東江源臍橙種植區(qū)徑流污染生態(tài)攔截效應(yīng)

王濤 史曉燕

摘要：為有效控制東江源區(qū)果園面源污染，以某臍橙種植園為試驗(yàn)基地，采用徑流小區(qū)試驗(yàn)法，研究生草技術(shù)、植物籬技術(shù)及二者聯(lián)合對(duì)試驗(yàn)小區(qū)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽流失的生態(tài)攔截效應(yīng)。結(jié)果表明，與清耕法相比，試驗(yàn)小區(qū)采取自然生草后，徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度降低56.69%、48.11%、57.25%;種植馬纓丹植物籬后，徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度降低42.48%、45.45%、45.80%;試驗(yàn)小區(qū)采取自然生草+馬纓丹植物籬聯(lián)合措施后，徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度降低48.24%、61.17%、59.54%。研究表明，在東江源頭區(qū)，自然生草+馬纓丹植物籬聯(lián)合措施是控制果園徑流中氮磷營養(yǎng)鹽流失的有效途徑，可有效減輕果園農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)東江源區(qū)地表水環(huán)境的影響。

關(guān)鍵詞：東江源;臍橙;果園;農(nóng)業(yè)面源;徑流;植物籬;地表生草;攔截效應(yīng)

中圖分類號(hào)：X522 ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）11-0265-05

收稿日期：2019-06-12

基金項(xiàng)目：國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)（編號(hào)：2014ZX07206001）;江西省科技計(jì)劃（編號(hào)：20142BBF60027）;江西省青年科學(xué)基金（編號(hào)：20142BAB213025）。

作者簡介：王 濤（1981—），男，山東濟(jì)南人，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染防治研究。E-mail：maywoody@163.com。

通信作者：史曉燕，博士，副研究員，主要從事水污染防治研究。E-mail：sxyandyou@163.com。 ?東江是珠江三角洲和香港特別行政區(qū)的主要飲用水源，發(fā)源于江西省贛州市尋烏縣的椏髻缽山，源區(qū)主要包括贛州市的尋烏縣、安遠(yuǎn)縣和定南縣，流域面積3 502 km2，約占東江全流域面積的 1/10。為保護(hù)東江源頭區(qū)的生態(tài)環(huán)境，源區(qū)的3縣均被列入了國家重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上，以發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)為主，其中臍橙種植是東江源區(qū)農(nóng)業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。臍橙果園在其開發(fā)及經(jīng)營活動(dòng)中產(chǎn)生的地表徑流是果園農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源之一，其中攜帶的氮磷等營養(yǎng)鹽在一定程度上影響了東江源區(qū)的產(chǎn)水質(zhì)量。研究表明，地表生草及植物籬技術(shù)不僅具有較好的水土保持作用，而且對(duì)于控制氮磷等營養(yǎng)鹽流失、改善土壤結(jié)構(gòu)等具有積極意義[1-5]。

本研究以定南縣某規(guī)模化臍橙種植園為研究基地，系統(tǒng)研究地表生草及植物籬技術(shù)對(duì)臍橙種植園地表徑流中氮磷等營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)，以期為東江源區(qū)果園農(nóng)業(yè)面源污染的防治提供科技支撐。

1 研究方法

1.1 基地概況與徑流小區(qū)建設(shè)

本研究以定南縣某規(guī)模化臍橙種植園為研究基地，該基地位于丘陵地區(qū)，臍橙種植面積約 12 hm2，是一個(gè)典型的“小盆地”，相對(duì)較為封閉，構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的小流域，受周邊其他人類活動(dòng)的影響較小，地表徑流可通過果園內(nèi)的排水溝自然匯集到基地底部的匯水塘，當(dāng)水塘水位超過設(shè)定標(biāo)高時(shí)，通過涵管排入周邊地表水體。基地果園采用等高帶狀反坡開墾，果樹在條帶上等高種植，梯面寬度為 2.5～3.0 m，梯壁高度為1.2～1.5 m。

