皖西山區(qū)典型有機(jī)農(nóng)林用地氮素流失特征

魏 軒,王 蕾,蔣笑影,吳一凡,王 謙, 周子江,儲(chǔ)婉姍,夏 霆

(1. 南京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院,江蘇 南京 211800;2. 安徽省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院 安徽省污水處理技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230022;3. 江蘇省水文水資源勘測(cè)局蘇州分局,江蘇 蘇州 215004;

皖西山區(qū)與河南、湖北相鄰,包括安徽省安慶市與六安市的大部分地區(qū),總面積23 055.69 km2[1]。作為長(zhǎng)江的一個(gè)分水嶺,皖西山區(qū)也是我國(guó)社會(huì)、人文、地理和文化等方面過(guò)渡的分界線[2]。根據(jù)《安徽省生態(tài)保護(hù)紅線(2018)》可知,皖西山區(qū)作為安徽省重要的生態(tài)功能區(qū)、水源涵養(yǎng)區(qū)和生態(tài)屏障之一,區(qū)內(nèi)生物豐富,環(huán)境敏感。皖西山區(qū)多發(fā)展有機(jī)農(nóng)林業(yè),區(qū)內(nèi)地勢(shì)陡峭,水土流失嚴(yán)重,面源引起的氮素流失對(duì)環(huán)境污染的貢獻(xiàn)比例不容忽視,如在了解有機(jī)農(nóng)林業(yè)氮素產(chǎn)出特征的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步考慮面源污染的防控布置,無(wú)疑對(duì)皖西循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、山區(qū)環(huán)境保護(hù)及流域污染防控將大有裨益。

農(nóng)林面源污染控制是一個(gè)普遍性難題,皖西山區(qū)如岳西縣等地多憑借自身地理與環(huán)境優(yōu)勢(shì)大力發(fā)展有機(jī)農(nóng)林經(jīng)濟(jì)與旅游產(chǎn)業(yè),以減輕對(duì)區(qū)內(nèi)生態(tài)環(huán)境的壓力[3]。目前,岳西縣有機(jī)農(nóng)林業(yè)均通過(guò)施用有機(jī)肥來(lái)代替化肥,但氮素作為有機(jī)肥的主要成分,施用后易導(dǎo)致土壤中氮素積累,增加土壤的氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。Wang等[4]發(fā)現(xiàn),與化肥相比,有機(jī)肥的使用增加了氮素的溶淋風(fēng)險(xiǎn)。Huang等[5]通過(guò)使用不同肥料種植水稻,發(fā)現(xiàn)有機(jī)水稻中的氮含量和氮吸收量均低于正常施肥條件下的水稻。Iqbal等[6]研究發(fā)現(xiàn),在養(yǎng)分保持力較低的土壤中施用有機(jī)肥不會(huì)降低氮素流失風(fēng)險(xiǎn)。Gong等[7]研究發(fā)現(xiàn),坡面徑流及其相關(guān)的土壤養(yǎng)分流失受降水、地形、地表?xiàng)l件以及土壤理化性質(zhì)的影響。此外,農(nóng)田氮素流失除受土壤類型、降水和作物類型的影響外,一般認(rèn)為還與降雨強(qiáng)度(雨強(qiáng))和土地利用方式有關(guān)[8-10]。鄧華等[11]研究了5 種土地利用方式下地表徑流不同形態(tài)氮流失特征,結(jié)果表明硝態(tài)氮是氮流失的主要形態(tài)。王月等[12]研究了在10、15、25 mm/h雨強(qiáng)下的農(nóng)田氮素流失規(guī)律,發(fā)現(xiàn)隨著雨強(qiáng)的增大總氮流失量增大。Mao等[13]研究了在不同耕作方式下氮流失特征,發(fā)現(xiàn)總氮主要通過(guò)徑流運(yùn)輸而損失;可溶性總氮是徑流中氮流失的主要形式。

