小流域地表径流和土壤侵蚀引起的氮磷流失是导致水体水质恶化的重要原因，也是面源污染的重点控制目标^{[1, 2]}. 影响面源污染因素很多，如土壤理化性质、 地形地貌、 植被覆盖、 降雨类型等^{[3, 4, 5, 6]}，在相同母质和气候条件下，土地利用方式是影响面源污染的主要因素. 近年来，国内外学者通过人工模拟^{[7, 8, 9]}、 径流小区实验^{[10, 11, 12]}以及不同尺度流域观测^{[13, 14]}、 模型模拟^{[15, 16]}等方法对土地利用与面源污染关系进行了研究. 这些研究中人工模拟、 径流小区实验居多，自然降雨条件下流域内长期定位观测研究相对较少. 随着我国面源污染控制从过去单一末端治理向源头控制、 过程阻截结合技术方式的转变，流域尺度面源污染研究成为热点. 三峡库区人口多，耕地少，土地垦殖率高，降雨集中，农业面源污染物极易伴随降雨过程进行迁移、 转化，农业面源污染问题突出^[17]. 作为一个相对独立的汇水单元，小流域是面源污染发生发展的源头，研究小流域氮磷流失规律，从源头控制农田氮磷流失^{[18, 19]}，可有效遏制小流域面源污染在整个流域的蔓延和扩散. 因此，本研究选取三峡库区涪陵段王家沟小流域为对象，基于流域内不同土地利用类型的多个坡面地表径流监测点、 部分干渠节点和两个子流域出口2014年12场自然降雨采集数据，按照春季作物、 夏季空闲、 秋季作物这3个时期对不同土地利用类型及其组合而成的坡面、 子流域氮素流失规律进行分析，探讨三峡库区小流域不同土地利用类型与氮素流失浓度变化关系及其随时间变化规律特征，以期为三峡库区小流域面源污染防治提供科学依据.

研究区位于三峡库区涪陵段珍溪镇王家沟小流域(E107°30′，N29°54′)，系长江一级支流. 流域内以低山丘陵为主，海拔高度186-317 m. 属亚热带季风气候，年均气温22.1℃，多年平均降雨量1 011 mm，雨季为每年4-10月. 土壤类型主要是紫色土，土层较厚. 研究区域的气象数据来源于流域西侧3 km处重庆市气象局建立的标准气象观测站. 研究区域由有A、 B两个树状结构子流域组成，两个出口集水区域面积共82.34 hm²，其中：子流域A面积47.21 hm²，子流域B面积35.13 hm². 依据2012年1 ∶1 000土地利用现状图，结合2014年流域内土地利用变更实地调查，利用ArcGIS 10.2软件，绘制王家沟小流域2014年土地利用现状图(图 1). 流域内土地垦殖率高，农作物种植模式较单一，旱地春季种植玉米秋季轮种榨菜，水田秋季多轮种榨菜，桑园春季套种玉米秋季套种榨菜. 根据2015年3月对王家沟流域问卷调查，2014年主要农作物种植、 收获及氮肥施用情况分别为：玉米3月中下旬播种，播种期间施少量种肥，4月中下旬追肥，氮肥施用量约180 kg ·hm^-2，7月中旬完成收割； 水稻4月底前插秧结束，氮肥施用量约40 kg ·hm^-2，8月上旬收割； 榨菜移栽时间为9月底到10月初，氮肥施用量约220 kg ·hm^-2，收获时间为次年1月底.

图 1

Fig. 1

图 1 2014年王家沟小流域土地利用现状与地表径流监测点布设示意 Fig. 1 Map showing land use status and water sample observation points of the Wangjiagou Catchment (2014)

王家沟小流域由地形自然形成以及人工修筑道路、 排水干渠分割而成大小不同集水坡面几十个，这些坡面多由旱地、 水田、 桑园及少部分灌木林地组成. 按照坡面不同土地利用类型构成方式大致可分为两类：一类是复合型坡面，即由两种或两种以上土地利用类型构成； 另一类是单一型坡面，即坡面只有一种土地利用类型. 选取坡面集水区相对独立，坡面不同土地利用类型集水界线易区分，同一种植模式分布均匀的7个不同坡面布设地表径流监测点. 从不同坡面土地利用类型、 坡度、 地类的代表性考虑，在7个坡面中分别选取2个复合型和2个单一型坡面，比较其氮素流失浓度变化规律.

