密云水庫(kù)庫(kù)區(qū)不同植物籬模式下的氮磷阻控效應(yīng)

王磊　索琳娜　魏丹　金梁　丁建莉　蘇劉燕　安志裝

摘要：篩選攔截效果最佳、經(jīng)濟(jì)效益最佳的植物籬模式，為密云水庫(kù)水源保護(hù)區(qū)控制坡耕地氮磷流失提供技術(shù)參考。設(shè)置“桔梗+狗牙根”“丹參+狗牙根”“桑樹+野牛草”“黃芩+野牛草”4種不同的植物籬模式，監(jiān)測(cè)2020年天然降水條件下的地表徑流、泥沙以及養(yǎng)分情況，分析不同植物籬模式下徑流小區(qū)的產(chǎn)流和產(chǎn)沙情況，探討不同植物籬對(duì)坡耕地地表徑流、泥沙和養(yǎng)分的攔截效率及其影響因素。結(jié)果表明：4種植物籬種植模式都能夠起到截流減沙，減輕水環(huán)境富營(yíng)養(yǎng)化的作用，從而避免對(duì)下游水體的污染。其中“桑樹+野牛草”植物籬效果最為顯著，大雨雨強(qiáng)下可以減流57.96%，減沙96.64%，暴雨雨強(qiáng)下可以減流64.63%，減沙97.17%；對(duì)氮的相對(duì)攔截量為93.14 mg，相對(duì)攔截率約88.27%；對(duì)磷的相對(duì)攔截量為 25.17 mg，相對(duì)攔截率約80.72%，能有效減少地表徑流中的氮、磷含量。在考慮經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和生態(tài)效益下，開展植物籬防控面源污染工作中，最佳的物種選擇為“桑樹+野牛草”，其次為“黃芩+野牛草”。野牛草在防控水土流失與面源污染方面效果十分顯著，可以作為水土保持的先鋒植物推廣。

關(guān)鍵詞：土壤；徑流；植物籬模式；坡耕地；氮磷流失

中圖分類號(hào)：S157.1? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-3075（2023）03-0035-07

水土流失與耕地資源的大量使用所引起土壤退化，導(dǎo)致氮磷等養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)逐步增大，由此引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化已成為亟待解決的問題（張雪蓮等，2019）。密云水庫(kù)是北京市的重要水源地，一直以來(lái)都屬于重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域之一。研究表明密云水庫(kù)流域內(nèi)徑流水質(zhì)有機(jī)物污染指標(biāo)貢獻(xiàn)率COD約70%，BOD5 約70%，養(yǎng)分流失指標(biāo)貢獻(xiàn)率TN約 70%，NH4+-N和TP均達(dá)到了90%（黃生斌等，2007）。目前在水土保持領(lǐng)域較為推薦、有效的水土保持生物措施就是植物籬技術(shù)（Grimaldi et al，2012；Donjadee & Tingsanchali，2013）。植物籬技術(shù)采用立體種植，矮化的植物籬截割坡長(zhǎng)，攔截土壤，增加入滲，改善土壤性質(zhì)（王燕等，2006） 。植物籬種植模式可以按照種植類型、間距、位置以及搭配措施等來(lái)區(qū)分（俞國(guó)松等，2013）。由于各個(gè)地區(qū)的實(shí)際條件如氣候、地理位置等的不同，不同地區(qū)的植物籬配置模式也不一樣。譬如蒲玉琳等（2014）以紫色土為研究對(duì)象，討論了不同種植籬模式對(duì)氮素流失效應(yīng)的影響，結(jié)果表明，就總氮而言，20°坡地紫穗槐（Amorpha fruticosa）與香根草（Vetiveria zizanioides）植物籬模式的年均總氮流失負(fù)荷分別比橫坡農(nóng)作模式降低 92.4%、90.0%；13°坡地紫花苜蓿（Medicago sativa）與蓑草（Eulaliopsis binata）植物籬模式的年均總氮流失負(fù)荷分別比橫坡農(nóng)作模式降低 88.7%、83.9%。不同種植籬模式都具有較好的防治面源污染的效果。黃欠如等（2001）在南方紅壤區(qū)研究表明，香根草植物籬在紅壤坡耕地上有較好的減流減沙能力，可分別攔截徑流和泥沙29%～72%和56.25%～97.4%。范洪杰等（2014）在南方紫色土坡耕地研究表明，香根草植物籬可攔截徑流75%，攔截泥沙83%。廖曉勇等（2009）通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)三峽庫(kù)區(qū)飼草玉米植物籬可以削減土壤侵蝕量、地表徑流量的幅度分別達(dá)41.41%～75.20%、35.71%～57.05%，有效改善了土壤養(yǎng)分。Eghball等（2000）在美國(guó)深層黃土區(qū)研究表明，牛尾梢 （Hedysarum scoparium） 草籬對(duì)徑流和泥沙的阻控率分別為 22%～52%和53%～63%。Culluma等（2007）研究表明0.5 m寬的芒屬（Miscanthus）草籬使沙壤土侵蝕量降低了90%。Pansakw等在（2008）泰國(guó)北部建立了25 cm×75 cm的香根草植物籬，研究表明香根草植物籬可以有效阻控30%的總氮流失。

