高国军，路炳军

(1.北京市南水北调工程建设委员会，100142，北京;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院，100875，北京;3.北京市水土保持工作总站，100038，北京)

密云水库上游地区不同土地利用方式面源污染试验

高国军1，路炳军2，3

(1.北京市南水北调工程建设委员会，100142，北京;2.北京师范大学地理学与遥感科学学院，100875，北京;3.北京市水土保持工作总站，100038，北京)

为了更合理地利用土地、减少面源污染，利用密云水库上游石匣坡地径流场不同土地利用试验小区的5年观测数据，分析不同土地利用方式对面源污染的影响。研究表明:不同土地利用方式多年平均次径流系数差异明显，依次为清耕休闲地＞坡耕地玉米＞荒草坡＞鱼鳞坑刺槐＞水平条山楂，多年平均土壤侵蚀量与径流中TP、TN和CODMn流失量随径流系数的增大而增加，流失量与径流系数呈显著的正相关关系;径流中养分含量与径流系数之间没有显著相关关系。因此，通过增加植被覆盖或改变土地利用方式可大大减轻水土流失及其造成的面源污染。

土地利用;水土流失;面源污染;密云水库

密云水库作为北京市唯一的地表饮用水源，年供水量约 6亿 m3，约占全市年地表供水量的73.3%，其水质直接影响首都人民的生活和健康。研究［1－3］表明，密云水库水体的氮、磷水平属于中营养，水体的营养程度属中营养型，水质尚好，但库区水体向富营养化发展的趋势比较明显。

据统计［4］，在密云水库周边点源污染得到初步控制的情况下，水土流失、畜禽养殖、农用化肥及农药污染等已经成为水源地的主要污染源，其中农田径流、水土流失等导致的水体污染最为重要且分布最为广泛。目前，密云水库泥沙淤积已达1.7亿m3，流失的水土作为一种面源污染和污染物的载体，已成为影响水库水质的重要污染源之一［5］。面源污染发生具有随机性、时空变化幅度大等特点，研究比较困难。以前的工作多侧重于库区水质变化，对流域非点源污染特征的实际研究较少［6］，笔者利用多年实际监测成果，分析研究区不同土地利用类型的面源污染及其与水土流失之间的关系，为控制水质污染、合理利用土地提供依据。

1 研究区概况

研究区为密云水库上游流域的北京市境内区域。密云水库位于北京市密云县境内，根据2000年土壤侵蚀遥感调查结果，密云水库上游北京市境内总面积为4 023.41 km2，属于潮白河流域，共涉及密云、怀柔、延庆和昌平4个山区县，其中微度侵蚀面积为2 388.55 km2，轻度侵蚀面积1 180.28 km2，中度侵蚀面积为454.59 km2。研究区属温带大陆性季风气候，无霜期150 d左右，年均温9～10℃，平均降水量为660 mm，降水的季节变化明显，6—8月的降水量占全年降水量的70%以上，降水多以暴雨形式出现，降雨强度大、侵蚀力强。地表水有潮河和白河水系，径流年内变幅很大，年际变化与降水相关。地貌以山地、丘陵为主。土壤类型主要为褐土和棕壤，以褐土为主且主要分布于低山和丘陵地区。土地利用主要是林地、草地和耕地，根据2000年的遥感卫星图片的解译结果，林地面积占65%左右，草地占20%左右，耕地占12%左右。

2 资料与方法

本研究利用北京市水土保持工作总站在密云石匣小流域建设的坡地径流小区2001—2005年的降雨、泥沙和径流中养分资料，研究不同土地利用方式下面源污染和水土流失之间的关系及影响因素。试验径流小区设置见表1。

表1 石匣坡地径流场不同土地利用径流小区布设情况Tab．1 Runoff plots with different land use in Shixia monitoring site

2.1 小区处理

径流小区四周用水泥挡墙围挡，两侧设0.3 m宽的隔离区，上部设排水沟，下部连接分(径)流桶。坡耕地玉米除不施肥外，其他田间管理与当地耕作习惯一致。清耕休闲小区每年按当地传统耕作方法将地面耙平，并准备成苗床状态，然后保留裸露，春天深翻耕15～20 cm，并按当地习惯进行适当中耕，一般中耕3～5次，保持没有明显杂草生长或结皮形成。荒草地植被主要以荆条(Vitex negundovar.heterophylla)、白草(Pennisetum centrasiaticumTzvel.)、酸枣(Ziziphus jujuba)等灌草为主;7号小区布设4级水平阶地，阶面宽2.5 m，种植5棵山楂;10号小区采取品字型鱼鳞坑(1.0 m×1.5 m)种植刺槐。荒草地、山楂地和刺槐地小区植被不需特殊处理，只需大雨后观察小区挡墙等是否保持完好，如有损坏应及时修复。

