基于R語言的非點源顆粒態磷指數構建及應用——以丘陵紅壤區小流域為例

蘇靜君,趙洪濤,3*,焦茹媛,房志達,楊曉晶,5,李敘勇,3

基于R語言的非點源顆粒態磷指數構建及應用——以丘陵紅壤區小流域為例

蘇靜君1,趙洪濤1,3*,焦茹媛2,4,房志達1,楊曉晶1,5,李敘勇1,3

(1.中國科學院生態環境研究中心,城市與區域生態國家重點實驗室,北京 100085；2.中國科學院生態環境研究中心,環境水質學國家重點實驗室,北京 100085；3.中國科學院大學研究生院,北京 100049；4.中國科學院生態環境研究中心(義烏)長三角中心,浙江 義烏 322000；5.蘭州交通大學環境與市政工程學院,甘肅 蘭州 730070)

以南方丘陵紅壤區典型小流域為例,構建了基于R語言的流域非點源顆粒態磷污染指數并進行應用.結果表明,(1)流域土壤侵蝕模數在0.7~15244.2t/(km2·a)之間,超出南方丘陵紅壤區容許土壤侵蝕量的區域占流域面積59%;平均非點源顆粒態磷產生強度為0.86kg/hm2,超出非點源磷流失閾值的區域占流域面積14%.流域侵蝕等級以微、輕度為主,但中度及以上強度區域以較小的面積(7.2%)貢獻了較大比例的流域侵蝕產生量(35%)和輸出量(43%)、以及非點源顆粒態磷輸出量(31%).(2)識別的關鍵源區占流域面積14%,貢獻了65%和58%的侵蝕土壤和顆粒態磷輸出負荷;主要分布在近河道的坡地(<25°,水文距離￡800m),林地、耕地、園地是主要土地利用類型組成.(3)過量施肥導致的土壤磷素富集、強降雨條件下低丘緩坡地帶的高易蝕性是關鍵源區形成的主因.研究進一步對關鍵源區進行分類分區,提出了以水土保持、配方施肥、工程治理為核心的非點源顆粒態磷污染治理組合措施. 研究為丘陵紅壤區流域非點源顆粒態磷污染的防治提供了較為系統完善的思路.

R語言；丘陵紅壤區；非點源顆粒態磷；關鍵源區；分區分類治理

控制陸地非點源磷向水環境的輸入是遏制水體富營養化的關鍵[1].隨著點源污染逐漸被控制,非點源污染問題日益凸顯.在我國,非點源磷流失可達水體總磷負荷的67.4%,且以顆粒態輸出為主[2].非點源磷污染因時空異質性強、遷移路徑和數量不確定,導致治理和管理難度大.流域內較小面積的景觀或地理單元往往是整個流域非點源磷污染負荷的主要貢獻來源,對受納水體水質起著決定性的作用,成為非點源磷污染的關鍵源區[3].因此,識別非點源磷流失的關鍵源區是經濟有效控制整個流域磷污染的重要前提[4].

磷指數是一種通用的非點源磷流失風險評估模型,通過對影響磷養分流失的因子(如源因子、遷移因子)及其相互作用進行評估以表征養分流失至水體的潛在風險,并以此風險的高低為依據判定養分流失的關鍵源區,可以幫助確定養分管理措施的具體實施位置,支持流域磷素管理和規劃的決策[5-6].磷指數結構相對簡單、受到數據需求的制約較小,且具有一定的科學基礎[7-8],已經被廣泛用于歐美部分國家的農業非點源污染監管、措施配置、環境糾紛法庭裁決等方面.其在我國的研究及應用起步較晚,但發展較快,在構建方法及關鍵源區識別方面取得了較多的進展[9-16],然而對關鍵源區的問題解析和治理對策制定缺乏較為系統深入的梳理和考量,在指導具體實踐的時候仍然缺乏目標性和可操作性.