(1)单一型坡面 一种为坡面集水区域内由地形自然形成的仅有一个排泄口，此类坡面监测点布设在坡底排泄口(11、 19)； 另一种为倾斜矩形坡面，几条水系平行分布，选择坡中或坡底由人工修筑田间道将坡面水系拢聚的主要集水排泄口布设监测点(16、 17).

(2)复合型坡面 坡面不同土地利用类型变换布设监测点时，选择贯穿不同土地利用类型的同一条主要水系，在土地利用类型变换前布设监测点(13、 14、 15)； 旱地排入水田前监测点布设在坡面中间径流量最大排水沟(9、 10)； 水田多同时分布几个排泄口，选择田埂中间或最大排泄口布设监测点(6、 7).

(3)干渠节点布设 流域内2条水泥排水干渠分别处在A、 B两个子流域集水线上，依据排水干渠两侧集水坡面土地利用方式差异和集水区面积大小在干渠主要地表径流汇水节点下端5-10m处布设6个监测点(2、 5、 8、 12、 18等).

根据研究区域种植制度和年度月降雨量分布特点，将样品采集时间大致划分为3个时期：春季作物时期(春季作物追肥结束到收割完成)、 夏季空闲时期(春季作物收割完成到秋季作物种植前)、 秋季作物时期(秋季作物施肥结束到收割完成). 研究区域1-2月降雨量非常少，2014年累计只有8 mm，很难形成地表径流. 3月中旬旱地作物玉米播种期间，由于施肥方式不统一，部分农户不施种肥，流域内玉米地施肥不均匀. 玉米、 水稻施肥主要集中在4月中下旬，4月底基本结束，且同一农作物亩均施肥量相当. 因此，本研究样地表径流样品采集时间选择从5月初开始，秋季作物榨菜临近收获时结束. 样品采集的频率同时考虑两次采样时间间隔和降雨量变化：当降雨量较为集中时，依据两次样品采集累计降雨量间隔(50-60 mm)采集下一次样品； 当降雨量较少时，依据时间间隔(30-40 d)采集下一次样品.

根据每场降雨历时，分别采集0.5、 1、 2、 4、 8 h和降雨结束后1 h地表径流水样4-6个，并根据降雨历时增长适当增加采集频率，每个样品200 mL，再将这些样品混合后取250 mL作为本次降雨采样点测试水样，4^oC保存，并在48 h内完成测试.

水样原液测定总氮(total nitrogen，TN)，另一部分水样经过0.45 μm滤膜过滤后，测定铵态氮(NH₄⁺-N)、 硝态氮(NO₃^--N). 水样中TN采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法(GB 11894-89)测定； NH₄⁺-N、 NO ^-₃-N使用DX-120型离子色谱仪(Dionex公司，美国)测定.

2014年12次自然降雨20个地表径流监测点共采集样品240个(表 1). 其中：利用SPSS 21软件对春季作物时期5次、 夏季空闲时期4次和秋季作物时期3次自然降雨采集144个坡面地表径流样品的TN、 NO₃^--N、 NH₄⁺-N流失浓度值进行统计与分析，研究这些样品氮素不同形态组成及其线性关系； 依据一定时间间隔，选取每个时期3次自然降雨采集的162个坡面和干渠地表径流样品TN流失浓度值，利用ArcGIS 10.2软件进行空间插值分析； 分别选取2个单一型和复合型坡面，对3个时期不同坡面组合下84个地表径流样品TN流失浓度值差异进行分析.

表 1(Table 1)

表 1 样品采集12场次自然降雨特征 Table 1 Characteristics of the 12 rainfall events during which samples were collected 项目 采样日期(月-日) 05-11 05-21 06-15 06-19 07-03 08-11 08-27 09-02 09-18 10-28 11-08 12-11 降雨量/mm 12.8 19.2 4 12.8 14.3 53.9 35.6 28 122.4 18.4 15.9 6 降雨历时/h 18 10 8 4 11 18 18 14 24 12 13 9

表 1 样品采集12场次自然降雨特征 Table 1 Characteristics of the 12 rainfall events during which samples were collected

利用所选7个坡面布设5个旱地、 3个桑树套种地、 3个水田地表径流监测点2014年5-12月12次自然降雨采集144地表径流样品，比较3个时期不同土地利用类型地表径流氮素流失浓度特征(表 2).

