杨 昕, 王克勤, 宋娅丽, 张雨鉴, 李晓龙

(西南林业大学 生态与环境学院, 昆明 650224)

水土流失是当今世界最严重的生态环境问题之一，不仅导致耕地肥力退化，加剧了江河湖库淤积和洪涝灾害，也对国民经济建设造成深远的影响[1-2]。云南省属于我国水土流失二级敏感区，雨季(每年5—10月)雨量充沛，水土流失以水力侵蚀为主，水土流失面积为1.05×105km2，占土地总面积的27.33%；年均土壤流失总量4.81万t，年均侵蚀深0.93 mm[3]。由于降雨特征[4]、植被覆盖类型[5]以及经营措施[6]的不同造成流域水土流失及面源污染程度不同，而降雨产生的径流氮磷流失特征则因土地利用类型不同而存在较大差异。武定县位于云南省红壤丘陵区，水土流失较为严重，被列为重点监督区和重点治理区。因此，关于红壤丘陵区坡耕地的径流氮磷流失特征的研究备受关注。近年来，国内外不少研究学者对径流氮磷流失特征进行了研究分析，但结果也不尽相同。常松果等[7]在次降雨条件下研究不同土壤管理措施对径流及氮磷流失的影响中认为，紫色丘陵区地表施用聚丙烯酰胺或绿肥后，径流量低于施用腐殖酸或无任何管理措施，且施用聚丙烯酰胺、绿肥或腐殖酸可显著降低氮磷流失量；向速林等[8]的研究表明，赣江下游不同土地利用类型间林地和蔬菜地径流量高于水田，而氮磷质量浓度则表现为蔬菜地>水田>林地；李吉平等[9]在洪泽湖地区麦稻两熟农田和杨树林地氮磷径流流失特征的研究中，结果为杨树林地氮磷流失量小于农田，全年TN，TP流失量仅为农田的22.61%和0.81%，与农田相比，林地能够更好地控制径流养分流失。

以上研究区的研究较为广泛，然而，针对云南省红壤丘陵区氮磷流失的研究远远落后于其他地区，尤其是对该区域自然降雨条件下不同土地利用类型径流特征及氮磷流失差异的研究鲜有报道。因此，本文选择云南红壤丘陵区猛果河仓房小流域武定县为研究区，分别设置3种土地利用类型(林地、灌草地、农地)的样方，对自然降雨条件下样方的土壤理化性质、基本概况进行调查，定量监测2018年自然降雨条件下雨季(5—10月)降雨过程中径流量、氮磷流失的形态、质量浓度、流失量及动态变化特征，以期为云南省红壤丘陵地区土壤侵蚀状况改善及水土流失综合治理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验地位于滇中猛果河仓房小流域武定县高桥镇，地处北纬25°20′—26°11′，东经101°55′—102°29′。县域面积3 322 km2，全镇面积404.6 km2，海拔1 920 m，属低纬高原季风气候区。最高气温在7月，月平均温度20.7℃；最冷月在1月，月平均气温7.4℃；年平均气温15℃，年降雨量800～1 200 mm，气候干湿季节明显，每年5—10月为雨季，降雨量占全年的80%～90%；11月至次年5月为旱季，立体气候明显。气温年较差小，日较差大；降水丰沛，干湿季分明；气候垂直变化显著，类型多样；雨热同季，大陆性强。研究区内耕地面积174.52 km2[10]，占总面积的5.25%；林地面积1 814 km2，占总面积的54.61%。

1.2 研究方法

1.2.1 样方的布设 选取具有代表性的3种土地利用类型林地、灌草地及农地，分别布设3组水平样方(面积为1 m×1 m)，各样方四周用铁皮隔开，相隔均大于2 m，以防径流在各样方之间渗漏。在样方下部设置导管和塑料桶，雨季每一场自然降雨后的田面径流通过导管流入塑料桶中。每个样方径流入水口高度保持一致。每个处理3个重复，各样方随机排列。

于2018年4月对所有样方的地理位置、坡度、坡向、植被覆盖度等进行调查，并采集所有样方表层土壤，用于测定土壤背景值。试验区0—20 cm的土壤背景值分别为：全氮1 370 mg/kg、碱解氮55.63 mg/kg、全磷1 110 mg/kg、有效磷68 mg/kg。2018年生长季，林地和灌草地为自然生长；农地中种植作物为玉米，根据当地农民农事习惯施基肥和追肥，基肥氮磷钾比例为10∶1∶16，追肥氮磷钾比例为22∶0∶9，施肥量折合纯氮为180.7 kg/hm2，折合纯磷为67.1 kg/hm2。各样方的基本情况见表1。

表1 不同土地利用类型样方基本概况

1.2.3 数据处理与分析 本文采用Excel 2010进行数据处理和图表绘制，数据采用SPSS 22.0进行方差分析，方差分析采用最小显著性差异(LDS)法，检验不同降雨量、降雨强度和不同土地利用类型下径流量和氮磷养分流失量的差异性。

