我国南方红壤区氮磷湿沉降对森林流域氮磷输出及水质的影响

徐冯迪,高 扬,董文渊,郝 卓,徐亚娟

1 西南林业大学环境科学与工程学院, 昆明 650000 2 中国科学院地理科学与资源研究所,生态网络观测与模拟重点实验室, 北京 100101 3 西南大学资源环境学院, 重庆 400716 4 中南林业科技大学林学院, 长沙 410000



我国南方红壤区氮磷湿沉降对森林流域氮磷输出及水质的影响

徐冯迪1,2,高 扬2,*,董文渊1,郝 卓2,3,徐亚娟2,4

1 西南林业大学环境科学与工程学院, 昆明 650000 2 中国科学院地理科学与资源研究所,生态网络观测与模拟重点实验室, 北京 100101 3 西南大学资源环境学院, 重庆 400716 4 中南林业科技大学林学院, 长沙 410000

持续高通量的氮、磷输入导致水体富营养化的问题已引起广泛关注。通过对江西省千烟洲香溪流域水样(常规水样,降雨后的地表径流以及雨水水样)的季节性监测,研究大气氮、磷湿沉降对森林流域氮、磷输出动态及水质的影响。结果表明：从2013年6月至2014年5月,香溪流域内氮、磷湿沉降通量分别为11.86 kg/hm2和0.38 kg/hm2,其中氮湿沉降主要集中在夏秋两季,占全年输入量的64%,而磷沉降主要集中在夏季,占全年输入量的43%,表现出明显的季节性差异；水体pH值(6.22—8.89)的变化范围较大,而且氮、磷的输出受土地管理(施肥方式)及降雨事件的影响较为明显,尤其在耕作期,总氮的输出量占全年氮输出总量的 96.2%,而总磷的输出量占全年磷输出总量的61.4%；对4场不同强度降雨(按降雨强度从大到小)的氮、磷输出动态过程分析,发现不同强度的降雨对水体氮、磷的输出过程影响不同,在径流未形成前以及降雨强度达到暴雨级别时,降雨对流域水体氮、磷的稀释作用明显,而在大雨强度下水体磷的输出量明显高于其他降雨；研究期间,香溪流域内氮湿沉降对水体的贡献量为101.97 kg,磷湿沉降的贡献量为0.60 kg,4场降雨氮对流域水体的贡献量为4.46kg,占流域氮输出负荷的15.22%,磷对水体的贡献量为0.032kg,占流域磷输出负荷的0.85%。同时,根据营养状态指数(EI),发现流域水体全年处于中至富营养状态,而且研究期间水体氮、磷浓度均超过水体富营养化阈值(氮1.5 mg/L,磷0.15 mg/L),存在爆发水体富营养化的威胁。

千烟洲; 氮、磷湿沉降; 输出负荷；降雨事件；土地管理；水质

近几十年来,含氮化合物通过大气沉降回到地表对生态系统产生的影响,如导致土壤或水体酸化、水体富营养化等,已引起广泛关注。据文献,全球沉降到各类生物群系和海洋表面的活性氮高达70.47 Tg/a[1],而中国已成为居美国和欧洲之后的第三大氮沉降国[2]。 资料表明,我国活性氮的使用和排放从1961年的14 Tg N/a增长到2000年的68 Tg N/a,并预计到2030年将达105 Tg N/a[3]。南方地区氮沉降尤为严重。在森林生长季节,森林对氮素的需求量约为0.5—0.8 g m-2a-1,但是氮的输入已超过对它的需求,而且过量的氮输入与世界上许多地区森林的衰退有密切的关系[4]。周国逸[5]指出,鼎湖山自然保护区1989—1990年和1998—1999年期间氮湿沉降量分别达到了3.6 g m-2a-1和3.8 g m-2a-1；江西省氮沉降向林地的输入量达 8.28 g m-2a-1[6]。高通量的氮,尤其是连续向生态系统输入高浓度的氮,对生态系统的特征和过程均产生很大的影响[7],例如,造成生物多样性降低和生产力下降等[8- 10]。