在我國南方丘陵區,強降雨觸發的土壤侵蝕及養分流失問題異常突出[17].有研究指出植被保護、水土共治是保障該典型區域河庫水質的根本[18].巖口水庫是浙江省義烏市最重要的飲用水源地之一.五水共治1.0期間(2013~2019年)點源向巖口水庫的輸入逐漸得到控制,但農業非點源和內源污染尚未得到妥善的解決,導致水庫磷水質不能穩定達標.顆粒物作為銜接磷在陸-水-沉積相的重要載體,其對磷在水體中的行為及效應具有重要的意義.顆粒態磷雖然不具備即時的生物或藻類有效性,但是會沉積在下游水體成為重要的內源[19].巖口水庫流域處于南方典型紅壤區,其陸地土壤富含鐵化合物的特性勢必使得侵蝕顆粒在沉積后轉化為湖庫內源的風險提升.因此本研究將以巖口水庫流域為案例區,聚焦于農業非點源顆粒態磷的流失,構建基于土壤侵蝕方程的流域顆粒態磷流失指數,評估非點源顆粒態磷流失風險并識別關鍵源區,為巖口水庫磷水質的改善和工程、非工程措施的實施提供決策參考.

1 方法與材料

1.1 案例區概況

圖1 巖口水庫流域示意

圖2 巖口水庫流域高程(a)、坡度(b)及土地利用類型分布(c)

巖口水庫流域位于浙江省義烏市上溪鎮巖口村、錢塘江流域東陽江支流航慈溪的上游,由4條支流組成,集水面積約55.6km2(圖1).流域地處亞熱帶季風氣候區,多年平均氣溫17.1℃;1971~2018年多年平均降雨量1394mm,多集中在3~6月,占全年降雨量53%左右,7~8月有臺風暴雨和雷陣雨,占全年降雨量的18%左右.流域地形以低山丘陵為主,海拔在83~824m之間,坡度在25°以上的面積占流域面積22%(圖2).土地利用類型主要為林地(76.4%),其次是耕地及園地(21.7%),村鎮最少(1.9%).林地主要森林類型包括針葉林、闊葉林、針闊混交林、灌木林等(圖2);義烏紅桃是主產果品.流域土壤主要為紅壤類黃筋泥,占比達75%以上,其次還有粗骨土類石砂土和庫周少量紫砂土[20].顆粒組成以砂粒為主(33%~ 62%),其次是壤粒(25%~38%)和黏粒(12%~36%).

1.2 流域非點源顆粒態磷污染指數構建

土壤侵蝕是非點源顆粒態磷流失的關鍵遷移路徑,其程度受降雨、土壤質地、地形、土地利用方式及植被覆蓋的綜合影響,通常采用通用土壤流失方程(USLE)[21]或其修訂方程(RUSLE)[22]計算的土壤侵蝕模數來表征.由于降雨徑流對地表土壤顆粒選擇性沖刷,侵蝕的土壤顆粒多由小粒徑組成,較源土壤磷含量呈明顯的富集效應[2].本研究非點源顆粒態磷污染指數的構建以土壤侵蝕方程為核心,同時考慮顆粒態磷傳輸的富集效應和泥沙輸移比,系列公式如下.

PPI =× ER × TPsoi× SDR× 0.00001(1)

式中: PPI為非點源顆粒態磷指數, kg/hm2;為RUSLE計算所得年土壤侵蝕模數, t/(km2?a);ER為侵蝕顆粒的養分富集系數,無量綱;TPsoi為土壤全磷含量, mg/kg;SDR為泥沙輸移比.

= 100 ××× LS ××(2)

式中:為降雨侵蝕力因子,MJ?mm/(hm2?h?a);為土壤可蝕性因子, t?hm2?h/(hm2?MJ ?mm); LS為坡長坡度因子;為植被覆蓋因子;為水土保持措施因子.

降雨侵蝕力因子反映了由降雨引起土壤侵蝕的潛在強力,是評價降雨對土壤剝離、搬運、侵蝕的動力指標.本研究采用基于浙江代表性水土保持站長期觀測結果構建的月降雨量侵蝕力復合因子模型[23]估算流域年降雨侵蝕力,表達式如下:

式中:m為月降雨侵蝕力, J?mm/(m2?h);mer為月侵蝕性降雨量,mm;mer為月侵蝕性降水日數, d,分別代表某月日降雨量312.7mm的總降雨量和降雨天數;m為月降雨總量, mm;D為日降雨量30.6mm的降水日數, d;3m為某月降雨量最大3日的雨量之和, mm;Z為某月最大日雨量, mm.若某月有至少一天日雨量312.7mm,采用公式(3)中(A)式估算R;若某月日雨量均未超過12.7mm,采用(B)式估算R;若某月無降雨或所有日降雨量小于0.6mm,m值取0[23-24].年降雨侵蝕力為各月降雨侵蝕力之和乘以單位修正系數0.01[23-24].由于研究流域面積較小,未考慮降雨空間差異性,采用的年降雨侵蝕力為依上述公式計算所得的多年平均值3725MJ?mm /(hm2?h).

