本文发表于《中国水土保持科学》2024年第22卷第3期“水土保持科学与工程”栏目。
治沟造地工程可缓解黄土高原耕地资源紧张、人地矛盾等问题，对小流域水土流失也有很好的防治效果，但该工程对小流域水土流失型非点源污染的综合治理效应尚不明确。选取延安地区典型未治理流域与治沟造地流域、典型新造地和坡耕地、生态拦截坝作为研究对象，采集并测定土样氮磷质量分数和水样氮磷质量浓度。
2013—2017年，治沟造地工程在延安开展，主要分布在耕地质量等级较低的宝塔区、延川县、子长县等，新造耕地3 086.7 hm2。延安市位于黄河中游，属黄土高原丘陵沟壑区，属于暖温带半湿润易旱气候，年均气温7.7~10.6 ℃，年均降水量500 mm左右，降水多集中夏季，且多暴雨，强度大，地貌以黄土高原、丘陵为主。顾屯流域位于陕西省延安市甘谷驿镇，有顾屯河和胜利河2条大支沟，其中顾屯河2013年实施治沟造地工程，胜利河流域保持自然状态。治沟造地工程实施前后直观变化如下所示。
治沟造地对氮磷的阻截示意图
讨论：
1.治沟造地对小流域氮磷面源污染的源头控制效果
近年来化肥环境负效应逐渐增加，在强降水过程中，化学肥料通过地表径流、泥沙裹挟和地下渗透等进入邻近流域水体，导致水体氮磷农业面源污染问题日益突出。研究发现种植多年的新造地耕作层土壤氮磷质量分数高于坡耕地，这一差异是因为达到产流标准的降雨下坡耕地氮磷部分随径流泥沙流失、而新造地氮磷均随雨水就地入渗未损失。研究区耕地为旱地，旱地种植作物主要为玉米(Zea mays)、马铃薯(Solanum tuberosum)等浅根作物，此外，坡耕地耕作层易受生产活动的影响，土壤疏松多孔，容易遭受雨水冲刷，且施加的肥料主要存储在耕作层，所以坡耕地耕作层氮质量分数下渗率低于平整的新造地。而新造地磷质量分数下渗率不高于坡耕地，可能原因是坡耕地土壤磷的饱和吸附度较高, 耕层土壤中磷素移动性比新造地强。
2.生态拦截坝对小流域氮磷面源污染的削减效果
生态拦截系统是控制农业面源污染物的重要技术手段，可通过减缓流速和促进颗粒物质沉降有效阻断径流中的N、P等污染物进入流域，研究表明生态拦截沟渠可对农田径流中TN和TP的去除效果达到48.1%和40.2%。本研究中联级生态拦截坝对水体中总氮、总磷、硝氮和氨氮质量浓度总削减率分别达到44.3%、94.8%、91.2%和46.9%，生态拦截坝对总磷的拦截率较高，可能与总磷固定性强，随泥沙一并被拦截附着在底泥，而对总氮的拦截率相对较低，可能与该区域氮循环过程中的大气干湿氮沉降相关。生态拦截坝对硝氮的拦截率远大于氨氮，可以由水生生态系统中的氨再生功能解释，水体中的各种有机和无机氮被吸收后可通过水体内循环途径转化成NH4+-N。
3.治沟造地工程对小流域氮磷面源污染的综合治理效应
径流和泥沙是农业氮磷流失的重要载体，水土流失特别是泥沙流失是黄土区土壤氮磷流失的重要原因。在非大暴雨极端天气下，治理后流域基本不产流，本研究中枯水期产流量趋近于0，与前人研究一致。径流减小，流域水流量随之减小，相比丰水期，流域氮磷污染物的稀释程度低，所以枯水期水体氮磷质量分数高于丰水期，刘济也发现枯水季径流氮磷浓度要显著高于雨季。与未治理流域相比，治理后流域对总磷的拦截率最高，这是由于颗粒态磷是磷素流失的主要形态，而治沟造地工程可以有效拦截随侵蚀泥沙携带的颗粒态磷，与前文中坡耕地磷质量分数下渗率高机理一致。然而，从氮磷拦截量来看，治沟造地对总氮和硝氮的输出量拦截最大，主要是由流域氮磷浓度差异引起的，径流相同的情况下，污染物浓度越大，总量就越大。
结论：
治沟造地工程对小流域农业面源污染综合治理效果显著，归因于治沟造地工程不仅从源头上通过地形改变削减径流，利于肥料就地入渗。未治理流域产流量是治理后流域产流量的29倍。新造地耕作层土壤氮磷质量分数高于坡耕地，还在过程中借助生态拦截坝对氮磷污染物稀释自净，生态拦截坝对水体中总氮、总磷、硝氮和氨氮质量浓度总削减率分别达到44.3%、94.8%、91.2%和46.9%。
新造耕地与坡耕地耕作层与非耕作层土壤氮质量分数变化趋势
新造耕地与坡耕地耕作层与非耕作层土壤磷素质量分数变化趋势
生态拦截坝对径流水体氮磷质量浓度的削减效应
顾屯河流域(治理后)与胜利河流域(治理前)氮磷质量浓度差异
治理与未治理小流域径流量差异
监测期流域降雨与径流分布情况
治沟造地对流域氮磷流失的拦截量
曹婧, 陈怡平, 毋俊华, 张晶, 陈静书. 治沟造地工程对小流域氮磷面源污染的综合治理效应[J]. 中国水土保持科学, 2024, 22(3): 64-71. DOI: 10.16843/j.sswc.2023017.
CAO Jing, CHEN Yiping, WU Junhua, ZHANG Jing, CHEN Jingshu. Comprehensive treating effect of gully reclamation project on the nitrogen and phosphorus non-point pollution control in small watersheds[J]. Science of Soil and Water Conservation, 2024, 22(3): 64-71. DOI: 10.16843/j.sswc.2023017.
国家自然科学基金“黄河流域生态系统变化与生态屏障效应”(42041005)；黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金资助项目“黄土高原植被演变与水土保持功能的互馈机制”(SKLLQG2251)
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