我国水体中总氮和总磷的含量随经纬度的升高而显著升高,说明在南方地区磷素富集可能是造成水体富营养化程度高的重要原因[11],而通过大气沉降输入的磷是磷循环中不可或缺的一环。目前对大气沉降的研究主要集中在氮沉降,磷沉降研究的提出以及开展起步相对比较晚[12],已在我国太湖地区[13]、珠江口[14-15]等区域进行相关研究,但到目前为止,关于磷沉降对森林生态系统的影响国内外报道仍比较薄弱[16]。

我国近年来关于大气氮沉降对水体氮的贡献受到关注,研究主要集中在实际监测和模型模拟两方面[17]。在莱茵河,Caraco等人发现大气氮沉降的氮入河量输送比为27%,北卡罗莱纳州Neuse河口地区氮湿沉降量占外源氮输入总量的50%[18]；而关于大气磷沉降对水体磷的贡献的研究很少。本研究以南方红壤区千烟洲森林生态试验站的流域为研究对象,探讨南方红壤区森林流域氮、磷湿沉降季节性动态特征,并揭示氮、磷湿沉降对流域氮、磷输出的影响,为进一步加强流域管理,降低氮、磷酸沉降对南方森林流域危害研究提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验地的概况和监测样点的设置

中国科学院千烟洲试验站位于江西省泰和县(115°04′E,26°44′N),为典型红壤丘陵地貌,具典型亚热带季风气候特征。海拔多在100 m左右；年均气温为17.9℃,年均地表温度为17.4℃,日照时数1406 h,太阳年总辐射量4349 MJ kg/m2,≥0℃活动积温6523℃,无霜期323 d；年均降雨量为1491 mm,年均相对湿度88.8%,降雨主要集中在3—6月份,且夏季炎热少雨。土地利用类型主要是人工林,造林时间为1984年,主要造林树种是湿地松(Pinuselliotii)、马尾松(Pinusmassoniana)以及杉木(CunninghamiaLanceolata)等。经过20多年的努力,当地的生态环境已经得到明显的改善。本实验的试验点位于试验站3条初级小流域之一的香溪流域,流经林地、稻田、桔园,汇入架竹河,最终汇入鄱阳湖水系,流域总面积约为97.2 hm2。依据试验区内不同的土地利用方式以及空间分布特点设置固定监测点,具体位置如图1所示：

图1 香溪流域土地利用方式图和水系图Fig.1 Land use and land cover and drainage in Xiangxi

1.2 样品采集与分析

试验采集了自2013年6月至2014年5月的常规水样、降雨后地表径流及雨水水样。采样方法和频率如下：常规采样用100 mL的聚乙烯塑料瓶收集8个固定监测点的水样,采样频率为2013年6月至11月每月1次采样,采样日期为每月19日,而从2013年11月份开始为了对水样变化进行连续监测,将采样次数增加到每月两次,采样时间分别为每月的9号和19号,中间大概有1—2d的波动；在水文站处设置1台ISOC6710水沙自动采样装置,用于采集降雨后的地表径流。采样装置的触发模块设置为5 mm(即降雨量达到5 mm时,开始采集地表径流),频率为每间隔30 min采样1次,每次采样量为200 mL,共持续12h,同时实时监测水位,流量以及流速的变化；雨水通过试验区屋顶上的雨量计采集,每月采集1次。

统计分析采用SPSS 10.0软件,采用SigmaPlot 10.0和Origin 8.0软件进行绘图。

1.3 数据分析

1.3.1 湿沉降通量的计算方法

2013年6月至2014年5月年降雨量为1393.1 mm,共141场次,其中小雨、中雨、大雨和暴雨(日降雨量小于10 mm为小雨,10—25 mm为中雨,25—50 mm为大雨,50mm以上为暴雨)分别为104场次、23场次、9场次和4场次。湿沉降通量公式如下[19]：