表 2(Table 2)

表 2 3个时期不同土地利用类型地表径流氮素平均浓度与离散系数统计 Table 2 Statistics of coefficient of dispersion and the average concentration of nitrogen in overland runoff of different land use types in the 3 periods 项目 参数 春季作物时期 夏季空闲时期 秋季作物时期 TN NO3--N NH4+-N TN NO3--N NH4+-N TN NO3--N NH4+-N 旱地 均值/mg ·L-1 24.09 21.65 0.65 22.31 19.82 0.33 23.98 22.62 0.42 离散系数/% 52 51 52 26 30 54 22 21 75 水田 均值/mg ·L-1 3.58 1.22 0.62 16.07 13.39 0.31 15.51 14.41 0.23 离散系数/% 78 71 45 70 74 55 73 75 84 桑树套种 均值/mg ·L-1 15.03 13.82 0.57 18.45 16.47 0.27 16.11 15.02 0.16 离散系数/% 58 56 39 48 52 31 23 15 109

表 2 3个时期不同土地利用类型地表径流氮素平均浓度与离散系数统计 Table 2 Statistics of coefficient of dispersion and the average concentration of nitrogen in overland runoff of different land use types in the 3 periods

从不同时期比较来看，春季作物时期3种土地利用类型TN、 NO₃^--N地表平均流失浓度差异最显著，旱地TN、 NO₃^--N平均流失浓度分别是桑树套种地的1.61、 1.56倍，是水田的6.73、 17.74倍； 夏季空闲期3种土地利用类型TN、 NO₃^--N 地表平均流失浓度相差在3 mg ·L^-1左右，差异较小，NO₃^--N占TN比重略低于其它两个时期； 秋季作物时期，由于整个流域均种植榨菜，不同地类氮素平均流失浓度主要受坡面榨菜种植面积比影响而表现出一定差异. 春季作物时期3种土地利用类型NH₄⁺-N平均流失浓度均显著高于夏季空闲和秋季作物时期； 秋季作物时期不同土地利用类型NH₄⁺-N平均流失浓度在0.16-0.48 mg ·L^-1间，差异最大. 3个时期水田TN、 NO₃^--N离散系数均高于其它2种土地利用类型，这是因为春季作物时期水田易受降雨类型影响，夏季空闲时期水田轮作旱地，秋季作物时期不同空间布局的水田榨菜种植面积比差异较大.

从不同土地利用类型比较来看，春季作物时期水田TN、 NO₃^--N平均流失浓度最低. 水稻田作为一种环境友好的人工湿地生态系统，其根系的反硝化细菌可以在缺氧条件下还原硝酸盐，并且水稻田田埂基本处于封闭状态，土壤侵蚀现象远比坡耕地轻^[20]. 从研究区内布设的6个水稻田入口、 出口监测点氮素流失浓度变化来看，水稻田出口TN流失浓度平均值为入口处21%，NO₃^--N流失浓度仅为入口处9%，水稻田表现出极强的氮素拦截净化能力. 但水稻田由于受其所占坡面面积比、 空间布局、 降雨类型等因素影响较大，其TN、 NO₃^--N离散系数春季作物时期也表现为最高. 水田轮作旱地后，TN、 NO₃^--N流失浓度迅速升高，并逐渐趋近与旱地水平. 虽然旱地春、 秋两季作物时期TN、 NO₃^--N平均流失浓度差异很小，但受不同时期降雨特点影响，TN、 NO₃^--N流失浓度变化过程不同. 春季作物时期降雨量大，氮素易流失，5月旱地春季作物玉米追肥完成后，TN流失浓度高达30-40 mg ·L^-1，比秋季作物榨菜施肥后TN流失浓度平均高出10 mg ·L^-1左右，但6月TN流失浓度平均降低约48%，而秋季作物榨菜TN流失浓度月平均降幅只有14%. 春季作物时期，桑树套种地TN平均流失浓度为15.03 mg ·L^-1，比旱地平均流失浓度24.09 mg ·L^-1减少39%，其原因：一方面桑树套种减少了单位面积施肥量； 另一方面桑树能够显著减少地表径流含沙量^[24]. 夏季空闲时期，流域内地表覆被迅速减少，地面裸露程度增高，大雨和暴雨事件增多，氮素地表径流含量迅速提高^[25].

利用ArcGIS 10.2软件，选取每个时期一定时间间隔3次自然降雨采集样品，对各个坡面、 干渠18个地表径流监测点TN流失浓度进行空间插值，如图 2所示.