目前,農(nóng)林面源污染問(wèn)題依然是水污染控制和水環(huán)境改善工作的重點(diǎn)和難點(diǎn),在有機(jī)農(nóng)林產(chǎn)業(yè)得到廣泛認(rèn)可與大力發(fā)展的時(shí)期,有機(jī)農(nóng)林業(yè)的面源污染特征與防控技術(shù)是必要的研究方向。針對(duì)不同流域、不同雨強(qiáng)、不同土地類型的養(yǎng)分流失已開(kāi)展了大量研究[14-16],但有待深入研究有機(jī)農(nóng)林面源污染產(chǎn)出特征。因此,本文通過(guò)模擬人工降雨,探索不同雨強(qiáng)和土地利用方式下典型有機(jī)農(nóng)林用地氮素流失規(guī)律,以期為皖西山區(qū)面源污染控制提供指導(dǎo),同時(shí)也為助益于本地區(qū)特色農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于岳西縣新滸村,平均海拔 600 m,115°55′12′′E、30°39′06″N,旱地土壤以沙土為主,植被多為落葉闊葉林。該地區(qū)屬北亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候,氣候差異大,四季分明,平均氣溫14.4 ℃,歷年平均氣溫波動(dòng)的范圍為13.8～15.4 ℃,冷年與暖年的平均溫差1.6 ℃。1月最冷,平均氣溫2 ℃;7月最熱,平均氣溫26.3 ℃。年均降水量 1 445.8 mm,汛期為5—9月,日照時(shí)數(shù)2 070.5 h。

1.2 試驗(yàn)裝置與材料

結(jié)合岳西縣代表性有機(jī)農(nóng)林產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況,本次實(shí)驗(yàn)選擇在有機(jī)菜地和有機(jī)茶園等易擾動(dòng)的土壤區(qū)域進(jìn)行降雨模擬。在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展徑流場(chǎng)單元模擬試驗(yàn),試驗(yàn)面積為1 m2,每個(gè)試驗(yàn)地塊單元四周用聚氯乙烯(PVC)板圍住,試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1,每塊PVC板邊長(zhǎng)1 m,高度0.45 m,其中0.4 m埋入土中,0.05 m高出地表,每個(gè)單元在對(duì)應(yīng)土壤表層高度的PVC板外側(cè)設(shè)置地表徑流采樣口。裝置中土壤為原有機(jī)林地(茶園)和有機(jī)旱地(韭菜地)土壤,土壤不經(jīng)過(guò)任何處理,各單元初始土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。旱地試驗(yàn)單元內(nèi)有韭菜 16 顆,兩周施一次肥料(菜籽餅),每顆150 g,一天滴灌一次;林地單元內(nèi)有茶樹(shù)2棵,半年施一次肥料(菜籽餅),每顆750 g,一周澆灌一次。降雨采用側(cè)噴式降雨系統(tǒng)(圖2),噴頭高度3 m,雨強(qiáng)變化范圍為 30～260 mm/h[17]。根據(jù)岳西縣近 20 年降雨資料分析,試驗(yàn)設(shè)計(jì)小、中、大3種雨強(qiáng)，分別為0.6、0.9和1.5 mm/min,每種雨強(qiáng)設(shè)置 3 個(gè)平行,共實(shí)施 18 場(chǎng)降雨實(shí)驗(yàn)。每次試驗(yàn)后適量添加有機(jī)肥,使土壤的氮含量和含水率與初始試驗(yàn)條件相匹配,然后再進(jìn)行下一組試驗(yàn)。

圖1 有機(jī)農(nóng)林用地中的試驗(yàn)裝置

圖2 人工模擬降雨裝置

表1 測(cè)試單元內(nèi)初始土壤理化性質(zhì)

