亞熱帶低丘區(qū)氮磷流失濃度和化學(xué)形態(tài)的季節(jié)性變化特點(diǎn)

姜佳燕　吳穎琦　顧國(guó)平　章明奎

摘要? ? 為了解不同利用方式土地氮磷流失的規(guī)律，對(duì)位于亞熱帶低丘區(qū)的3種不同土地利用方式小溝谷中不同季節(jié)的溪流水樣進(jìn)行了動(dòng)態(tài)分析。結(jié)果表明，地表徑流中氮磷的化學(xué)形態(tài)和濃度因流域土地利用方式、地表徑流強(qiáng)度和季節(jié)的不同有較大的變化。總磷（TP）濃度一般是旱地>水田>林地，非雨期地表徑流磷主要以溶解態(tài)排出，雨期磷主要以顆粒態(tài)（PP）排出;地表徑流中TP濃度雨期>非雨期，夏季>秋季>春季>冬季，TP的流失具沖刷型特征;可溶性總磷（DTP）水田>旱地>林地，雨期略高于非雨期，夏、秋季>春季>冬季;PP/TP雨期>非雨期。可溶性全氮（DTN）濃度水田>旱地>林地，夏、秋季>春季>冬季，非雨期>雨期;有機(jī)氮（OM-N）濃度水田>林地>旱地;NH4-N占DTN的比例水田>旱地>林地;NO3-N占DTN的比例旱地>林地>水田。

關(guān)鍵詞? ? 氮;磷;化學(xué)形態(tài);季節(jié)變化;亞熱帶低丘區(qū)

中圖分類號(hào)? ? S153;S158;X53? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）02-0159-03? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

Abstract? ? In order to understand the law of N and P loss from different land use patterns，dynamic analysis was performed on stream water samples in different seasons in the small valleys of three different land use patterns in low-hilly area of the subtropics.The results showed that concentration and chemical forms of P and N loss varied greatly with land use type，surface runoff intensity，and season. The TP concentration in runoff decreased in the order of upland，paddy field，and forestland. Dissolved P was the major form of the TP in runoff in rainy period，while PP was the major form of the TP in runoff in non-rainy period.The runoff loss of the TP was mainly caused by soil erosion，the concentration of the TP in runoff was rainy period>non-rainy period，summer>autumn>spring>winter.The concentration of DTP was paddy fields>upland>forestland，rainfall period>non-rainfall period，and summer，autumn>spring>winter.TP/PP was rainy period>non-rainy period. The concentration of DTN in runoff was paddy field>upland>forestland，non-rainy period>rainy period，and decreased in the order of summer，autumn，spring，and winter. The concentration of the OM-N was paddy field>forestland>upland.The proportion of NH4-N to DTN was paddy field>upland>forestland，while the proportion of NO3-N to DTN was upland>forestland>paddy field.

Key words? ? nitrogen;phosphrus;chemical form;seasonal variation;low-hilly area of the subtropics

地表徑流氮磷流失是農(nóng)業(yè)面源污染物的重要來源[1]。徑流對(duì)地表水體質(zhì)量的影響不僅取決于徑流中氮磷的濃度，也與徑流中氮磷的形態(tài)有關(guān)。大量研究表明，地表徑流中氮磷流失與土壤中氮磷積累密切相關(guān)[2-7]，并因土地利用方式和種植制度[8-12]、地形等[13]的差異有很大的變化。地表徑流中氮磷的流失隨時(shí)間有很大的變化，與降雨強(qiáng)度[14-16]、施肥[17-18]、農(nóng)事操作[19]等因素的變化有關(guān)，這給預(yù)測(cè)地表徑流氮磷流失帶來了困難。為了解不同利用方式下土地地表徑流氮磷流失的季節(jié)性變化規(guī)律，本文在亞熱帶低丘區(qū)選擇了林地、旱地和水田等3種利用方式的小溝谷，定位觀察了不同季節(jié)降雨與不降雨條件下徑流中氮磷的濃度和形態(tài)的變化規(guī)律，以期為小流域面源污染治理提供依據(jù)。

1? ? 材料與方法

1.1? ? 采樣地概況

在浙江省紹興市柯橋區(qū)西部蘭亭鎮(zhèn)附近選擇了利用方式不同的3個(gè)小溝谷，利用方式分別為林地（旱地和水田面積比例小于10%）、旱地（旱地、林地和水田的比例分別約為65%、30%、5%）和水田（水田、林地和旱地的比例分別約為50%、45%、5%）。林地、旱地和水田等3個(gè)小溝谷集水面積分別約為55、50、51 hm2。研究區(qū)屬亞熱帶氣候，年平均氣溫約16.5 ℃，年均降水量約1 500 mm，其中65%的降水量出現(xiàn)在5—8月。試驗(yàn)所在地水田種植單季稻，旱地種植油菜、小麥、甘薯和蔬菜等作物。每個(gè)小溝谷均有溪流分布，采樣布點(diǎn)位于溪流出口。