图 2

Fig. 2

图 2 3个时期干渠、 坡面地表径流监测点TN流失浓度空间插值 Fig. 2 Spatial interpolation map showing TN's losses concentrations of observation points of surface runoff of main channel and hillslopes of 3 periods in 2014

从坡面地表径流监测点TN流失浓度不同时期变化来看，春、 秋两季作物期间旱地、 桑树套种地TN流失浓度峰值均出现在施肥刚结束采集的样品中，但春季作物时期TN流失浓度呈迅速下降趋势，秋季作物时期则缓慢下降. 由于春季作物时期研究区域降雨比较集中，TN径流浓度随降雨量、 施肥时间间隔的增加而减少^{[21, 22]}. 农作物快速生长对氮素的吸收以及农作物枝叶对地面覆盖度增大^[23]，也降低了地表径流TN流失浓度. 此期间，坡面不同土地利用类型监测点TN流失浓度空间上差异非常显著. 夏季空闲期，研究区域降雨多为大雨或暴雨事件. 8月中上旬，由于流域内玉米收割后大量秸秆覆盖地面，有效地减弱地表产流和土壤侵烛，各个坡面监测点TN流失浓度浮动不大； 8月底，农作物秸秆燃烧后地表裸露，强降雨条件下TN流失浓度升高； 9月18日大暴雨事件中，各监测点TN流失浓度分布最均匀. 此期间，不同土地利用类型坡面监测点TN流失浓度逐渐趋近. 秋季作物时期，研究区域降雨量减少，降雨强度减小，氮素流失相对缓慢. 此期间，不同土地利用类型均种植经济作物榨菜，坡面不同土地利用类型监测点TN流失浓度差异不大.

干渠监测点8汇水区域土地利用类型主要为桑树套种地，向下流经水田排水口(监测点6、 7)并与水田地表径流相混合，干渠监测点4采集水样即为上游监测点8与水田混合样品. 通过对比干渠监测点8与监测点4地表径流水样TN流失浓度变化来看，春季作物时期水稻田显著降低了干渠汇水节点(监测点8)TN流失浓度； 夏季空闲时期由于地表覆被变化和水田对氮素拦截净化能力减弱，干渠节点TN流失浓度开始逐渐升高并与坡面监测点趋近； 秋季作物时期，由于子流域A部分坡底分布的水田不适宜轮种榨菜，且桑园面积比高，其干渠节点TN流失浓度略低于子流域B，而子流域B干渠节点TN流失浓度与坡面监测点已无明显差异.

利用坡面地表径流监测点采集的144样品，分析氮素不同形态氮素组成. 结果表明：不同土地利用方式下氮素流失以NO₃^--N为主，这与曾立雄等^[26]在三峡库区研究结论相同. 其中，TN和NO₃^--N流失浓度存在显著线性相关性(R²=0.941,N=144)，而且随着地表径流样品TN浓度升高，样品中NO₃^--N占TN的质量分数增加(图 3)； NH₄⁺-N占TN比重很小，与TN浓度变化也无明显相关性(R²=0.054,N=144).

图 3

Fig. 3

图 3 径流样品TN浓度与NO3--N/TN变化拟合 Fig. 3 Fitting picture showing the change of TN concentrations and NO3--N/TN in runoff samples

与径流小区实验研究不同，坡面尺度上研究不同土地利用类型对地表径流氮素流失影响需要考虑坡面面积、 坡度空间差异的影响. 本研究选取的7个坡面总面积都在1.7-2 hm²间，差异较小，但坡面平均坡度差异较大. 因此，在研究土地利用类型与地表径流氮素流失浓度关系时，对坡面坡度产生的影响进行控制. 偏相关分析就是在研究两个变量之间的线性相关关系时控制可能对其产生影响的其他变量，研究其中两个变量之间线性相关程度的一种方法^[27].

由于各个坡面监测点的汇水区域内土地利用类型并不一致，而不同土地利用类型春、 秋两季轮作农作物不同，本研究依据实地调绘的各坡面监测点汇水区域内不同时期不同地类农作物所占汇水区面积比赋值. 水稻田构成的复合型坡面，其氮素流失浓度同时还受上坡流入稻田氮素浓度影响，因此，在偏相关分析时，需将其进行控制. 各坡面监测点汇水区平均坡度利用ArcGIS 10.2在1 ∶1 000实测地形图提取. 利用SPSS 21软件，以各坡面监测点汇水 区平均坡度为控制变量，输出不同时期汇水区农作 物面积比与氮素流失浓度偏相关系数(表 3).