1.3 試驗(yàn)方法

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)林地氮素流失特征

2.1.1 有機(jī)林地氮素流失濃度變化特征

有機(jī)林地地面徑流中氮素質(zhì)量濃度變化如圖3所示。由圖3可知：3種雨強(qiáng)下,TN和NN質(zhì)量濃度隨時(shí)間變化均呈現(xiàn)先增后減的規(guī)律,AN質(zhì)量濃度在小雨強(qiáng)下總體呈上升趨勢(shì),在中、大雨強(qiáng)下隨時(shí)間的變化呈現(xiàn) “鋸齒狀”變化趨勢(shì)。對(duì)應(yīng)由小到大3種雨強(qiáng),產(chǎn)流時(shí)間分別為 7、3、2 min,表明產(chǎn)流時(shí)間隨雨強(qiáng)的增大而減少。有機(jī)林地地表徑流中TN質(zhì)量濃度均值分別為5.11、6.94和8.35 mg/L,NN質(zhì)量濃度均值分別為2.56、3.44和3.59 mg/L，按照有機(jī)林地地表徑流TN和NN質(zhì)量濃度均值由大到小排序,對(duì)應(yīng)的雨強(qiáng)排序?yàn)?.5、0.9、0.6 mm/min,說(shuō)明雨強(qiáng)越大,TN和NN流失越高。中、大雨強(qiáng)下的AN質(zhì)量濃度遠(yuǎn)高于小雨強(qiáng),大雨強(qiáng)下AN質(zhì)量濃度均值略低于中雨強(qiáng);不同雨強(qiáng)下徑流AN質(zhì)量濃度均值由大到小排序,對(duì)應(yīng)的雨強(qiáng)排序?yàn)?.9、1.5、0.6 mm/min,表明地表徑流AN質(zhì)量濃度隨雨強(qiáng)的增大先增大后減小。

圖3 不同雨強(qiáng)下有機(jī)林地徑流氮素質(zhì)量濃度變化曲線

2.1.2 有機(jī)林地氮素流失形態(tài)特征

有機(jī)林地徑流氮素流失形態(tài)及質(zhì)量濃度均值變化如圖4所示。由圖4可知:3種雨強(qiáng)下,有機(jī)林地氮素流失均以DN為主,DN中以NN為主,TN和PN質(zhì)量濃度均值與雨強(qiáng)大小呈正相關(guān),且中、小雨強(qiáng)與大雨強(qiáng)間差異顯著。可能是因?yàn)殡S著雨強(qiáng)的增大,雨水的侵蝕作用增強(qiáng),土壤顆粒被徑流攜帶,進(jìn)而導(dǎo)致茶園徑流中PN質(zhì)量濃度顯著增加。DN、AN和NN質(zhì)量濃度均隨雨強(qiáng)的增強(qiáng)先增后減,但DN質(zhì)量濃度和雨強(qiáng)無(wú)顯著相關(guān)性。原因應(yīng)是中雨強(qiáng)下的產(chǎn)流時(shí)間比大雨強(qiáng)下的產(chǎn)流時(shí)間長(zhǎng),與土壤的相互作用時(shí)間長(zhǎng),泥土中的DN析出完全,使得 DN、AN和NN質(zhì)量濃度均值較高;而在小雨強(qiáng)下,雖然產(chǎn)流時(shí)間長(zhǎng),但雨強(qiáng)小,徑流量較小,徑流攜帶土壤能力弱,因此流失濃度較低。

注:相同指標(biāo)不同符號(hào)代表差異性顯著(下同)。

2.1.3 不同雨強(qiáng)下有機(jī)林地流失氮素形態(tài)比例

表2為不同雨強(qiáng)下有機(jī)林地地表徑流中不同形態(tài)氮素形態(tài)占比(占TN的比例)。由表2可知:不同雨強(qiáng)下,有機(jī)林地徑流中氮素流失均以DN為主,NN是DN流失的主要形態(tài),AN占TN比例較低?？赡苁桥c降雨過(guò)程中,徑流和流速逐漸增大使得氮的硝化作用加強(qiáng)有關(guān)[21-22]。TN中,PN占比隨雨強(qiáng)增大而增大,NN占比隨雨強(qiáng)增大而減小,可能是因?yàn)橛陱?qiáng)更大時(shí),雨水的侵蝕作用更強(qiáng),徑流中的土壤顆粒較多,使得PN流失增多。但大雨強(qiáng)下,雨水與土壤的相互作用未完全,土壤中的NN溶出量少,因此NN流失量隨雨強(qiáng)的增大而減小。