隨著國(guó)民生態(tài)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，水土流失、水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問題受到了各界的關(guān)注，學(xué)術(shù)界也掀起了以生物攔截技術(shù)防治農(nóng)業(yè)面源污染的研究熱潮（施衛(wèi)明等，2014）。但目前關(guān)于不同物種植物籬模式對(duì)坡耕地土壤氮磷流失阻控效應(yīng)的研究還相對(duì)較少，已篩選出的水土保持效果較好的植物籬模式可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)價(jià)值較低。因此，本次試驗(yàn)針對(duì)密云水庫(kù)這一特殊的地理位置，通過設(shè)置4種不同的植物籬模式，分析不同植物籬模式下徑流小區(qū)的產(chǎn)流和產(chǎn)沙情況，探討不同植物籬對(duì)坡耕地地表徑流、泥沙和養(yǎng)分的攔截效率及其影響因素，篩選出攔截效果最佳、經(jīng)濟(jì)效益最佳的植物籬模式，以期為密云水庫(kù)水源保護(hù)地保護(hù)和修復(fù)提供參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)區(qū)概況

研究區(qū)位于密云水庫(kù)庫(kù)區(qū)北京市農(nóng)林科學(xué)院面源污染防控基地（117°6′42.08″E，40°32′22.02″N），面積13 333 m2。其北邊是主要入庫(kù)河流潮河，南邊為清水河。年均氣溫約13.5℃，海拔155 m。研究區(qū)共建有16個(gè)徑流小區(qū)，每年定期采集基礎(chǔ)土壤樣品，每個(gè)小區(qū)分上、中、下坡采集土樣，每個(gè)樣品取3次重復(fù)，每批樣品共有144個(gè)。土壤類型為砂質(zhì)土，2019年測(cè)得土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)pH為6.33，有機(jī)質(zhì)含量11.42 g/kg，全氮含量6.89 g/kg，速效磷10.5 g/kg，速效鉀39.7 g/kg。

1.2? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在密云水庫(kù)周邊坡耕地先后設(shè)置4個(gè)區(qū)組，每組包括1種植物籬模式徑流小區(qū)和1個(gè)裸地對(duì)照小區(qū)CK。4種植物籬模式小區(qū)分別為T1（桔梗+狗牙根）、T2（丹參+狗牙根）、T3（桑樹+野牛草）、T4（黃芩+野牛草）。每種植物籬模式徑流小區(qū)設(shè)3個(gè)重復(fù)，如圖1。試驗(yàn)地安裝有自動(dòng)雨量計(jì)。為避免因外坡面徑流匯入給監(jiān)測(cè)結(jié)果造成偏差，研究組還為16個(gè)徑流小區(qū)分別修建了臨時(shí)擋水墻，埋深為80 cm，地上高度為30 cm。徑流小區(qū)的集雨產(chǎn)沙水平投影均為順坡10 m、橫坡5 m的矩形，面積為50 m2。此外，徑流小區(qū)底部還設(shè)置了徑流液出口，并借助自帶計(jì)量功能的徑流桶收集，最大收納量為5 000 L（如圖2，圖3）。裸地為長(zhǎng)期裸露的地塊，因裸地上經(jīng)常會(huì)有野草等生長(zhǎng)，所以為了常年保證裸地?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，基地工作人員會(huì)定期用剪刀小心地剪去地上部分，不造成土壤擾動(dòng)。

