東江源臍橙種植區(qū)徑流污染生態(tài)攔截效應

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基地，采用徑流小區(qū)試驗法，研究生草技術、植物籬技術及二者聯(lián)合對試驗小區(qū)徑流中氮磷營養(yǎng)鹽流失的生態(tài)攔截效應。結果表明，與清耕法相比，試驗小區(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)面源污染對東江源區(qū)地表水環(huán)境的影響。

關鍵詞：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

中圖分類號：X522 ? 文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）11-0265-05

收稿日期：2019-06-12

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

作者簡介：王 濤（1981—），男，山東濟南人，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生態(tài)功能區(qū)，在產(chǎn)業(yè)結構上，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)主導產(chǎn)業(yè)之一。臍橙果園在其開發(fā)及經(jīng)營活動中產(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不僅具有較好的水土保持作用，而且對于控制氮磷等營養(yǎng)鹽流失、改善土壤結構等具有積極意義[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對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，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

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，是一個典型的“小盆地”，相對較為封閉，構成一個獨立的小流域，受周邊其他人類活動的影響較小，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，當水塘水位超過設定標高時，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)試驗法進行試驗，盡量選擇在樹齡一致、坡度相近、地理條件類似、果樹數(shù)量一致的區(qū)域建設徑流小區(qū)。徑流小區(qū)建設采用文獻[6]中改進的方法，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)建設時，同步修整梯面排水溝渠，將梯面徑流導流至徑流小區(qū)一側，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 試驗設計

1.2.1 不同植物生草帶對臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應研究 該部分主要研究試驗基地采用單一的梯面地表生草技術后，與清耕方式相比，對坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應。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.），以清耕為對照，試驗布置如圖1-a所示，每個處理設置3個重復。

1.2.2 不同植物籬對臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應研究 該部分主要研究試驗基地采用單一的梯壁種植植物籬后，與清耕方式相比，對坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應。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種植物進行構建，以清耕為對照，試驗布置如圖1-b所示，每個處理設置3個重復。

1.2.3 生草帶-植物籬聯(lián)合技術對臍橙種植區(qū)地表徑流中氮磷流失的控制效應研究 該部分主要研究試驗基地采用梯面生草+梯壁植物籬聯(lián)合技術后，與清耕方式相比，對坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應。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)合后對坡面徑流中氮磷流失的生態(tài)攔截效應。試驗采用徑流小區(qū)法，以清耕作為對照，試驗布置如圖1-c 所示，每個處理設置3個重復。

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)建設工作， 小區(qū)建成后，在自然條件下陳化3個月，防止因

小區(qū)建設過程中的土壤擾動給試驗帶來誤差，陳化期間種植坡面生草植物及植物籬，并適當進行維護，促進其生長。

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，立即送往實驗室進行分析，分析指標為氨氮、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進行統(tǒng)計制圖，SPSS 16.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同植物生草帶對臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應

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蜜柚園坡地徑流中氮磷流失的控制效果時發(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，因此對氮磷營養(yǎng)鹽的攔截效應較好。

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

2.2 不同植物籬對臍橙種植區(qū)徑流中氮磷流失的控制效應

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徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應差異不顯著;藿香薊處理組與清耕相比，對徑流中總氮、氨氮的生態(tài)攔截效應差異不顯著，但對總磷的生態(tài)攔截效應差異顯著（P<0.05）。

綜上分析，試驗小區(qū)采用馬纓丹、黃花菜植物籬處理后，與清耕法相比對徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應明顯。研究表明，藿香薊、馬纓丹均對柑橘木虱、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建品種。

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

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和馬纓丹植物籬技術相比，生草帶+植物籬聯(lián)合控制措施對氨氮的生態(tài)攔截效應提高效果較為明顯，但對總氮和總磷的生態(tài)攔截效應提高效果不明顯，分析原因認為，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）結果表明，生草帶+植物籬聯(lián)合控制技術與清耕相比，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和馬纓丹植物籬技術相比，采用聯(lián)合控制技術對徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應差異不顯著;采用單一的自然生草技術和單一的馬纓丹植物籬技術，對徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應差異不顯著。

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，在試驗區(qū)域，可根據(jù)現(xiàn)場情況，靈活選用以上3種技術，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，該技術不僅可以對果園梯面、梯壁進行全方位防護，而且對害蟲具有一定的趨避作用，同時還可美化果園生態(tài)環(huán)境。

3 結論

東江源區(qū)果園采取自然生草、植物籬單一技術后，與清耕法相比，對徑流中氮磷營養(yǎng)鹽的生態(tài)攔截效應提高效果明顯，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相比，生草帶+植物籬聯(lián)合控制措施對氨氮的生態(tài)攔截效應提高效果較為明顯，但對總氮和總磷的生態(tài)攔截效應提高效果不明顯。

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，對果園徑流氮磷營養(yǎng)鹽進行生態(tài)攔截。

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