2.2 数据观测

采用虹吸式自计雨量计观测降雨量、降雨时间和降雨强度;用径流桶/分流桶来测定径流量，结合降雨量计算径流系数;含沙量采用传统搅拌取样，过滤烘干来测定，将一年中各次土壤流失量累加计算得到各小区年土壤流失量。参考地表水水质监测指标，选取径流中养分指标为TP、TN和CODMn。TP用紫外可见分光光度计(GB/T 11892—1989［7］);TN用800紫外分光光度计(《水和废水标准检验方法(20 版)》［8］) 测 定;CODMn用 酸 性 法 按 GB/T 11892—1989［7］中的方法测定。

3 结果与分析

3.1 不同土地利用对径流及径流中养分的影响

统计2001—2005年各试验径流小区的次径流系数，次降雨产流后径流中TP、TN和CODMn质量浓度，计算得出多年平均次径流系数和径流中养分的平均质量浓度;根据径流量和径流中养分质量浓度计算TP、TN和CODMn多年平均流失量，结果见表2。

表2 各小区不同土地利用方式下多年平均径流系数、次径流中养分质量浓度与养分流失量Tab．2 Runoff coefficient，nutrient concentration in runoff and nutrient loss at plots with different land uses

从表2可知，不同土地利用下多年平均次径流系数差异明显，清耕休闲地径流系数最大，为0.255，坡耕地玉米径流系数次之，水平条山楂最小，为0.005。从多年平均径流中养分质量浓度来看:水平条与鱼鳞坑TP质量浓度较小，而TN质量浓度较高;清耕休闲地和荒草坡CODMn质量浓度较高，总体而言，径流中养分质量浓度与径流系数之间没有明显相关关系。

从图1可看出，相同条件下，径流系数越大，径流量越大，随之养分流失量也就越大，多年平均养分流失量与径流系数有明显的正相关关系。多年平均径流中TP、TN和CODMn流失量依次为:清耕休闲地＞坡耕地玉米＞荒草坡＞鱼鳞坑刺槐＞水平条山楂。

图1 土地利用多年平均次径流系数与养分流失量Fig．1 Average runoff coefficient and nutrient loss at plots with different land uses

3.2 不同土地利用方式对土壤侵蚀的影响

本研究所选的5个径流试验小区除了坡度和土地利用方式不同外，其他如降雨、土壤类型、坡长和坡宽都一致;因此，影响这些小区土壤侵蚀的因素主要是不同土地利用方式和坡度，而本文的主要目的是分析不同土地利用对土壤侵蚀的影响:所以，要消除坡度对土壤侵蚀的影响，以便在其他条件相同的情况下比较土地利用对土壤侵蚀的影响。为此，将观测侵蚀量转化到清耕休闲地坡度(15°)上，以清耕休闲地为比较平台进行流失量及其效益分析。

采用Liu Baoyuan等［9］建立的陡坡地坡度和土壤侵蚀量的关系式，参照路炳军等［10］修订方式将12°坡耕地玉米、10°水平条刺槐和27°鱼鳞坑山楂小区多年平均土壤侵蚀量修订到15°坡度水平上。以15°清耕休闲地的土壤侵蚀量为基准值，计算不同土地利用下的相对土壤流失比率(土壤流失比率指其他小区修订后侵蚀量与清耕休闲地土壤侵蚀量的比值，量纲为1。)。不同土地利用下土壤侵蚀量与土壤流失比率见表3。

表3 不同土地利用土壤侵蚀量与相对土壤流失率Tab．3 Soil loss and the soil loss ratio at plots with different land use

从表3可以看出，不同土地利用方式下土壤侵蚀量差异明显，清耕休闲地平均土壤侵蚀量最大，达2 170.97 t/km2，其次是玉米坡耕地，然后是荒草坡，再然后是水平条山楂，最后为鱼鳞坑刺槐，侵蚀量最小，几乎没有侵蚀发生，荒草坡、水平条山楂和鱼鳞坑刺槐的土壤流失比率仅在0～0.021之间。从图2可以看出，不同土地利用方式下的径流系数与土壤流失比率大小关系一致:径流系数大，土壤流失比率高，径流系数小，土壤流失比率也小。这意味着地表径流越容易产生，土壤侵蚀就越易发生。裸露地或者农地相对而言，植被覆盖度高可大大减小地表径流的形成和土壤侵蚀的发生，水土保持效益明显。

