梨園林下兩種除草方式對(duì)徑流氮、磷流失的影響研究

鄭城　劉克軍　聶國(guó)輝

［關(guān)鍵詞］ 翻耕除草；割草除草；氮；磷；徑流；梨園

［摘 要］ 為闡明自然降雨條件下不同除草方式對(duì)梨園徑流中氮、磷和泥沙流失的影響，設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)徑流小區(qū)（翻耕除草和割草除草），對(duì)不同處理氮、磷、泥沙流失特征進(jìn)行了為期2 a的定位監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明：①2 a間共產(chǎn)生徑流52次，翻耕除草和割草除草梨園徑流中總氮濃度分別為0.33～6.37、0.29～6.14 mg/L，總磷濃度分別為0.02～0.30、0.02～0.37 mg/L；②與割草除草相比，翻耕除草處理的梨園徑流總氮、總磷的平均濃度分別提高了30.90%、50.00%；③與割草除草相比，翻耕除草處理氮、磷流失量分別增加了68.39%、85.71%，泥沙流失量則增加了16.79倍；④徑流氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量與降雨量之間呈顯著性負(fù)相關(guān)（P<0.05）。梨園土壤管理宜采用割除雜草的方式進(jìn)行除草，以減少面源污染風(fēng)險(xiǎn)。

［中圖分類號(hào)］ S157.1［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ A［文章編號(hào)］ 1000－0941（2023）09－0046－04

經(jīng)濟(jì)林生產(chǎn)過(guò)程中肥料的施用和林下植被雜草的去除，往往導(dǎo)致氮、磷和泥沙的大量流失，進(jìn)而造成湖泊富營(yíng)養(yǎng)化。經(jīng)濟(jì)林種植對(duì)流域水環(huán)境總氮、總磷的貢獻(xiàn)率分別達(dá)47.6%和49.6%[1]。坡地土壤氮素通過(guò)徑流攜帶進(jìn)入水體，占總流失量的80%以上[2]，磷素則以泥沙吸附態(tài)形態(tài)發(fā)生流失。植物種類與覆蓋、施肥、耕作等因素顯著影響著坡地氮、磷徑流的發(fā)生[3]。已有研究表明，與割草覆蓋相比，耕作除草顯著增加了氮、磷流失[4]，翻耕除草也顯著增大了紫色土不同形態(tài)氮、磷的流失量[3]，而保留林下雜草減少了方山柿林地氮、磷徑流流失[5]，秸稈覆蓋也顯著降低了農(nóng)田的氮、磷徑流流失量[6]。種植綠肥后梨園總氮流失量減少23.57%[7]，桃園總氮流失量減少了18.71%～55.22%[8]。目前，除草方式對(duì)梨園養(yǎng)分流失的影響鮮有人進(jìn)行研究。

本研究以浙江省安吉縣某梨園為研究對(duì)象，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)徑流場(chǎng)，連續(xù)監(jiān)測(cè)分析2個(gè)水文年內(nèi)自然降雨條件下翻耕除草對(duì)氮、磷徑流流失的影響，以全面掌握梨園氮、磷養(yǎng)分流失規(guī)律，為梨園土壤管理和農(nóng)業(yè)面源污染防治提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省安吉縣遞鋪鎮(zhèn)凈土社區(qū)，地理位置119°34′01″E、30°37′12″N。屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫16.1 ℃，年均日照時(shí)數(shù)1 771.7 h，年均降水量1 423.4 mm。土壤類型為紅壤。2020年，不同處理0～20 cm土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2008年，建立長(zhǎng)20 m、寬5 m，面積為100 m2的徑流小區(qū)2個(gè)，坡度20°，西南坡向。在徑流小區(qū)的上邊坡與兩長(zhǎng)邊用水泥預(yù)制板砌成擋水墻（高出地表15 cm），每個(gè)徑流小區(qū)下設(shè)3級(jí)集流池，集流池尺寸為1.0 m×1.0 m×1.0 m，池上設(shè)有蓋板，地表徑流通過(guò)集水槽和導(dǎo)水管流入集流池中。在每個(gè)徑流小區(qū)種植梨樹(shù)5株，設(shè)翻耕除草和割草除草2個(gè)處理，其中翻耕除草采用人工挖去雜草的方式每年除草13次，而割草除草每年僅2次。每年的3月15日，采用環(huán)溝法施復(fù)合肥1 kg/株（N、P2O5、K2O各占15%）。2020年不同處理植被特征見(jiàn)表2。

