雷竹(Phyllostachys praecox f. prevernalis)是优良的笋用竹种。近20年来，通过集约化经营，采用冬季覆盖和重施肥栽培技术，使雷竹笋实现了反季节生产，并使产量上升，从而使竹农获得可观的经济效益(方伟等，1994)。随着效益林业的实施，雷竹在浙江的栽培面积不断扩大，目前已成为许多地区农民的经济支柱产业。雷竹栽培中，肥料施用量很大，每年施入化肥超过3 t·hm^-2，有机肥(厩肥)达100 t·hm^-2(汪祖潭等，1995)。氮肥施用量普遍超过水资源免受污染国际限量标准的4倍(崔玉亭，1999)，并且超量施肥的势头有增无减，有的农民几乎已达到滥用肥料的地步。超量施用化学肥料已使大部分雷竹林土壤化学养分严重积累(杨芳等，2003)，磷素积累尤其突出(姜培坤等，2000a)，化学肥料超量施用也必然会造成氮、磷、钾等化学元素在环境中富集，最主要是污染周边水体。前人对集约经营雷竹林栽培技术、林地土壤特征及对笋体质量的影响均作了较多的研究(姜培坤等，1999；2000b；2003a；2004a；2004b；2005a；2006)，但该技术的应用对栽培区周边地表水的性质有何影响，至今尚未见报道。

本文通过采用标准水质监测方法，探讨了雷竹栽培区与天然林区流域地表水水质的动态变化及差异，为雷竹栽培区水体污染特征、水污染控制提供理论与试验依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

研究区位于浙江省临安市太湖源镇，属中纬度北亚热带季风气候，四季分明，气候温和，雨量充沛，全年降雨量平均1 628 mm。多年平均气温为15.8 ℃，7月为最热月，历年平均为28.1 ℃，1月为最冷月，历年平均为3.4 ℃，极端高温41.9 ℃，极端低温-13.3 ℃。历年平均日照时数1 939 h，无霜期234 d。

雷竹集约经营栽培模式的主要技术是：每年11月下旬至12月上旬给雷竹林地表覆盖有机物以增温避冷保湿，日增地温达4~5 ℃。通常是在雷竹林地表先覆10~15 cm稻草，上面再覆盖10~15 cm的砻糠，稻草用量40 t·hm^-2，砻糠用量55 t·hm^-2，次年3，4月揭去未腐烂的砻糠；下层的稻草经过一个冬春的发酵和雨雪水的淋泡已基本腐烂入土。每年施3次肥，时间为5月中旬、9月中旬和覆盖前。施肥量为无机复合肥(N:P:K=16:16:16)2.25 t·hm^-2和尿素(含N 46%)1.125 t·hm^-2，或施等量养分的有机肥。管理较好的林地可在当年的12月下旬出笋，比常规栽培的出笋时间提早2个月，而且产量高质量好，可在春节前上市，大大提高了价格和收益。

1.2 采样与分析方法

根据野外调查及当地政府的建议，在地理、人口等条件基本一致的情况下，选择雷竹栽培区东天目溪和天然林区东坑设置水质监测定位试验。栽培区河流周边的农田、山坡自1995年起均种植了雷竹，并实行集约化栽培，面积达300 hm²，而天然林区河流周边的农田没有进行雷竹栽培，山坡上的植被以天然常绿阔叶幼林为主。在东天目溪设立水质监测段面3个(A1：30°22.056′N，119°35.399′E；A2：30°21.053′N，119°35.296′E；A3：30°21.042′N，119°35.268′E)，同时在东坑也设立水质监测段面3个(B1：30°15.242′ N，119°33.164′ E；B2：30°16.232′ N，119°33.512′ E；B3：30°15.582′ N，119°34.157′E)。并于2006年5月至2007年5月，每隔2个月进行1次采样，采样方法按照国家标准进行(GBT 5750.2-2006)，监测项目主要包括：总氮、氨氮、硝氮、总磷、可溶性碳、COD、BOD₅等指标。

