小流域綜合治理措施對土壤氮磷流失的影響

［關(guān)鍵詞］

土壤；氮磷養(yǎng)分；綜合治理；水土流失；清溪小流域；漢源縣；四川省

［摘" 要］

以四川省清溪小流域綜合治理區(qū)為研究對象，運用實地采樣和試驗分析，以未治理坡耕地作為對照，分析研究封禁治理、坡改梯、經(jīng)果林措施對汛期前后土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷含量的影響。結(jié)果表明：①各治理措施在保持土壤氮磷養(yǎng)分方面表現(xiàn)為封禁治理＞經(jīng)果林＞坡改梯；②汛期后，整體來看各治理措施土壤全氮含量增加，土壤堿解氮含量減少，除經(jīng)果林措施外，其余措施的土壤全磷和有效磷含量減少；③各治理措施中，多數(shù)表現(xiàn)為坡下土壤氮磷含量大于坡上，坡上土壤氮磷流失量大于坡下；④按照耕作土壤標準，清溪小流域綜合治理初期土壤養(yǎng)分處于虧缺狀態(tài)，小流域綜合治理除布設水土流失防治措施外，還需要考慮增肥措施。

［中圖分類號］ S157" ［文獻標識碼］ A" DOI：10.3969/j.issn.1000-0941.2024.11.018

［引用格式］ 熊明彪，李紅衛(wèi)，郭進，等.小流域綜合治理措施對土壤氮磷流失的影響：以四川省漢源縣清溪小流域為例［J］.中國水土保持，2024（11）：72-75.

土壤侵蝕會導致水土及養(yǎng)分流失，是面源污染的重要來源［1-2］。小流域水土流失綜合治理工程作為一個從小流域尺度運用生物、工程措施等改善水土流失面源污染的舉措，近年來取得了明顯成效。國內(nèi)針對小流域水土流失面源污染問題的研究主要集中在形成因素、防治和監(jiān)測方面，而針對小流域綜合治理成效的研究也多集中在小區(qū)人工模擬試驗、建模分析和減流抗蝕效應等方面［3-5］。對于在自然條件下選取典型流域研究面源污染防治問題，尤其是小流域綜合治理不同措施對水土流失面源污染防控效果的研究較少。因此，筆者以開展綜合治理的四川省漢源縣清溪小流域為對象，研究封禁治理、坡改梯、經(jīng)果林等不同治理措施對汛期前后土壤氮磷養(yǎng)分流失的影響，以期從流域尺度揭示小流域綜合治理對水土流失面源污染的防控效果，從而為小流域綜合治理規(guī)劃設計提供支撐，為水土流失面源污染防控、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理提供參考。

1" 研究區(qū)概況

四川省雅安市漢源縣清溪小流域位于漢源縣城北39 km，屬大渡河中游亞熱帶干熱河谷少雨區(qū)，年均降水量730.8 mm，降水時空分布不均，降水主要集中在5—10月，其中7—8月降水量較大，年均蒸發(fā)量1 425 mm。區(qū)內(nèi)地形條件無明顯差異［6］，土壤類型為黃棕壤。

小流域綜合治理措施主要有封禁治理、坡改梯、經(jīng)果林，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，選取了3處未治理坡耕地作為對照組，各項措施的坡向均為西南坡。采樣期間，封禁治理已實施2 a，主要對流域內(nèi)平均海拔為850 m陡坡地段的疏幼馬尾松林進行封育管理；坡改梯措施剛建成1 a，主要植被為花椒，絕大多數(shù)生長于平均海拔為800 m的斜坡地帶；李、桃、大櫻桃等是清溪小流域經(jīng)果林措施的主要樹種，通常處于平均海拔為770 m的緩坡區(qū)域，經(jīng)果林措施已實施2 a；流域內(nèi)緩坡地帶的未治理坡耕地，其平均海拔與經(jīng)果林措施相近，農(nóng)作物和雜草是主要的覆蓋植被。

