利用 1 m 数字高程模型和 arcGIS-Hydrologytools 对流域内水文信息进行分析,可将该流域分为两个子集水域,标记为集水域 A 和 B,并通过现场踏勘,结合 1∶1000 土地利用现状图绘制该流域土地利用结构图(图 1)。该小流域总面积 72.3 hm2,两集水域分别占 31%、69%,皆以旱地和稻田为主,且面积比例相近,仅在稻田的空间分布格局上存在较大差异(表 2)。集水域 A 的稻田分布零散,集水域 B 的稻田连片集中在集水域底(末)端。土地破碎度指数可以反映土地利用空间结构的完整性和复杂性,破碎度越高,土地利用空间结构的完整性越低[25].按赖彦斌等[25]的方法用单位面积上的斑块数为度量,集水域 A 中稻田的破碎度指数(1.74)远高于集水域 B(0.19),说明集水域 A中稻田分布格局的完整性远低于集水域B.
1.2 样品的采集与测定方法。
分别在集水域 A 和 B 的径流汇出口(图 1)安装自动采水仪(ISCO6712 型,美国)和超声波水位流量计(LC-50 型,中国),在 2012 年 3 月 21 日至 2013 年3 月 20 日采集径流水样并记录流量。设置自动采水仪程序,使其在每日 4:00、12:00 和 20:00 采集等量径流水并混合作为一个时间混合水样。在自动采水仪的储水基座内放置冰袋并定期更换,使水样在低温环境下储存。每隔一定时间将水样带回实验室用钼蓝比色法测定总磷(TP):取 5 mL 水样加碱性过硫酸钾在121 ℃下密闭消化 30 min,用紫外-可见分光光度计在 880 nm 波长下比色测定。此外,在小流域内还设有降雨采集装置,并结合当地气象站所提供数据,对每日的降雨量进行统计。
1.3 数据处理。
径流磷输出通量计算公式:L=i=1Σ(CiQi/S)。
式中:L 为集水域单位面积径流磷素的累积输出通量,g·hm-2;Ci为第 i 日径流水样的磷素浓度,mg·L-1;Qi为第 i 日径流水样的日径流量,m3;S 为集水域面积,hm2.
径流系数计算公式:α=Y/X.
式中:α 为一定汇水面积内总径流量(mm)与降水量(mm)的比值;Y 为总径流量,mm;X 为降水量,mm.
因每季作物收获后的间歇期较短,将每季作物栽种期和随后的间歇期归为一个作物季,一并计算当季的磷素输出通量(3 月底至 9 月中旬为水稻/玉米季;9月底至次年 3 月中旬为榨菜季)。