三峽庫區(qū)小江流域水土流失的主要策源地

三峽庫區(qū)小江流域水土流失的主要策源地

中國是世界上水土流失最嚴重的國家之一。目前，全國土壤侵蝕面積為3464.2km，占土壤侵蝕面積的37%。特別是耕地水土流失，不僅帶來大量排水和沉積物，而且嚴重危及了耕地上水體的富營養(yǎng)化。在最近10多年里,水土流失引起水體富養(yǎng)化呈明顯的上升趨勢,成為國際社會關注的熱點。三峽庫區(qū)生態(tài)環(huán)境敏感脆弱,水土流失、水污染和水體富營養(yǎng)化等問題十分突出。2007年遙感調查表明:三峽庫區(qū)水土流失面積28246.61km2,占區(qū)域總面積的48.40%(2007年中國水土保持公報);2007年5月中旬后,小江河口、雙江大橋、黃石代李子大橋和高陽大橋等河段均出現水華,且小江云陽段大面積浮萍和嚴重的藍藻水華使局部水域喪失了基本水體功能。為了統籌人與自然和諧發(fā)展,促進庫區(qū)移民、經濟、社會及環(huán)境協調可持續(xù)發(fā)展,我們選取了“水華”較為嚴重的小江及其所在的小江流域進行相關方面的試驗和研究。1小江流域自然概況小江(又名澎溪河),是長江重慶段的第2大支流,也是三峽庫區(qū)腹心地帶的一級支流。河流起源于重慶市開縣白泉鄉(xiāng),全長177.5km,河口流量116m3/s,流經重慶市、四川省的6個縣、區(qū),77個鄉(xiāng)鎮(zhèn),于云陽縣雙江鎮(zhèn)匯入長江,下游河口距三峽大壩247km。三峽水庫蓄水至156m后,小江回水區(qū)延伸至開縣渠口鎮(zhèn)境內本次研究水域為156m水位以下渠口至小江河口,約60km。小江流域位于N30°49′-31°42′,E107°56′-108°54′之間,面積5172.5km2。流域地貌屬典型的葉形丘陵山地,上游為大巴山南麓中低山地,中下游為川東平行嶺谷低山丘陵,集中了三峽庫區(qū)各次級河流流域的主要地貌與氣候特點,極具典型性。流域耕地以水田和坡耕地為主,梯坪地較少。農地施肥方式多為撒施且存在重氮磷肥、輕鉀肥的現象。2007年,小江流域化肥施用總量(折純量)為18.77×103t,其中氮肥、磷肥、鉀肥分別為14.684×103t,2.87×103t,1.22×103t,施用比例為1∶0.20∶0.08,與農作物需求的最佳比例(水田N∶P∶K=1∶0.4∶0.8,旱地N∶P∶K=1∶0.32∶0.59)相比,化肥施用極不合理,鉀施用量過低,氮施用量太大。2采樣點水質、樣品采集方法根據小江的自然形態(tài)、水文特征及農田利用等情況,共設置6個采樣斷面:渠口(N31°07′58.4′′,E108°29′11.6′′)、養(yǎng)鹿(N31°07′51.0′′,E108°33′55.9′′)、高陽(N31°07′50.5′′,E108°40′20.5′′)、黃石(N31°00′29.4′′,E108°42′39.5′′)、雙江(N30°56′51.1′′,E108°41′37.5′′)和河口(N30°57′03.8′′,E108°39′30.6′′),以河口代表長江為參照斷面,各斷面采樣點均位于河道深弘線處。于2008年4月、7月和11月各采集水樣1次。水樣采集方法參照《水質采樣技術指導》(GB12998-91)。指標測定:透明度采用塞氏盤法;葉綠素a采用丙酮浸提-分光光度法;總氮(TN)采用過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法;總磷(TP)采用鉬銻抗分光光度法。3結果與分析3.1研究區(qū)耕地流失量及現狀根據小江上游開縣芋子溝水土保持定位監(jiān)測點“不同土地利用類型下水土流失量的定點監(jiān)測”監(jiān)測結果,確定研究區(qū)的土壤侵蝕模數為:水田200t/(km2·a),梯坪地500t/(km2·a),<25°坡耕地2500t/(km2·a),>25°坡耕地5000t/(km2·a)。據此可估算出研究區(qū)各類農地的土壤流失量,見表1。