表 3(Table 3)

表 3 不同农作物面积比与氮素流失浓度偏相关性分析 1) Table 3 Analysis of partial correlation of the area ratio of different crops and nitrogen losses concentration 项目/% N TN NO3--N NH4+-N P R P R P R 玉米面积比 60 0 0.703 0 0.702 0.382 0.102 水稻面积比 60 0 -0.674 0 -0.712 0.231 -0.192 榨菜面积比 36 0 0.647 0 0.651 0.012 0.405 桑树面积比 108 0 -0.422 0 -0.392 0.119 -0.156 1)以坡面平均坡度为控制变量； 采用双侧t检验； N为样本数； P为显著性水平，P＜0.05，显著相关； P＜0.01，极显著相关； R为偏相关系数

表 3 不同农作物面积比与氮素流失浓度偏相关性分析 1) Table 3 Analysis of partial correlation of the area ratio of different crops and nitrogen losses concentration

从表 3可以看出：春季作物时期，TN、 NO₃^--N流失浓度与旱地作物玉米面积比极显著正相关，与水稻面积比极显著负相关； 秋季作物时期，TN、 NO₃^--N流失浓度与不同土地利用类型种植榨菜面积比极显著正相关； 3个时期TN、 NO₃^--N流失浓度与桑树面积比极显著负相关. NH₄⁺-N与秋季作物榨菜面积比显著正相关. 从偏相关系数R值看，水稻面积比与NO₃^--N流失浓度偏相关系数略高于TN，而桑树面积比与TN流失浓度偏相关系数略高于NO₃^--N. 这表明，春季作物期间稻田拦截净化地表径流中NO₃^--N能力更强，而桑树显著减少了地表径流中颗粒态氮素流失. 王娇等^[28]选取京津地区11个小流域为研究对象，研究认为水体污染物的浓度与土地利用类型具有显著的相关性； 罗璇等^[29]在胡家山小流域15个集水区研究也得出不同土地利用类型与TN、 NO₃^--N流失浓度显著相关.

由此可见，流域土地利用类型结构对三峡库区农业小流域氮素流失影响较大，合理的增加流域水田数量、 旱地配置桑树篱，既符合三峡库区传统耕作习惯，又能增加农民收入，是三峡库区面源污染源头控制的有效措施.

选取2个复合型坡面和2个单一型坡面，比较3个时期不同土地利用类型组成坡面、 同一土地利用类型不同地类氮素流失浓度变化规律. 4个坡面地类组成方式及其面积比如图 4所示.

图 4

Fig. 4

图 4 4个坡面不同地类组成及其面积比示意 Fig. 4 Schematic diagram showing the combination and area ratio of different land types of the 4 hillslopes

根据图 5，从坡面不同土地利用类型组成来看，坡面a上坡缓坡旱地5-7月TN流失浓度从33.86 mg ·L^-1逐渐下降到17.21 mg ·L^-1，月平均降幅28%； 而坡腰水稻田从5月平均流失浓度8.81 mg ·L^-1 迅速下降到6、 7月3 mg ·L^-1左右. 上坡旱地与坡腰水稻田面积接近1 ∶1坡面组合使旱地TN流失浓度平均降低79%. 8-9月，上坡缓坡旱地TN流失浓度呈小幅波动； 水稻收割后，坡腰水田TN流失浓度从8.23 mg ·L^-1逐步上升到18.54 mg ·L^-1，秋季轮种榨菜施肥后达到峰值32.94 mg ·L^-1，超过了上坡缓坡旱地TN流失浓度. 11-12月，坡面3个监测点TN流失浓度已无显著差异. 坡底旱地由于坡面面积比小，与坡腰水田TN流失浓度呈大致相同的变化趋势，TN流失浓度始终处于上坡旱地与坡腰水田之间.