水样采回后分成2份，1份用0.45 μm滤膜抽滤，用于测定总氮(TN)、氨氮、硝氮、可溶性碳(DOC)含量；另1份样品不抽滤，用于测定总磷(TP)、COD和BOD₅含量。分析方法如下：TN直接在岛津TOC分析仪中的TNM分析仪测定；氨氮、硝氮直接在戴安公司生产的ICS-1500离子色谱上测定；总磷，硫酸和高氯酸消化后用钼蓝比色法测定(鲁如坤，2002；GB/T 5750.5-2006)；DOC，直接在岛津TOC分析仪上测定，COD测定采用高锰酸钾法，BOD₅测定采用稀释与接种法(GB/T 5750.7-2006)。有机氮通过计算求得，其计算方法：有机氮为总氮减去氨氮和硝氮。所有数据均用DPS软件进行统计分析(唐启义等，1997)。

2 结果与分析 2.1 雷竹栽培区与天然林区水体中氮的年动态变化

图 1可知，雷竹栽培区水体中总氮、硝氮、氨氮、有机氮含量在1年中的各月都明显高于天然林区，但总的变化规律基本一致，总氮、硝氮、有机氮含量均表现为5月为最高，而氨氮则以7月为最高，5月，雷竹栽培区河流总氮含量为8.65 mg·L^-1，天然林区河流为2.90 mg·L^-1，而后逐渐降低，到第2年3月后又逐渐升高。雷竹栽培区河流中各种氮形态含量在各月份波动较大，而天然林区则相对较平稳。

2.2 雷竹栽培区与天然林区水体中磷的年动态变化

图 2结果显示，雷竹栽培区与天然林区河流中总磷含量的年变化规律基本一致，均表现为11月最高，水体中总磷含量雷竹栽培区河流为0.09 mg·L^-1，而天然林区河流仅为0.04 mg·L^-1，而后水体中磷含量均下降。

2.3 雷竹栽培区与天然林区水体中可溶性碳的年动态变化

雷竹栽培区与天然林区水体中可溶性碳的年动态变化如图 3所示。雷竹栽培区水体中可溶性碳含量在不同月份差异较大，以11月的枯水期为最大，达25.31 mg·L^-1，而后其含量降低并趋于稳定，至7月达最低，而后又逐渐上升。而天然林区水体中可溶性碳含量的年动态变化规律相对稳定，其含量也远远低于雷竹栽培区水体。

2.4 雷竹栽培区与天然林区水体中COD和BOD₅的年动态变化

化学需氧量(chemical oxygen demand，简称COD)，它是表示水中还原性物质多少的一个指标。因此，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。五日生化需氧量(BOD₅)，是指在规定条件下水中有机物和无机物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧。

已有研究表明，地表水中污染物质量浓度季节变化较大。一般来说，较干旱的季节因地表水流量少，水中污染物质量浓度相对较高；而在雨季，由于稀释作用，地表水中的污染物质量浓度相对较低(Dassenakis et al., 1998; Brown et al., 1998)。雷竹栽培区COD和BOD₅的年动态变化也符合以上规律，总体表现为，从2006年5月开始BOD₅含量逐渐升高，至11月达最大值，而后缓慢下降。而天然林区水体中COD含量以2006年5月最高，而后逐渐降低，趋于稳定，而BOD₅的变化规律则与栽培区水体中的相似。从图 4，5可知，雷竹栽培区水体中COD和BOD₅含量均高于天然林区，但均低于Ⅰ类地表水环境质量标准。说明雷竹集约化栽培尚未造成水体COD、BOD₅的污染。

2.5 雷竹栽培区与天然林区水体中各指标年均值比较

将雷竹栽培区与天然林区水体中各水化指标在各月份的含量进行平均，得到年平均值，结果如图 6所示。从图 6可知，雷竹栽培区水体中各水化指标均显著高于天然林区水体。雷竹栽培区水体中总氮(TN)含量平均达4.24 mg·L^-1，是天然林区水体的3.15倍；雷竹栽培区水体中硝氮含量为2.01 mg·L^-1，是天然林区的5.07倍；雷竹栽培区水体中可溶性碳(DOC))含量达17.78 mg·L^-1，比天然林区水体高出2.87倍；雷竹栽培区水体中COD和BOD₅含量分别3.57，2.01 mg·L^-1，是天然林区的2.34和1.82倍。水体中氨氮和总磷含量较低，难以在图上显示，水体中总磷含量雷竹栽培区平均达0.05 mg·L^-1，是天然林区水体的2.39倍；水体中氨氮含量雷竹栽培区平均达0.07 mg·L^-1，比天然林区水体高0.66倍。

