野外模擬降雨條件下東江源臍橙果園產流試驗

劉明慶 席運官 汪貞

摘要：降雨徑流所引起的水土流失問題，是東江源頭區水污染的重要因素之一。通過野外模擬降雨試驗，研究了臍橙果園徑流產流規律以及覆草對果園產流產污的影響。研究結果表明，在相同降雨強度下，土壤初始含水率越高，產流越快，徑流產沙高峰期出現在0～50 min內，徑流總氮流失主要發生0～90 min內，之后趨于平穩；與裸地相比，果園覆草明顯延緩產流時間，徑流中泥沙流失量減少5.6%～69.1%，總氮流失減少4.2%～40.8%。研究結果可為東江源頭區臍橙果園水土流失與面源污染防治提供科學依據。

關鍵詞：東江源頭區；臍橙果園；模擬降雨；養分流失

中圖分類號： S157 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0420-03

東江源頭區是以山地、丘陵為主的地區，有“八山半水一分田，半分道路與莊園”之稱，范圍涵蓋贛州市定南、尋烏和安遠3縣，年均無霜期280～298 d，多年平均降水量1 526～1 700 mm。調查結果表明，東江源3縣以臍橙為主的果園種植面積達到5.76萬hm2，多數果園建立在丘陵山坡上，栽培初期3年內土壤裸露，水土流失嚴重。本研究通過果園人工模擬降雨試驗，研究東江源頭區果園不同地表覆蓋類型下降雨產流規律與土壤養分流失情況，為坡地果園水土保持、減少土壤養分流失提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 模擬降雨裝置

野外模擬降雨試驗采用QYJY-502型便攜式全自動人工模擬降雨器（西安清遠測控技術有限公司生產），有效雨滴降落高度為4 m，降雨均勻度大于80%，降雨面積15 m2。

1.2 試驗方法

模擬降雨野外試驗研究小區位于江西省定南縣龍塘鎮杏林農莊。該農莊是較典型的“豬-沼-果-魚”生態農業模式，實行山頂戴帽（水土涵養林），山腰開梯田種臍橙，山腳穿靴（防護植被帶），山凹建生豬養殖場，山底建魚塘，總面積為33.35 hm2。

選取農莊內2個天然等高種植帶，設置裸露和人工覆草2個試驗小區，每個降雨試驗小區為15 m2，周邊用薄鐵皮板圍成，小區下端安裝V型鐵皮導流槽和用以集水的徑流桶。試驗小區土壤粒徑組成和土壤基礎養分狀況見表1、表2，現場調查分析結果該區域為紅壤土。

2012年3月至2012年10月，按照當地降雨情況分4次，分別為2012-03-29、2012-05-16、2012-06-29、2012-10-21，標記為a、b、c、d進行模擬降雨試驗，每次設計雨強均為 50 mm/h，降雨歷時2.5 h。為了保證試驗的準確性，降雨在無風條件下進行，每次試驗前對雨強進行率定，并對降雨均勻性進行檢驗。在降雨試驗開始后，記錄產流時間，并定時接取徑流水樣。徑流監測指標包括pH值，化學需氧量（COD）、總氮（TN）、總磷（TP）、泥沙（SS）等。樣品分析方法：TN、NH4+-N含量測定采用水質流動分析儀（Skalar）測定；TP測定采用過鉬銻抗分光光度法；COD測定采用重鉻酸鉀法；pH值測定采用雷磁PHS-3C精密pH計；SS用0.45 μm濾膜過濾，再烘干稱重。

2 結果與分析

2.1 產流時間

降雨產流時間主要受到土壤初始含水率、植被類型、降雨強度、坡度等因素的影響[1-2]，關于產流時間與上述影響因素之間的函數關系，不同研究者所得結論不盡相同[3-5]。模擬降雨小區試驗中初始產流時間見表3。果園覆草后降雨產流時間主要取決于土壤初始含水率，二者呈線性關系，t=97139-3.760 7θ（r2=0.916 3），式中：θ為土壤初始含水率。與裸地狀態相比，果園覆草后初始產流時間延緩1.0～10.5 min，說明果園覆草可以有效延緩降雨產流，與相關報道[5]一致，因此從水土保持、改善生態環境、緩解養分流失的角度考慮，果園應提倡適當留草，避免地表裸露[6]。