式中,FN,P代表氮/磷的湿沉降通量(kg/hm2),PR代表降雨量(mm),ρN,P代表雨水氮/磷素的质量浓度(mg/L), 100为单位换算系数。

1.3.2 地表径流量及输出负荷的计算方法[20]

地表径流量的计算公式：

输出负荷计算方法：

式中,x为径流量,qt为样本i在监测时的流量(m3/s),Δti为样本i和i+1的时间间隔(s)；yi为第j种污染物的排放负荷(g)；ct为t时刻径流中第j种污染物的浓度(mg/L)；qt为t时刻的流量(m3/s)；ct为第j种污染物在样本i监测时的浓度(mg/L)；qi为样本i在监测时的流量(m3/s)。

1.3.3 监测点流域输出负荷[21]

监测点流域输出量的计算公式为：

P=CN,P·Q

式中,P为监测点氮、磷的输出量(mg),CN,P为流域氮、磷的平均浓度(mg/L),Q为流域总流量(m3)。

1.3.4 水体富营养化评价[22]

n 项富营养指标的湖泊营养状态综合指数(EI)公式如下:

式中,EIj为指标j的营养状态指数；Wj为指标j的归一化权重值；xj为各指标的“规范值”。

1.3.5 氮、磷湿沉降对流域水体氮、磷的贡献[23-24]

本研究利用径流输出系数计算氮、磷湿沉降对流域水体氮、磷的贡献,其具体的计算公式为：

P=CAQ

式中,P为降雨输入的营养物量；C为雨水中营养物浓度(g/m3)；A为降雨量(m3)；Q为年总降雨量与形成的径流量的百分数。

2 结果与分析

对每月的采样结果取平均值,开展香溪流域水体的氮磷动态变化过程的分析。

2.1 流域氮、磷湿沉降季节变化特征

2013年6月至2014年5月,千烟洲全年总降雨量为1393.1 mm,其中夏季(6至8月)519.9 mm、秋季(9至11月)173.6 mm、冬季(12月至次年2月)185.1 mm、春季(3至5月)514.5 mm,分别占全年总降雨量的37.32%、12.46%、13.29%、36.93%。从降雨量的变化可以看出(图2),试验期间香溪流域的降雨主要集中在春、夏两季,约占全年总降雨量的74.25%,而秋、冬两季降雨较少。实验收集到的降雨水样pH值的范围在4.18—6.23之间,pH值的变化范围较大,说明该地区人为活动所产生的污染物对大气湿沉降有影响。在采集到的43个降雨水样中(以pH值5.00作为判断酸雨标准[25]),酸雨发生的频率高达74.42%,表明该地区酸雨现象严重。

表1 径流输出系数[24]

图2 研究期间温度与降雨量Fig.2 Temperature and rainfall during studying period

降雨中各形态氮浓度及总磷浓度的变化如图 3所示。从图中可以看出,雨水中氮浓度的变化趋势与降雨量不存在明显的关系,而磷的变化趋势与降雨量总体相同。1月份降雨仅为4.5mm,没有采集到雨水的水样,但在总体上对整个实验变化趋势的影响很小。从图中可以看出,在试验区6、7月份及次年4、5月份雨水中氨氮浓度高于硝态氮,引起该现象的原因可能是施基肥和追肥中的氨氮挥发所导致；2、3月份两者浓度接近,根据耕作习惯,该期间试验区的农田大都处于休耕状态,因此氮的人为输入较少。推测出现该现象可能是由于该期间气温总体较低,从而导致雨水中硝化细菌的活性较弱,故将氨氮转化成硝态氮的能力小于其他时期,结果导致两者浓度接近；9至12月份硝态氮浓度高于氨氮,符合正常水体中硝态氮浓度高于氨氮浓度的实际。9月份雨水中总氮浓度明显偏高,浓度达2.41 mg/L,据了解,该月试验区大气污染严重,推测可能是大气中含高浓度的含氮污染物。