依據(jù)適合當(dāng)?shù)赝恋睾蜌夂驐l件、多年生草本或木本植物、水土保持效果好、旺期生長(zhǎng)期與集中降雨季相一致、經(jīng)濟(jì)價(jià)值高等原則，本試驗(yàn)采用的植物籬物種桑樹（Morus alba）、丹參（Salvia miltiorrhiza）、野牛草（Buchloe dactyloides）、黃芩（Scutellaria baicalensis）、桔梗（Platycodon grandiflorus）、狗牙根 （Cynodon dactylon） 6種生長(zhǎng)階段無(wú)需施肥的生態(tài)型且具有一定經(jīng)濟(jì)、景觀價(jià)值的植物進(jìn)行間作種植。桑樹采用移栽的方式種植，其具有耐寒、耐旱、耐瘠薄、對(duì)土壤的適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，根系特別發(fā)達(dá)，且具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，果實(shí)可食用、入藥。丹參、黃芩、桔梗是多年生草本植物，根系發(fā)達(dá)，對(duì)土壤選擇性不強(qiáng)，其根可入藥，采用播種的方式種植。野牛草和狗牙根是多年生草本植物，生命力極其旺盛且種植方法簡(jiǎn)單，采用播種的方式種植。6種植物均于2012年4月布設(shè)在徑流小區(qū)中，株距為15 cm，籬間距為100 cm，每個(gè)徑流小區(qū)每種植物間隔種植，1：1布置，共布設(shè)8行，具體組合模式見表1。開始監(jiān)測(cè)時(shí)植物籬帶內(nèi)蓋度約為90%，且不同物種植物籬差異不大，2020年各徑流小區(qū)植物籬生長(zhǎng)狀況見表1。

1.3? ?試驗(yàn)方法

1.3.1? ?采樣與測(cè)定? ?2020年1-12月，在試驗(yàn)區(qū)開展動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)工作，監(jiān)測(cè)期內(nèi)共有6場(chǎng)降雨產(chǎn)生地表徑流，其他場(chǎng)次降雨均未產(chǎn)生地表徑流，直接在徑流小區(qū)內(nèi)入滲。當(dāng)次降雨在徑流小區(qū)產(chǎn)生地表徑流時(shí)，雨后需按徑流小區(qū)分別采集水樣，共采集徑流水樣6批，每批16個(gè)樣品，共96個(gè)樣品，每個(gè)樣品600 mL。

植物株高：采用卷尺測(cè)量，每個(gè)小區(qū)除桑樹外隨機(jī)選擇10株植物進(jìn)行測(cè)量，取其平均值。桑樹高度采用測(cè)斜儀測(cè)定。

植物籬蓋度：采用針刺法測(cè)定，借助于鋼卷尺和樣方框繩上每隔1.25 m的標(biāo)記，用粗約2 mm的細(xì)針（針越細(xì)結(jié)果越準(zhǔn)確），按順序在樣方內(nèi)上下左右間隔1.11 m的點(diǎn)（共5 000個(gè)點(diǎn)）上，從植被的上方垂直下插，如果針與植物接觸，即算作一次“有”、如沒有接觸則算“無(wú)”不劃記。最后計(jì)算劃記的數(shù)次，用百分?jǐn)?shù)表示即為蓋度。

徑流采集與測(cè)定：?jiǎn)未谓涤戤a(chǎn)流結(jié)束后，將徑流小區(qū)的徑流通過集流槽收集到徑流桶中，由水位流量關(guān)系計(jì)算單次降雨的徑流量。取徑流桶中的清夜 3 次重復(fù)的混合樣0.6 L，加入 4 mL 濃硫酸，測(cè)定徑流氮、磷濃度。