土壤可蝕性因子值參考侵蝕/生產力影響模型(EPIC)經驗公式,利用土壤粒徑組成和有機質含量估算[25].為美制單位,乘以0.1317轉化為國際制單位(t?hm2?h/(hm2?MJ?mm))[26].

式中:SAN、SIL、CLAY分別為土壤的砂粒(0.050~ 2.000mm)、粉粒(0.002~0.050mm)、黏粒(<0.002mm)含量,%;為土壤有機碳含量, %,可由土壤有機質含量除以1.732即可轉換,SN11-SAN/100,%.

坡長坡度因子LS的計算參考Moore算法[27], 該算法中坡長因子用單位匯水面積替代,適合用于模擬復雜的地形地貌條件.利用Saga GIS軟件地形模塊對流域DEM進行填洼及坡長坡度因子提取[28].具體公式如下:

式中:、分別為0.4和1.3,s是單位匯水面積, m2/m,由D8單流向算法[29]計算得到;為用弧度表示的坡度.

植被覆蓋程度是影響水土流失的重要因素之一,它是侵蝕動力的抑制因子,起著保持水土的作用.植被覆蓋與管理因子值為實際植被狀態和經營管理條件下土壤流失量與裸露連續休閑地的土壤流失量之比,界于0~1之間,植被覆蓋度越高,值越小.代表水土保持因子,是采取水土保持措施后土壤流失量與順坡種植時的土壤流失量比值;值界于0~1之間,值越大則相對土壤流失率越高.分析流域土地利用類型和地面植被覆蓋狀況,參考國內外相關研究對、因子進行賦值(表1).

表1 不同土地利用類型C、P因子賦值

磷富集系數(ER)通過以下公式獲得[2,30].

式中:為RUSLE計算所得年土壤侵蝕模數, t/ (km2?a).

土壤磷水平及施肥情況代表流域非點源磷流失的主要源因子.由于缺乏土壤全磷含量,本研究基于以下公式利用土壤表層有機質含量(OMsoi, %)和速效磷含量(OlsenPsoi, mg/kg)估算了土壤全磷含量[30].

泥沙輸移比(SDR)根據Ferro等[31]提出的公式計算.其假設空間某單元被侵蝕的土壤進入水體的比例與其在地表徑流推動下進入水體所需的時間成正比,傳遞時間與遷移路徑的長度成正比,與路徑上各單元的坡度平方根成反比,公式如下.

式中:是一個流域特異參數并通常被認為是一個常數,l和S是徑流路徑上空間單元的長度及坡度.

非點源顆粒態磷污染指數的構建基于R語言編程,利用了空間分析包sf、raster、rgdal、tmap中讀取、處理、計算、可視化空間數據的相關函數[32-35].數據源包括研究流域2015年土地利用類型柵格、數字高程模型、土壤類型圖及屬性(有機質含量、顆粒組成、速效磷)、東陽江義烏站2013~2018年逐日降雨量.其中,土壤類型圖及有機質含量、顆粒組成柵格數據來自于FAO 1:100萬土壤數據庫,土壤速效磷含量來自當地村級土壤調查數據,利用泰森多邊形進行空間插值生成GIS柵格.指數模型的柵格計算單元大小為30m′30m.

2 結果與討論

2.1 流域非點源磷流失關鍵影響因子

圖3 巖口水庫流域非點源顆粒態磷流失關鍵源因子及遷移因子

由于土壤磷水平與徑流磷含量具有良好的相關性,國際通用土壤測試磷(例如Mehlich3-P、Bray-P、OlsenP等)來評估土壤磷受降雨徑流沖刷的風險高低.圖3顯示研究流域土壤速效磷含量范圍為35~200mg/kg.我國第二次土壤普查結果表明當有效磷含量等于或高于20mg/kg時土壤磷素含量較豐,且一般情況下土壤有效磷含量大于15mg/kg就能滿足作物高產的需求[36].英國洛桑實驗站結果表明土壤有效磷含量在25~60mg/kg即可保證作物產量同時防止水環境污染[37],我國一些研究得出的相應土壤有效磷閾值為20~40mg/kg[38].巖口水庫流域土壤OlsenP僅有43%介于0~40mg/kg之間;另有研究報道義烏紅桃主產區桃園土壤有效磷最高可達412.5mg/kg,平均值為134.3mg/kg[39].這表明研究流域絕大部分土壤磷含量遠遠超出作物生長需求,存在極高的徑流沖刷流失或淋失風險.圖3同時也顯示了流域土壤侵蝕方程主要因子的空間分布.其中土壤可蝕性因子空間變異相對較小,植被覆蓋因子、水土保持因子和泥沙輸移比則呈條帶狀集中分布在4條支流的河岸及河谷地帶,由因子值的高低可以判斷出該區域植被覆蓋相對較差、有一定水土保持措施、但具有較高的河道連通性(圖3).