图 5

Fig. 5

图 5 4个坡面3个时期地表径流监测点TN流失浓度变化 Fig. 5 Map showing the change of TN's losses concentrations of observation points of surface runoff for 3 periods of the 4 hillslopes

坡面b桑树玉米套种地TN流失浓度从5月平均17.42 mg ·L^-1迅速下降到6月平均8.26 mg ·L^-1，降幅为53%； 坡底水稻田占坡面面积58%，5-7月TN平均流失浓度都在2.5 mg ·L^-1左右，浮动小. 这表明，坡面水稻田面积比越高，坡底水稻田TN流失浓度受上坡影响越小. 8-9月受强降雨影响，桑树套种地TN流失浓度波动较为强烈； 水田TN流失浓度一直上升，在9月18日大暴雨事件中，两个监测点TN流失浓度同时达到峰值 23.33 mg ·L^-1、 20.70 mg ·L^-1. 10-12月，两个监测点TN流失浓度均缓慢同步降低，但由于坡底约有52%水田未轮种榨菜，坡底TN平均流失浓度只有上坡桑树榨菜套种地的57%，而同期坡面a坡腰水田全部轮种榨菜后TN平均流失浓度与旱地相当.

坡面c、 d是单一型坡面. 从两个坡面TN流失浓度值变化来看：5-6月，坡面c、 d地表径流TN平均流失浓度分别从40.39 mg ·L^-1、 28.67 mg ·L^-1迅速下降到21.15 mg ·L^-1、 13.81 mg ·L^-1，降幅分别为48%、 52%； 8-9月，坡面c地表径流TN流失浓度基本都在25 mg ·L^-1左右，坡面d一般都低于20 mg ·L^-1，但在9月18日大暴雨事件中，坡面d又出现新的峰值25.58 mg ·L^-1，而坡面c新峰值出现在榨菜施肥结束后.

就同一土地利用类型而言：坡面a上坡4°-6°缓坡旱地与坡面c的8°-12°旱地梯田相比，无论春季种植玉米或是秋季轮作榨菜，4°-6°缓坡旱地TN流失浓度峰值低，下降速度慢，3个时期TN平均流失浓度也低； 坡面b上半坡6°-12°桑树套种梯田TN流失浓度3个时期均低于15°-25°桑树套种坡耕地； 与坡面a坡腰水稻田相比，坡面b坡底水稻田由于地势平坦、 田块大，上坡径流进入水稻田后流速放慢，更容易被稀释冲淡，加之坡面b水稻田坡面面积比高，水稻种植期间坡面b坡底水田TN流失浓度较为稳定，TN平均流失浓度比坡面a坡腰水田低46%.

从4个坡面最终汇入干渠地表径流TN平均浓度比较来看(图 6)，2个复合型坡面3个时期TN平均流失浓度均低于2个单一型坡面. 复合型坡面b的3个时期TN平均流失浓度分别为2.55、 11.52和8.58 mg ·L^-1，均为最低； 单一型坡面c分别为27.51、 25.11和27.11 mg ·L^-1，均为最高. b、 c两个坡面坡度相似，但由于坡面土地利用类型差异，3个时期两者排入干渠TN平均流失浓度最大相差10倍. 比较a、 b两个坡面，坡底布设水田和增加水田坡面面积比能显著降低整个坡面TN流失浓度. 由此，合理调整坡面土地利用结构、 优化空间布局，可显著减小氮素流失浓度^[30].

图 6

Fig. 6

图 6 4个坡面3个时期排入干渠TN平均浓度对比 Fig. 6 Comparison diagram of TN's average concentrations discharged into main channel of 3 periods of the 4 hillslopes

研究区域可分为A、 B两个子流域(图 1)，不同土地利用类型所占子流域面积如图 7所示. 比较来看，子流域A园地、 灌木林地面积比分别比子流域B高出15%和5%，旱地面积比减少19%，水田、 农村宅基地等地类所占子流域面积比差别不大.

图 7

Fig. 7

图 7 A、 B两个子流域不同土地利用类型面积比 Fig. 7 Area ratio of different land use types of the two subcatchments A and B

根据图 8，3个不同时期A、 B两个子流域出口TN、 NO₃^--N流失浓度变化规律大致相同，但春、 秋两个时期TN、 NO₃^--N平均流失浓度值却存在显著差异.