图3 各形态氮以及总磷浓度的逐月变化Fig.3 Monthly changes of concentration of various forms of N and TP

6月份雨水中总磷浓度高达0.16 mg/L,明显高于其他月份,根据千烟洲气象观测站的数据(6月份以中小雨为主,且中雨降雨强度较弱,小雨占总降雨场次的2/3)推测,磷浓度偏高可能是受降雨少且温度高的气候特点的影响；而7、8月份雨水中总磷的浓度几乎为零,出现该现象的原因可能为：经过集中降雨的冲刷作用,大气中颗粒态总磷含量大大降低,从而导致雨水水样中总磷浓度极低,可见磷浓度受降雨量影响较大。根据湿沉降通量计算方法,氮湿沉降的输入通量为11.86 kg hm-2a-1,磷为0.38 kg hm-2a-1。从表2 可以看出,全流域氮湿沉降负荷达1152.79 kg,且主要集中在春、夏两季,分别占全年总输入量的35%和29%；而全年磷湿沉降负荷达37.28 kg,主要集中在夏季,沉降负荷达占全年总负荷的43%。香溪流域内氮、磷湿沉降均表现出明显的季节性差异。

表2 氮、磷沉降通量及沉降负荷的季节变化

2.2 流域氮、磷输出的季节性变化

对每个月的采样结果取平均值,开展香溪水体的氮磷动态变化过程分析。试验所选取的固定监测点(图1a)总括了流域所有的土地利用方式,其监测结果可在一定程度上代表整条流域的水质变化。6月份由于仪器故障未采集到径流数据,但由于该月份流域土地管理方式与7月相似,故推断出该对研究香溪流域水体年际氮、磷输出变化的整体规律影响较小。

2.2.1 水体pH变化性

图4 常规水样pH的变化动态Fig.4 The change of pH in water samples

pH值的季节性变化如图4所示。从图中可以看出,水体pH值的变化趋势与降雨量不存在明显的关系。研究表明,不同的pH不仅会影响氮、磷在水体中的存在状态,而且和总氮与氨氮、总磷与可溶性磷的累积释放量有显著的相关性[26]。各监测点的pH值的变化范围在6.22—8.89之间,变化范围很大,说明由于人类活动产生的污染物对流域水体有一定的影响。9月、次年1月、4月以及5月pH的空间异质性较高,这可能与样点的分布不同而导致的污染物输入量的差异。1至3月pH总体偏高,可能是该期间香溪流域温度较低且气候干燥,空气中含有大量的CaCO3等碱性颗粒,再加上土壤中化肥容易挥发,而挥发的氨气是一种碱性气体中和了空气中的酸性气体,在降雨和颗粒物沉降的作用下,最终导致了水体pH值升高。

2.2.2 氮输出的动态变化性

各样点水体不同形态氮的逐月变化曲线如图5。从图中可以看出,总氮、可溶性总氮以及硝态氮浓度的变化规律相似,均呈现出明显的单峰特性；而氨氮除了7号样点水体外,其他样点水体浓度波动较小。6至10月及次年3至5月水体中氮浓度高于11至次年2月,其中8月份氮浓度明显偏高且以硝态氮为主,总氮浓度达17.88 mg/L,硝态氮浓度高达10.61 mg/L。结合土地管理方式及降雨事件,3至5月和6至10月是当地水稻的主要种植期,水体受到外源含氮污染物影响较大；而8月份采样前期有降雨且正处晚稻追肥期,因此将刚撒施的氮肥冲刷进入水体引起水体氮浓度升高,而且氮肥中的铵根容易硝化成硝酸根,故水体中硝态氮浓度明显高于其他时期。