2" 研究方法

1）采用分層次采樣方法，將綜合治理措施作為一級層次，將同一治理措施的不同坡位作為二級層次。一級層次包括未治理坡耕地（CK）、封禁治理（FJ）、坡改梯（PGT）、經(jīng)果林（JGL）;二級層次指每種治理措施的不同坡位，包括未治理坡耕地的坡上（CK1）、坡中（CK2）、坡下（CK3），封禁治理的坡上（FJ1）、坡中（FJ2）、坡下（FJ3），坡改梯的坡上（PGT1）、坡中（PGT2）、坡下（PGT3）和經(jīng)果林的

坡上（JGL1）、坡中（JGL2）、坡下（JGL3）。

2）采用S形采樣法在每個坡位進行采樣［7］，設5個采樣點，每個采樣點土壤取樣深度為0～20 cm，將5個采樣點的土樣充分混勻后，取3份作為1個坡位的土樣，并利用GPS進行定位記錄。土樣質(zhì)量約500 g/份，共36份樣品。

3）在工程建設完工后的1～2 a對汛期前（5月）、汛期后（10月）兩個時期分別采土樣1次，自然風干過篩后，分別測定每份樣品的土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷含量，以掌握土壤氮磷養(yǎng)分的流失特征。土壤全氮測定采用凱氏定氮法，堿解氮測定采用堿解擴散法，全磷測定采用堿溶-鉬銻抗比色法，有效磷測定采用鉬銻抗比色法。

3" 結(jié)果與分析

3.1" 不同治理措施對土壤氮磷養(yǎng)分的影響

3.1.1" 不同治理措施對土壤全氮的影響

汛期前后不同治理措施的土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷含量測定結(jié)果見表1。汛期前后土壤全氮含量均表現(xiàn)為經(jīng)果林＞封禁治理＞未治理坡耕地＞坡改梯。汛期后各治理措施土壤全氮含量均增加，封禁治理、坡改梯、經(jīng)果林措施土壤全氮含量分別增加了19.13%、6.21%、9.51%，未治理措施坡耕地土壤全氮含量增加了14.01%。相比于未治理坡耕地，坡改梯和經(jīng)果林措施對土壤全氮含量的增加效果稍差，這可能與坡改梯工程的修建年限、經(jīng)果林植被的生長年限有關(guān)。受翻耕擾動等因素影響，梯田建設后的初期土壤固氮效果較差，然而從長期效益來看，隨著梯田建設后土壤質(zhì)地的改善和土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，梯田的固氮能力將呈增加趨勢［8］。

3.1.2" 不同治理措施對土壤堿解氮的影響

由表1可知，汛期前后經(jīng)果林和封禁治理土壤堿解氮含量均大于未治理坡耕地，而坡改梯的土壤堿解氮含量均小于未治理坡耕地。汛期后各治理措施的土壤堿解氮含量均減少，封禁治理、坡改梯、經(jīng)果林措施和未治理坡耕地土壤堿解氮含量分別減少了79.66%、49.41%、75.29%、63.48%。相比于未治理坡耕地，封禁治理和經(jīng)果林措施的土壤堿解氮減幅增加，坡改梯措施的土壤堿解氮減幅下降。

3.1.3" 不同治理措施對土壤全磷的影響

由表1可知，汛期前后土壤全磷含量均表現(xiàn)為經(jīng)果林＞封禁治理＞未治理坡耕地＞坡改梯。汛期后經(jīng)果林土壤全磷含量增加，增幅達92.61%；封禁治理、坡改梯措施和未治理坡耕地土壤全磷含量均減少，減幅分別為29.76%、68.51%、64.00%。封禁治理措施的植被生長較好，可在一定程度上遏制土壤全磷流失，而坡改梯建設年限較短，梯田裸露區(qū)域較大，可能會導致土壤全磷流失較大。