泥沙采集與測(cè)定：有產(chǎn)流的單次降雨結(jié)束后采集水樣，待徑流桶中地表徑流澄清后，棄去清夜，將余下的懸濁液收集至塑料桶，繼續(xù)澄清，收集泥沙，45°烘干測(cè)定泥沙量。

徑流養(yǎng)分測(cè)定：徑流全氮（total nitrogen of runoff， WTN）濃度采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定（彭鵬和石慧，2008）；徑流銨氮（ammonium nitrogen of runoff， WAN）濃度，將水樣經(jīng) 0.45 μm 濾膜過濾后采用流動(dòng)注射分析儀法測(cè)定（鄭科等，2018）；徑流總磷（total phosphate of runoff， WPN）采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定（秦雨，2020）。

1.3.2? ?數(shù)據(jù)分析與計(jì)算? ?用 Excel 2010 和 SPSS11.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用單因子方差分析（one way-ANOVA）和SNK （Student-Newman-Keuls）法進(jìn)行不同處理間單次降雨徑流泥沙量和養(yǎng)分流失量的差異顯著性比較。

相對(duì)攔截率[η] = ［（C0-Ci）／C0］×100% ①

式中：C0為CK組養(yǎng)分流失量；Ci為第i處理組養(yǎng)分流失量。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?不同植物籬的截流減沙效應(yīng)

2.1.1? ?降雨特征? ?由于試驗(yàn)區(qū)受暖溫帶季風(fēng)氣候影響，1-5月及9-12月，次降雨量較小，雨水大多直接滲入土壤，未能形成徑流。而2020年度形成地表徑流的6場(chǎng)降雨都集中在6、7、8 月，分別為1場(chǎng)、3場(chǎng)和2場(chǎng)。其中，4場(chǎng)降雨在白天，2場(chǎng)在夜間，根據(jù)降雨分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，降雨量15.0～29.9 mm為大雨，30.0～69.9 mm為暴雨，每場(chǎng)降雨的降雨量、降雨時(shí)長(zhǎng)以及平均雨強(qiáng)差異較大（表 2）。

降雨量不僅取決于降雨時(shí)長(zhǎng)，還與降雨強(qiáng)度密切相關(guān)。第1、2、6場(chǎng)降雨，盡管降雨時(shí)長(zhǎng)相對(duì)較短，但由于平均雨強(qiáng)大，總體降雨量反而更大（圖4）。這3場(chǎng)降雨前期30 min降雨量增長(zhǎng)明顯，而后才緩慢下降。第5場(chǎng)降雨在30～180 min呈現(xiàn)先增加后減小趨勢(shì)，而后在180～210 min又突然增加，而后減小。第4場(chǎng)降雨與第5場(chǎng)降雨呈現(xiàn)規(guī)律一致。第3場(chǎng)降雨是在120 min后開始減小，180 min后就一直是小雨?duì)顟B(tài)，差異不大，直至停止。

2.1.2? ?不同徑流小區(qū)徑流量? ?次降雨量與地表徑流量存在正相關(guān)，即次降雨量越大，地表徑流量也越大（表3）。試驗(yàn)期間，次降雨量最大的是第1場(chǎng)，其次是第6場(chǎng)，各處理小區(qū)在這2場(chǎng)降雨下的徑流量均高于其他幾場(chǎng)降雨?？梢?，降雨時(shí)長(zhǎng)和平均雨強(qiáng)對(duì)徑流量影響顯著。同一場(chǎng)降雨下，各處理小區(qū)的徑流量具有顯著性差異，相比于對(duì)照徑流小區(qū)，處理小區(qū)徑流量更少，表明4種植物籬模式對(duì)坡耕地地表徑流均可起截留作用，能夠有效防止水土流失對(duì)周邊水環(huán)境造成污染。

2.1.3? ?徑流量與泥沙量? ?通過對(duì)比處理小區(qū)和對(duì)照徑流小區(qū)的徑流量發(fā)現(xiàn)4種植物籬均可起到水土保持效果（圖 5）。不同物種植物籬處理下徑流量大小為“桑樹+野牛草”<“ 黃芩+野牛草”<“桔梗+狗牙根”<“丹參+狗牙根”（圖 5），計(jì)算得出不同物種植物籬對(duì)地表徑流相對(duì)攔截率均可達(dá)30%以上，其中“桑樹+野牛草”植物籬攔截效應(yīng)最為顯著，大雨雨強(qiáng)下相對(duì)攔截率為57.96%，暴雨雨強(qiáng)下相對(duì)攔截率為64.63%。富含營(yíng)養(yǎng)的泥沙是造成水體污染的重要原因，設(shè)置植物籬能夠有效攔截泥沙，達(dá)到防治水體污染的目的。