图 8

Fig. 8

图 8 A、 B子流域出口不同采集时间氮素流失浓度变化 Fig. 8 Map showing the change of nitrogen losses concentrations of different acquisition time of exports of subcatchments A and B

从同一时期A、 B两个子流域比较来看：春季作物时期子流域B出口TN、 NO₃^--N平均流失浓度分别是子流域A的1.56、 2.09倍； 秋两季作物时期分别是子流域A出口的1.76、 1.69倍. 由于子流域A的旱地面积比低、 桑园面积比高，根据TN、 NO₃^--N流失浓度与不同土地利用类型偏相关性分析，TN、 NO₃^--N流失浓度与春季旱地作物玉米面积比显著正相关，桑树面积比显著负相关，因此，春季作物时期，子流域B出口TN、 NO₃^--N平均流失浓度高于子流域A； 秋季作物时期，子流域B榨菜种植面积比要高于子流域A，TN、 NO₃^--N流失浓度与榨菜面积比显著正相关，因此，秋季作物时期子流域B出口TN、 NO₃^--N平均流失浓度也要高于子流域A.

从同一子流域春、 秋两个时期比较来看：子流域A秋季作物时期TN、 NO₃^--N平均流失浓度分别是春季作物时期的1.88、 3.03倍； 子流域B秋季作物时期TN、 NO₃^--N平均流失浓度分别是春季作物时期的1.99、 2.44倍. 虽然旱地、 桑树套种地春秋轮作期间TN、 NO₃^--N平均流失浓度差异不显著，但水田轮作旱地后春、 秋两季差异非常显著(表 2). 从4个坡面定量分析和图 2空间插值比较可知，春季作物期间水稻田显著降低了坡面和干渠节点TN流失浓度，且春季作物时期降雨量大，氮素流失浓度下降迅速. 秋季作物期间，整个流域旱地和多数水旱轮作地均种植榨菜，土地利用方式较为单一，不同坡面和干渠TN流失浓度相当，加之此期间降雨量少，TN、 NO₃^--N流失浓度减小速度变慢. 因此，秋季作物期间A、 B两个子流域出口TN、 NO₃^--N平均流失浓度要高于春季作物时期.

A、 B两个子流域NH₄⁺-N流失浓度3个时期变化规律基本相同，春秋两季施肥后同时各出现一次峰值，其他时间变化不大，这与桑蒙蒙等在长江中下游地区研究结果相似^[31].

根据子流域氮素流失浓度不同时期动态变化特征，可分别采取相应的阻控措施减少面源污染物排放量. 春季作物时期通过施用缓释肥或减量多次施肥可明显降低施肥初期氮流失浓度，减少氮素排放量. 秋季作物榨菜属区域性经济作物，氮肥施用量高，从施肥管理模式上控制是目前主要研究方向. 一些学者通过研究提出了有机无机配施、 施用缓释肥等方法，既保证了榨菜产量和品质又降低了施肥量^[32]. 榨菜季降雨量少，地表径流量小，加之近些年政府对库区农业水利设施资金扶持，可以通过修建堰塘或蓄水池方式蓄水，利用水生植物去除氮素，也可为春耕提供水源保障.

(1)春季作物时期不同土地利用类型地表径流TN平均流失浓度差异最显著，旱地 (24.09 mg ·L^-1)是桑树套种地(15.03 mg ·L^-1)的1.61倍，是水田(3.58 mg ·L^-1)的6.73倍. 3个时期不同土地利用类型TN流失浓度都呈一定规律性变化：春、 秋两季作物施肥结束后，TN流失浓度均呈下降趋势，但春季作物期间降速快，秋季降速缓慢； 夏季空闲期旱地、 桑树套种地TN流失浓度上下波动，水田则一直上升.

(2)地表径流中氮素流失以NO₃^--N为主，不同形态氮素流失浓度与坡面不同土地利用类型作物面积比显著相关. 其中：TN、 NO₃^--N流失浓度与旱地作物玉米、 榨菜面积比显著正相关，与水稻、 桑树面积比显著负相关； NH₄⁺-N流失浓度与榨菜面积比显著正相关.

(3)由水田组合而成的复合型坡面TN平均流失浓度都低于单一型坡面. 比较4个典型坡面，上坡桑树套种地与下坡水田组合的坡面3个时期TN平均流失浓度最低，分别为2.55、 11.52和8.58 mg ·L^-1； 玉米榨菜轮作旱地坡面最高，分别为27.51、 25.11和27.11 mg ·L^-1. 两个坡面春季作物时期TN平均流失浓度相差近10倍.

(4)流域不同土地利用类型构成及其空间布局对氮素流失影响较大，不同时期氮素流失浓度特征明显，坡底布设水田、 旱地配置桑树篱、 优化农作物施肥模式均可减少流域氮素排放量.