哈尼梯田濕地水文特征研究

袁 夢

(西南林業大學 生態與水土保持學院，云南 昆明 650224)

1 引言

對生物圈整體來講，濕地具有舉足輕重的地位，它是“蓄水庫”，更是蓄水防洪的天然“海綿”，在儲蓄水、抵御洪水、調節徑流和補給地下水等方面發揮著巨大作用[1]。濕地是水質質量的重要調節器。濕地通過一系列水文過程和植物的吸收、固定、轉化使污染物降解，水體得到凈化，從而達到保護生存環境的目的。濕地水文是維系濕地發育演化的關鍵，是濕地發展的基礎[2]。濕地水文的研究是濕地研究的核心內容，是當前國內外濕地研究的熱點[3]。水是哈尼梯田濕地生態系統最重要的組成元素，貫穿整個濕地生態系統，學者們對哈尼梯田濕地結構以及降雨、徑流的研究很多，但對梯田蓄水和水質研究較少。本文通過對哈尼梯田濕地水文特征的研究，掌握濕地蓄水和水質變化規律，并對水質問題進行分析，為哈尼梯田的水資源管理和保護提供科學依據。

2 研究區概況

研究區設置在隸屬于元陽縣新街鎮的麻栗寨河流域全福莊小流域，地理坐標為102°43′～102°47′E，23°06′～23°08′N，占地面積約為1099.74 hm2，全福莊小流域擁有森林—村莊—梯田—河流四素同構的典型生態結構。海拔在1720～2073 m之間，相對高差353 m。屬亞熱帶山地季風氣候，干濕季分明又常年大霧，年均相對濕度為85%。黃壤、黃棕壤是研究區內主要土壤類型，土層厚度約100 cm左右。

3 研究方法

分別于2017年7月(雨季)和2018年1月(旱季)對全福莊小流域下方的梯田進行抽樣調查，在上、中、下部位隨機選取50塊梯田進行田埂高度、寬度、梯田水深等數據測量。隨機選取20塊土埂梯田，采用TDR(time domain reflactometry)水分測定儀測量梯田田埂土壤含水量。主要測埂下20 cm 土壤含水量、埂下40 cm土壤含水量和埂下60 cm土壤含水量。

根據哈尼梯田水系流向從上到下依次選取在森林、村寨和梯田分別隨機選取3個水樣，采集的水樣用濃硫酸調節pH值至1～2，并保存在4 ℃低溫保溫箱中帶回學校實驗室進行水質測量。水質檢測主要包括pH值、COD、氨氮、硝氮、正磷酸鹽、總磷、總氮等7個指標，分別采用pH試紙比色法、重鉻酸鹽法、酒石酸鉀鈉分光光度法、酚二磺酸分光光度法、鉬酸銨分光光度法；鉬酸銨分光光度法以及堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法進行水樣測定。

4 結果與分析

4.1 梯田蓄水量

哈尼梯田典型田塊的土壤主要為黃紅壤，黏粒含量在20%～45%之間，透水性差，所以蓄水性良好。典型田塊內常年蓄水。成千上萬的蓄水田塊組成了濕地，使高山變良田。

4.1.1 梯田地表蓄水量

梯田蓄水分為地表蓄水和地下蓄水。地表水指從水面到梯田土壤表面的明水，地下蓄水主要指土壤含水量。通過野外調查，可得梯田結構數據，旱季如表1所示，雨季測量數據見表2。

田埂具有保持水土和蓄水的功能，哈尼梯田田埂的平均寬度在0.4 m左右，由于海拔、坡度、坡向等自然因素以及田埂高度等人為因素的不同，田塊之間蓄水深度差距較大，在抽取的樣地中，水深最大值31.3 cm，最小值為0。調查分析結果顯示，梯田蓄水深在旱季和雨季差距較大。在旱季梯田蓄水深平均值為9.4 cm，雨季梯田蓄水深平均值為20.7 cm，研究區梯田面積1798571 m2，因此，旱季梯田地表蓄水總量為169065.67 t，雨季梯田地表蓄水總量可達372304.2 t，哈尼梯田是一個天然的大型蓄水庫。

表1 旱季梯田結構特征

田埂具有保持水土和蓄水的功能，哈尼梯田田埂的平均寬度在0.4 m左右，由于海拔、坡度、坡向等自然因素以及田埂高度等人為因素的不同，田塊之間蓄水深度差距較大，在抽取的樣地中，水深最大值31.3 cm，最小值為0。調查分析結果顯示，梯田蓄水深在旱季和雨季差距較大。在旱季梯田蓄水深平均值為9.4cm，雨季梯田蓄水深平均值為20.7 cm，研究區梯田面積1798571 m2，因此，旱季梯田地表蓄水總量為169065.67 t，雨季梯田地表蓄水總量可達372304.2 t，哈尼梯田是一個天然的大型蓄水庫。