2.2 流域土壤侵蝕量及非點源顆粒態磷流失量

研究流域地處南方紅壤丘陵水蝕區,其土壤侵蝕模數在0.7~15244.2t/(km2×a)之間,平均值為985t/ (km2×a).根據水利部發布的SL190-2007《土壤侵蝕分類分級標準》[40],南方丘陵紅壤區容許土壤流失量為500t/(km2×a),研究流域超出此容量限值的區域占流域面積59%.非點源顆粒態磷平均輸出強度為0.86kg/hm2,超出非點源磷流失閾值(2kg/hm2)[41]的區域占流域面積14%.這表明研究流域的土壤侵蝕及與之密切相關的非點源顆粒態磷的流失仍有較大的治理空間.由圖4、表2可知,微度和輕度侵蝕區占流域面積90%以上,貢獻了流域侵蝕產生量的66%和輸出量的56%,以及非點源顆粒態磷輸出量的69%;中度、強度、極強度侵蝕區以流域7.2%的面積貢獻了流域侵蝕產生量的35%和輸出量的43%、以及非點源顆粒態磷輸出量的31%,表明局部地區具有侵蝕土壤和顆粒態磷強烈輸出的特征;劇烈侵蝕區域的面積及貢獻幾乎可以忽略(表2).從空間分布看,土壤侵蝕中高風險區和非點源顆粒態磷高風險區均分布在上游4條支流的沿岸區域(圖4).將土壤侵蝕模擬結果與浙江丘陵區土壤侵蝕相關研究[24,42-43]及義烏當地水保規劃相關數據進行了驗證比較,發現模擬結果基本符合實際侵蝕情況,結果較為合理.

圖4 流域土壤侵蝕等級及非點源顆粒態磷輸出強度的空間分布

表2 流域土壤侵蝕及非點源顆粒態磷流失情況

2.3 土地利用類型、地形、水文距離對流域土壤侵蝕和非點源顆粒態磷流失的影響

土地利用類型、地形及距離是影響非點源污染物的產生、遷移和消減的主要因素[44].本研究中耕地及園地具有輕度到強度的土壤侵蝕等級和較高的非點源顆粒態磷輸出強度(2.9~5.2kg/hm2),草地次之,林地最小(表3).農業用地非點源顆粒態磷輸出強度與浙江平原河網區觀測的農田徑流顆粒態磷年流失強度(4.01kg/hm2)在同一量級[45],這也表明本研究的模擬結果較為合理.盡管耕地和園地占流域面積相對較小(15%),卻貢獻了40%以上的土壤侵蝕和非點源顆粒態磷輸出總量,是水土流失和非點源磷污染的重點控制區域,這與李嘉峻等[43]在浙江橫溪的研究結果較為一致.林地覆蓋流域70%以上的面積,對流域土壤侵蝕和非點源顆粒態磷輸出總量的貢獻也較為可觀,分別占45%和54%(表3).

根據水利部土壤侵蝕等級標準,將流域坡度劃分為6個等級.表4顯示隨著坡度增加土壤侵蝕模數增加,主要原因可能是地表徑流動能和侵蝕能力隨坡度遞增,但侵蝕土壤和顆粒態磷輸出強度隨坡度增加變化規律不明顯,總體呈微弱減少趨勢.8°~15°和15°~25°坡分布面積最廣,分別占流域面積29.3%和36.3%,其土壤侵蝕模數并非最大,但輸出了流域64%的侵蝕土壤和62%的非點源顆粒態磷.這與浙江省主要水土流失坡度的識別結果吻合,低丘緩坡地帶是浙江省主要的水土流失區[46].0°~5°坡地具有相對較高的土壤侵蝕和非點源顆粒態磷輸出強度(表4),主要原因可能有:(1)該區域內耕地及園地類型占比較大(35.7%),耕作活動較為頻繁,在強降雨條件下極易發生水土流失;(2)長期不合理施肥導致耕地及園地土壤富含磷養分;3)該區域多分布于距離河道較近的河谷階地,具有較高的水系連通性.