3.1.4" 不同治理措施對土壤有效磷的影響

由表1可知，汛期后經(jīng)果林措施土壤有效磷含量增加，增幅達31.38%；封禁治理、坡改梯措施和未治理坡耕地土壤有效磷含量均減少，減幅分別為42.21%、87.17%、80.79%。經(jīng)果林措施土壤全磷和有效磷含量均在汛期后增加，這可能與施肥有關(guān)，而相比于土壤全磷含量，有效磷含量增幅較低。相對于未治理坡耕地，封禁治理土壤有效磷流失明顯減少，而坡改梯措施土壤有效磷減幅與未治理坡耕地相近。

3.2" 不同坡位土壤氮磷養(yǎng)分差異

3.2.1" 不同坡位土壤全氮差異

汛期前后各治理措施不同坡位的土壤全氮、堿解氮、全磷、有效磷含量見表2。汛期前后封禁治理的土壤全氮含量FJ2＞FJ3＞FJ1；汛期后坡上、坡中、坡下分別增加了37.15%、8.32%、27.58%。汛期前坡改梯措施土壤全氮含量表現(xiàn)為PGT2＞PGT3＞PGT1；汛期后表現(xiàn)為PGT3＞PGT2＞PGT1，坡上、坡中、坡下分別增加了3.59%、-4.52%、20.01%，坡下增加較多。汛期前經(jīng)果林措施土壤全氮含量表現(xiàn)為JGL3＞JGL2＞JGL1；汛期后表現(xiàn)為JGL2＞JGL3＞JGL1，土壤全氮含量坡上和坡下分別減少了4.11%和0.95%，坡中增加了27.23%。

3.2.2" 不同坡位土壤堿解氮差異

從表2可知，汛期前封禁治理土壤堿解氮含量表現(xiàn)為FJ1＞FJ2＞FJ3；汛期后表現(xiàn)為FJ2＞FJ3＞FJ1，土壤堿解氮含量在坡上、坡中、坡下分別減少了88.30%、71.50%、76.95%，汛期后土壤堿解氮含量處于流失狀態(tài)，坡上流失量最多。汛期前坡改梯措施土壤堿解氮含量表現(xiàn)為PGT3＞PGT1＞PGT2；汛期后表現(xiàn)為PGT3＞PGT2＞PGT1，坡上、坡中、坡下分別減少了58.42%、39.25%、49.34%，坡改梯措施土壤堿解氮處于流失狀態(tài)，且坡上流失最多。汛期前經(jīng)果林措施土壤堿解氮含量表現(xiàn)為JGL1＞JGL3＞JGL2；汛期后表現(xiàn)為JGL3＞JGL2＞JGL1，坡上、坡中、坡下分別減少了86.03%、60.54%、72.25%，土壤堿解氮均處于流失狀態(tài)，且坡上流失最嚴重。相比于土壤全氮，土壤堿解氮流失較多，對農(nóng)作物生長不利，應注意合理補充。

3.2.3" 不同坡位土壤全磷差異

從表2可知，汛期前封禁治理土壤全磷含量差異較??；汛期后土壤全磷含量表現(xiàn)為FJ2＞FJ1＞FJ3，土壤全磷含量在坡上、坡中、坡下分別減少了32.03%、22.22%、35.66%。汛期前坡改梯措施土壤全磷含量差異較?。谎雌诤蟊憩F(xiàn)為PGT2＞PGT3＞PGT1，土壤全磷含量在坡上、坡中、坡下分別減少了87.85%、45.97%、72.65%，坡上流失明顯。汛期前、后經(jīng)果林措施土壤全磷含量均表現(xiàn)為JGL3＞JGL2＞JGL1，土壤全磷含量在坡上、坡中、坡下分別增加了13.59%、107.25%、130.89%，經(jīng)果林措施可以起到增加土壤全磷含量的作用，且在坡中、坡下的積累作用更加明顯。

