不同種植年限茶園土壤氮磷養(yǎng)分流失規(guī)律

鞏龍達(dá)，郭德浩，金樹權(quán)，呂軍，張奇春*

(1.浙江大學(xué) 污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310058；2.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 310000)

隨著點(diǎn)源污染逐步得到控制，面源污染已成為我國(guó)流域環(huán)境污染中重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。地表徑流是農(nóng)業(yè)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(jīng)過多年的研究，我們積累了關(guān)于農(nóng)林養(yǎng)分對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化影響方面的數(shù)據(jù)[3-7]。但是，總的來看，雖然進(jìn)行了不同土地利用類型下對(duì)氮磷流失的分析，對(duì)經(jīng)濟(jì)林土壤地表徑流中氮磷的研究仍然相對(duì)較少，已有的研究主要是通過野外模擬降雨來實(shí)現(xiàn)[8]，所得研究結(jié)果難以與實(shí)際情況相比較。茶葉是我國(guó)重要的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)作物。中國(guó)的茶葉種植面積大、產(chǎn)量高，種植面積和產(chǎn)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(yíng)養(yǎng)鹽通過徑流而損失。相關(guān)研究表明，新墾和重建茶園在雨后導(dǎo)致土壤氮磷養(yǎng)分易隨水土流失，其養(yǎng)分流失的濃度與降雨量及強(qiáng)度密切相關(guān)[9]。氮是農(nóng)作物生長(zhǎng)主要限制因子，土壤氮素通過徑流進(jìn)入水體易引起水體富營(yíng)養(yǎng)化，其中坡耕地土壤氮素的流失約占總養(yǎng)分流失量的81.9%～93.4%[7]。李長(zhǎng)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(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，許多茶園開始重建，或者由于產(chǎn)權(quán)變更進(jìn)行改建。本研究針對(duì)不同種植年限茶園徑流土壤氮磷流失的動(dòng)態(tài)規(guī)律進(jìn)行了深入研究，以期對(duì)茶園的水土保持提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

橫溪水庫地處浙江省寧波市鄞州區(qū)橫溪鎮(zhèn)東南(29°44′30″N，121°36′32″E)。流域內(nèi)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(tái)風(fēng)季節(jié)。橫溪水庫流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)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(cè)。由于各種原因，茶園于2015—2017年進(jìn)行了翻新重建，試驗(yàn)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(jī)質(zhì)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(shè)計(jì)

試驗(yàn)開始于2018年3月，在茶園中建立徑流小區(qū)。小區(qū)面積為9 m×4 m，加上延伸的V形區(qū)域面積共40 m2。徑流場(chǎng)主要由集流區(qū)、攔水邊墻和徑流池等部分組成，攔水邊墻用適當(dāng)厚度的塑料板或白鐵皮等建成，挖掘?qū)?0 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(chǎng)的下方，用于承接徑流場(chǎng)產(chǎn)生的徑流，對(duì)徑流池的開口添加鐵絲網(wǎng)，以防止生物的進(jìn)入。

1.3 樣品采集與測(cè)定

1.4 數(shù)據(jù)處理

所用數(shù)據(jù)和作圖采用Excel 2010，統(tǒng)計(jì)分析用SPSS 20.0進(jìn)行。徑流小區(qū)氮磷養(yǎng)分的年流失量計(jì)算公式如下：

式中，Li為小區(qū)徑流或泥沙中某養(yǎng)分指標(biāo)年流失量(mg)，Ci為第i次降雨該養(yǎng)分指標(biāo)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(jié)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(duì)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(chǎn)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(fā)生水土流失。可能是由于種植時(shí)間短的茶園土壤比較疏松，另外茶樹生長(zhǎng)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(gè)徑流小區(qū)的坡向略有差異，因此，其侵蝕方式和侵蝕強(qiáng)度也不同，也可能造成徑流和土壤氮磷養(yǎng)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(tài)氮流失量

表2 不同種植年限茶園地表徑流氮素形態(tài)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(tài)磷流失量

土壤地表徑流磷素的流失總量(TP)主要有可溶態(tài)-P和顆粒態(tài)-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(tài)-P流失量未表現(xiàn)出顯著性差異。種植1 a茶園的顆粒態(tài)-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(guān)。通過對(duì)地表徑流磷素流失總量(TP)的計(jì)算，結(jié)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(fā)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(tài)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(shì)相似，分別在6月、8月和10月達(dá)到峰值，這主要與施肥時(shí)間和臺(tái)風(fēng)時(shí)間有關(guān)。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(shí)間的變化較為穩(wěn)定。

圖2 不同種植年限茶園地表徑流磷濃度變化

3 小結(jié)

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(fā)現(xiàn)了泥沙的流失，因此，重建1 a后茶園的水土流失更嚴(yán)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(tài)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(tài)氮量增加，說明茶園中的硝態(tài)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(tài)-P流失較為穩(wěn)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(tài)-P，因此，顆粒態(tài)-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(yǎng)分流失嚴(yán)重，應(yīng)做好重建茶園初期的水土防護(hù)，從而降低重建茶園的面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。