水文距離通常用來表征污染源到水體的連通率,距水體的距離越小,侵蝕土壤和磷越容易進入水體.表5顯示距離河道800m緩沖區累積了流域96%的侵蝕土壤和農業非點源顆粒態磷輸出量,因此在入河之前對污染物的有效攔截將極大減少污染物的入河通量并削減徑流污染物峰值濃度(表5).

表3 不同土地利用類型的土壤侵蝕及非點源顆粒態磷產生情況

表4 不同坡度的土壤侵蝕及非點源顆粒態磷產生情況

表5 不同水文距離的土壤侵蝕及非點源顆粒態磷產生情況

2.4 關鍵源區識別給非點源顆粒態磷污染治理的啟示

源頭削減、過程攔截和末端治理是當前公認的治理非點源污染的有效方略[47],然而實踐操作中往往對“哪里減、減多少、怎么減”缺乏一個清晰系統的認識.識別目標流域中非點源污染的關鍵源區,對其分區分類并解析各自貢獻,將有助于厘清治理目標和責任主體、配置有的放矢的措施,提升治理的成本效益比[48-50].

以水利部規定的南方紅壤丘陵區土壤侵蝕容許量500t/(km2?a)[40]、文獻報道的農業非點源磷流失閾值2kg/hm2為標準[41],識別出研究流域非點源顆粒態磷污染的關鍵源區6.4km2,占流域面積14%,貢獻了65%和58%的侵蝕土壤和非點源顆粒態磷輸出負荷.圈定的關鍵源區主要分布在25°以下坡、水文距離800m以內區域;林地、耕地各占3.5和2.5km2,園地面積相對較小(圖5).

對識別的關鍵源區按照坡度、水文距離和土地利用類型進行分區并提出針對性的控制建議,結果如圖6.第一類優先治理區為近河道低中坡耕種區(水文距離￡300m,0°~5°和8°~15°坡為主,面積2.5km2),田塊破碎化程度高,主要種植桃樹、玉米、蔬菜等,施肥量高,耕作活動較為頻繁,在發生強降雨時產匯流迅速,較易造成水土和養分流失.在調研過程中發現部分果園存在較為嚴重的土壤退化情況,可能與紅壤區土壤侵蝕易導致土壤退化和保水保土保肥能力下降有關,不利于作物高產[51].為維持作物產量農民往往施用高于作物需求的肥料量,然而過量施肥進一步加劇了土壤性狀的惡化、土壤養分累積和流失.因此對于此類區域的治理需要解決一個關鍵的管理問題,就是如何在農業生產中合理控制磷施肥量,既保障作物持續穩定高產又不造成環境風險或資源浪費[52].建議以補貼的形式推動常態化耕作區土壤肥力水平測試及風險評估,并在此基礎上決定是否需要在一段時間內禁施磷肥,或者按照科學配方施肥,同時輔以免耕、深施、使用緩釋磷肥等其它措施以更大程度降低源頭磷素流失.針對該區部分土壤板結嚴重、有機質低、保水保肥能力差的情況,需要結合施用有機肥或改良酸性土壤功能性肥料、秸稈還田、林下套種綠肥或其他林草等措施改善土壤通透性,提高土壤pH值及土壤肥力水平,達到增肥、改土、穩產目的.適用于這一區域的管理措施還有保護性耕作,根據蘭溪水土保持綜合試驗站徑流小區水土保持耕作措施效益的分析結果,在浙江紅壤坡地以水平開橫溝、等高耕作和梯田的減沙減水效益最好,且遞減速度以等高耕作和梯田最快[52].

圖5 流域非點源污染關鍵源區的水文距離、坡度、土地利用類型組成及其之間的關系

圖6 研究流域非點源磷污染優先治理區分區

第二類優先治理區是陡坡退耕還林區,主要為25°坡以上的園地,面積為0.07km2.一般來講,25°以上的陡坡地多由于侵蝕嚴重、土壤貧瘠不宜墾種.然而受到耕地資源緊張的限制,研究流域內在仍存在一定面積的陡坡種植,且林下植被稀疏、土壤退化較為嚴重.建議在25°坡以上耕地及園地全部退耕還林.