本研究采用徑流小區(qū)試驗(yàn)法進(jìn)行試驗(yàn)，盡量選擇在樹齡一致、坡度相近、地理?xiàng)l件類似、果樹數(shù)量一致的區(qū)域建設(shè)徑流小區(qū)。徑流小區(qū)建設(shè)采用文獻(xiàn)[6]中改進(jìn)的方法，其中地上部 30 cm，地下部 20 cm，小區(qū)長、寬投影分別為20、5 m，面積為 100 m2。在徑流小區(qū)建設(shè)時(shí)，同步修整梯面排水溝渠，將梯面徑流導(dǎo)流至徑流小區(qū)一側(cè)，然后用聚氯乙烯（PVC）排水管將徑流引流至小區(qū)底部集水桶中（圖1）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 不同植物生草帶對(duì)臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)研究 該部分主要研究試驗(yàn)基地采用單一的梯面地表生草技術(shù)后，與清耕方式相比，對(duì)坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應(yīng)。根據(jù)前期調(diào)查，生草方式選用基地自然生草、間種黑麥草（Lolium perenne L.）、間種馬齒莧（Portulaca oleracea L.），以清耕為對(duì)照，試驗(yàn)布置如圖1-a所示，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2.2 不同植物籬對(duì)臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)研究 該部分主要研究試驗(yàn)基地采用單一的梯壁種植植物籬后，與清耕方式相比，對(duì)坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應(yīng)。根據(jù)前期調(diào)查，植物籬選用藿香薊（Ageratum conyzoides L.）、馬纓丹（Lantana camara L.）、黃花菜（Hemerocallis citrina Baroni）3種植物進(jìn)行構(gòu)建，以清耕為對(duì)照，試驗(yàn)布置如圖1-b所示，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.2.3 生草帶-植物籬聯(lián)合技術(shù)對(duì)臍橙種植區(qū)地表徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)研究 該部分主要研究試驗(yàn)基地采用梯面生草+梯壁植物籬聯(lián)合技術(shù)后，與清耕方式相比，對(duì)坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應(yīng)。根據(jù)“1.2.1”“1.2.2”節(jié)中的研究，篩選地表生草及植物籬優(yōu)勢植物，然后研究其聯(lián)合后對(duì)坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應(yīng)。試驗(yàn)采用徑流小區(qū)法，以清耕作為對(duì)照，試驗(yàn)布置如圖1-c 所示，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。

1.3 樣品采集與分析

本研究于2015年2—3月開展徑流小區(qū)建設(shè)工作， 小區(qū)建成后，在自然條件下陳化3個(gè)月，防止因

小區(qū)建設(shè)過程中的土壤擾動(dòng)給試驗(yàn)帶來誤差，陳化期間種植坡面生草植物及植物籬，并適當(dāng)進(jìn)行維護(hù)，促進(jìn)其生長。

2015年6月過后，選擇有代表性的3場有效降水，降水過后，立即采集集水桶中水樣。采樣前，將桶中集水混合均勻，將采樣瓶洗滌3遍后，置于集水桶中部采集水樣，每個(gè)集水桶采集2瓶水樣（其中1瓶備用）。

樣品采集后，立即送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，分析指標(biāo)為氨氮、總氮、總磷濃度，分析方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》（第4版）[7]執(zhí)行。

1.4 數(shù)據(jù)處理

樣品數(shù)據(jù)取3場降水事件的平均值，采用Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)制圖，SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植物生草帶對(duì)臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)

如圖2所示，臍橙種植區(qū)地表生草后，徑流中氮磷營養(yǎng)元素的濃度與清耕相比大大降低，其中自然生草處理中，總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低56.69%、48.11%、57.25%;間種馬齒莧處理中，總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低4282%、40.21%、38.55%;間種黑麥草處理中，總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低35.74%、46.22%、3321%。李發(fā)林等在研究生草栽培方式對(duì)蜜柚園坡地徑流中氮磷流失的控制效果時(shí)發(fā)現(xiàn)，自然生草可顯著降低果園徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的含量，與清耕相比，總氮、氨氮、總磷濃度可分別降低42.98%、4822%、66.93%[4]。

單因素方差分析（LSD法）結(jié)果表明，自然生草處理組徑流中總氮、總磷濃度與清耕相比顯著降低（P<0.05），氨氮濃度與清耕相比差異不顯著，與間種馬齒莧及黑麥草處理組相比，總磷濃度亦顯著降低（P<005）;間種馬齒莧、黑麥草處理組之間徑流中總氮、氨氮、總磷濃度差異不顯著，它們與清耕法相比，總氮、氨氮濃度降低，但差異不顯著，而總磷濃度顯著降低（P<0.05）。根據(jù)現(xiàn)場勘察來看，自然生草的植物種類主要是土著種，如雀稗（Paspalum sp.）、芒草（Miscanthus sinensis）等禾本科植物，生物量較黑麥草和馬齒莧大，因此對(duì)氮磷營養(yǎng)鹽的攔截效應(yīng)較好。

綜上分析，試驗(yàn)小區(qū)采用自然生草處理后，與清耕法相比，對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)明顯。

