山核桃林坡地氮磷流失年動態規律初步研究

王 鶯，陸榮杰，吳家森，童志鵬，姜培坤

（1. 浙江農林大學 環境與資源學院 浙江 臨安 311300；2. 臨安市林業局 浙江 臨安 311300）

山核桃林坡地氮磷流失年動態規律初步研究

王 鶯1，陸榮杰1，吳家森1，童志鵬2，姜培坤1

（1. 浙江農林大學 環境與資源學院 浙江 臨安 311300；2. 臨安市林業局 浙江 臨安 311300）

2016年6月至2017年5月，在浙江省臨安市山核桃林閉合區底部溝壑出口處設置水土流失卡口，監測山核桃林坡面氮磷徑流的年動態變化。結果表明，（1）山核桃林坡面徑流量和降水量存在顯著的線性正相關（y = 1.351 0x + 126.040 5，R2 = 0.797 9），降水量越大，產生的徑流量越大；（2）徑流總氮（TN）濃度在2.50 ～3.21 mg·L-1，硝態氮（濃度變化幅度為0 ～ 2.26 mg·L-1，TN和濃度的在6－8月呈遞增趨勢，而后下降，并保持相對穩定；徑流氮元素濃度較高。（3）徑流總磷（TP）濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1，磷酸鹽濃度變化幅度為0.01 ～ 0.02 mg·L-1，徑流磷元素濃度較低。

山核桃；徑流；氮；磷；流失

Abstract:A monitoring station was established in May 2016 at the closed zone of Carya cathayensis stand on slope in Lin’an, Zhejiang province, and investigation was carried out during June 2016 to May 2017 on annual changes of nitrogen and phosphorus losses. The results showed that it had significant linear positive correlation between runoff and precipitation (y = 1.351 0x + 126.040 5, R2 = 0.797 9), meaning that the greater precipitation,the greater runoff. The range of total nitrogen (TN) was 2.54 - 3.47 mg·L-1, of the nitrate nitrogenconcentration was 0 - 2.79 mg·L-1. TN andconcentration increased during June to August, then declined and remained relatively stable. The concentration of N in runoff was determined higher. The total phosphorus (TP) concentration ranged from 0.01 to 0.09 mg·L-1, and phosphatefrom 0.01 to 0.02 mg·L-1. The concentration of P in runoff was determined lower.

Key words:Carya cathayensis; runoff; nitrogen; phosphorus; loss

山核桃Carya cathayensis Sarg.，是中國特有的珍稀干果和木本油料樹種，自然分布于浙、皖交界的天目山脈，現有種植面積9.30萬hm2[1-2]。20世紀90年代初，隨著人們生活水平的提高及對保健休閑產品需求的增加，山核桃產業的經濟效益明顯提高，極大地增強了農民培育山核桃的積極性，山核桃林下的灌木、草本被全面清除，水土流失加劇，地表土壤侵蝕程度在中強度以上[3-4]。

近年來，大量學者針對山核桃林地土壤進行了較多研究，吳家森等[5-7]系統研究了浙江省臨安市山核桃產區土壤有機碳的分布特征、集約經營和生草栽培對林地土壤有機碳及微生物功能的影響。柏兆海等、趙偉明等[8-9]對山核桃林地土壤的磷素狀況及其淋失風險進行了分析。蔣雯等[10]研究了山核桃林土壤養分的滲漏流失規律。小流域閉合區水土流失卡口監測站在一定尺度上完整地保持了自然降雨條件下的徑流流動，避免了徑流小區觀測放大林地侵蝕量的缺陷，是研究水土流失較為理想的方法，利用該方法研究山核桃林坡地徑流氮磷流失特征還未見報道。因此，本研究選取了典型山核桃林閉合區為研究對象，利用卡口監測站研究整個水文年中不同月份氮磷養分流失規律，為山核桃林地土壤水土流失監測和生態經營技術提供理論依據。