3.2.4" 不同坡位土壤有效磷差異

從表2可知，汛期前封禁治理土壤有效磷含量表現(xiàn)為FJ1＞FJ3＞FJ2；汛期后表現(xiàn)為FJ3＞FJ1＞FJ2，坡上、坡中、坡下分別減少了61.91%、41.67%、14.62%。汛期前坡改梯措施土壤有效磷含量表現(xiàn)為PGT2＞PGT3＞PGT1；汛期后表現(xiàn)為PGT1＞PGT3＞PGT2，坡上、坡中、坡下分別減少了30.81%、93.37%、93.06%，坡中、坡下流失明顯。汛期前經(jīng)果林措施土壤有效磷含量表現(xiàn)為JGL3＞JGL1＞JGL2；汛期后表現(xiàn)為JGL3＞JGL2＞JGL1，坡上減少了67.03%，坡中、坡下分別增加了142.83%、47.52%。除經(jīng)果林措施的坡中和坡下外，其余治理措施均導致了土壤有效磷的流失。

4" 討論

清溪小流域水土流失綜合治理的不同措施對土壤氮磷養(yǎng)分有著不同的影響。封禁治理措施能有效增加土壤全氮含量，控制土壤全磷和有效磷的流失，這與陳海濱等［9］的研究結(jié)果一致。土壤全氮含量的增加與林下枯枝落葉在土壤微生物及其生理活性作用下促進土壤有機質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化過程密切相關(guān)，封禁林較高的植被覆蓋度和物種多樣性促進林下枯枝落葉中有機氮向氨態(tài)氮與氨基氮轉(zhuǎn)化，較低的分解速率又有利于土壤全氮的積累［10］，但封禁治理措施對土壤堿解氮流失控制效果不佳。相較于其他兩種措施，坡改梯能控制土壤堿解氮的流失［11］，其原因是氮素在土壤和水體中轉(zhuǎn)化和遷移速率大，坡改梯良好的蓄水保土功能有助于減緩氮素的流失［12-14］，但在控制磷素流失上效果最差，低于未治理坡耕地。采樣時坡改梯剛建成1 a，新修坡改梯由于是新翻耕的土壤，因此在控制養(yǎng)分流失上效果較差，易造成面源污染。經(jīng)果林措施能增加土壤全氮含量，控制堿解氮流失效果不佳，可增加磷素，這可能與土壤施過磷肥有關(guān)。

從各治理措施不同坡位的土壤氮磷養(yǎng)分汛期前后變化來看，處于流失狀態(tài)的土壤堿解氮、全磷和有效磷基本表現(xiàn)為坡上流失量大于坡中和坡下，經(jīng)果林措施坡中和坡下的土壤全磷和有效磷增加明顯，這與相關(guān)研究的結(jié)果基本一致［7-8，14］。因此，小流域綜合治理需重點關(guān)注坡上的水土流失防治工作，同時增設坡下攔截措施，降低面源污染風險。

依據(jù)田種存等［15］確定的耕作土壤養(yǎng)分要求，研究區(qū)除經(jīng)果林措施土壤全氮達到了中等含量（0.8～2.0 g/kg）外，其他都處于缺乏水平（＜0.8 g/kg）；土壤堿解氮汛期后均為缺乏水平（＜80 mg/kg）；土壤全磷在汛期前處于中等水平（0.8～1.5 g/kg），汛期后除經(jīng)果林外，均處于缺乏水平（＜0.8 g/kg）；土壤有效磷保持中等及以上水平。研究表明，小流域綜合治理時，除要做好水土流失防治，控制面源污染外，還需要考慮增肥措施，這樣才能發(fā)揮綜合治理的最大效益。

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收稿日期： 2024-05-10

基金項目：四川水利職業(yè)技術(shù)學院博士基金項目（2019SCSZYD-01）

第一作者： 熊明彪（1973—），男，四川達州人，教授級高級工程師，博士，主要研究方向為水土保持與土壤修復。

通信作者： 楊遠祥（1981—），男，貴州羅甸人，副教授，碩士，主要研究方向為環(huán)境生態(tài)、水土保持。

E-mail： 951457496@qq.com

（責任編輯" 李佳星）