表2 有機(jī)林地不同雨強(qiáng)下地表徑流不同形態(tài)氮素占TN的質(zhì)量比

2.2 有機(jī)旱地氮素流失特征

2.2.1 有機(jī)旱地氮素流失濃度變化特征

有機(jī)旱地徑流中TN質(zhì)量濃度變化如圖5所示。由圖5可知：3種雨強(qiáng)下,旱地TN和NN質(zhì)量濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)先快速下降后平穩(wěn)的趨勢(shì),而AN質(zhì)量濃度隨時(shí)間的延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì),且雨強(qiáng)越大,AN初始質(zhì)量濃度越高則下降幅度越明顯。徑流TN質(zhì)量濃度均值由大到小排序(17.73、15.04和10.63 mg/L),對(duì)應(yīng)的雨強(qiáng)分別為1.5、0.9和0.6 mm/min,表明雨強(qiáng)越大,旱地徑流中TN質(zhì)量濃度越高。NN和AN質(zhì)量濃度由大到小排序,對(duì)應(yīng)的雨強(qiáng)分別為0.9、1.5、0.6 mm/min,中雨強(qiáng)條件濃度值最高,原因是與大雨強(qiáng)相比,中雨強(qiáng)的產(chǎn)流時(shí)間長(zhǎng),雨水與土壤的相互作用更充分,徑流中的NN和AN溶出量更多。

圖5 不同雨強(qiáng)下旱地徑流中氮素質(zhì)量濃度變化曲線

2.2.2 有機(jī)旱地氮素流失形態(tài)特征

有機(jī)旱地徑流氮素流失形態(tài)及質(zhì)量濃度均值如圖6所示。由圖6可知：3種雨強(qiáng)下,有機(jī)旱地氮素流失均以DN為主,溶解態(tài)氮中均以NN流失為主。不同雨強(qiáng)下,TN和PN質(zhì)量濃度均值與雨強(qiáng)大小呈正相關(guān)。DN、NN和AN質(zhì)量濃度均隨雨強(qiáng)的增大先增大后減小,小雨強(qiáng)和中雨強(qiáng)下DN、NN和AN質(zhì)量濃度差異顯著。

圖6 有機(jī)旱地徑流氮素流失形態(tài)及質(zhì)量濃度均值

2.2.3 不同雨強(qiáng)下旱地流失氮素形態(tài)比例

表3為不同雨強(qiáng)下旱地地表徑流中不同形態(tài)氮素占比。由表3可知:3種雨強(qiáng)下,旱地徑流氮素流失均以DN為主,DN中均以NN流失為主。小、中、大雨強(qiáng)下,DN流失分別占TN的質(zhì)量比為70.26%、69.65%和57.38%,NN流失分別占TN的質(zhì)量比為40.58%、44.10%和34.30%;隨雨強(qiáng)的增大,DN和NN流失占比減小,但差異不顯著。徑流PN流失占比表現(xiàn)為隨著雨強(qiáng)的增大而增大。

表3 有機(jī)旱地不同雨強(qiáng)下地表徑流不同形態(tài)氮素占TN的質(zhì)量比

3 討論

3.1 不同雨強(qiáng)和土地利用方式下氮素質(zhì)量濃度變化特征

3.1.1 TN質(zhì)量濃度變化特征

降雨是形成徑流的主要原因,地表徑流是氮素流失的主要途徑[23]。雨強(qiáng)影響雨水對(duì)土壤的侵蝕作用以及徑流大小,而土地利用方式則影響徑流的產(chǎn)生和對(duì)氮素的攜帶能力。本文研究表明,3種雨強(qiáng)下有機(jī)林地徑流TN質(zhì)量濃度隨產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)均呈先增后減的趨勢(shì)。這是因?yàn)楫a(chǎn)流早期,徑流量小,氮素?cái)y帶能力弱;隨著產(chǎn)流延續(xù),TN流失量增加,徑流中濃度逐漸上升;隨著降雨持續(xù),徑流量增大,對(duì)TN有稀釋作用,質(zhì)量濃度呈下降趨勢(shì)[24]。由小到大3種雨強(qiáng)下,TN質(zhì)量濃度分別在產(chǎn)流的32、23、12 min達(dá)到峰值,表明隨著雨強(qiáng)的增大,峰值出現(xiàn)的時(shí)間越早。小雨強(qiáng)下,徑流TN質(zhì)量濃度變化較平緩,雨強(qiáng)越大,質(zhì)量濃度變化幅度越大,峰值越明顯;較低的產(chǎn)流速度造成小雨強(qiáng)下TN流失濃度的升高具有一定滯后性[25]。中、大雨強(qiáng)下,產(chǎn)流速度變快,徑流中TN攜帶能力有所增加,造成TN濃度的“峰值”明顯。