1 研究區概況和研究方法

1.1 研究區概況

研究區位于浙江省臨安市太陽鎮武村（119°17'' N，30°18'' E），屬于亞熱帶季風氣候，年平均氣溫16℃，年最高氣溫39℃，年最低氣溫-6℃，年降水量1 613.9 mm，降水主要集中在3－9月，其中3－6月為梅雨季節，7－9月主要受臺風影響產生暴雨，年無霜期為237 d。山核桃林密度450株·hm-2，地坡度25o，樹齡32 a，土壤主要是發育于板巖的巖性土，土層平均厚度30 cm，土壤pH 4.44 ～ 5.77，堿解氮71.51 ～ 96.33 mg·kg-1，有效磷1.02 ～ 3.77 mg·kg-1，速效鉀56.77 ～ 95.48 mg·kg-1，有機質2.42% ～ 5.70 %。常規經營管理，每年5月15日施用150 kg·hm-2復合肥，為安徽省司爾特肥業股份有限公司生產的硫酸鉀復合肥料，養分含量指標（N:+P2O5:+K2O≥45%，15:15:15），7－8月噴施除草劑，8月中旬進行人工除草，9月上旬采收。

1.2 研究方法

1.2.1 卡口監測站概況 徑流卡口監測站位于山核桃林“兩山夾一溝”的山谷底部，坡向西北，于2016年5月修建，同年6月正式啟用。卡口站隨山體高度修筑一高一低兩級水泥沉沙池，兩個沉沙池之間用水泥墻隔擋，一級沉沙池水泥墻隔擋徑流，進行初步沉降，水泥墻底部設置排水管用于后期排水；二級沉沙池水泥墻隔擋，用于蓄水，并在水泥墻體不同高度出水口處設置不同量程的水表記錄產生的徑流量。卡口監測站集水區面積為6.40 hm2。

1.2.2 降水量監測 降水量數據來源于臨安市氣象監測中心。

1.2.3 徑流樣品氮磷分析 2016年6月至2017年5月，每次降水后采集徑流樣品，帶回實驗室分析，將樣品分為2份，1份水樣不抽濾，用于測定總氮（TN）和總磷（TP）。TN采用堿性過硫酸鉀消解-紫外分光光度法，TP采用過硫酸鉀-鉬銻抗比色法；另一份過0.45 μm濾膜后測定硝態氮和磷酸鹽（。采用紫外分光光度法，采用鉬銻抗比色法。

1.2.4 數據處理 根據每次降水后的徑流量和徑流氮磷濃度，采用加權平均法計算出每月的氮磷平均濃度。采用Microsoft Excel 2007進行數據統計和處理，采用Origin 8.5對數據進行作圖分析以及采用Pearson法進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 山核桃林降水量與徑流量

2016年6月至2017年5月山核桃林地坡面徑流量和降水量如圖1所示。2016年6月和9月的降水量分別為327.10 mm和402 mm，顯著高于其他月份，該期坡面徑流量同樣也達到了最高值，分別為541.56 t·hm-2和637.18 t·hm-2。可見，降水量和徑流量存在顯著的相關性，徑流量的峰值均隨著最大降水量出現。2016年10月、11月、12月降水量連續減少，同時徑流量總體呈現遞減的趨勢，2016年12月至2017年3月降水量連續增加，徑流量總體呈現遞增趨勢。經Pearson相關分析表明，山核桃林坡面徑流量與降水量的相關性達顯著正相關（y =1.35x + 126.04，R2 = 0.81），降水量越大，產生的徑流越大。

圖1 山核桃林降水量和徑流量Figure 1 Precipitation and runoff of the tested stand

2.2 山核桃林坡面徑流氮素流失動態分析

2016年6月至2017年5月，山核桃林坡面徑流氮素濃度的月變化見圖2。從圖中可知，徑流TN濃度的變化范圍為2.50 ～ 3.21 mg·L-1，2016年6－8月，TN濃度連續增加到達峰值3.21 mg·L-1，9月后迅速減少；2016年10－12月濃度變化平穩，2017年2月TN濃度出現低谷2.54 mg·L-1，而后保持相對穩定。徑流濃度變化波動較大，總體在0 ～ 2.26 mg·L-1范圍內，2016年6月濃度最低，而后急劇上升，8月達到峰值2.26 mg·L-1，2016年8月至2017年5月，濃度呈現波動趨勢。

圖2 山核桃林坡面徑流氮素濃度的變化Figure 2 Monthly changes of N concentration in tested stands

圖3 山核桃林坡面徑流磷素濃度的變化Figure 3 Monthly change of P concentration in the tested stand

2.3 山核桃林坡面徑流磷素流失動態分析

2016年6月至2017年5月，山核桃坡面徑流磷素濃度的變化如圖3所示。在整個觀測期間，TP濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1。2016年6－9月，徑流TP濃度變化較大，6月TP濃度達到最大值0.09 mg·L-1，之后波動下降，2016年9－12月，TP濃度連續下降，2016年12月和2017年5月，TP濃度較低，其含量在0.01 mg·L-1左右。濃度變化較平穩，總體在0.01 ～ 0.02 mg·L-1范圍內。