图5 不同形态氮的逐月变化过程Fig.5 Monthly changes of concentration of different forms of N

2.2.3 磷输出的动态变化性

图6 不同形态磷的逐月变化过程Fig.6 Monthly changes of concentration of different forms of P

根据监测点流域输出量计算公式得到,2013年7月至2014年5月,香溪流域总氮的输出量达692.68 g,总磷的输出量达110.15g,其中8月份流域总氮输出量最大,高达363.98 g,占年总输出量的52.5%, 而3、4、5和7月总氮的输出量明显偏高,分别为46.79 g,32.46 g,172.20 g和51.48 g,占总输出量的43.7%；总磷输出主要集中在3、4、5和7月份,分别为19.30 g,17.69 g,28.18 g和20.12 g,占总输出量的61.4%。由此可见,香溪流域水体氮、磷的输出主要集中在耕作期,且该期间降雨频繁而且降雨量大,故认为土地管理方式对流域氮、磷输出有一定的影响,但是氮、磷的输出量受降雨频次以及降雨量大小的影响更为明显。

2.3 自然降雨下流域氮、磷输出的动态过程

图7 地表径流的变化过程Fig.7 The process of surface runoff in 12 hours

降雨形成地表径流汇入香溪最终引起水体氮、磷浓度变化。香溪总面积1.47 hm2,实验将采样装置设于水文站处,以间隔30 min/次的频率收集地表水样,共持续12 h,其检测结果可代表整条流域水质的变化情况。通过4场不同强度的降雨(小雨：2013-05-17,日降雨量2.4 mm；中雨：2013-04-25,日降雨量18.6 mm；大雨：2013-05-04,日降雨量30.1 mm；暴雨：2013-05-22,日降雨量54.7 mm,平均pH为4.88),观测不同降雨强度下流域氮、磷浓度变化。

图8 12h内不同降雨强度下氮、磷浓度动态变化Fig.8 Dynamic of flow, N and P output in 12 hours

根据地表径流净通量计算方法,4场不同强度降雨TN的地表径流净通量分别为(按降雨强度从小到大)：5.11、38.97、31.99、120.30 kg/hm2,TP分别为3.17×10-8、7.90×10-6、1.73×10-5、1.86×10-5kg/hm2。其中,暴雨条件下,TN的地表径流净通量高达120.30 kg/hm2,分析其原因可能是由于暴雨的降雨强度过大,从而将土壤中的氮素大量冲刷进入水体而造成的。对各形态的氮、磷浓度和降雨量作相关性分析,结果如表3。从表3可以看出,水体中氨氮和硝态氮浓度与可溶性总氮浓度相关性较高,其中,可溶性总氮与硝态氮的相关性高达0.997,水体中氨氮和硝态氮的浓度也存在较高的相关性；各状态磷之间相关性高。推测水体中可溶性氮的主要成分为硝态氮,而且氨氮和硝态相互转化能力较强,水体中输出的磷主要是可溶性总磷且以离子形式存在。

表3 湿沉降中氮、磷浓度的相关性检验

双侧检验；*表示相关性显著(P<0.05)；**表示相关性极显著(P<0.01)