從表1可知:(1)研究區(qū)的耕地以水田和<25°坡耕地為主,所占比例分別為45.15%和40.03%;梯坪地和>25°坡耕地較少,所占比例分別為5.05%和9.77%;(2)農地的土壤流失主要發(fā)生在坡耕地上,年土壤流失量分別高達218560t(<25°坡耕地),106710t(>25°坡耕地),占研究區(qū)年土壤流失量的62.36%和30.44%;(3)水田和梯坪地的土壤流失量分別為19723.4,5513t,占研究區(qū)年土壤流失量的5.63%和1.57%;(4)研究區(qū)年土壤流失總量高達35.05×104t,按照長江中上游地區(qū)土壤侵蝕平均泥沙輸移比0.28計算,則由于水土流失該區(qū)域每年直接進入小江的泥沙為9.81×104t。流域的低山丘陵地貌決定了坡耕地的大量存在。由于當地經濟條件落后,使得坡改梯等水土保持措施的推廣受限,從而形成了坡耕地多、梯坪地少的耕地組成特點。按國家規(guī)定,>25°坡耕地應退耕植樹種草,但當地經濟仍以農業(yè)生產為主且耕地資源少,所以還存在一定比例>25°坡耕地種植農作物的情況。研究區(qū)坡耕地的面積占耕地總面積的49.80%,年土壤流失量占總流失量的92.80%,此數字明確指出-坡耕地是該流域水土流失的主要策源地。3.2地表徑流和地下淋溶中氮、磷的大量流失根據小江流域對不同土地利用類型下流失泥沙的采樣分析結果,TN含量平均為0.64g/kg,TP含量平均為0.53g/kg,據此算出研究區(qū)每年因土壤侵蝕流失的TN為62.81t,TP為52.02t;小江流域年平均降雨量1385.00mm,不同土地利用類型下的徑流系數平均值為0.50,據試驗測得徑流中的TN含量平均為4.05g/含量平均為0.11g/m3,可估算出研究區(qū)農地每年隨地表徑流流失的TN為612.95t,TP為17.01t。故研究區(qū)農地每年因水土流失進入水體的TN、TP分別為675.76,69.03t。相關研究表明,小江流域云陽段通過地表徑流和地下淋溶進入水體的氮、磷分別為1478.69,171.92t/a,據上述數值可知因水土流失進入小江的氮、磷分別占45.70%,40.15%。由此可見,農地水土流失引起了氮、磷的大量流失,對小江水體的富營養(yǎng)化貢獻極大。氮是農業(yè)種植中施用量最大的營養(yǎng)元素,也是在土體中移動性較強的元素,其主要是以可溶態(tài)形式流失,泥沙結合態(tài)很少。磷在土中的移動性極差,不超過0.1~0.5mm/a,一般主要集中在表土層,較難穿透較厚的土層。所以氮的施用量雖比磷大很多,但土壤侵蝕產生的TN和TP流失量相差并不大。農田磷素則主要是通過水土流失,以吸附在土壤顆粒表面為主進入水體的,所以土壤侵蝕產生的TP流失量遠大于地表徑流帶走的TP量。3.3各斷面tn濃度的季節(jié)變化特征研究期間,渠口、養(yǎng)鹿、高陽、黃石、雙江及河口各斷面的TN濃度變化見圖1。小江TN的濃度在1.78~5.31mg/L之間,春(4月)、夏季(7月)各斷面濃度均高于參照斷面,秋季各斷面濃度均低于參照斷面。這與農地的水土流失具有同步性,雨季(6-8月)農地的水土流失最為嚴重,加之這個時段處于種植季節(jié)農地施肥量較多,故向小江輸送的氮最多,各斷面的TN濃度較參照斷面高。7月的TN濃度,渠口>養(yǎng)鹿>高陽>黃石>雙江>河口;渠口、養(yǎng)鹿、高陽的TN濃度4月<11月<7月,黃石、雙江、河口的TN濃度4月<7月<11月。這說明各斷面的TN濃度還受長江TN濃度的制約?？偟膩碚f,距長江越遠,則主要受水土流失制約,TN濃度與水土流失表現出一致的季節(jié)變化特征;距長江越近,則受長江TN濃度的影響越明顯,各時段的TN濃度也越與之接近,與長江TN濃度的變化趨勢一致。根據Wetzel提供的湖泊、水庫營養(yǎng)狀態(tài)劃分標準,僅養(yǎng)鹿4月的TN濃度(1.78mg/L)位于中營養(yǎng)狀態(tài)(753μg/L≤TN≤1875μg/L)的濃度范圍內,其余樣本的TN濃度超過富營養(yǎng)狀態(tài)的TN濃度閾值(TN≥1875μg/L)。就TN含量而言,小江總體處于中-富營養(yǎng)狀態(tài)。