玉溪尖山河小流域N的輸出特點研究

邵 智，趙永賓，李洪波，王 放

（云南漢龍環保科技有限公司，云南昆明650034）

玉溪尖山河小流域N的輸出特點研究

邵 智，趙永賓，李洪波，王 放

（云南漢龍環保科技有限公司，云南昆明650034）

對澄江尖山河小流域不同土地利用類型徑流小區進行監測，并對地表徑流中氮素的流失特征進行研究。結果表明：隨著降雨量的不斷增大，徑流中的總氮和氨氮的輸出濃度也有上升的趨勢；在相同降雨條件下，各地類年平均總氮輸出濃度為：農地7.955 mg／L、人工林7.4886 mg／L、次生林6.9836 mg／L、灌草叢4.5188 mg／L；氨氮的年平均輸出濃度為：農地0.8474 mg／L、人工林0.7286 mg／L、次生林0.6514 mg／L、灌草叢0.4782 mg／L。農地的總氮輸出濃度和氨氮輸出濃度最大，人工林次之，灌草叢和次生林較小。研究結果表明，灌草叢和次生林較高的植物覆蓋有效地保持了水分和土壤，從而也減緩了氮素的輸出。

總氮；氨氮；小流域；輸出特點；尖山河；玉溪

氮是造成水體富營養化的主要元素之一，在暴雨徑流條件下，土壤中的氮、磷等養分隨地表徑流匯入各種水體，引起水體的富營養化和污染，成為水體富營養化的限制因子［1］。大量的研究表明，有效地控制農業非點源污染是從根本上解決水質污染問題的關鍵［2］。為防止地表水體富營養化，保護日趨緊張的水資源，氮磷非點源污染物輸出的估算與控制已成為世界范圍內最重要的環境保護議題［3］。目前，根據我國25個湖泊水環境現狀的調查，水體全氮均超過了富營養化指標，氮富營養化逐漸成為我國水污染的核心問題［4］。

通常情況下，土地利用方式對非點源氮的流失有重要影響，不同的土地利用類型如林地、草地、農田明顯影響著地表徑流和氮的流失量［5～8］。其中，小流域中不同土地類型的氮素流失是主要表現形式。目前，關于小流域土壤氮磷養分流失的研究比較多，如張玉珍［9］對福建盆谷型農業小流域氮磷的流失的模式進行了分析研究，張興昌等［10］對黃土丘陵區小流域土壤氮素流失規律進行的相關研究。本文選擇撫仙湖流域內的小尖山小流域作為研究對象，利用長期定位試驗研究該小流域內自然降雨條件下不同土地利用類型的氮素的輸出特征，希望找出控制尖山河小流域及類似小流域面源污染氮素輸出的辦法。

1 材料與研究方法

1.1 研究區域概況

本研究試驗地選在澄江縣尖山河小流域 （圖1），位于北緯24°32′00″～24°37′38″，東經102°47′21″～102°52′02″，東臨撫仙湖，流域總面積35.42km。最高海拔2347.4m，最低海拔1722m。多年平均降雨量1050mm，降雨量集中在5～10月，占全年的75%。暴雨基本出現在雨季，常以單點暴雨出現，年平均蒸發量900mm。該小流域主要有天然次生林、人工林、灌草叢、坡耕地和梯田幾類地類。森林覆蓋率21.4%，林草覆蓋率47.9%。其中，流域內的土壤主要是紅紫泥土和紅壤，紅紫泥土主要分布在尖山大河上游河道順流左岸方向，占流域面積的60%以上；紅壤分布在尖山大河順流右岸，其中石灰巖紅壤分布在帶頭村附近、五尺埂至岔河，占流域總面積的30%；玄武巖紅壤分布在流域東部李頭村附近，占流域面積的8%。尖山大河河床兩岸均為紫泥土，占流域總面積的2%。

1.2 實驗設計與方法

經過勘查，根據不同的土地利用方式共布設4個水平投影面積為5×20m2的徑流小區，分別建在坡耕地、灌草叢、人工林和云南松次生林4種地類上。

表1 徑流小區區域特征

在設置的徑流場邊緣采集土壤表層0～20cm的土樣，以獲取土壤養分含量背景值；在自然降雨事件中，分別采集次生林、人工林、農地、灌草叢徑流場徑流池中的徑流樣品1000ml，4℃保存并在24h內測定其中的總氮、氨氮，總氮采用堿性過硫酸鉀消解－紫外分光光度法測定，氨氮采用納氏試劑比色法測定。

2 結果與討論

2.1 不同土地利用類型土壤氮素背景值特點

不同的土地利用類型土壤中的氮素來源不同，造成了不同土地利用類型土壤氮素背景值有所不同。自然土壤中，土壤氮素主要來源于礦物質和土壤有機質；在耕作土壤中主要來源有灌溉水和施肥等。