1.2.2 采樣與分析方法

2019年1月至2020年12月，在每次降雨產(chǎn)生徑流后，測(cè)量徑流深，再將池中的水?dāng)嚢杈鶆?，取水? 000 mL；采樣后放干池中水并洗凈水池，用于下一次降雨時(shí)收集徑流。研究期間共采樣分析52次。

將采集的水樣及時(shí)帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析，總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法，氨氮采用流動(dòng)分析儀法，總磷采用鉬酸銨比色法，化學(xué)需氧量采用重鉻酸鹽法，pH值采用酸度計(jì)法。

2 結(jié)果與分析

2.1 研究區(qū)產(chǎn)流降雨量

研究區(qū)產(chǎn)流降雨量見(jiàn)圖1。降雨主要集中于每年5—9月份，2019、2020年產(chǎn)生徑流的累積降雨量分別為1 666.0和1 222.5 mm。

2.2 徑流中氨氮濃度的變化

2019年1月至2020年12月，梨園徑流中氨氮濃度的變化如圖2所示。由圖2可知，在自然降雨條件下，2種除草方式梨園徑流中氨氮濃度隨時(shí)間的變化規(guī)律基本一致，但翻耕除草處理的徑流中氨氮濃度均高于割草除草處理，2種處理徑流中氨氮濃度分別為0.16～1.96、0.15～1.39 mg/L，均值分別為0.60、0.44 mg/L，翻耕除草比割草除草增加36.36%。

2.3 徑流中總氮濃度的變化

梨園徑流中總氮濃度的變化與徑流中氨氮濃度的變化規(guī)律相似（見(jiàn)圖3）。由圖3可知，翻耕除草處理徑流中總氮濃度總體上高于割草除草處理，2種處理徑流中總氮濃度分別為 0.33～6.37、0.29～6.14 mg/L，均值分別為2.33、1.78 mg/L，翻耕除草處理比割草除草處理增加30.90%。

2.4 徑流中總磷濃度的變化

梨園徑流中總磷濃度的變化如圖4所示。2種除草方式梨園徑流中總磷濃度的變化規(guī)律基本一致，但翻耕除草處理的徑流中總磷濃度均高于割草除草處理，2種處理徑流中總磷濃度分別為 0.02～0.30、0.02～0.37 mg/L，均值分別為0.12、0.08 mg/L，翻耕除草處理比割草除草處理增加50%。

2.5 徑流化學(xué)需氧量濃度的變化

梨園徑流化學(xué)需氧量濃度的變化如圖5所示。2種除草方式梨園徑流中化學(xué)需氧量濃度的變化規(guī)律基本一致，割草除草處理與翻耕除草處理徑流化學(xué)需氧量濃度分別為3.00～35.00、4.00～49.00 mg/L，均值分別為16.96、19.06 mg/L，不同除草方式間的差異并不顯著（P>0.05）。

2.6 徑流pH值的變化

梨園徑流pH值的變化見(jiàn)圖6。由圖6可知，2種除草方式梨園徑流pH值的變化規(guī)律基本一致，割草除草處理與翻耕除草處理徑流pH值分別為6.86～8.07、6.61～7.97，均值分別為7.37、7.38，不同處理間沒(méi)有顯著性差異（P>0.05）。

2.7 梨園總氮、總磷和泥沙流失量

表3為不同除草方式梨園總氮、總磷和泥沙流失量統(tǒng)計(jì)。由表3可知，割草除草處理梨園徑流中總氮、總磷流失量分別為4.05、0.21 kg/hm2，翻耕除草梨園徑流中總氮、總磷流失量分別為10.87、0.60 kg/hm2，翻耕除草梨園徑流中總氮、總磷流失量分別是割草除草處理的2.68和2.86倍。翻耕除草處理梨園泥沙流失量是割草除草處理的17.79倍。

2.8 徑流中總氮、總磷等指標(biāo)與降雨量間的相關(guān)性

徑流中總氮、總磷等指標(biāo)間與降雨量的相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4。由表4可知，降雨量與徑流中相關(guān)指標(biāo)間均為負(fù)相關(guān)，其中徑流中氨氮、總氮、總磷、化學(xué)需氧量與降雨量的負(fù)相關(guān)關(guān)系達(dá)顯著性水平（P<0.05），徑流的pH值與降雨量沒(méi)有顯著性相關(guān)。

