三峡库区小流域土壤氮磷流失特征研究
作者：吴昊阳
来源：《农业开发与装备》 2019年第2期
摘要:三峡工程是迄今为止世界上综合效益最大的水利枢纽,在发挥其巨大的防洪航运效益的同时也给库区周边的生态环境建设带来的新的问题。
三峡库区生态环境的改善已经成为关系周边地区农业可持续发展以及长江三峡工程安全长久运行的大事,因此水文水土生态保持工作的研究对受生态环境问题困扰的库区具有重要的意义。
从三峡库区小流域土壤氮、磷流失的影响因素及普遍特征规律进行了详细的综述,以利于科学的推进三峡库区的生态环境建设问题。
关键词:三峡库区;水土保持;氮磷流失
0 引言
农业非点源中营养物质特别是氮、磷营养元素的过度排放是引起水体富营养化的原因之一,农业用地中排放的氮、磷会危害到地下水和地表水的饮用安全,影响农业的可持续发展,不仅造成巨大的经济损失,而且威胁着人类的生存与发展,成为世界各国普遍关注的热点问题之一。
本文的主要目的是综述三峡库区土壤中的氮、磷在不同条件下的流失规律,为三峡库区非点源污染治理提供便捷且方便的查询依据。
近些年来,国内外学者对三峡库区非点源物质氮、磷的排放规律开展了大量的实验研究,影响因素主要包括区域原有的地质土壤、地形地貌、降雨等自然状况以及不同耕作施肥方式、草篱技术、土地利用类型等人文因素。
1 自然因素作用下的一般规律
1.1 紫色土氮磷流失作用的研究
在影响水土流失的众多地质问题中,发生岩性为主要因素,其影响土壤的风化过程、风化产物、土壤类型及抗蚀性能,易发生土壤的沟蚀、崩塌、滑坡、泥石流。
三峡库区地处四川盆地与长江中下游平原的结合部,大部分地区处于川东褶皱地带,地势起伏大,滑坡、泥石流等地质灾害频发,水土流失严重。
已有研究证明,三峡库区坡耕地主要土壤类型为抗蚀性较差的紫色土,其土壤特征和风化特征决定了土壤淋溶现象的普遍存在,三峡库区已成为中国水土流失最严重的地区之一[1]。
孙军益等[2]在典型紫色坡耕地上针对不同的土地利用类型进行试验发现,TDN淋溶流失量介于0.48~72.58 kg/hm2,TDP的淋溶流失量介于0.01~3.23 kg/km2,施肥处理下土壤氮磷元素淋溶量约为不施肥处理时的2倍。
1.2 坡度坡长对氮磷流失作用的一般规律
地形因素中的坡度、坡长都与水土流失量有着密切的关系,坡度与水土流失量成正相关,低雨强时坡面与水土流失量成负相关,高雨强时同水土流失量成正相关。
黄利玲等[3]在三峡库区紫色土旱坡地采取野外径流小区观测方法得出结论,紫色土旱坡地的径流量和氮磷流失量都是随坡度的增大而增大。
不同坡度下,地表径流和侵蚀泥沙中的磷素的流失量均呈17°>9°>4°的趋势,地表径流中,颗粒态总磷的流失量是水溶态总磷流失量的
1.50~1.51倍。
1.3 降雨对氮磷流失的影响规律
目前已有研究[4-5]证明,地表径流大于入渗量时,土壤溶质在降雨冲刷和径流侵蚀下,以颗粒形式随地表径流和泥沙发生迁移和富集。
近些年来,国内外学者对养分流失的研究表明坡面流失的养分以泥沙为主要载体,有的甚至认为可以将泥沙流失量看作坡面养分流失量[6]。
雨量与农田耕地氮磷流失的关系早已成为基本认识,降雨量越大,氮磷流失输出越多。
进一步细化分析,通过径流场实验分析揭示了紫色坡耕地在不同降雨条件下对土壤养分流失及环境效益的影响,大雨产生的径流量远远超过大雨和小雨,径流中的泥沙含量最高,致使大雨的氮磷流失量远超过中雨和小雨。
降雨量越大,颗粒态氮磷的比例越高,中雨产生的径流中颗粒氮占TN的74.9%~75.9%,大雨产生的径流中颗粒磷占TP的96.6%~97.7%。
陈成龙等则进一步细分了不同雨强下降雨过程中氮磷流失的不同,指出,氮磷流失浓度在大雨事件降雨前期增幅迅速差异明显,而小到中雨事件则集中在降雨后期。
2 人文因素作用下的一般规律
2.1 耕作方式对氮磷流失作用的一般规律
三峡库区紫色土区域坡耕地水土流失是农业面源污染的重要源头。
