不同種植年限茶園土壤氮磷養分流失規律

鞏龍達，郭德浩，金樹權，呂軍，張奇春*

(1.浙江大學 污染環境修復與生態健康教育部重點實驗室，浙江 杭州 310058；2.寧波市農業科學研究院，浙江 寧波 310000)

隨著點源污染逐步得到控制，面源污染已成為我國流域環境污染中重點關注的問題之一。地表徑流是農業面源污染的重要輸出形式，而降雨、地形地貌和徑流狀況等因素影響地表徑流中氮磷的流失[1-2]。經過多年的研究，我們積累了關于農林養分對水體富營養化影響方面的數據[3-7]。但是，總的來看，雖然進行了不同土地利用類型下對氮磷流失的分析，對經濟林土壤地表徑流中氮磷的研究仍然相對較少，已有的研究主要是通過野外模擬降雨來實現[8]，所得研究結果難以與實際情況相比較。茶葉是我國重要的農業經濟作物。中國的茶葉種植面積大、產量高，種植面積和產量分別占全世界的60%和40%以上。由于茶園坡度較大，易受流水侵蝕，地表氮磷等營養鹽通過徑流而損失。相關研究表明，新墾和重建茶園在雨后導致土壤氮磷養分易隨水土流失，其養分流失的濃度與降雨量及強度密切相關[9]。氮是農作物生長主要限制因子，土壤氮素通過徑流進入水體易引起水體富營養化，其中坡耕地土壤氮素的流失約占總養分流失量的81.9%～93.4%[7]。李長嘉等[10]研究表明，種植2 a的茶園與種植4 a的茶園相比，徑流中總氮和總磷的流失量增加256.5%和110.8%。

伴隨著社會經濟的高速發展，許多茶園開始重建，或者由于產權變更進行改建。本研究針對不同種植年限茶園徑流土壤氮磷流失的動態規律進行了深入研究，以期對茶園的水土保持提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

橫溪水庫地處浙江省寧波市鄞州區橫溪鎮東南(29°44′30″N，121°36′32″E)。流域內分布多種土壤類型，主要是紅壤和黃壤。低丘緩坡地主要分布著紅壤，在海拔550 m以上主要是黃壤。年降雨量為1 564 mm，主要集中于5—9月的梅雨和臺風季節。橫溪水庫流域內經濟林(茶園和果園)面積262.1 hm2，其中茶園主要分布在水庫的東側。由于各種原因，茶園于2015—2017年進行了翻新重建，試驗茶園的坡度為15°，西南朝向，土壤pH為4.56，全氮1.78 g·kg-1，全磷0.80 g·kg-1，有機質3.9%，堿解氮185 mg·kg-1，速效磷15 mg·kg-1，速效鉀47 mg·kg-1。

1.2 處理設計

試驗開始于2018年3月，在茶園中建立徑流小區。小區面積為9 m×4 m，加上延伸的V形區域面積共40 m2。徑流場主要由集流區、攔水邊墻和徑流池等部分組成，攔水邊墻用適當厚度的塑料板或白鐵皮等建成，挖掘寬20 cm、深30 cm溝安裝，其中埋深30 cm，露出地面20 cm。徑流池位于徑流場的下方，用于承接徑流場產生的徑流，對徑流池的開口添加鐵絲網，以防止生物的進入。

1.3 樣品采集與測定

1.4 數據處理

所用數據和作圖采用Excel 2010，統計分析用SPSS 20.0進行。徑流小區氮磷養分的年流失量計算公式如下：

式中，Li為小區徑流或泥沙中某養分指標年流失量(mg)，Ci為第i次降雨該養分指標的濃度(mg·L-1)或含量(g·kg-1)，Qi為第i次降雨的徑流量(L)或泥沙流失量(g)。

2 結果與分析

2.1 不同種植年限茶園地表徑流和泥沙流失量

通過對徑流和泥沙流失量的分析，可以看出種植1、2和3 a茶園的年徑流量分別為229.1、208.6和224.6 m3·hm-2(表1)。其中種植1 a茶園徑流量高于種植2 a和3 a茶園，但差異不顯著。而且種植1 a的茶園泥沙流失量也較多，種植2 a和3 a的茶園沒有產生泥沙流失，說明種植1 a的茶園比種植2 a和3 a的茶園更容易發生水土流失。可能是由于種植時間短的茶園土壤比較疏松，另外茶樹生長不完全、根系不深、樹冠未形成、覆蓋面積小，使得重建茶園土壤更易遭受降雨侵蝕，加劇水土流失[11]。此外，由于各個徑流小區的坡向略有差異，因此，其侵蝕方式和侵蝕強度也不同，也可能造成徑流和土壤氮磷養分流失的空間差異[12]。

表1 不同種植年限茶園徑流和泥沙的流失量

2.2 不同種植年限茶園地表徑流各形態氮流失量

表2 不同種植年限茶園地表徑流氮素形態流失量

圖1 不同種植年限茶園地表徑流氮濃度變化

2.3 不同種植年限茶園地表徑流各形態磷流失量

土壤地表徑流磷素的流失總量(TP)主要有可溶態-P和顆粒態-P組成。從表3可以看出，不同種植年限茶園土壤徑流可溶態-P流失量未表現出顯著性差異。種植1 a茶園的顆粒態-P流失量占到了磷素流失總量的73.2%，且明顯高于種植2 a和3 a的茶園，這可能與不同種植年限茶園中泥沙的流失不同有關。通過對地表徑流磷素流失總量(TP)的計算，結果表明，種植1 a茶園徑流TP流失量(0.157 kg·hm-2)，與種植2 a(0.062 kg·hm-2)和3 a的茶園(0.057 kg·hm-2)相比較均有所增加。但種植2 a和3 a茶園之間無顯著性差異，說明相比于種植2 a和3 a的茶園，新建茶園易發生地表徑流磷的流失。

表3 不同種植年限茶園地表徑流各形態磷流失量

不同種植年限茶園自然降雨形成的徑流中TP濃度變化見圖2。TP的范圍在0.004～4.134 mg·L-1，不同種植年限茶園TP濃度的變化趨勢相似，分別在6月、8月和10月達到峰值，這主要與施肥時間和臺風時間有關。總體來看，種植3 a的茶園由于覆蓋度較好，水土流失不明顯，TP濃度隨時間的變化較為穩定。

圖2 不同種植年限茶園地表徑流磷濃度變化

3 小結

相比于種植2 a和3 a的茶園，重建茶園(種植1 a的茶園)地表徑流量大，且明顯發現了泥沙的流失，因此，重建1 a后茶園的水土流失更嚴重。

各次自然降雨條件下茶園地表徑流中氮濃度變化極大。土壤氮素徑流流失的主要形式為硝態氮。相比于種植2 a和3 a的茶園，重建茶園(種植1 a的茶園)地表徑流硝態氮量增加，說明茶園中的硝態氮更容易隨徑流流失。

各次自然降雨條件下茶園地表徑流可溶態-P流失較為穩定，不同年限種植茶園之間無顯著性差異。相比種植2 a和3 a茶園，1 a茶園TP流失總量分別增加了153.2%和175.4%，而且在1 a茶園中總磷流失的73.2%屬于顆粒態-P，因此，顆粒態-P決定了茶園地表徑流TP的流失。

綜上，種植1 a的茶園地表徑流和徑流氮磷、泥沙量均高于種植2 a和3 a的茶園，表明重建茶園初期土壤養分流失嚴重，應做好重建茶園初期的水土防護，從而降低重建茶園的面源污染的風險。