3 結論與討論

（1）研究結果顯示，山核桃林地降水量和徑流量同時出現明顯的峰值，徑流量和降水量存在顯著的線性正相關，這與方楠等[11]的研究結果相同。以往對降水徑流關系的研究存在較大的差異，有報道顯示降水和徑流之間存在顯著指數相關性（R2= 0.84 ～ 0.88）[12]，潘杰[13]研究表明，月降水量和徑流量關系為非線性關系，但降水徑流相關關系良好（y = 0.000 9x2+0.373 9x－22.7，R2=0. 90），晏清洪等[14]則認為降水和徑流量之間存在正相關關系，并不能證明是指數關系，而本研究則表明降水量和徑流量存在顯著線性相關。可見，降水條件下徑流的產生受地域條件、土壤、植被等多種因素的影響，存在較大差異，無法用統一的模型進行模擬預測，對降水量和徑流量模型需要進一步的研究。

（2）徑流TN濃度在2.50 ～ 3.21 mg·L-1，6－9月為高溫多雨月份，徑流TN濃度呈現先增后減趨勢，其主要原因可能是7月降水量減少，8月在長期干旱的降雨初期氮濃度較高[15]，9月降水增加，徑流稀釋作用較強，TN濃度下降。以往對于徑流氮流失的研究中，稻田徑流TN濃度范圍在1.82 ～ 3.06 mg·L-1[16]，而雷竹（Phyllostachys praecox ‘Prevernalis’）林可達到3.82 ～ 6.82 mg·L-1[17]，存在很大差異，本研究結果位于兩者之間。濃度相對于TN變化趨勢更為劇烈，2016年6月徑流濃度極低，接近于0，之后急劇增加，8月達到2.26 mg·L-1，占TN濃度的70.30%，氮元素流失以為主，這與方楠等[11]的研究結果一致。2016年8－11月，濃度出現大幅度下降趨勢，并一直持續到2017年2月，2017年3月出現一個小峰值1.53 mg·L-1，隨后小幅度下降，而后保持相對穩定。可見，TN和濃度的變化趨勢大致相似，但的濃度更易受環境影響，變動較大。2016年6月TN和濃度均較低，可能原因是5月施肥后，山核桃正處于生長期，對氮元素需求較大，化肥分解轉化過程復雜，周期較長，隨徑流流失較少，7月下旬之后，林農噴施農藥，進行大面積人工除草，破壞了林地土壤表面覆蓋，打破了土壤穩態，導致微生物活動增強，氮元素形態由吸附態向游離態轉變，降雨條件下氮素隨徑流流失增強。

（3）徑流TP濃度變化范圍為0.01 ～ 0.09 mg·L-1，低于稻田徑流TP的平均最低濃度0.10 mg·L-1[16]和經濟林土壤徑流中TP濃度0.18 mg·L-1[18]。濃度變化幅度為0.01 ～ 0.02 mg·L-1，6－9月磷元素濃度變化較大，9月之后徑流流失的TP中以為主，可見，徑流磷元素濃度較低，其原因可能是林地土壤本身磷含量較低，加之2016年10月至2017年5月降水量偏少，同時土壤粘粒或者土壤碳酸鈣的吸附作用使磷酸根在徑流中流失較少。于5月施入林地的磷素隨著6月份的強降雨而流失，從而造成6月份徑流水中總磷含量達最高值（0.09 mg·L-1）。

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Preliminary Study on Annual Dynamics of Nitrogen and Phosphorus Losses at Carya cathayensis Stand on Slope

WANG Ying1，LU Rong-jie1，WU Jia-sen1，TONG Zhi-peng2，JIANG Pei-kun1

（1. School of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang A & F University , Lin’an 311300, China;2. Lin’an Forestry Bureau of Zhejiang, Lin’an 311300, China）

S664.1

A

1001-3776（2017）04-0077-05

10.3969/j.issn.1001-3776.2017.04.014

2017-03-11 ；

2017-06-09

浙江省水土保持監測中心項目（ZSSJ/CG-201603018）

王鶯，碩士研究生，從事水土保持研究；E-mail：1245587787@qq.com。通信作者：姜培坤，教授，從事土壤與環境學研究；E-mail：jiangpeikun@zafu.edu.cn。