3.4小江水體富營養(yǎng)狀態(tài)的評價研究期間,渠口、養(yǎng)鹿、高陽、黃石、雙江及河口各斷面的TP濃度變化見圖2。小江TP的濃度在30~163μg/L之間。各斷面的TP濃度7月<11月<4月,表現出明顯的季節(jié)性。除11月雙江的TP濃度略大于河口外,其余各時段各斷面的TP濃度均小于河口。這說明小江的TP濃度較長江低。4月,正值種植季節(jié),肥料施用量大,且降雨不斷,植被覆蓋度較小,導致水土流失嚴重,隨之流入小江的P較多,而此時長江水位低,長江水的稀釋作用微弱,所以TP濃度較高;7月,多暴雨,水土流失最劇烈,流失的P也最多,但此時江水暴漲,稀釋作用顯著,使得TP濃度最小;11月,水土流失較輕,但江水回落,所以TP濃度有所回升。與TN濃度值相比較,TP的濃度值均非常小,所以就小江的TP濃度而言,長江水的稀釋作用遠大于其TP濃度的影響。研究中,選取了TN、TP、透明度和葉綠素a含量為指標,采用修正的卡森指數法對小江水體富營養(yǎng)狀態(tài)進行評價,結果表明小江處于中營養(yǎng)到富營養(yǎng)狀態(tài)。此外,氮、磷要素相對豐度(TN/TP)對藻類的暴發(fā)性生長具有重要作用,是調控浮游植物生長交替的關鍵因素之一。當水體中TN/TP<7,N將限制藻類的生長;TN/TP在8~30為適合藻類生長范圍;TN/TP>30,P將成為藻類生長的限制因子。從表2可知,4月份TN/TP在8~19之間,較適合藻類的生長,容易發(fā)生水體富營養(yǎng)化;7月份TN/TP在43~177之間,11月TN/TP在36~46之間,磷為該兩個時段水體富營養(yǎng)化的限制因子。3.5調查地的水土流失行為上述試驗數據和分析結果明確指出,防治農地水土流失、控制氮磷流失是防治小江水體富營養(yǎng)化的一個非常重要的方面。影響氮、磷流失的因素很多,從預防污染的角度來分析有3種:土壤質地和土地利用類型;施肥的方法、種類和時間;降雨強度和降雨量。針對小江流域的水土流失特點和氮、磷流失途徑,可以采取以下措施:(1)坡改梯和退耕還林。試驗數據明確顯示:(1)梯坪地的土壤侵蝕模數為<25°坡耕地的1/5,為>25°坡耕地的1/10;(2)梯坪地的面積為<25°坡耕地的1/8,為>25°坡耕地的1/2?？梢娖赂赝寥狼治g強度大、面積廣,是水土流失的首要防治對象。小流域坡耕地的治理有兩條途徑:一是坡改梯,<25°的坡耕地盡可能地修成梯坪地;二是退耕還林,將>25°的坡耕地退耕植樹種草。(2)優(yōu)化土地利用。黃云鳳在對福建省九龍江流域4個不同土地利用方式的小流域的研究中發(fā)現:土地利用方式對氮的流失有明顯影響,一般植被覆蓋度提高可以降低流失,而農業(yè)活動會加劇流失。在重慶市渝北區(qū)兩路鎮(zhèn)鹿山村進行的試驗也得出類似結論。所以減小坡耕地的水土流失還必須優(yōu)化土地利用,多種植林木,根據土壤性質選擇農作物或林木品種,例如富磷的土壤選擇喜磷的作物。此外,還應改進種植方式,改順坡耕作為橫坡壟作,推行少耕、免耕制度。(3)合理施肥。在研究中,我們發(fā)現小江水體的富營養(yǎng)化還與該流域的施肥習慣密切相關。傳統的撒施方式,一是不均勻,不利于作物吸收利用;二是大量的肥料停留在地表,極易隨地表徑流流失。所以應改進施肥方式,推廣穴施、噴施等。再者,施肥中的重氮磷肥、輕鉀肥導致氮、磷、鉀比例失衡會降低作物對化肥的利用率,增大淋溶和徑流損失。所以應根據土壤條件和作物種類,采用測土施肥技術,實行平衡施肥,并在控制化肥施用量的同時多施有機肥。除了上述措施,要進行小江水體富營養(yǎng)化的有效防治,還應密切結合其他措施,例如建立污水處理廠、垃圾處理場和化糞池等,嚴禁生活、工業(yè)污水、垃圾及糞便等直接入江。4小江水體富營養(yǎng)化的表現小江流域的農地水土流失是小江水體的富營養(yǎng)化的一個重要源頭,尤其是坡耕地的水土流失。通過上述研究和分析,得出以下結論:(1)坡耕地是小江流域水土流失的主要策源地,農地水土流失導致的氮、磷流失對小江水體的富營養(yǎng)化貢獻很大,因水土流失進入小江的TN、TP高達675.76,6