3 討論

本研究結(jié)果表明，與割草除草處理相比，翻耕除草處理顯著增加了梨園泥沙流失量，這主要是因?yàn)轭l繁的翻耕除草會(huì)破壞梨園地表的土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤的抗蝕性下降，在雨滴和雨水的沖刷下，增強(qiáng)徑流對(duì)土壤顆粒的分散和搬運(yùn)，這與郭曉朦等[9]的研究結(jié)果相似；在梨園中采用割草等土壤管理措施不會(huì)傷及雜草根系，雜草根系的生長(zhǎng)和代謝可為土壤補(bǔ)充足夠的有機(jī)源和分泌物，增強(qiáng)土壤的抗蝕能力[10]；梨園中雜草的生長(zhǎng)和覆蓋可以明顯降低雨滴動(dòng)能，增加地表的粗糙度，使坡面流水動(dòng)力學(xué)特征和產(chǎn)沙侵蝕過(guò)程發(fā)生明顯改變[11]，從而使得梨園的泥沙流失量顯著減小。律可心等[12]研究表明，植被覆蓋度與控制土壤侵蝕具有顯著正相關(guān)關(guān)系，翻耕降低了梨園草本層的覆蓋度，從而造成土壤流失量顯著增加。

本研究發(fā)現(xiàn)，翻耕除草處理在顯著增加梨園泥沙流失量的同時(shí)，也顯著增加了氮、磷流失量。這主要是由于翻耕除草造成梨園土壤破碎和分離，增加了土壤養(yǎng)分流失概率。這與川中丘陵區(qū)果園氮、磷流失量顯著高于灌從、林地的結(jié)果相似[13-14]，也與黃河仙等[15]的研究結(jié)果一致，即農(nóng)事耕作顯著增加了養(yǎng)分流失。而割草除草處理可消減降雨動(dòng)能，減少土壤侵蝕，進(jìn)而減少梨園養(yǎng)分流失，這與林下植被覆蓋可以有效降低徑流中氮、磷濃度，攔蓄徑流，減少養(yǎng)分流失量的結(jié)果相似[16-17]。郭智等[18]研究也表明，生草栽培顯著降低了桃園氮、磷流失量。此外，有研究報(bào)道黑麥草種植使梨園總氮流失量顯著減少23.57%[7]；俞巧鋼等[8]發(fā)現(xiàn)，桃園種植綠肥后，總氮流失量減少了18.71%～55.22%；張杰等[19]研究也表明，百喜草覆蓋可顯著減少?gòu)搅髁姿氐牧魇А?/p>

4 結(jié)論

1）在52次的徑流監(jiān)測(cè)中，翻耕除草和割草除草處理的梨園徑流中總氮濃度分別為0.33～6.37、0.29～6.14 mg/L，總磷濃度分別為0.02～0.30、0.02～0.37 mg/L；與割草除草處理相比，翻耕除草處理徑流中氨氮、總氮、總磷的平均濃度分別增加了36.36%、30.90%、50.00%。

2）割草除草處理梨園徑流總氮、總磷、泥沙流失量分別為4.05、0.21、133.29 kg/hm2，與割草除草相比，翻耕除草梨園氮、磷、泥沙流失量分別增加了1.68、1.86和16.79倍。

3）徑流pH值和化學(xué)需氧量濃度在2種除草方式梨園間沒(méi)有顯著性差異，割草除草和翻耕除草處理梨園徑流平均pH值分別為7.37、7.38，平均化學(xué)需氧量濃度分別為16.96、19.06 mg/L。

4）與割草除草相比，翻耕除草處理顯著增加了氮、磷和泥沙流失風(fēng)險(xiǎn)。因此，采取留根割草并覆蓋于園地地表的經(jīng)濟(jì)林生產(chǎn)方式，既可以減少生產(chǎn)成本，又可以保護(hù)土地生產(chǎn)力的可持續(xù)性，是一種值得推廣的園地土地管理方式。

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收稿日期： 2022-09-02

基金項(xiàng)目：浙江省水利廳項(xiàng)目（RB1916）

第一作者：鄭城（1970—），男，浙江岱山人，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)樗帘３直O(jiān)測(cè)與管理。

通信作者：聶國(guó)輝（1975—），男，遼寧朝陽(yáng)人，高級(jí)工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)樗帘３直O(jiān)測(cè)與管理。

E-mail：3020968005@qq.com

（責(zé)任編輯 楊傲秋）