喬木、灌木以及草本植物都能起到截留泥沙的作用（圖5）。不同物種植物籬處理下泥沙量大小為“桑樹+野牛草”< “黃芩+野牛草”<“桔梗+狗牙根”<“丹參+狗牙根”，計(jì)算得出不同物種植物籬對(duì)泥沙的相對(duì)攔截率達(dá)78%以上，其中大雨雨強(qiáng)下“桑樹+野牛草”植物籬攔截效應(yīng)最顯著，大雨雨強(qiáng)下相對(duì)攔截率為96.64%，暴雨雨強(qiáng)下相對(duì)攔截率為97.17%。在植物籬的作用下，大量泥沙在籬前被攔截，因此水體中泥沙增速放緩，養(yǎng)分富集也逐漸變慢。

相關(guān)性分析結(jié)果顯示，泥沙量和徑流量之間存在顯著正相關(guān)，R2=0.6537，回歸方程式為 y=0.0257x-0.277（圖6）。表明地表徑流越大，泥沙量也將隨之增加。一方面，植物籬的存在可以使徑流流速變慢，徑流所攜帶的部分泥沙將被截留；另一方面，植物根系還會(huì)令土壤孔隙增加，更多的地表徑流會(huì)滲入土壤中。綜上，4種植物籬截流減沙的作用都比較明顯，尤其是“桑樹+野牛草”植物籬相對(duì)攔截效應(yīng)最顯著，可以避免坡耕地徑流和泥沙匯入周邊水體對(duì)其造成污染。

2.2? ?不同物種植物的養(yǎng)分?jǐn)r截效應(yīng)

2.2.1? ?養(yǎng)分流失量? ?對(duì)比各處理小區(qū)和對(duì)照徑流小區(qū)氮磷鉀等養(yǎng)分流失情況發(fā)現(xiàn)，植物籬還能夠攔截養(yǎng)分，同樣對(duì)防治水體污染意義重大。通常，氮、磷等養(yǎng)分會(huì)伴隨著徑流和泥沙逐漸流失，有了植物籬的存在，大量養(yǎng)分或被攔截在土壤中，或直接被植物吸收，流失的養(yǎng)分減少。F檢驗(yàn)和多重比較得出，各處理小區(qū)和對(duì)照徑流小區(qū)的總氮、氨氮流失量存在顯著差異（P<0.05）；除“桔梗+狗牙根”植物籬外，各處理小區(qū)與對(duì)照徑流小區(qū)總磷流失率也存在顯著差異（P<0.05），如圖7。

2.2.2? ?相對(duì)攔截量和相對(duì)攔截率? ?“桑樹+野牛草”植物籬攔截效應(yīng)最顯著，對(duì)氮的相對(duì)攔截量為93.14 mg，相對(duì)攔截率約88.27%（表4），是避免下游水體氮富集的最佳選擇?！敖酃?狗牙根”植物籬對(duì)氮的攔截能力也較為突出，總氮相對(duì)攔截率超過58%。此外，“桑樹+野牛草”“丹參+狗牙根”以及“黃岑+野牛草”3種植物籬對(duì)氨氮的相對(duì)攔截率也超過了70%。

磷的攔截效果由強(qiáng)到弱依次是“桑樹+野牛草”>“黃芩+野牛草”>“丹參+狗牙根”>“桔梗+狗牙根”，除“桔梗+狗牙根”植物籬外相對(duì)攔截率均超過33.70%。其中，“桑樹+野牛草”植物籬相對(duì)攔截率為80.72%，相對(duì)攔截量為25.17 mg（表 4），說明該植物籬模式能夠有效攔截徑流中的磷，避免下游水體出現(xiàn)磷富集現(xiàn)象。