表2 徑流小區表土氮素含量

從表2中可以看出，徑流小區灌草叢的總氮含量要大于次生林農地和人工林，但它們之間的差距都不大，而對于水解氮來說，灌草叢、次生林高于農地和人工林，這是由于灌草叢植被覆蓋度高根系繁多，植被改善了土壤結構，使得氮素不易流失，而富集在地表。

2.2 不同降雨強度下氮素輸出的特點

2.2.1 總氮的輸出

降雨量的差異，對地表徑流量有很大的影響，直接決定著對地表的沖刷程度；由于地表植被對沖刷作用有一定的緩沖截留作用，使得各種土地類型徑流中總氮含量隨降雨量的變化呈現出一定的規律。

由圖2可以看出次生林、農地、人工林、灌草叢4種土地利用類型徑流中的總氮輸出濃度都有隨降雨量增大而增大的趨勢。當降雨量為0.6mm時，農地、人工林、次生林、灌草叢4種土地利用類型徑流中總氮的輸出濃度分別為：農地6.357mg／L、人工林5.7mg／L、次生林6.775mg／L、灌草叢2.445mg／L，而當降雨量增加為27.4mm時，4種土地利用類型的總氮輸出濃度分別增加為：農地11.256mg／L、人工林9.813mg／L、次生林5.7mg／L、灌草叢8.332mg／L。這是由于隨著降雨量的增加，徑流量隨之增大，對地表的沖刷程度變大，攜帶大量氮素的泥沙被徑流帶走，部分氮素融入水體，從而使得徑流水體含氮量升高。同時從圖2還可看出，隨著降雨量的繼續增加，這時雨水的稀釋作用凸顯出來，所以徑流總氮的輸出濃度有所減緩，甚至有所下降。這也進一步說明了暴雨沖刷所造成的土壤侵蝕是氮素污染的誘因之一。

2.2.2 氨氮的輸出

由圖3可以看出，在不同降雨條件下次生林、農地、人工林、灌草叢4種土地利用類型徑流中的氨氮濃度變化幅度都不大，次生林和灌草叢的氨氮輸出濃度沒有明顯的變化規律。但農地和人工林氨氮輸出濃度還是呈現了一定的變化規律，隨著降雨量的加大，農地和人工林氨氮輸出濃度有升高的趨勢。當降雨量為0.6mm時，農地氨氮輸出濃度為0.821mg／L、人工林氨氮輸出濃度為0.633mg／L，當降雨量上升到27.4mm時，農地氨氮輸出濃度上升為1.123mg／L、人工林氨氮輸出濃度上升為1.038mg／L。與此相反，次生林和灌草叢的氨氮輸出濃度隨著降雨量增大在降低，當降雨量為0.6mm時，灌草叢氨氮輸出濃度為0.536mg／L、次生林氨氮輸出濃度為0.645mg／L，當降雨量上升到27.4mm時，農地氨氮輸出濃度下降為0.495mg／L、次生林氨氮輸出濃度下降為0.741mg／L。這種不同的結果是由于在農業活動中人們向農地和人工林施加了氮肥，土壤氮素含量較高，這些氮肥并不能被植物全部吸收，殘留的氮素在降雨過程中隨泥沙進入徑流，融入水體，當降雨量加大時，雨水對土壤的沖刷也加大了，所以氨氮輸出隨降雨的加強而加大。而次生林和灌草叢受人為影響較小，土壤氮素含量較小，加之良好的植被覆蓋有力地截留了含氮泥沙，所以當降雨量加大時，雨水的稀釋作用大過于雨水的沖刷作用，徑流氨氮輸出濃度表現為下降的趨勢。

2.3 不同土地利用類型徑流小區徑流中的氮素輸出特點

2.3.1 總氮的輸出

不同的土地利用類型植被類型、植被覆蓋率、土壤結構等因素不同，這些因素的介入，使得農地、人工林、次生林、灌草叢4種土地利用類型的水文特征各不相同，也就造成了不同土地利用類型總氮輸出濃度的差異。

不同地類非點源污染物輸出量有明顯差異，植被類型不同，產生的徑流量和非點源污染物濃度也不同，因此非點源污染物輸出量就有明顯變化。由圖4可看出6月17日和8月13日總氮輸出濃度為農地最大，7月16日和9月27日總氮輸出濃度為人工林最大，8月26日為次生林最大，雖然從各月份數據看不出明顯的輸出規律，但從各地類的平均總氮輸出濃度可以看出，總體輸出規律為農地最大，人工林次之，再次是次生林，灌草叢最小。各地類年平均總氮輸出濃度為：農地6.567mg／L、人工林6.2722mg／L、次生林5.418mg／L、灌草叢3.869mg／L。由圖4可看出：次生林、灌草叢的總氮輸出濃度要小于農地和人工林的總氮輸出濃度。