3 讨论

3.1 氮、磷湿沉降对流域氮、磷输出的贡献

将流域内的土地划分为6大类(《土地利用现状分类标准GB / T 21010—2007》)(表1)。根据公式得出,在香溪流域内,氮湿沉降对水体的贡献量为101.97 kg,与郝卓估算的结果88.24—117.1 kg接近[27],磷湿沉降的贡献量为0.60 kg；氮的总输出负荷为692.68 kg,磷的总输出负荷达110.15 kg,因此氮、磷湿沉降对流域水体氮、磷贡献量分别占输出负荷的14.7%和0.54%。据了解,试验地区农田管理是影响流域氮、磷人为输入的主要因素,故推测流域内水体中湿沉降输入的氮、磷量相对于化肥的输入量而言其贡献很小。这与王金杰对汉江上游金水河研究结果相同,流域氮沉降对金水河氮贡献率很小,只占氮肥贡献量的5.05%—6.78%.4场不同强度的降雨,氮湿沉降通量(按降雨强度从小到大)分别为0.03、0.32、0.73、1.05 kg/hm2；磷湿沉降通量分别为1.83、14.15、22.90、24.27 g/hm2；氮湿沉降总负荷为207.31 kg,磷湿沉降的总负荷为6.14 kg；氮对流域水体的贡献量分别为0.066、0.67、1.54、2.18 kg ；磷的贡献量分别为0.66、5.60、13.71、12.60 g。对4场不同强度降雨进分析,结果如表4所示。从表中可知,4场降雨的总径流量为13370.18 m3,总氮的输出负荷为29.30 kg,其中,可溶性总氮输出负荷占总氮输出量的53.21%,氨氮和硝态氮的输出负荷分别为3.36 kg和10.07 kg,分别占可溶性总氮的21.55%和68.63%；总磷的输出负荷为3.84 kg,可溶性总磷输出负荷与磷酸根输出负荷接近,分别为0.94 kg和0.87 kg；4场降雨对流域水体氮的贡献量占流域氮输出负荷的15.22%,磷对水体的贡献量占流域磷输出负荷的0.85%。因此,香溪流域湿沉降对水体氮、磷的贡献比化肥小,而且水体中氮主要以硝态氮的形式输出,磷在水体中主要以颗粒态的不可溶的形式存在。

表4 不同降雨强度下各形态氮、磷的输出负荷

3.2 氮、磷湿沉降对水质的影响

酸沉降进入水体对水体造成一定的危害,如造成生物多样性降低和生产力下降等,严重威胁当地的生态系统。试验期间采集到的降雨水样pH值平均为4.92,低于Seinfeld等人认为洁净大气中降雨的pH值(pH值5.00—5.60)[28],而且在采集到的水样中,酸雨发生的频率高达74.42%,远高于长江口水域酸雨频率的16.1%[29],说明香溪流域酸雨发生频率虽然高,但是雨水酸度偏低。未受降雨影响下香溪水体的pH值的变化范围在6.22—8.89之间,平均为7.41,而降雨影响下香溪水体pH值平均为7.36,略低于未受降雨影响下的香溪水体,由此推测,香溪流域大气中含浓度较低的氮、磷污染物。香溪流域内氮湿沉降通量为11.86 kg hm-2a-1,低于鼎湖山TN的输入量38.4 kg hm-2a-1[5],但与盛文平的研究结果11.75 kg hm-2a-1接近[30]；磷湿沉降通量为0.38 kg hm-2a-1,低于鼎湖山0.21 kg hm-2a-1[30],处于国内报道的较低水平。

试验期间流域内常规水样,降雨后的地表径流以及雨水的氮、磷浓度均超出河流水体富营养化阈值(氮1.5 mg/L,磷0.15 mg/L)[31]。由营养状态综合指数(EI)得出(表5),全年流域水体处于中至富营养状态,其中耕作期水体营养化程度比较严重,而6、7月份由于降雨量较大以及温度较高,水体富营养状态得到缓解,由此可见,该地区土地管理方式以及降雨事件共同作用于水体的富营养化状态。虽然该流域至今未发生水体富营养化事件,但仍要高度重视氮、磷湿沉降对生态环境的影响,并根据气候特征以及农田管理方式,合理制定防治措施,进一步加强流域管理,降低氮、磷酸沉降对南方森林流域危害。

表5 不同时期流域水体的营养等级

4 结论

(1)香溪流域内总氮和总磷的沉降通量分别为11.86 kg/hm2和0.38 kg/hm2,且表现出明显的季节性差异。其中夏、秋两季的氮湿沉降严重,占全年氮沉降负荷的64%；夏季磷湿沉降严重,占全年磷沉降负荷的43%。

(2)香溪流域总氮的年输出量为692.68g, 总磷为110.15g,其中3、4、5和7月总氮的输出量占全年总输出量的43.7%,而总磷输出量占总输出量的61.4%。由此可见,土地管理方式和降雨事件对氮、磷的输出产生一定的影响,其中受降雨频次以及降雨量大小的影响更为明显,而且水体中可溶性氮的主要成分为硝态氮,氨氮和硝态相互转化能力较强,磷主要是可溶性总磷且以离子形式存在。

