黃前水庫上游流域農(nóng)業(yè)非點源污染研究

程 凱，馬 睿，牛 勇

（1.泰安市水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站，山東 泰安 271000；2.山東農(nóng)業(yè)大學林學院，山東 泰安 271018）

農(nóng)業(yè)非點源污染是導致水環(huán)境惡化問題的關鍵因素之一，加劇了我國水資源供給失衡的現(xiàn)狀[1]。目前，大多數(shù)研究基于經(jīng)驗模型或機理模型進行流域非點源污染風險控制區(qū)劃，但對于下墊面極其復雜且數(shù)據(jù)缺乏的土石山區(qū)，基于模型的方法因需要大量數(shù)據(jù)進行參數(shù)率定及結(jié)果驗證而并不能被廣泛使用。因此，在特定地區(qū)探究徑流量和降雨特征與污染物之間的關系是研究流域非點源污染運移特征和污染風險的有效手段。

黃前水庫是泰安城區(qū)主要的供水水源地。水庫上游為山區(qū)，隨著經(jīng)濟和城鎮(zhèn)化水平的迅速發(fā)展，農(nóng)村生活和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來的非點源污染直接導致了可用水資源的供需矛盾，嚴重制約著當?shù)剞r(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展，并且對下游地區(qū)的生產(chǎn)生活造成潛在的風險。因此，開展黃前水庫上游流域農(nóng)業(yè)非點源污染物與水土流失影響因素等之間的相關性研究是十分必要的。

1 研究區(qū)概況

黃前水庫始建于1958 年，總庫容8 248 萬m3，水庫上游流域控制面積292 km2，屬低山丘陵區(qū)，流域形狀系數(shù)0.66，河網(wǎng)密度系數(shù)0.26，溝壑密度2.984 km/km2，主溝比降1.8%，為東北西南走向季節(jié)性河流，河源深切、侵蝕強烈[2]。

流域?qū)倥瘻貛Т箨懶园霛駶櫦撅L氣候區(qū)，多年平均氣溫為18.5 ℃，年平均降水量為790 mm。植被屬暖溫帶闊葉、針葉林，流域上游植被良好，森林覆蓋率40%～50%。土壤質(zhì)地類型主要是棕壤、沙壤，部分為黏土。地面出露面主要為花崗片麻巖風化層，侵蝕剝蝕巖溶構(gòu)造地貌，主河道兩岸農(nóng)業(yè)用地平均土層厚度大于1 m。水源主要由泰山、長清嶺和大青山3 條溪流匯聚而來，上游主要有麻塔河、石汶河、石屋志河和紅河等河流。

2 材料與方法

2.1 樣地設置

流域內(nèi)主要土地利用類型為經(jīng)濟林（以板栗核桃為主）和防護林，在其經(jīng)營活動過程中農(nóng)藥化肥的施用對區(qū)域污染物的遷移轉(zhuǎn)化起著決定性的作用。根據(jù)試驗需要和黃前水庫上游流域土地利用、植被類型和地面坡度的分布狀況，在流域內(nèi)選取4 個徑流觀測小區(qū)，徑流場（小區(qū)）的信息詳見表1。

表1 徑流小區(qū)基本信息表

2.2 試驗方法

徑流小區(qū)下方設置有流量監(jiān)測儀和水樣取樣器，每次降雨產(chǎn)流后由專人收集徑流小區(qū)下方集雨池內(nèi)的徑流量、水樣。徑流量由人工記錄，水樣由棕色玻璃瓶盛裝密封后送至實驗室進行污染物檢測，指標包括總氮、總磷、銨態(tài)氮、硝態(tài)氮等4 個指標，檢測方法分別為：總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法，總磷采用鉬酸銨分光光度法測定，銨態(tài)氮采用浸提-靛藍比色法測定，硝態(tài)氮采用雙波長紫外分光光度法測定。

3 結(jié)果分析

3.1 不同土地利用條件下降雨量對農(nóng)業(yè)非點源污染物的影響

1 號小區(qū)（地瓜）的全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均與降雨量成負相關關系（見圖1），當降雨量約為37 mm 時，產(chǎn)生徑流中全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量達最低；2 號小區(qū)（裸地）全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均與降雨量成負相關關系，當降雨量約為12 mm 時，全磷、全氮和硝態(tài)氮含量達到最低，銨態(tài)氮含量則在降雨量約為28 mm 時達到最低；3 號小區(qū)（板栗人工林）全磷、全氮和硝態(tài)氮含量與降雨量成負相關關系，銨態(tài)氮含量則與降雨量成正相關關系，即銨態(tài)氮含量隨降雨量的增加而增加。當降雨量約為37 mm時，全磷、全氮和硝態(tài)氮的含量最低，當降雨量約為6 mm 時，銨態(tài)氮含量最低；4 號小區(qū)（麻櫟人工林）全磷、全氮和硝態(tài)氮含量與降雨量成負相關關系，銨態(tài)氮含量與降雨量成正相關關系。