總的來看，灌草叢、人工林等植被覆蓋度較好的小區總氮輸出量較小，農地小區由于植被覆蓋度較差，雨滴的打擊和沖刷作用使得總氮的輸出濃度大于其它地類。

2.3.2 氨氮的輸出

氨氮輸出受到降雨量的影響，在一定范圍內輸出濃度有隨著降雨量增加而增加的趨勢。隨著降雨量的增加，徑流中的氨氮輸出濃度也在加大。其實質是降雨量的增大，使得徑流對土壤的沖刷更加激烈，大量氨氮隨泥沙進入水體。由于不同的土地利用類型植被種類不同、覆蓋率不同、受農業活動影響程度不同，使得氨氮輸出呈現出不同的特征。

由圖5可以看出，不同的土地利用類型氨氮的輸出有一定規律，6月17日、8月13日、8月26日和9月27日氨氮輸出濃度為農地最大，人工林次之，之后是次生林，最小是灌草叢；7月16日氨氮輸出濃度為農地最大，次生林次之，之后是人工林，最小的是灌草叢。氨氮的年平均輸出濃度為：農地0.986mg／L、人工林0.8732mg／L、次生林0.7662mg／L、灌草叢0.5838mg／L。從氨氮的年平均輸出濃度可以看出不同的土地利用類型氨氮的輸出的總體規律為農地最大，人工林次之，之后是次生林，最小的是灌草叢。

土壤中的氨氮大部分隨徑流遷移，在相同的降雨條件下，農地的產流量是幾種土地利用類型中最大的，且受到人們農業活動中施肥的影響，因此農地的氨氮輸出濃度也是幾種土地利用類型中最大的。由于灌草叢、次生林和人工林的植被覆蓋度好于農地，且植被根系發達，這些條件都有力減輕暴雨的沖刷和固定了土壤，加之這些土地利用類型受到的農業活動影響較農地小，所以灌草叢、次生林和人工林的氨氮輸出濃度較低。

3 結論

通過對澄江尖山河小流域不同土地利用類型徑流小區的監測，并對地表徑流中氮的流失特征進行研究，發現隨著降雨量的增加，農地、人工林、次生林、灌草叢4種土地利用類型徑流中的總氮的輸出濃度在一定程度上也隨著增大。其中，總氮的輸出濃度：農地＞人工林＞次生林＞灌草叢；而隨著降雨量的增加4種土地利用類型徑流中的氨氮濃度變化的幅度都不大，次生林和灌草叢的氨氮輸出濃度沒有明顯的變化規律，但農地和人工林氨氮輸出濃度還是呈現了一定的變化規律，隨著降雨量的加大，農地和人工林氨氮輸出濃度有升高的趨勢。與此相反，次生林和灌草叢的氨氮輸出濃度隨著降雨量增大在降低，這是因為隨著降雨量繼續加大，雨水的稀釋作用大過于雨水的沖刷作用，造成了濃度的下降。而經過對比分析4種土地類型中總氮和氨氮的輸出濃度，發現灌草叢、人工林等植被覆蓋度較好的小區總氮和氨氮的輸出濃度較小，農地小區由于農業活動影響較大，植被覆蓋度較差，雨滴的打擊和沖刷作用使得徑流總氮和氨氮的輸出濃度大于其它地類。

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［10］張興昌，邵明安.黃土丘陵區小流域土壤氮素流失規律［J］.地理學報，2000，55（5）：617－625.

Abstract：The research is carried out to study the characteristics of the nitrogen loss in the surface runoff through monitoring the runoff under different land uses in Jianshanhe Watershed of Chengjiang.It shows that with increasing rainfall，the concentration of total nitrogen and ammonia nitrogen in the runoff are clearly rising up.Under the same conditions of the precipitation，the annual average concentration of the total nitrogen output for different land uses are as follows：farmland：7.955 mg／l，plantation：7.4886 mg／l，secondary forest land：6.9836 mg／l，shrub and grass land：4.5188 mg／l.The annual average concentration of the ammonia nitrogen output is as follows：farmland：0.8474mg／l，plantation：0.7286mg／l，secondary forest land：0.6514mg／l，shrub and grass land：0.4782 mg／l.The concentration of total nitrogen and ammonia nitrogen in the farmland is the most，followed by the plantation，and the secondary forest land is even less.The results also show that the water and soil are effectively conserved by the shrubs and the taller plants in the secondary forest，thus these lands produces less nitrogen.

The Output Characteristics of Nitrogen in Jianshanhe Watershed of Yuxi

SHAO Zhi，ZHAO Yong-bin，LI Hong-bo，WANG Fang
（Yunnan Hanlong Environmental Protection Technology Co.，Ltd，Kunming Yunnan 650034 China）

total nitrogen；ammonia nitrogen；small watershed；output characteristics；Jianshanhe；Yuxi

X52

：A

：1673－9655（2013）02－0058－05

2012－10－26