趨于穩(wěn)定，而滲透水相中磷素流失量呈現(xiàn)出先低后高再降低逐漸趨于穩(wěn)定，這說明往年的耕作磷素遷移和積累對小區(qū)土壤磷含量有很大貢獻(xiàn)，地表磷素不太容易淋洗，更易積累在土壤中。每次降雨后地表徑流中磷素濃度較高的為蘋果和青花，濃度最高分別達(dá)到1.37和0.37 mg/L；滲透水相中磷素濃度較高的也是蘋果和青花，濃度最高分別達(dá)到1.48和0.32 mg/L。馬鈴薯套種玉米和種草模式的磷素流失量較小且兩者沒有明顯差異。7次降雨后地表徑流和土壤滲透水相中磷素流失平均濃度較高的為蘋果(0.71、0.99 mg/L)和青花(0.24、0.27 mg/L)。

圖2 不同作物種植模式土壤滲透水相中磷素濃度變化Fig.2 Changes of phosphorus concentration in soil infiltration water in different cropping patterns

圖3 不同作物種植模式地表徑流水相中氮素濃度變化Fig.3 Changes of nitrogen concentration in surface runoff in different cropping patterns

2.2 不同作物種植模式氮素流失情況

不同種植模式地表徑流中氮素流失特征見圖3。不同種植模式地表徑流中氮素質(zhì)量濃度總體呈現(xiàn)先下降后上升，之后逐步下降的趨勢，表明地表徑流中氮素的質(zhì)量濃度與降雨量之間存在一定的相關(guān)性，但每次降雨后5種處理地表徑流中氮素濃度之間不存在顯著的差異。從7次降雨后地表徑流中氮素平均質(zhì)量濃度來分析，平均濃度依次為對照(CK)(2.14 mg/L)>蘋果(2.01 mg/L)>草地(1.89 mg/L)>馬鈴薯玉米套種(1.70 mg/L)>青花(1.42 mg/L)，方差分析結(jié)果顯示相互之間沒有顯著差異。

不同作物種植模式土壤滲透水相中氮素流失特征見圖4。隨著不斷的降雨，空白對照的氮流失量值逐漸減小。與空白對照氮素徑流相比，滲透水氮素較小表明氮素比較容易被雨水淋溶。常年的耕作氮素在土壤中遷移和積累，氮素在土壤中的積累量較大，同時(shí)也說明氮的流失對環(huán)境影響較大。不同作物種植模式土壤滲透水相中氮素質(zhì)量濃度無明顯變化趨勢，每次降雨后的質(zhì)量濃度之間也不存在明顯規(guī)律。從7次降雨后土壤滲透水相中氮素平均質(zhì)量濃度來分析，平均濃度依次為馬鈴薯玉米套種(2.57 mg/L)>蘋果(2.12 mg/L)>CK(1.86 mg/L)>青花(1.69 mg/L)>草地(1.53 mg/L)。

圖4 不同作物種植模式土壤滲透水相中氮素濃度變化Fig.4 Changes of nitrogen concentration in soil infiltration water in different cropping patterns

3 討 論

不同作物種植模式對土壤表層氮、磷流失質(zhì)量濃度的影響有明顯的不同。實(shí)際上氮磷流失特征受多種因素的影響，包括降水量、降雨過程、農(nóng)作物類型、植被覆蓋度、土壤類型、土壤氮磷有效養(yǎng)分含量、種植施肥方式、耕地坡度等[16-17]。在試驗(yàn)監(jiān)測期內(nèi)，漁洞水庫徑流區(qū)地表徑流和土壤滲透水中氮素流失的對比顯示，不同作物種植模式對地表徑流中氮素流失影響明顯；對土壤滲透水相中氮流失有影響，但受到作物生長周期、降雨過程等的影響規(guī)律不明顯。磷素流失質(zhì)量濃度較高的是蘋果和青花種植模式，主要原因可能是與其他種植模式相比復(fù)合肥施用量較大。因此，要減緩農(nóng)田氮、磷物質(zhì)流失引起的漁洞水庫水質(zhì)污染問題，可通過調(diào)整水庫周邊種植模式和施肥量等方式來實(shí)現(xiàn)，要準(zhǔn)確評價(jià)漁洞水庫徑流區(qū)農(nóng)田氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)流失情況，還需要長期監(jiān)測試驗(yàn)。

4 結(jié) 論

綜合分析4種種植模式氮、磷的地表徑流和滲漏水的流失量可知，蘋果樹種植模式的氮素和磷素的地表徑流和滲漏水的流失量都較大，該模式淋溶對環(huán)境危害大，不適宜種在河流附近，在一般旱地種植要根據(jù)對肥料的吸收規(guī)律控制施肥量和及時(shí)灌溉。馬鈴薯套種玉米模式總磷流失量是最小的，總氮流失量居于中間，這種種植模式在保證作物正常生長的情況下以盡量減少施肥量為宜。青花模式和種草模式在磷素流失中居于中間位置，在氮素流失中靠后，說明這兩種模式對環(huán)境危害相對較小適合種植，但要控制施肥量。通過試驗(yàn)顯示地表徑流是農(nóng)田氮和磷流失的主要方式。不同種植模式的氮素、磷素淋溶損失對環(huán)境危害程度不同，要針對作物不同的吸收期合理施肥，蘋果樹不適宜種在河流附近區(qū)域。試驗(yàn)結(jié)果說明小區(qū)和取水設(shè)置是合理的，通過對漁洞水庫徑流區(qū)不同種植模式下氮、磷物質(zhì)流失特征分析，了解不同種植模式下氮、磷流失規(guī)律，可為建立漁洞水庫水質(zhì)保護(hù)方案提供科學(xué)依據(jù)。