(3)在香溪流域内,氮湿沉降对水体的贡献量为101.97 kg,磷湿沉降的贡献量为0.60 kg,贡献量分别占输出量的14.7%和0.54%。4场降雨对水体氮的贡献量氮输出总量的15.22%,磷占磷输出总量的0.85%。

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Impact of atmospheric nitrogen and phosphorus wet deposition on nitrogen and phosphorus export and associated water quality: a case study of forest watershed in the red soil area, Southern China

XU Fengdi1,2, GAO Yang2,*, DONG Wenyuan1, HAO Zhuo2,3, XU Yajuan2,4

1CollegeofForestry,SouthwestUniversityofenvironmentalscienceandengineering,Kunming650000,China2InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,KeyLaboratoryofEcosystemNetworkObservationandModeling,Beijing100101,China3CollegeofResourcesandEnvironment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China4CollegeofForestry,CentralSouthUniversityofForestryandTechnology,Changsha410000,China

Continuously high flux of nitrogen (N) and phosphorus (P) input into rivers leading to water eutrophication has attracted public concern. The aim of the study was to determine the impact of N and P wet deposition on N and P transport in the forest watershed in Qianyanzhou, Jiangxi Province, China, based on the monitoring data from long-term sample and analysis. The results showed that from June 2013 to May 2014, the N and P wet deposition flux for the monitored watershed reached 11.86 kg/hm2and 0.38 kg/hm2, respectively. There was a seasonal difference in deposition rates, wherein the N wet deposition mainly focus on the summer and autumn, accounting for 64% of total N wet deposition, whereas the P deposition mainly occurred in summer, accounting for 43% of total P wet deposition input. The pH fluctuation for watershed was large and the impact of land management (e.g., fertilizing) and rainfall events on N and P output were pronounced. The output of N and P mainly focus on the cultivation period, accounting for 96.2% and 61.4% of the total output from June 2013 to May 2014, respectively, which is because exogenous input of N and P from chemical fertilizers was large in this period. By analyzing the dynamic processes of N and P output during four rainfall events, we found that the impact of different intensities of rain events on the output process was different. The dilution effect on N and P output during rainfall process was significant before becoming runoff or rain intensity reached the storm level. Under heavy rain, P output was higher than that under other rainfall intensities. The contribution of N and P wet deposition to water were 101.97 kg and 0.60 kg, respectively. The N and P wet deposition in four rain events reached 4.46 kg and 0.032 kg, respectively, accounting for 15.22% of total N and 0.85% of total P output. According to the Eutrophication Index for the Xiangxi watershed, the water quality of the Xiangxi watershed is at moderate to severe degree of eutrophication state, especially during the cultivation period. We also analyzed that the N and P concentration in water during study period all exceeded the eutrophication threshold (N 1.5 mg/L, P 0.15 mg/L), which have the potential risk of water eutrophication.

Qianyanzhou; N and P wet deposition; output load; rainfall events; land management; water quality

国家自然科学基金项目(31570465)；中国科学院青年创新促进会资助项目

2015- 03- 03;

日期:2016- 01- 22

10.5846/stxb201503030415

*通讯作者Corresponding author.E-mail: gaoyang@igsnrr.ac.cn

徐冯迪,高扬,董文渊,郝卓,徐亚娟.我国南方红壤区氮磷湿沉降对森林流域氮磷输出及水质的影响.生态学报,2016,36(20):6409- 6419.

Xu F D, Gao Y, Dong W Y，Hao Z, Xu Y J.Impact of atmospheric nitrogen and phosphorus wet deposition on nitrogen and phosphorus export and associated water quality: a case study of forest watershed in the red soil area, Southern China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(20):6409- 6419.