1.2? ? 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2016年進(jìn)行定位采樣，按春季、夏季、秋季和冬季分段采樣，根據(jù)采樣時(shí)降雨情況，每個(gè)季節(jié)采樣又可分為雨期和非雨期采樣，每個(gè)小溝谷采樣數(shù)各為33～35個(gè)。徑流樣采回后，在24 h內(nèi)測(cè)定總懸浮物（TSS）和各形態(tài)氮和磷。徑流中TSS濃度用烘干-重量法測(cè)定[20];未過濾水樣經(jīng)酸性過硫酸銨消化后用鉬蘭比色法測(cè)定總磷（TP）[20];徑流樣過0.45 μm濾膜后，用鉬蘭比色法測(cè)定可溶性無機(jī)態(tài)磷（DRP），經(jīng)過硫酸銨消化后用鉬蘭比色法測(cè)定可溶性總磷（DTP）[20]，DTP與DRP的差值為有機(jī)態(tài)磷（OMP）。TP與DTP的差值為顆粒態(tài)磷（PP）。徑流樣過0.45 μm濾膜后，用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定銨態(tài)氮（NH4-N），用紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽氮（NO3-N），用N-（1-萘基）-乙二胺光度法測(cè)定亞硝態(tài)氮（NO2-N），過濾液經(jīng)過硫酸鉀消化、紫外分光光度法測(cè)定可溶性總氮（DTN）[21]，TN與NH4-N、NO3-N及NO2-N的差值為有機(jī)態(tài)氮（OM-N）。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ? 總懸浮物

由表1可知，水樣中TSS有很大的差異，變幅為0.02～0.41 g/L。雨期溪流水樣中TSS明顯高于非雨期，TSS含量可相差數(shù)倍。旱地和水田系統(tǒng)的TSS高于林地系統(tǒng)，而旱地系統(tǒng)的TSS又略高于水田系統(tǒng)，這在雨期溪流樣中尤為明顯。從四季變化來看（表2），TSS平均濃度順序?yàn)榍锛荆?.19 g/L）>夏季（0.16 g/L）>春季（0.12 g/L）>冬季（0.08 g/L）。

2.2? ? 氮

由表1、2可知，總可溶氮（DTN）一般是水田>旱地>林地，差異以夏季和秋季最為明顯。不同季節(jié)的DTN濃度有較大的差異，表現(xiàn)為夏季>秋季>春季>冬季。除少數(shù)情況外，雨期水樣的DTN濃度一般低于非雨期水樣。NH4-N以水田最高，其次為旱地，林地最低;與DTN相似，NH4-N濃度也是夏季>秋季>春季>冬季。NO3-N以旱地最高，其次為水田，林地最低，其濃度也是夏季>秋季>春季>冬季;大部分情況下，非雨期水樣中NO3-N高于雨期水樣。有機(jī)態(tài)氮（OM-N）濃度的變化與NH4-N、NO3-N有所不同，其濃度一般是水田>林地>旱地。在林地中，除冬季水樣中OM-N較低外，其他季節(jié)較高，且較為接近，差異較小;旱地系統(tǒng)水樣中OM-N濃度隨季節(jié)的變化也不明顯;水田系統(tǒng)中，夏季和秋季水樣中OM-N濃度明顯高于春季和冬季。但降雨對(duì)水樣中OM-N濃度的影響較小。

計(jì)算結(jié)果表明，NH4-N占DTN的比例水田（29.89%）明顯高于林地（17.22%）和旱地（20.59%），但季節(jié)變化不明顯（平均多在19%～25%之間）。NO3-N占DTN的比例旱地（59.36%）明顯高于水田（39.29%）和林地（45.22%），冬季（39.48%）和春季（43.47%）比夏季（54.78%）和秋季（54.10%）低。而OM-N占DTN的比例林地（37.56%）明顯高于水田（30.82%）和旱地（20.04%）。研究水樣中NO2-N很低，均未測(cè)出。

2.3? ? 磷

由表3可知，總磷（TP）含量隨土地利用、季節(jié)和降雨影響很大，其濃度旱地>水田>林地，雨期明顯高于非雨期，夏季>秋季>春季>冬季?？扇軕B(tài)總磷（DTP）水田和旱地明顯高于林地，而水田又略高于旱地。DTP濃度一般以夏、秋季水樣高于春、冬季水樣，雨期水樣高于非雨期水樣。顆粒態(tài)磷（PP）濃度是旱地明顯高于水田和林地，以林地為最低;夏、秋季水樣明顯高于春、冬季水樣;雨期明顯高于非雨期。相關(guān)性分析表明，PP與TSS存在顯著相關(guān)（r=0.707 3，n=101），說明PP主要與降雨引起土壤侵蝕有關(guān)。DRP的變化基本與DTP相似。有機(jī)態(tài)磷（OMP）以水田最高，其次為林地，旱地最低。

旱地中流失的磷以PP為主，PP占總磷的比例一般在50%以上，平均為66.86%，高的可達(dá)85%;而水田中，流失的磷主要為DTP，DTP占總磷的比例平均在50%以上，平均為58.48%。林地中DTP與PP的比例較為接近，二者占TP的比例平均分別為54.10%和45.90%。流失磷的形態(tài)與季節(jié)和降雨有顯著的關(guān)系，一般是夏季和秋季水樣中PP的比例較高（平均在50%以上）;雨期徑流中PP的比例較高，平均為（62.28%），明顯高于非雨期（40.57%）。在可溶性磷中，主要為無機(jī)態(tài)磷（平均為67.07%），有機(jī)磷含量較低（平均為32.93%）。

3? ? 結(jié)論與討論

研究表明，亞熱帶低丘區(qū)氮磷流失的濃度和化學(xué)形態(tài)因流域土地利用方式、地表徑流強(qiáng)度和季節(jié)的不同有較大的變化。徑流中總磷（TP）濃度一般是旱地>水田>林地，雨期明顯高于非雨期，夏秋季高于春冬季;地表徑流強(qiáng)度較高的雨期徑流中磷主要以顆粒態(tài)（PP）為主，而地表徑流強(qiáng)度較低的非雨期地表徑流中磷主要以溶解態(tài)為主?？扇苄匀―TN）濃度以水田最高，林地最低，夏、秋季高于春、冬季。NH4-N占DTN的比例水田>旱地>林地;NO3-N占DTN的比例旱地>林地>水田。