图2 不同土地利用土壤流失比率Fig．2 Soil loss ratio at plots with different land uses

4 结论与讨论

1)土地利用方式影响径流系数，不同土地利用方式多年平均次径流系数差异明显，最大0.255，最小0.005，依次表现为清耕休闲地＞坡耕地玉米＞荒草坡＞鱼鳞坑刺槐＞水平条山楂。

2)不同土地利用方式下多年平均土壤侵蚀量差异与径流系数类似，最大为清耕休闲地，其次是玉米坡耕地。而荒草坡、水平条山楂和鱼鳞坑刺槐的土壤流失比率仅在0～0.021之间，几乎没有侵蚀发生。

3)径流中TP、TN和CODMn流失量与径流系数呈显著正相关关系，径流系数越大，TP、TN和CODMn流失量越高;但径流中养分含量与径流系数之间没有显著相关关系。

4)裸露地或者农耕地相对而言，植被覆盖度高和水土保持措施可大大减小径流系数，从而减少土壤侵蚀量和污染物流失量，水土保持效益和面源污染控制效果明显。

污染物随土壤侵蚀的流失过程复杂，为了更有效地控制由此产生的面源污染，建议在以后工作中开展污染物随水体迁移过程变化和泥沙在水体中养分释放规律的研究工作。

5 参考文献

［1］杜桂森，孟繁艳.密云水库水质现状及发展趋势［J］.环境科学，1999，20(2):35－40

［2］于秀玲.非点源污染对密云水库水质的影响［C］.中国环境科学研究院环境科学论文集(1980—l990).北京:中国环境科学出版社，l990

［3］王晓燕，王晓峰，汪清平，等.北京密云水库小流域非点源污染负荷估算［J］. 地理科学，2004，24(2):227－231

［4］毕小刚，段淑怀，李永贵，等.北京山区土壤流失方程探讨［J］. 中国水土保持科学，2006，4(4):6－13

［5］毕小刚，杨进怀，李永贵，等.北京市建设生态清洁型小流域的思路与实践［J］.中国水土保持，2005(1):18－20

［6］王晓燕，王一峋，蔡新广，等.北京密云水库流域非点源污染现状研究［J］.环境科学与技术，2002，25(4):1－3

［7］国家环境保护局.GB/T 11892—1989水质 高锰酸盐指数的测定［S］.北京:中国标准出版社，1989

［8］水和废水标准检验方法:20 版［EB/OL］.［2012－02－20］.http:∥ishare.iask.sina.com.cn/f/20929439.html

［9］Liu Baoyuan，Nearing M A，Risse L M.Slope gradient effects on soil loss for steep slopes［J］.Transactions of the ASAE，1994，37(6):1835－1840

［10］路炳军，段淑怀，袁爱萍，等.官厅水库上游地区植被覆盖对面源污染影响的定量研究［J］.资源科学，2006，28(5):196－200

Tests on non-point pollution of different land uses in upper watershed of Miyun Reservoir

Gao Guojun1，Lu Bingjun2，3

(1.The Office of the South－North Water Diversion Project Construction Commission in Beijing，100142，Beijing;2.School of Geography，Beijing Normal University，100875，Beijing;3.Beijing Soil and Water Conservation Centre，100038，Beijing:China)

For rational land use and reducing non－point pollution，the effects of different land uses on non－point pollution were analyzed based on observations at different land use plots in Miyun Shixia monitoring site.The results are as follows:The average runoff coefficient was significantly different among the different land uses，in sequence of the stands plots’＞the hillside cultivated’s＞uneven ground’s＞the fish scale pit’s＞ the horizontal bar’s.The mean annual soil loss and the losses of TP，TN，and CODMnin the funoff increased with the runoff coefficient increase，the loss amount had the significant positive correlation with the runoff coefficient.So，increasing vegetation coverage and changing land use types could be effective methods to reduce the soil loss and water loss，and non－point pollution.

land use;soil erosion and wate loss;non－point pollution;Miyun Reservoir

2012－03－12

2012－05－15

中央高校基本科研业务经费专项资金“流域土壤侵蚀模型研究”;北京市水务青年科技骨干培养项目“密云水库周边农耕地(押宝地)面源污染研究”(SW2011－5)

高国军(1978—)，男，中级政工师。主要研究方向:水土保持与荒漠化防治。E－mail:nsbdr@sina.com

(责任编辑:程 云)