旱地TN質(zhì)量濃度變化均呈現(xiàn)初期快速下降后平穩(wěn)的規(guī)律,原因是降雨開(kāi)始后,雨水對(duì)土壤的沖刷作用占主導(dǎo),徑流攜帶土壤顆粒和易溶解的氮素,土壤顆粒養(yǎng)分較高,出現(xiàn)產(chǎn)流初期TN質(zhì)量濃度較高的現(xiàn)象,即初期沖刷效應(yīng)[26];隨著降雨持續(xù),徑流與土壤相互作用逐漸達(dá)到平衡,又因徑流的稀釋作用,TN質(zhì)量濃度降低并趨向穩(wěn)定。

3.1.2 NN質(zhì)量濃度變化特征

3種雨強(qiáng)下,有機(jī)林地NN流失濃度隨產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)。這是由于降雨初期,土地相對(duì)干燥,雨水對(duì)土壤主要有擊濺擾動(dòng)作用,土壤中的NN逐漸大量溶出而濃度升高[27];降雨持續(xù)進(jìn)行,土壤表層逐漸產(chǎn)生具有一定保護(hù)作用的水層,雨滴對(duì)土壤直接擊打的影響將減弱,且土壤表層中的NN也會(huì)隨著雨水滲透到土壤深處,隨著降雨繼續(xù),徑流增加,NN質(zhì)量濃度開(kāi)始下降[28]。

有機(jī)旱地NN與TN質(zhì)量濃度隨產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)均呈初期快速下降而后平穩(wěn)的趨勢(shì)。這是由于長(zhǎng)期的表面施肥,導(dǎo)致旱地表層氮素大量富集,降雨初期,雨水的沖刷效應(yīng)明顯,初期NN質(zhì)量濃度即達(dá)到峰值;隨著降雨持續(xù),土壤含水率逐漸飽和,徑流增加,NN逐漸被稀釋,濃度開(kāi)始下降并趨于穩(wěn)定。

3.1.3 AN質(zhì)量濃度變化特征

小雨強(qiáng)下,有機(jī)林地徑流中AN濃度隨產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)總體呈上升趨勢(shì);中、大雨強(qiáng)下,AN濃度隨產(chǎn)流的持續(xù)呈現(xiàn)“鋸齒狀”波動(dòng)變化的趨勢(shì),且產(chǎn)流初期質(zhì)量濃度偏高,這與Ren等[29]研究結(jié)論一致。這是由于降雨初期產(chǎn)流少,徑流對(duì)AN的收納能力弱,隨著雨量的增加,土壤含水率上升,表層徑流量增加,AN流失量隨之增加,因此AN質(zhì)量濃度上升。雨強(qiáng)增大,更多的土壤顆粒隨徑流流失,由于土壤帶負(fù)電,易吸附徑流中的AN,因此隨著雨量的增大,AN流失濃度隨之增大。之后,降雨的增加使徑流持續(xù)增大,稀釋了徑流中的AN使之濃度降低。同時(shí),隨著雨量的增大,土壤含水率達(dá)到飽和,徑流入滲率降低,AN析出量增加,即呈現(xiàn)“鋸齒狀”變化[30]。

不同雨強(qiáng)下,旱地徑流中AN質(zhì)量濃度隨產(chǎn)流時(shí)間的延長(zhǎng)均呈先增后減的趨勢(shì)。由于雨前旱地氮素積累量高,降雨開(kāi)始后,雨水對(duì)土壤的沖刷導(dǎo)致AN質(zhì)量濃度即達(dá)到峰值,雨強(qiáng)越大,初期的AN質(zhì)量濃度越高。小、中雨強(qiáng)下,AN質(zhì)量濃度降幅分別為48.02%和56.95%(圖5),原因是雨強(qiáng)小,產(chǎn)流量較小,徑流攜帶AN的能力較弱,因此質(zhì)量濃度低且下降趨勢(shì)較平緩;大雨強(qiáng)下,AN質(zhì)量濃度降幅84.54%(圖5),原因是雨強(qiáng)越大,雨水對(duì)土壤的沖刷越顯著,徑流攜帶的細(xì)小顆粒越多,同時(shí)土壤顆粒帶負(fù)電,易吸附徑流中的AN[31]。

