2.3 流域累积径流量和磷素输出通量。
王家沟小流域 A、B 两集水域单位面积径流磷素的累积输出通量如表 3 所示。由于集水域 A 在径流量和磷浓度上都较集水域 B 高,最终导致磷素年输出通量远高出集水域 B,分别为 210、72 g·hm-2·a-1.两集水域在水稻/玉米季的径流磷输出通量均高于榨菜季;水稻/玉米季占年通量的 70%~80%,榨菜季仅占20%~30%.
与王家沟相隔不远的涪陵区连丰村小流域以种植柑橘为主(园地>80%),径流磷年输出通量约为114 g·hm-2·a-1[19];三峡库区其他小流域,如云阳县活龙村小流域也是以种植柑橘为主(园地>80%),其径流磷年输出通量约为 76 g·hm-2·a-1[17];秭归县兰陵溪小流域则以林地为主(>75%),但林地主要集中在高海拔地区,在海拔 500 m 以下超过 50%为茶园,磷素年输出通量约为 289 g·hm-2·a-1[27].王家沟小流域以旱地和稻田为主,集水域 B 磷素年输出通量比以上三个流域都小;集水域 A 则比兰陵溪小流域低,但高于其他两个小流域。
3 讨论。
大量研究表明,流域内不同的土地利用方式及其面积比例会直接影响径流水体磷素浓度及其输出通量。曾立雄等[28]研究表明,不同土地利用类型地表径流中磷素浓度的大小依次为林地>农田>果园>茶园,但年流失负荷却表现为农田>果园>茶园>林地。同样,稻田面积比例不同也会对径流水质造成显着影响[29-30].据宋立芳等[31]的研究,由于稻田土壤的犁底层限制了氮磷养分向深层土壤的渗漏,促使养分通过地表径流而流失,即稻田面积比例越大,氮素流失量越高。但曹志洪等[32]则指出,稻田发生的径流是“机会径流”,只有在特大的暴雨或足够大的雨量使田面水层溢出田埂时才会产生;另外,稻田水层还会对表土起到保护作用,防止雨水直接冲刷,在少雨和无雨的时间不仅养分输出减少,还对地表径流起到一定拦截作用。包珊珊等[33]在研究于桥水库流域水体氮磷空间分布与景观格局的关系时发现,流域中“汇”景观分布会影响水体养分的输出。综上所述,水田兼具“源”和“汇”两种性质:一方面稻田会释放污染物(主要在施肥期和排水晒田期);另一方面,在水稻淹水期土壤矿化作用较低且对磷有固化作用,并且土壤本身渗透性降低[34-35],水田作为一种人工湿地系统,又能对径流产生拦截作用,并持留污染物。定期维护田埂,也能降低“机会径流”的发生频次和强度,产生严重面源污染的可能性也随之降低[36].因此,稻田系统其实是一种环境友好、生态健康的人工湿地生态系统。该结论已得到国内外学者研究实践证实[37-38].
本研究中两个集水域位置毗邻,地理地貌、气候降雨基本一致,土壤类型、农耕方式相同,稻田比例相近。根据当地农业生产的前期资料,参考何仁江等[39]对该地区农田氮磷收支的估算结果,集水域 A 的单位面积土地系统化肥投入 P 总量约为 88.5 kg·hm-2·a-1,集水域 B 约为 85.8 kg·hm-2·a-1,两集水域相差无几。但集水域 A 实测径流磷素输出通量远高于集水域 B,很可能是土地利用景观格局的差异造成的。一方面,集水域 A 中稻田破碎度指数(1.74)远高于集水域 B(0.19),说明前者稻田面积分布较后者相对零散,即集水域 A 对径流的拦截以及磷素的净化作用不如集水域 B 系统和完善;另一方面,则是稻田位置分布的差异。Basnyat 等[40]研究发现,当稻田作为“汇”时,距离上越靠近流域出口,其拦截净化作用就越显着。本研究中,集水域 B 中稻田大多沿着沟渠两侧分布,且成片集中在集水域下端地势平坦处,距离流域出口较近,这对径流水体的拦截和净化作用更加显着。综上所述,集水域 B 的景观格局分布,更加有效地利用了稻田作为“汇”景观的优势,最终使集水域 B的径流量和磷素输出通量均明显低于集水域 A.
4 结论。
两集水域径流量和磷浓度都表现出相似的季节性变化规律,施肥活动是造成径流水体磷浓度升高的主要原因。两集水域位置毗邻,土壤类型、性质、气候和农耕方式相同,但是由于集水域 B 稻田破碎度低且在集水域底端成片连接,形成了一种环境友好型“汇”景观,其累积磷输出通量仅为集水域 A 的三分之一,说明这类空间分布格局能更加有效的对径流水体起到拦截净化作用。因此,在农业小流域内合理地布设稻田,有助于降低径流量和磷素输出通量。
参考文献:
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[2] Yang Z J, Liu D F, Ji D B, et al. Influence of the impounding process ofthe Three Gorges Reservoir up to water level 172.5 m on water eutrophi-cation in the Xiangxi Bay[J]. Science China Technological Sciences ,2010, 53(4):1114-1125.