由表4可知，“桑樹+野牛草”植物籬無(wú)論是氮相對(duì)攔截抑或是磷相對(duì)攔截，效果都比較顯著，宜大規(guī)模推廣，以緩解密云水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化的問題。其攔截效果顯著的原因?yàn)椋海?）野牛草生長(zhǎng)速度驚人，且植基蓋度大，可以大幅降低徑流速度，將大量泥沙攔截；（2）野牛草根系發(fā)達(dá)，能夠增大土壤孔隙，使更多的徑流滲入土壤；（3）相比于其他草本植物，野牛草地上生物量更大，可以吸收和攔截更多的養(yǎng)分。因此，應(yīng)積極推廣“桑樹+野牛草”植物籬種植模式，避免農(nóng)業(yè)面源污染對(duì)下游水體的影響。

3? ?討論

3.1? ?植物籬攔截效應(yīng)影響因素

借助植物籬防治農(nóng)業(yè)面源污染的原理是利用植物籬來(lái)吸收和攔截徑流、泥沙和養(yǎng)分，進(jìn)而減輕對(duì)水環(huán)境的影響。影響植物籬攔截效應(yīng)強(qiáng)弱的因素主要有面源污染物運(yùn)移能力、阻力以及過程3方面。面源污染物運(yùn)移能力，主要取決于降雨量、降雨時(shí)長(zhǎng)和平均雨強(qiáng)，阻力則通常包括植物籬覆蓋度、抗沖能力等。本試驗(yàn)結(jié)果表明，降雨量、平均雨強(qiáng)增加，地表徑流量會(huì)隨之增大（表2、表3）。徑流增加量，主要受平均雨強(qiáng)的影響。面源污染物在運(yùn)移時(shí)，由于徑流小區(qū)覆蓋物的存在，使一部分徑流直接滲入土壤中；隨后，面源污染物又被植物籬攔截，徑流的速度明顯降低，大量泥沙、養(yǎng)分被固定在植物籬四周的土壤中；少量面源污染物未能被有效攔截，最終運(yùn)移至下游水體中。因此，植物籬種植寬度、行數(shù)以及基蓋度的增加，可以削弱面源污染物的運(yùn)移能力，從而使更多的徑流、泥沙和養(yǎng)分被攔截。抗沖刷能力就是植物籬承受徑流沖擊的能力，抗沖能力越強(qiáng)則植物籬越不易被破壞，攔截徑流的能力也就更強(qiáng)；此外，植物籬根系發(fā)達(dá)與否，也對(duì)攔截保土效果有著直接的影響。通常，灌木、草本植物的根系越發(fā)達(dá)，土壤孔隙越大，越有利于徑流的入滲和泥沙的攔截。坡度、坡位也在很大程度上影響著植物籬的攔截能力。隨著監(jiān)測(cè)時(shí)間的推移，植物籬四周泥沙堆積越來(lái)越多，攔截能力也將被改變。

3.2? ?植物籬模式推廣建議

植物籬種植模式對(duì)防治農(nóng)業(yè)面源污染的作用毋庸置疑，但在推廣普及時(shí)還須關(guān)注以下3點(diǎn)：（1）植物籬物種選擇，既要優(yōu)先考慮截流減沙效果更明顯的物種，也需要結(jié)合實(shí)際情況有效利用當(dāng)?shù)匚锓N；（2）植物籬種植，應(yīng)當(dāng)明確配置模式、種植位置，充分發(fā)揮植物籬的攔截效應(yīng)，植物籬配置應(yīng)采取喬草組合、灌草組合或喬灌草組合模式，一般認(rèn)為灌草、喬草搭配攔截效果最為顯著，此外，植物籬不宜占用過多的耕地，可以利用坡耕地邊坎區(qū)來(lái)種植（田瀟等，2015）；（3）植物籬效益，若要確保植物籬種植模式在密云水庫(kù)坡耕地順利推廣，就必須給農(nóng)戶創(chuàng)造實(shí)實(shí)在在的經(jīng)濟(jì)效益從而得到農(nóng)民的認(rèn)可和支持，所以，植物籬的推廣應(yīng)實(shí)現(xiàn)社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的統(tǒng)一。