2.2 不同植物籬對(duì)臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)

如圖3所示，臍橙種植區(qū)種植植物籬后，徑流中氮磷營養(yǎng)元素的濃度與清耕相比大大降低，其中藿香薊植物籬處理的總氮、氨氮、總磷濃度較清耕分別降低29.88%、34.28%、50.38%;馬纓丹植物籬處理的總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低42.48%、45.45%、45.80%;黃花菜植物籬處理總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低43.46%、49.14%、46.95%。

單因素方差分析（LSD法）結(jié)果表明，馬纓丹、黃花菜植物籬處理組徑流中總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比顯著降低（P<0.05）;馬纓丹與黃花菜處理組對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)差異不顯著;藿香薊處理組與清耕相比，對(duì)徑流中總氮、氨氮的生態(tài)攔截效應(yīng)差異不顯著，但對(duì)總磷的生態(tài)攔截效應(yīng)差異顯著（P<0.05）。

綜上分析，試驗(yàn)小區(qū)采用馬纓丹、黃花菜植物籬處理后，與清耕法相比對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)明顯。研究表明，藿香薊、馬纓丹均對(duì)柑橘木虱、潛葉蛾等害蟲具有良好的趨避作用[8-11]，其中馬纓丹是一種小型灌木，花期長，顏色漂亮，在臍橙果園中種植既不影響耕作，又可以美化果園環(huán)境。因此，本研究優(yōu)選馬纓丹作為植物籬構(gòu)建品種。

2.3 生草帶-植物籬聯(lián)合技術(shù)對(duì)臍橙種植區(qū)地表徑流中氮磷流失的控制效應(yīng)

如圖4所示，與清耕相比，臍橙種植區(qū)采取生草帶+植物籬聯(lián)合控制技術(shù)后，徑流中總氮、氨氮、總磷濃度分別降低48.24%、61.17%、5954%;與單一的自然生草技術(shù)和馬纓丹植物籬技術(shù)相比，生草帶+植物籬聯(lián)合控制措施對(duì)氨氮的生態(tài)攔截效應(yīng)提高效果較為明顯，但對(duì)總氮和總磷的生態(tài)攔截效應(yīng)提高效果不明顯，分析原因認(rèn)為，氨氮較易為植物攔截后吸收利用，而總氮、總磷主要隨果園徑流以顆粒態(tài)形式流失。

單因素方差分析（LSD法）結(jié)果表明，生草帶+植物籬聯(lián)合控制技術(shù)與清耕相比，徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度顯著降低（P<0.05）;與單一的自然生草技術(shù)和馬纓丹植物籬技術(shù)相比，采用聯(lián)合控制技術(shù)對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)差異不顯著;采用單一的自然生草技術(shù)和單一的馬纓丹植物籬技術(shù)，對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)差異不顯著。

考慮到自然生草、馬纓丹植物籬及二者的聯(lián)合均對(duì)果園徑流中氮磷營養(yǎng)鹽具有較好的生態(tài)攔截

作用，在試驗(yàn)區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)場情況，靈活選用以上3種技術(shù)，在同等條件下，建議優(yōu)先選擇自然生草+馬纓丹植物籬聯(lián)合控制技術(shù)，該技術(shù)不僅可以對(duì)果園梯面、梯壁進(jìn)行全方位防護(hù)，而且對(duì)害蟲具有一定的趨避作用，同時(shí)還可美化果園生態(tài)環(huán)境。

3 結(jié)論

東江源區(qū)果園采取自然生草、植物籬單一技術(shù)后，與清耕法相比，對(duì)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應(yīng)提高效果明顯，其中自然生草處理徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度分別降低56.69%、48.11%、57.25%;種植馬纓丹植物籬后，徑流中總氮、氨氮、總磷的濃度降低42.48%、45.45%、45.80%。

臍橙種植區(qū)采取自然生草+馬纓丹植物籬聯(lián)合控制技術(shù)后，徑流中總氮、氨氮、總磷濃度與清耕相比分別降低48.24%、61.17%、59.54%;與單一的自然生草和馬纓丹植物籬技術(shù)相比，生草帶+植物籬聯(lián)合控制措施對(duì)氨氮的生態(tài)攔截效應(yīng)提高效果較為明顯，但對(duì)總氮和總磷的生態(tài)攔截效應(yīng)提高效果不明顯。

在東江源區(qū)，建議優(yōu)先選擇自然生草+馬纓丹植物籬聯(lián)合控制技術(shù)，對(duì)果園徑流氮磷營養(yǎng)鹽進(jìn)行生態(tài)攔截。

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