第三類是林地優先控制區,其分布的坡度和距離跨度均較大(5°~35°,50~800m,面積3.5km2),覆蓋一定面積的中度至極強度土壤侵蝕區.封山育林,稀疏林補植,密集林撫育間伐,裸露面治理,劣質林改造是建議的主要水土保持措施.

第四類為阻截關鍵源區污染物的工程治理區.工程性措施主要通過在特定點位開展工程措施建設,側重于對非點源污染物傳輸過程的攔截和受納水體的治理.已有學者對非點源污染的治理措施進行了詳盡的綜述[41,44].在實際操作過程中,需要基于詳實的資料數據,利用工程型管理措施的區域適用性特征指標體系進行措施類型和實施地址選擇;同時綜合考慮工程措施的信息可獲得性及應用普及程度、流域現有工程布局、流域水質達標削減需求,制定因地制宜、滿足水質達標且經濟的工程措施方案.

3 結論

3.1 流域土壤侵蝕以微、輕度為主,占流域面積90%以上,中度、強度、極強度侵蝕區占流域面積7.2%,超出南方紅壤丘陵區水土流失容量的區域占59%.非點源顆粒態磷平均輸出強度為0.86kg/hm2,高于非點源磷流失閾值(2kg/hm2)的區域占流域面積14%.

3.2 流域非點源顆粒態磷污染的關鍵源區有6.4km2,占流域面積14%,貢獻了65%和58%的侵蝕土壤和非點源顆粒態磷輸出負荷.主要分布在25°以下坡、水文距離800m以內區域;林地、耕地、園地是主要土地利用類型.過量施肥導致的土壤磷素積累、在強降雨條件下低丘緩坡地帶易發生水土流失是該流域非點源顆粒態磷流失關鍵源區形成的主要原因.

3.3 基于關鍵源區的識別,按照坡度、水文距離和土地利用類型進行了分區分類非點源污染的治理.25°以上坡地退耕還林、25°以下坡耕地及果園測土配方施肥、土壤改良與保護性耕作、林地水土保持是管控巖口水庫流域關鍵源區非點源污染、保護和提升下游水庫水質的關鍵舉措.未來將利用選址工具進行工程治理措施的類型和地址選擇,同時在明確流域水質達標削減需求和評估已有工程實施效果的前提下,制定因地制宜、滿足水質達標且經濟的工程措施方案.

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Identifying the critical sources areas of non-point particulate phosphorus based on an index approach in R: A case study in red soil hilly micro-watershed.

SU Jing-jun1, ZHAO Hong-tao1,3*, JIAO Ru-yuan2,4, FANG Zhi-da1, YANG Xiao-jing1,5, LI Xu-yong1,3

(1.Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；2.Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；3.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China；4.Yangtze River Delta Branch, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Yiwu 322000, China；5.School of Environmental and Municipal Engineering, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, China)., 2021,41(4)：1868~1877

This study developed a watershed-scale non-point source (NPS) particulate phosphorus (PP) index based on R statistical language and applied it in a red soil hilly subbasin. The results indicated that watershed soil erosion rates ranged from 0.7 to 15244.2 t/(km2·a), and 59% of the watershed area exceeded the regional soil erosion threshold. The average watershed NPS PP load was 0.86 kg/hm2and approximately 14% of the watershed area exceeded the NPS P loss threshold. Despite the fact that dominate soil erosions in the watershed were slight to mild, the small areas (7.2%) categorized as moderate to severe erosions contributed considerably larger shares to the total watershed loads of erosion and NPS PP loss (31%~43%). The critical sources areas (CSAs) for soil erosion and NPS PP loss were identified as 6.4 km2in area, mainly consisting of wood land, crop land and orchard land, which were adjacent to streams (￡800m) and with low to gentle slopes (<25°). The soil P enrichment due to excessive fertilization, as well as the high erosion potential facilitated the formation of these CSAs. The CSAs were further divided into zones according to land uses, hydrological distances and slopes, on which different management practices and strategies were recommended to target the erosion and NPS PP loss.

R；red soil hilly area；non-point source particulate phosphorus；critical source areas；subregion management

X522

A

1000-6923(2021)04-1868-10

蘇靜君(1982-),女,湖北宜昌人,助理研究員,博士,主要從事流域面源污染及磷的生物地球化學研究.發表論文20余篇.

2020-09-01

國家自然科學基金(41401590);中國科學院生態環境研究中心(義烏)長三角中心委托項目(20200060)

* 責任作者, 副研究員, htzhao@rcees.ac.cn