通過徑流小區(qū)試驗(yàn)、數(shù)據(jù)分析可知，“桑樹+野牛草”為4種植物籬種植模式中截流減沙效果作為顯著的，“黃芩+野牛草”次之，“桔梗+狗牙根”的攔截能力相對(duì)較差。這是由于桑樹的根系極為發(fā)達(dá)，可以很好的保持土壤，且野牛草生長(zhǎng)速度快，在桑樹生長(zhǎng)初期時(shí)就可以有效防治初期土壤侵蝕，促進(jìn)土壤表土層的形成。而“黃芩+野牛草”植物籬模式的減流減沙效果同樣較好，說明野牛草在保持水土流失、減少面源污染方面效果顯著，可以作為水土保持的先鋒植物予以推廣。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)生態(tài)攔截防治農(nóng)業(yè)面源污染、促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展、保障人類和牲畜健康與生命安全等具有重要意義，但是對(duì)植物籬根系攔截和吸收養(yǎng)分的機(jī)理有待進(jìn)一步深入研究。

參考文獻(xiàn)

范洪杰，黃欠如，秦江濤，等，2014. 稻草覆蓋和草籬對(duì)紅壤緩坡旱地水土流失及作物產(chǎn)量的影響[J].土壤， 46（3）：550-554.

黃生斌，劉寶元，劉曉霞，等， 2007. 密云水庫(kù)流域農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染基本特征分析[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， （4）：1219-1223.

黃欠如， 章新亮， 李清平， 等，2001. 香根草籬防治紅壤坡耕地侵蝕效果的研究[J]. 江西農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)， 13（2）： 40-44.

廖曉勇， 羅承德， 陳義相， 等， 2009. 陡坡地飼草玉米生物籬的生態(tài)效益研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 28（3）： 633-638.

彭鵬，石慧， 2008. 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定水樣中的總氮[J].污染防治技術(shù)， 21（2）： 86-88.

蒲玉琳，謝德體，林超文，等， 2014. 紫色土區(qū)不同植物籬模式控制坡耕地氮素流失效應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，30（23）：138-147.

秦雨， 2020. 納氏試劑比色法測(cè)定地表水中氨氮的不確定度分析[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技， （24）：125-127.

施衛(wèi)明， 薛利紅， 王建國(guó)， 等， 2014. 農(nóng)村面源污染治理的“4S”理論與工程實(shí)踐：生態(tài)攔截技術(shù)[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 33（9）：1697-1704.

田瀟， 周運(yùn)超， 蔡先立， 等， 2015. 坡耕地不同物種植物籬對(duì)面源污染物的攔截效率及影響因素[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 34（3）：494-500.

王燕， 宋鳳斌， 劉陽(yáng)， 2006. 等高植物籬種植模式及其應(yīng)用中存在的問題[J]. 廣西農(nóng)業(yè)生物科學(xué)， 25（4）： 369-374.

俞國(guó)松，劉超群， 王敬貴， 等， 2013. 植物籬水保功能與種植模式的研究進(jìn)展[J].人民珠江， （6）： 84-87

張雪蓮， 趙永志， 廖洪，等， 2019. 植物籬及過濾帶防治水土流失與面源污染的研究進(jìn)展[J]. 草業(yè)科學(xué)， 36（3）： 677-691.

鄭科， 趙亞云， 孫靖， 等， 2018. 地表水中總磷的 2 種測(cè)定方法的比對(duì)試驗(yàn)研究[J]. 綠色科技， （22）： 52-53.

Culluma R F， Wilsona G V， Mcgregora K C， et al， 2007. Runoff and soil loss from ultra-narrow row cotton plots with and without stiff-grass hedges[J]. Soil and Tillage Research， 93： 56-63.

Donjadee S， Tingsanchali T， 2013. Reduction of runoff and soil loss over steep slopes by using vetiver hedgerow systems[J]. Paddy and Water Environment， 11（1/4）：573-581.

Eghball B， Gilley J E， Kramer L A， et al， 2000. Narrow grass hedge effects on phosphorus and nitrogen in runoff following manure and fertilizer application[J].Journal of Soil and Water Conservation，55（2）：172-176.