3.2 不同雨強(qiáng)和土地利用方式對(duì)氮素流失濃度的影響

徐亞娟等[32]研究認(rèn)為,大雨強(qiáng)下暴雨歷時(shí)短、產(chǎn)流量大,加強(qiáng)了雨水對(duì)土壤的沖刷,雨強(qiáng)是土壤氮素流失的主要原因。本文中,不同雨強(qiáng)下,有機(jī)林地的TN和NN與旱地的TN濃度總體表現(xiàn)為大雨強(qiáng)的最大、中雨強(qiáng)的其次、小雨強(qiáng)的最小,這表明雨強(qiáng)越大,有機(jī)林地TN和NN與旱地TN流失濃度越高,這也與徐亞娟等[32]和Zhang等[33]研究結(jié)論一致。而有機(jī)林地的AN與有機(jī)旱地的NN和AN濃度總體表現(xiàn)為中雨強(qiáng)的最大、大雨強(qiáng)的其次、小雨強(qiáng)的最小,與前人的研究結(jié)果[12]表現(xiàn)出一定的差異性。這是因?yàn)榕c大雨強(qiáng)相比,中雨強(qiáng)的產(chǎn)流時(shí)間更長(zhǎng),與土壤的相互作用更充分,徑流中有機(jī)林地的AN與有機(jī)旱地的NN和AN溶出量增多。同時(shí)從各形態(tài)氮素比例看(表2和3),不同雨強(qiáng)下有機(jī)林地和旱地AN占TN比例分別為14.77%～20.19%和12.40%～21.02%,NN占TN比例分別為42.96%～50.04%和34.30%～44.10%。說(shuō)明林地和旱地的AN濃度受雨強(qiáng)的影響較小,而NN濃度受到的影響較大,林地和旱地中NN是氮素流失的主要形態(tài),這與張鐵鋼等[34]對(duì)于雨強(qiáng)影響氮素流失的解釋也較為一致。

3種雨強(qiáng)下,不同土地利用方式的氮素流失濃度差異明顯,有機(jī)旱地的TN、AN和NN流失濃度均大于有機(jī)林地的。這是由于旱地常年施肥,氮素在地表大量積累,加上頻繁耕種、施肥和灌溉等農(nóng)業(yè)活動(dòng)加速了對(duì)土壤表層的破碎[14],造成降雨后氮素易大量流失。而林地氮素輸入量低,所受的人為破壞相對(duì)較小,加之林地植被覆蓋率高,減輕土壤受到的雨水侵蝕,阻礙徑流對(duì)林地的沖刷,使得林地的氮素流失較低。童曉霞等[35]在洱海流域的研究表明,氮素流失濃度呈現(xiàn)出旱地的最大、水田的其次、林地的最小的規(guī)律,旱地的氮素流失是灌區(qū)氮污染的主要來(lái)源。蘇孟白等[36]的研究結(jié)論同樣表明,不同雨強(qiáng)下各土地利用類型按TN流失濃度由小到大排序?yàn)槿斯ち?、次生林、灌木林、坡耕?坡耕地徑流中TN流失濃度明顯偏高。

