不同种植年限茶园土壤氮磷养分流失规律

巩龙达，郭德浩，金树权，吕军，张奇春*

(1.浙江大学 污染环境修复与生态健康教育部重点实验室，浙江 杭州 310058；2.宁波市农业科学研究院，浙江 宁波 310000)

随着点源污染逐步得到控制，面源污染已成为我国流域环境污染中重点关注的问题之一。地表径流是农业面源污染的重要输出形式，而降雨、地形地貌和径流状况等因素影响地表径流中氮磷的流失[1-2]。经过多年的研究，我们积累了关于农林养分对水体富营养化影响方面的数据[3-7]。但是，总的来看，虽然进行了不同土地利用类型下对氮磷流失的分析，对经济林土壤地表径流中氮磷的研究仍然相对较少，已有的研究主要是通过野外模拟降雨来实现[8]，所得研究结果难以与实际情况相比较。茶叶是我国重要的农业经济作物。中国的茶叶种植面积大、产量高，种植面积和产量分别占全世界的60%和40%以上。由于茶园坡度较大，易受流水侵蚀，地表氮磷等营养盐通过径流而损失。相关研究表明，新垦和重建茶园在雨后导致土壤氮磷养分易随水土流失，其养分流失的浓度与降雨量及强度密切相关[9]。氮是农作物生长主要限制因子，土壤氮素通过径流进入水体易引起水体富营养化，其中坡耕地土壤氮素的流失约占总养分流失量的81.9%～93.4%[7]。李长嘉等[10]研究表明，种植2 a的茶园与种植4 a的茶园相比，径流中总氮和总磷的流失量增加256.5%和110.8%。

伴随着社会经济的高速发展，许多茶园开始重建，或者由于产权变更进行改建。本研究针对不同种植年限茶园径流土壤氮磷流失的动态规律进行了深入研究，以期对茶园的水土保持提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

横溪水库地处浙江省宁波市鄞州区横溪镇东南(29°44′30″N，121°36′32″E)。流域内分布多种土壤类型，主要是红壤和黄壤。低丘缓坡地主要分布着红壤，在海拔550 m以上主要是黄壤。年降雨量为1 564 mm，主要集中于5—9月的梅雨和台风季节。横溪水库流域内经济林(茶园和果园)面积262.1 hm2，其中茶园主要分布在水库的东侧。由于各种原因，茶园于2015—2017年进行了翻新重建，试验茶园的坡度为15°，西南朝向，土壤pH为4.56，全氮1.78 g·kg-1，全磷0.80 g·kg-1，有机质3.9%，碱解氮185 mg·kg-1，速效磷15 mg·kg-1，速效钾47 mg·kg-1。

1.2 处理设计

试验开始于2018年3月，在茶园中建立径流小区。小区面积为9 m×4 m，加上延伸的V形区域面积共40 m2。径流场主要由集流区、拦水边墙和径流池等部分组成，拦水边墙用适当厚度的塑料板或白铁皮等建成，挖掘宽20 cm、深30 cm沟安装，其中埋深30 cm，露出地面20 cm。径流池位于径流场的下方，用于承接径流场产生的径流，对径流池的开口添加铁丝网，以防止生物的进入。

1.3 样品采集与测定

1.4 数据处理

所用数据和作图采用Excel 2010，统计分析用SPSS 20.0进行。径流小区氮磷养分的年流失量计算公式如下：

式中，Li为小区径流或泥沙中某养分指标年流失量(mg)，Ci为第i次降雨该养分指标的浓度(mg·L-1)或含量(g·kg-1)，Qi为第i次降雨的径流量(L)或泥沙流失量(g)。

2 结果与分析

2.1 不同种植年限茶园地表径流和泥沙流失量

通过对径流和泥沙流失量的分析，可以看出种植1、2和3 a茶园的年径流量分别为229.1、208.6和224.6 m3·hm-2(表1)。其中种植1 a茶园径流量高于种植2 a和3 a茶园，但差异不显著。而且种植1 a的茶园泥沙流失量也较多，种植2 a和3 a的茶园没有产生泥沙流失，说明种植1 a的茶园比种植2 a和3 a的茶园更容易发生水土流失。可能是由于种植时间短的茶园土壤比较疏松，另外茶树生长不完全、根系不深、树冠未形成、覆盖面积小，使得重建茶园土壤更易遭受降雨侵蚀，加剧水土流失[11]。此外，由于各个径流小区的坡向略有差异，因此，其侵蚀方式和侵蚀强度也不同，也可能造成径流和土壤氮磷养分流失的空间差异[12]。

表1 不同种植年限茶园径流和泥沙的流失量

2.2 不同种植年限茶园地表径流各形态氮流失量

表2 不同种植年限茶园地表径流氮素形态流失量

图1 不同种植年限茶园地表径流氮浓度变化

2.3 不同种植年限茶园地表径流各形态磷流失量

土壤地表径流磷素的流失总量(TP)主要有可溶态-P和颗粒态-P组成。从表3可以看出，不同种植年限茶园土壤径流可溶态-P流失量未表现出显著性差异。种植1 a茶园的颗粒态-P流失量占到了磷素流失总量的73.2%，且明显高于种植2 a和3 a的茶园，这可能与不同种植年限茶园中泥沙的流失不同有关。通过对地表径流磷素流失总量(TP)的计算，结果表明，种植1 a茶园径流TP流失量(0.157 kg·hm-2)，与种植2 a(0.062 kg·hm-2)和3 a的茶园(0.057 kg·hm-2)相比较均有所增加。但种植2 a和3 a茶园之间无显著性差异，说明相比于种植2 a和3 a的茶园，新建茶园易发生地表径流磷的流失。

表3 不同种植年限茶园地表径流各形态磷流失量

不同种植年限茶园自然降雨形成的径流中TP浓度变化见图2。TP的范围在0.004～4.134 mg·L-1，不同种植年限茶园TP浓度的变化趋势相似，分别在6月、8月和10月达到峰值，这主要与施肥时间和台风时间有关。总体来看，种植3 a的茶园由于覆盖度较好，水土流失不明显，TP浓度随时间的变化较为稳定。

图2 不同种植年限茶园地表径流磷浓度变化

3 小结

相比于种植2 a和3 a的茶园，重建茶园(种植1 a的茶园)地表径流量大，且明显发现了泥沙的流失，因此，重建1 a后茶园的水土流失更严重。

各次自然降雨条件下茶园地表径流中氮浓度变化极大。土壤氮素径流流失的主要形式为硝态氮。相比于种植2 a和3 a的茶园，重建茶园(种植1 a的茶园)地表径流硝态氮量增加，说明茶园中的硝态氮更容易随径流流失。

各次自然降雨条件下茶园地表径流可溶态-P流失较为稳定，不同年限种植茶园之间无显著性差异。相比种植2 a和3 a茶园，1 a茶园TP流失总量分别增加了153.2%和175.4%，而且在1 a茶园中总磷流失的73.2%属于颗粒态-P，因此，颗粒态-P决定了茶园地表径流TP的流失。

综上，种植1 a的茶园地表径流和径流氮磷、泥沙量均高于种植2 a和3 a的茶园，表明重建茶园初期土壤养分流失严重，应做好重建茶园初期的水土防护，从而降低重建茶园的面源污染的风险。