Grimaldi C， Fossey M， Thomas Z， et al， 2012. Nitrate attenuation in soil and shallow groundwater under a bottomland hedgerow in a European farming landscape[J]. Hydrological Processes， 26（23）：3570-3578.

Pansak W， Hilger T H， Dercon G， 2008. Changes in the relationship between soil erosion and N loss pathways after establishing soil conservation systems in uplands of Northeast Thailand[J]. Agriculture， Ecosystems and Environment， 128： 167-176.

（責(zé)任編輯? ?鄭金秀）

Nitrogen and Phosphorus Interception and the Control Effected by

Different Hedgerow Patterns in the Miyun Reservoir Area

WANG Lei， SUO Lin‐na， WEI Dan， JIN Liang， DING Jian‐li， SU Liu‐yan， AN Zhi‐zhuang

（Institute of Plant Nutrition，Resources and Environment，Beijing Academy of

Agriculture and Forestry Sciences， Beijing? ?100097， P.R. China）

Abstract：Miyun Reservoir is an important drinking water source for Beijing and has long been an important conservation area. Because of high nutrient （nitrogen and phosphorus） loss from cultivated land around Miyun Reservoir， we studied the effect of different hedgerow treatments on stormwater runoff， sediment loading and nutrient interception from the sloping farmland around Miyun Reservoir using statistical analysis of plot runoff test results. A rational scientific agroforestry model for the land around Miyun Reservoir was then developed. Four treatments and a control were tested in triplicate， requiring a total of 15 runoff plots. The control （CK） was a bare plot and each treatment was a combination of two hedgerow species： （T1） Platycodon grandiflorus + Cynodon dactylon， （T2） Salvia miltiorrhiza + Cynodon dactylon）， （T3） Morus alba + Buchloe dactyloides， （T4） Scutellaria baicalensis + Buchloe dactyloides. Surface runoff volume and the sediment and nutrient content of the runoff were monitored under natural conditions in 2020， during six rainfall events that produced surface runoff. Results show that： （1） The four hedgerow treatments all reduced flow， and downstream sediment and nutrient pollution， consequently reducing water environment eutrophication. The volume of runoff among the four hedgerow planting combinations were in the order： Morus alba + Buchloe dactyloides < Scutellaria baicalensis +Buchloe dactyloides < Platycodon grandiflorus + Cynodon dactylon < Salvia miltiorrhiza + Cynodon dactylon. The Morus alba + Buchloe dactyloides combination was most effective， reducing surface flow by 57.96% and sediment by 96.64% after heavy rain， and by 64.63% and 97.17%， respectively， after moderate rain. This combination also effectively reduced the content of nitrogen and phosphorus in surface runoff， phosphorus by 25.17 mg/L （80.72%） and nitrogen by 93.14 mg/L （88.27%）. （2） Considering the economic， social and ecological benefits， the best hedgerow combination for preventing and controlling non-point source pollution is Morus alba + Buchloe dactyloides， followed by Scutellaria baicalensis +Buchloe dactyloides. Buchloe dactyloides （bison grass） is very effective in preventing soil loss and preventing water pollution and it should be popularized as a pioneer plant for controlling non-point source pollution.

Key words：soil; runoff; hedgerow pattern; sloping farmland; nitrogen and phosphorus loss

收稿日期：2021-08-04? ? ? 修回日期：2022-10-15

基金項(xiàng)目：北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源環(huán)境研究所團(tuán)隊(duì)促進(jìn)項(xiàng)目（ZHS202304）；北京市農(nóng)林科學(xué)院青年基金（QNJJ2022014）；北京市鄉(xiāng)村振興科技項(xiàng)目（20220924）；聯(lián)合國(guó)開發(fā)計(jì)劃署項(xiàng)目（The UNDP Project）—密云水庫(kù)面源污染生態(tài)控制與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展研究 （cpr/19/401）。

作者簡(jiǎn)介：王磊，1993年生，男，高級(jí)農(nóng)藝師，碩士，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染治理研究。E-mail：314429112@qq.com

通信作者：安志裝，1969年生，男，研究員，博士，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染治理研究。E-mail：azzly@126.com