由以上可知,降雨與施肥是影響徑流氮素流失的主要因素。林地與旱地的TN流失受雨強(qiáng)的影響顯著,雨強(qiáng)越大,林地與旱地的TN流失濃度越高。與林地相比,旱地的氮素流失濃度更高,流失規(guī)律更為復(fù)雜,應(yīng)是皖西山區(qū)面源污染控制的關(guān)鍵;林地氮素流失濃度低,受雨強(qiáng)的影響低于旱地。農(nóng)林面源污染是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程,農(nóng)業(yè)面源污染控制可劃分為源頭控制、過(guò)程攔截和末端凈化三大階段[37]。但無(wú)論是從單一過(guò)程進(jìn)行防控,還是考慮整體建立防控體系,都需要結(jié)合區(qū)域面源污染特征以及植被、地形等特征選擇有效的污染防控技術(shù)。對(duì)于皖西山區(qū),基于本文研究及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析,應(yīng)著重從控制徑流和優(yōu)化施肥等方面控制面源氮素流失。一方面，可通過(guò)秸稈還田以及增加旱地周邊的植被覆蓋率,以減少?gòu)搅鞯漠a(chǎn)生和增強(qiáng)土壤抗蝕性,胡宏祥等[38]研究表明,稻草還田對(duì)黃褐土中氮素流失有一定的阻隔作用;在旱地周圍設(shè)置生態(tài)田埂和植被緩沖帶如樹(shù)帶、草帶和灌木帶等攔截工程,阻礙徑流流動(dòng)的同時(shí)達(dá)到對(duì)氮素流失削減的目的,實(shí)現(xiàn)對(duì)氮素流失過(guò)程的攔截;也可利用山地特有的高差,布設(shè)溝渠對(duì)降雨產(chǎn)生的徑流進(jìn)行收集,通過(guò)生態(tài)塘、濕地緩沖帶等方法對(duì)氮素流失進(jìn)行末端控制。另一方面，可從肥料改良入手,結(jié)合山區(qū)畜禽糞便等固廢處理模式,將畜禽糞便等傳統(tǒng)有機(jī)肥進(jìn)行發(fā)酵,形成的生物有機(jī)肥可以有效減少氮素流失;通過(guò)深施肥料、控制施肥時(shí)間、次數(shù)和用量等措施提高肥料利用率和減少旱地表層土壤的氮素含量;多雨季節(jié)時(shí)應(yīng)避免施肥、耕作等農(nóng)業(yè)活動(dòng)來(lái)減少旱地氮素流失。通過(guò)以上措施應(yīng)能一定程度上減少有機(jī)農(nóng)林用地的氮素流失,以促進(jìn)對(duì)皖西山區(qū)有機(jī)農(nóng)林面源污染的削減。

4 結(jié)論

1)不同雨強(qiáng)條件下,有機(jī)林地徑流中TN和NN質(zhì)量濃度在產(chǎn)流期間均呈先增大后減小的趨勢(shì);對(duì)應(yīng)0.6、0.9和1.5 mm/min雨強(qiáng),徑流中TN流失質(zhì)量濃度均值分別為5.11、6.94和8.35 mg/L,雨強(qiáng)越大,TN流失越高;小雨強(qiáng)下,AN濃度隨產(chǎn)流持續(xù)時(shí)間呈增大趨勢(shì),中、大雨強(qiáng)下,AN濃度隨產(chǎn)流持續(xù)時(shí)間呈“鋸齒狀”波動(dòng)變化趨勢(shì)。有機(jī)林地氮素流失均以NN為主,對(duì)應(yīng)由小到大3種雨強(qiáng),徑流NN流失量占TN的比例分別為50.04%、49.63%和42.96%。

2)不同雨強(qiáng)條件下,有機(jī)旱地徑流中TN、NN和AN流失濃度在產(chǎn)流期間均呈現(xiàn)初期急速下降后平穩(wěn)的規(guī)律,降雨初期濃度高;對(duì)應(yīng)0.6、0.9和1.5 mm/min雨強(qiáng),TN流失質(zhì)量濃度均值分別為10.63、15.04和17.73 mg/L。氮素流失也以NN為主,對(duì)應(yīng)由小到大3種雨強(qiáng),徑流NN流失量占TN的比例分別為40.58%、44.10%和34.30%。有機(jī)旱地徑流NN與TN初期濃度高與旱地雨前表面施肥頻率高有關(guān)。

3)表層施肥與雨水沖刷是有機(jī)農(nóng)林用地氮素流失的主要影響因素,而旱地流失量高于林地流失,且流失規(guī)律更為復(fù)雜,應(yīng)是皖西山區(qū)面源污染控制的著重考慮因素。建議可通過(guò)強(qiáng)化旱地的生態(tài)田埂、植被緩沖帶建設(shè)等攔截工程,以及通過(guò)優(yōu)化施肥方式等途徑,來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)皖西山區(qū)氮素流失的有效削減。