在农田生态系统中,水土保持耕作处理可通过改变表层土壤结构或农作系统微地貌来阻断降水的冲刷作用,减小雨滴的击溅力量,增加土壤水库库容,从而减少径流量,使得水土保持耕作处理的各形态磷素流失量都小于常规耕作处理,有效地减少了径流中各形态磷素的流失。
黄巍等在田间小区进行试验分析比较了水土保持耕作处理与传统耕作方式对土壤颗粒流失的影响得出结论,横坡垄作能有效地减少整个小区土壤颗粒流失,顺坡耕作能够减少坡面中部氮磷流失。
而徐畅等进一步比较了各种不同水土保持耕作处理对旱坡地氮磷流失特征的影响,发现水土保持耕作处理对拦截氮磷流失的作用一致,呈现出顺坡耕作加植物篱>免耕加横坡垄作>顺坡耕作加PAM土壤调节剂>免耕加顺坡种植加稻草覆盖>横坡耕作>常规顺坡耕作的作用规律。
2.2 草篱技术减少土壤淋溶流失的作用规律
草篱水土保持技术在防治坡耕地、控制水土流失及养分改善方面效益良好,在全国山区已广泛应用。
彭玲等研究发现,在苹果园种植牧草后,浅层土壤总氮含量升高,深层土壤总氮含量降低,表明种植牧草能有效减少氮素在淋溶流失过程中向深层土壤迁移富集。
相关牧草研究表明,黑麦草和墨西哥玉米草生长高效,营养价值高,可缓解农牧区饲草短缺的问题,经济效益优异。
苟桃吉等在此基础上做出进一步的研究,发现黑麦草、墨西哥玉米草、大力士甜高粱这三种牧草均能显著减少径流及泥沙中的氮磷养分流失量,墨西哥玉米草和黑麦草效果皆优,大力士甜高粱稍差。
夏立忠等人则根据陡坡地特点构建了集浅垄作、少耕和残茬覆盖及残茬植物篱为一体的三种生态耕作模式与常规管理相比,坡耕地小麦—玉米采用浅垄作生态耕作模式、间作香根草植物篱、间作紫花苜蓿植物篱连续2个轮作周期坡面产沙量分别降低48.46%、52.26%和58.59%,泥沙态磷素流失量分别降低30.58%、47.70%和44.58%。
表明浅垄作生态耕作和植物篱技术均有利于坡耕地氮磷流失的控制且间作紫花苜蓿植物篱效果最好。
2.3 土地利用类型对氮磷流失作用的一般规律
增立雄等对不同的土地利用类型做研究,发现总磷流失负荷的大小顺序为农田>柑橘园>茶园>竹林>板栗林>乔木林,说明农田总磷流失负荷大主要是颗粒态磷流失比重过高,而退耕还林之后,泥沙流失量大大减少,从而有效地控制了磷素的流失。
而总氮流失负荷的大小顺序为茶园>农田>柑橘园>竹林>板栗林>乔木林。
柑橘园和竹林的总氮流失量都接近总磷的20倍,而板栗林和乔木林也有10倍之多,这也可能是三峡库区水质总氮含量偏高的重要原因之一。
刘方谊等研究发现,平地-露地蔬菜和平地-园地模式是库区氮流失高风险种植模式,平地-露地蔬菜模式是库区磷流失高风险种植模式。
还有研究发现,农桑配置方式能在一定程度上阻抗地表径流和氮、磷流失,降低地表径流中氮、磷年流失负荷。
综上所述,三峡库区的小流域土壤氮磷流失已经受到了研究学者的广泛重视,今后还需应在不同地区开展坡面粗糙度以及坡面上中下位置与土壤氮磷流失关系的实验研究,为在坡面治理水土流失提供科学依据。
参考文献
[1] 刘月娇,倪九派,张洋,等.三峡库区紫色土旱坡地农桑配置模式对土壤养分的影响[J].
草业学报,2015,24(12):38-45.
[2] 孙军益.三峡库区紫色土氮磷淋溶试验研究[D].重庆大学,2012.
[3] 黄利玲,王子芳,高明,等.三峡库区紫色土旱坡地不同坡度土壤磷素流失特征研究[J].
水土保持学报,2011,25(1):30-33.
[4] 张兴昌,邵明安.水蚀条件下土壤氮素径流流失的影响因素[M].西安:陕西科学技术出版社,2001:253-262.
[5] 李其林,魏朝富,曾祥燕,等.自然降雨对紫色土坡耕地氮磷流失的影响[J].灌溉排水学报,2010,29(2):76-80.
[6] 许峰,蔡强国,吴淑安,等.坡地等高植物篙带间距对表土养分流失的影响[J].水土保持
学报,1999,5(2):23-29.。