2 结果与分析

2.1 不同土地利用类型降雨及径流特征

表2为试验地5月至10月的4场典型降雨及径流特征。根据我国气象部门规定的降雨强度标准，大雨和暴雨分别为12 h雨量≥15～29.9，30 mm，或24 h雨量≥25～49.9，50 mm的降雨。选取的4场降雨中，7月27日和8月5日属于大雨，7月20日和8月19日属于暴雨。总体来看，随着降雨量和降雨强度的增大，不同土地利用类型下各样方的径流量呈增大的趋势。对次降雨降雨量与径流量进行相关分析，相关系数依次为林地(0.649)、灌草地(0.848)、农地(0.528)，降雨强度与径流量相关系数依次为林地(0.927)、灌草地(0.998)、农地(0.785)。不同土地利用类型下径流量平均值在8月19日达到峰值(7.71 L/m2)，为8月5日的1.44倍，而此时降雨量达45.9 mm。不同土地利用类型总径流量表现为：林地(20.12 L/m2)<灌草地(23.80 L/m2)<农地(34.34 L/m2)，农地最高，分别为林地和灌草地的1.71，1.44倍；各土地利用类型的变异系数在0.14～0.64，差异较大。

表2 试验地各样方4场降雨特征及径流特征

注：不同小写字母表示同一时间不同土地利用类型下径流量差异显著(p<0.05)，不同大写字母表示同一土地利用类型不同降雨时间径流量差异显著(p<0.05)。

2.2 不同土地利用类型径流中各形态氮素质量浓度特征

2.3 不同土地利用类型径流中各形态磷素质量浓度特征

图1 不同土地利用类型对径流中各形态氮素质量浓度的影响

2.4 不同土地利用类型氮磷流失量特征

图4 不同土地利用类型对不同形态氮素流失量的影响

图5 不同土地利用类型对不同形态磷素流失量的影响

3 讨 论

降雨是流域产流的先决条件，地表径流是面源污染物流失的主要途径，产流量的多少取决于降雨、土地利用方式和植被特征[5,13]。以往在降雨特征对地表径流影响的研究中，不同地区、不同试验条件下的降雨量、降雨强度对地表径流的影响程度差异较大。林锦阔等[14]对自然荒坡、种植荞麦、野生牧草和种植花生4类不同土地利用类型次降雨因子和径流量相关分析得出，各径流小区的径流量与降雨量具有很好的相关性(p<0.01)；樊登星等[15]认为灌草坡面径流小区的径流量与最大30分钟雨强相关性显著。本研究中，不同土地利用类型下径流量与降雨量、降雨强度均呈正相关，径流量因不同土地利用类型分异规律明显，表现为林地(20.12 L/m2)<灌草地(23.80 L/m2)<农地(34.34 L/m2)。林地和灌草地径流量低于农地，说明林地和灌草地比农地具有更好的拦蓄降雨的能力。这是由于林地和灌草地土壤的渗透性较好，活地被物能够增加地表水入渗，减小地表径流；而农地受人为和自然因素双重影响，土壤结构稳定性差，持水能力较小，径流量相对较大。王国重等[16]在丹江口水库水源区不同土地利用类型径流量的研究中，认为6种雨强的平均径流量均为坡耕地>梯田>荒草地>乔木林>灌草地，同样说明林地和灌草地土壤具有良好的保水保土效果，其径流量小于其他土地类型。除此之外，植被盖度也为影响径流量的重要因素之一，研究表明，径流量与植被盖度之间表现出显著的负相关关系，即植被盖度越高，径流量越小[17]。本研究中，林地的植被多为乔木，地表植被结构较为复杂，覆盖度达80%，林冠截留效果较好；灌草地也由低矮灌木和草本植物覆盖，秸秆密集、可有效覆盖地表，覆盖度为70%，可有效减小地表径流；而农地盖度仅为30%，且耕作较为频繁，土壤经常受到扰动，其降雨径流量相对较高。

综上，滇中猛果河仓房小流域试验监测期间处于小流域雨季，雨热同期，且径流量与降雨量及降雨强度呈显著正相关，径流量受土地利用类型影响较大。3种不同土地利用类型中，农地氮磷流失规律较为复杂，应是该流域不同土地利用类型中氮磷流失的重点控制对象；而林地和灌草地均能有效减少径流氮磷流失，降低氮磷流失量，保持水土，表现出了良好的水土保持效益，其中林地的氮磷流失量最低，水土保持效果最好。因此，为了减少该流域氮磷流失量，减小发生水体富营养化的概率：一方面可以通过在流域内增加林地和灌草地面积，开展退耕还林还草工程，以减缓和防治云南红壤丘陵区水土流失；另外，在农地的实际耕作中，可通过调整滇中猛果河仓房小流域沿线土地利用类型，氮、磷肥施用量，施用频次及耕作方式等措施来减少径流量、降低氮磷流失质量浓度；第三，在农地中，要尽量减少或避免雨季的农事活动，提高肥料利用率和适量减少氮磷的输出。通过改变土地利用类型，加强林草植被保护和建设，提高现有植被质量和覆盖率，减轻水土流失强度，可实现云南红壤丘陵区生态环境的明显改善及水资源的可持续利用。

4 结 论

(1) 不同土地利用类型下径流量与降雨量和降雨强度呈显著正相关，总径流量表现为：林地(20.12 L/m2)<灌草地(23.80 L/m2)<农地(34.34 L/m2)，各土地利用类型的变异系数在0.14～0.64之间，差异较大；

(3) 不同土地利用类型下TN和TP流失总量表现为：林地(59.96 和65.47 mg/m2)<灌草地(98.92，102.95 mg/m2)<农地(170.28，200.94 mg/m2)，各土地利用类型的变异系数为0.56，0.59，差异性显著。为了减少该流域氮磷流失量，可通过在流域内增加林地和灌草地面积，开展退耕还林还草工程，以减缓和防治云南红壤丘陵区水土流失。