2.2 模擬降雨地表徑流泥沙流失情況

果園地表在裸地和覆草2種土地利用方式下降雨地表徑流泥沙流失情況見圖1。從圖1可以看出，2種土地利用方式下降雨地表徑流的泥沙量均表現出逐步減少并趨于穩定的趨勢，原因是雨水擊濺產生大量分散的土壤顆粒，被土壤薄層水流運走，形成產流后的泥沙流失[7]。從圖1可以看出，降雨50 min內，徑流泥沙含量較高，隨著降雨的持續，降雨侵蝕趨于穩定，因而泥沙量也逐漸減少并趨于穩定。因此，山地果園集中匯集攔截初期雨水可有效控制降雨產流污染。與裸地相比，覆草能減少5.6%～69.1%的泥沙流失，有效緩解降雨對土壤的侵蝕作用，有利于防治水土流失。

2.3 模擬降雨地表徑流污染物濃度分析

2.3.1 總氮 裸地和覆草2種土地利用方式下地表徑流中的TN表現出逐步減少并趨于穩定的趨勢，與降雨 15 min 后相比，50 min時徑流水中總氮濃度減少37.7%～65.0%，90 min 時總氮濃度降低61.8%～88.7%（圖2）。覆草果園地表徑流中的TN濃度要比裸地情況下低4.2%～408%，表明果園覆草可以有效減少降雨導致總氮的流失。從4次試驗結果看，雨季地表徑流中TN濃度顯著降低。在旱季降雨時表層土壤中的總氮濃度較高，初期雨水徑流為劣V類水，但隨著雨季持續降雨，導致土壤中的總氮隨徑流、泥沙的流失或被雨水淋溶，使養分濃度逐漸降低，一直保持在地表Ⅳ類水標準。

2.3.2 總磷 大部分土壤對磷有較強的固定作用，使得磷在土壤剖面上的垂直遷移很微弱，從圖3可以看出，徑流水中總磷的濃度在0.007～0.141 mg/L，遠低于地表Ⅳ類水標準，說明總磷的損失主要隨泥沙流失為主。磷與土壤的吸附作用較強[2]，致使徑流泥沙中攜帶磷。

2.3.3 COD 土壤表層的養分遷移主要包括隨地表徑流的水相遷移和隨徑流沉積物相遷移等，徑流中養分流失受到土壤初始養分含量、土壤容重、土壤初始含水量、土地利用方式等顯著影響。4次果園模擬降雨試驗下裸地和覆草2種土地利用方式下地表徑流COD流失情況見圖4。2種情況下降雨地表徑流的COD出現逐步減少并趨于穩定的趨勢，覆草果園地表徑流中的COD普遍比裸地情況下的高，但降雨時間超過1 h后，COD濃度都在地表Ⅳ類水標準以內。

3 結論

通過野外人工模擬降雨過程，對同一雨強，不同季節不同土地利用方式下，東江源頭區臍橙果園產流時間、水土流失、養分流失的研究結果表明：（1）果園產流時間主要取決于土壤含水率，徑流泥沙與養分流失主要發生在降雨初期，東江源頭區果園水土與養分流失主要發生在汛期4—9月，尤其是5—6月。（2）果園地表覆草后能有效延緩產流，控制土壤養分流失，降雨徑流中泥沙流失量減少5.6%～69.1%，總氮流失減少4.2%～40.8%。（3）在東江源頭區應提倡果園地表覆草或適當留草，同時因地制宜利用溝、塘等匯集處理初期雨水，從而減少徑流泥沙和土壤養分流失，保持水土，保護東江源水環境。

參考文獻：

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[5]陳洪松，邵明安，張興昌，等. 野外模擬降雨條件下坡面降雨入滲、產流試驗研究[J]. 水土保持學報，2005，19（2）：5-8.

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