表2 雨季梯田結構特征

4.1.2 梯田地下土壤蓄水量

哈尼梯田常年蓄水，很難直接采集地下土壤測土壤含水量。所以用田埂不同土層含水量，近似取代其對應田塊的土壤含水量。田埂分為土埂和漿砌石埂，硬質土埂不能測量，所以本文所用的田埂數據都是土埂。用環刀法測田埂土壤容重。TDR水分測定儀測量的梯田田埂土壤含水量的數據如表3所示。

通過分析計算埂下20 cm、40 cm和60 cm的土壤含水量，可以得出梯田田埂埂下0～60 cm的平均土壤含水量為40.67%。說明田埂的濕度較高，梯田地下蓄水量大。梯田土壤蓄水量可按下式計算：

W=0.1h×d×w

(1)

式(1)中W為土壤蓄水量(mm)；d為土壤容重(g/cm3)；h為土層深度(cm);w土壤含水量(%)。

田埂土壤平均容重為1.028 g/cm3，哈尼梯田地下0～60 cm土壤單位面積蓄水量為250.85 mm。梯田面積為1798571 m2，所以梯田土壤蓄水量為451176.1 t。梯田總蓄水量包括田埂圍蓄水量和梯田土壤蓄水量的總和，梯田旱季蓄水量最大值為620241.8 t，梯田雨季蓄水量最大值為823480.3 t。哈尼梯田蓄水功能強大。

表3 梯田埂下土壤含水量

4.2 水質分析

每種土地利用類型取3個水樣進行pH值、COD、氨氮、硝氮、正磷酸鹽、總磷、總氮7個指標測定，取平均值。測定結果如表4所示。

由表4可知森林、村寨、梯田三處的水質特點，分析測定的指標數值，總氮的濃度大于氨氮與硝氮濃度之和；正磷酸鹽的濃度數值小于總磷，水的pH數值呈現弱酸性。其中COD、氨氮、硝氮、總氮的最大值均出現在村寨；就森林來說，它的氨氮、總氮、正磷酸鹽、總磷的含量都是最低的；梯田水正磷酸鹽、總磷含量最高，COD、硝氮含量最低，氨氮、總氮含量處于森林和村寨之間。就氮濃度來講，這與閔慧琳[4]研究元陽梯田生態系統水氮時空分布特征時得出的氮濃度為村寨>梯田>森林的結果相似；與陸海明[5]研究橋水庫農業小流域氮濃度空間分布時所得出的村莊>耕地>森林的結果相似。與張汪壽[6]研究北運河下游灌區不同土地利用方式非點源氮素輸出規律時得到TN濃度為村莊>農田>林地的研究結果相似。

表4 水質分析

水質現狀關系著一個地區居民的生產生活質量，甚至影響著一個地區的發展。哈尼梯田四素同構的結構特征一直被譽為經典，從上到下森林、村寨、梯田、河流垂直分布，不同的土地利用類型之間水的質量差異明顯，在空間分布上不同類型的營養物質的累積濃度呈現出不同的特征。垂直結構決定了水從上方森林流出，經過植被、土壤的凈化，水質良好，后經溝渠流經村寨，由于人為活動，水質變差，被污染的水順著地勢流向梯田，梯田農作物的吸收讓水質有所改善。COD、氨氮、硝氮、總氮的最大值均出現在村寨，村寨是人們活動的場所，梯田上游來水流經村寨，混入了村民的生活污水，生活垃圾，牲畜糞便，導致含氮量增加，化學需氧量增加；就森林來說，它處于村寨上方，人為干擾比較少，相比村寨和梯田它的氨氮、總氮、正磷酸鹽、總磷的含量都是最低的；梯田水正磷酸鹽、總磷含量最高，這與作物生長過程中施加磷肥、噴打農藥有關，也與人們生活中大量使用洗衣粉，生活污水隨著溝渠流入梯田有關。

5 結論

(1)研究區梯田蓄水量包括梯田地表蓄水量和梯田土壤蓄水量，在旱季梯田蓄水深平均值為9.4 cm，單位面積蓄水量為0.094 t，雨季梯田蓄水深平均值為20.7 cm，單位面積蓄水量為0.207 t。研究區梯田地表蓄水總量旱季為169065.67 t，雨季蓄水總量可達372304.2 t。哈尼梯田地下0～60 cm土壤蓄水量為451176.1 t。梯田旱季蓄水量最大值為620241.8 t，梯田雨季蓄水量最大值為823480.3 t。

(2)通過對蒸發量、降水量等這些水文特征分析，徑流量和降雨量有關，但是降雨不是影響徑流的唯一因素；濕地結構和水文影響著濕地的水質，水流過森林—村寨—梯田，水質經歷了好—差—好的變化，森林水質最好，村寨質量最差；哈尼梯田水文聯通方式為森林—溝渠—梯田—溝渠—河流。