圖1 徑流小區(qū)各項測定指標與降雨量的關系

3.2 不同土地利用條件下降雨強度對農(nóng)業(yè)非點源污染物的影響

降雨強度是反映降雨事件特征的重要指標，通過影響地表徑流特征，對氮磷等農(nóng)業(yè)非點源污染物的運輸機制和規(guī)律造成影響。不同措施之間，降雨強度與各項測定指標含量關系同徑流場內(nèi)有無人為管護（如地瓜小區(qū)會翻耕，裸地小區(qū)會長期除草）、地表覆蓋物情況（種類、數(shù)量、厚度）等有較大關聯(lián)，導致氮磷等元素的運移和轉(zhuǎn)化過程等方面存在差異。試驗表明：1 號小區(qū)（地瓜）和2 號小區(qū)（裸地）的全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量均與降雨強度成正相關關系；3 號小區(qū)（板栗人工林）和4 號小區(qū)（麻櫟人工林）的全磷、全氮和硝態(tài)氮含量均與降雨強度成負相關關系，銨態(tài)氮含量與降雨強度成正相關關系。

3.3 不同土地利用條件下徑流量對農(nóng)業(yè)非點源污染物的影響

地表徑流是面源污染的主要載體，其產(chǎn)量大小會對土壤中的氮磷等元素的運移產(chǎn)生一定影響，然而區(qū)域內(nèi)作物冠層結(jié)構(gòu)、地表覆蓋、立地條件和管護措施等因素造成不同程度徑流系數(shù)差異，亦會導致農(nóng)業(yè)非點源污染物的流失總量不同。如圖3 所示，根據(jù)野外觀測和定量測定結(jié)果，4 種不同土地利用條件的徑流小區(qū)，其徑流量與全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮運移量均呈正相關關系，總體趨勢為全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的流失總量隨徑流量的增加而增加，以全氮流失量最大，其次為硝態(tài)氮、全磷和銨態(tài)氮。

圖2 徑流小區(qū)徑流量與各項測定指標含量的關系

以4 個小區(qū)全都產(chǎn)流的2017 年7 月19 日為例，各小區(qū)的全磷總量大小關系為1 號>4 號>3 號>2 號，全氮與硝態(tài)氮總量大小關系均為1號>3 號>4 號>2 號，銨態(tài)氮總量大小關系為3號>4 號>1 號>2 號；而從 2017 年 7 月 5 日產(chǎn)流來看，各小區(qū)的全磷和銨態(tài)氮總量大小關系為3號>1 號>4 號>2 號，全氮總量大小關系為1 號>3號>4 號>2 號，硝態(tài)氮總量大小關系為1 號>3號>2 號>4 號。

連續(xù)降雨條件、相同降雨特征下，1 號小區(qū)（地瓜）的全磷流失量相對于其他3 個小區(qū)更大；3 號小區(qū)（板栗人工林）和4 號小區(qū)（麻櫟人工林）因地表覆蓋物等原因，肥料中的銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化過程與其他小區(qū)不同，因此這兩個小區(qū)的銨態(tài)氮流失量相對于較大；但從全氮流失量來看，1 號小區(qū)（地瓜）大于3 號小區(qū)（板栗人工林），其次為4 號小區(qū)（麻櫟人工林）和2 號小區(qū)（裸地）。

4 結(jié) 論

1）不同降雨量條件下，4 個徑流小區(qū)的全磷、全氮和硝態(tài)氮運移量均與降雨量成負相關關系，地瓜小區(qū)和裸地小區(qū)的銨態(tài)氮含量與降雨量成負相關關系，但板栗人工林和麻櫟人工林小區(qū)的銨態(tài)氮與降雨量成正相關關系。

2）不同降雨強度條件下，地瓜小區(qū)和裸地小區(qū)的全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮運移量均與降雨強度成正相關關系，板栗人工林小區(qū)和麻櫟人工林小區(qū)的全磷、全氮和硝態(tài)氮含量與降雨強度成負相關關系，而銨態(tài)氮含量與降雨強度成正相關關系。

3）不同徑流量條件下，4 個徑流小區(qū)的全磷、全氮、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮運移量與徑流量呈正相關關系，以全氮流失量最大，其次為硝態(tài)氮、全磷和銨態(tài)氮；在連續(xù)降雨條件、相同降雨特征下，地瓜小區(qū)全磷、全氮、硝態(tài)氮流失量相對于其他3 個小區(qū)更大，板栗人工林小區(qū)銨態(tài)氮流失量最大。