3 结论与讨论

雷竹栽培区河流水质状况明显差于天然林区，水体中所有水化指标均表现为雷竹栽培区高于天然林区。氮和磷是引起水体富营养化的2种主要营养盐，它们在水体中的过量富集可使藻类和其他水生植物数量增加，降低水体水质(Smith et al., 1999)。碳是微生物生命活动的能源及生物体结构材料，水体丰富的有机碳可导致水体微生物的大量繁殖，使水体富营养化比氮磷污染更加严重。

3.1 雷竹集约化栽培对水体中氮的影响

据研究(黄芳等，2007)雷竹集约化栽培中纯N的投入(包括施肥、覆盖及氮素沉降等)为1 062 kg·hm^-2a^-1，通过挥发、反硝化、渗漏淋失和地表径流等损失N素289 kg·hm^-2a^-1，占氮素投入的27%。氮素通过淋失和地表径流进入地表水和地下水环境系统，使水质受到污染。地表径流和渗漏淋失占氮素投入的11%~16%(段亮等，2007；王家玉等，1996；高效江等，2001；陈国军等，2003)，如以14%计，雷竹集约化栽培进入水体的氮素将达到40.46 kg·hm^-2a^-1。定位试验所在的东天目溪小流域一年中就有12.138 t纯氮进入水体，浙江省雷竹栽培面积达20 000 hm²，则每年进入水体的氮素将达到809.200 t，从而加剧了水体的污染，对生态环境产生危害。本研究表明，雷竹栽培区水体中总氮(TN)含量平均达4.24 mg·L^-1，是天然林区水体的3.15倍，水体中总氮、硝氮、氨氮和有机氮等污染物含量则表现为丰水期大于枯水期。水体中氮的年变化规律与该区域的降雨特征、雷竹的经营措施是相吻合。5月，雷竹林地上层覆盖物砻糠已揭去，林地表面留着上一年的半腐烂的稻草，施用复合肥和有机肥，然后翻耕。从4月下旬开始，本地区开始大量降水，到9月下旬雨季基本结束，开始进入干旱季节，降雨较少。由于降雨使氮素随地表径流和渗漏淋失进入河流，从而表现为5月最高。这与张金镇等(2004)对流溪河的研究结果相似。雷竹栽培区施用了大量的氮肥，一遇下雨大量的肥料随水流入河流，导致栽培区水体中各种氮含量明显高于天然林区。与国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)相比，雷竹栽培区水体中总氮含量除11月为Ⅳ类外，其余月份均为劣Ⅴ类，这与吴家森(2008)研究结果相似。

3.2 雷竹集约化栽培对水体中磷的影响

磷肥施入土壤后，非常容易与土壤结合，因而其迁移距离和速度均非常低，但雷竹栽培中大量磷肥的使用，一方面在土壤中累积，而另一方面也对周边水体的质量产生了影响。Heckrath等(1995)研究了洛桑实验站土壤有效磷含量为7~110 mg·kg^-1田块渗漏水的磷含量，结果表明当地土壤有效磷含量低于57 mg·kg^-1时，渗漏水中未检测到全磷和可溶性磷，当土壤有效磷含量大于57 mg·kg^-1时，渗漏水中磷质量浓度随土壤有效磷含量的增加而呈线性增加。王彩绒等(2005)将太湖典型地区蔬菜地土壤磷素淋失风险划分为3个等级，最低等级土壤磷几乎不发生淋失，即土壤速效磷上限60 mg·kg^-1、中等强度磷淋失指标，土壤速效磷70 mg·kg^-1、高强度淋失指标，土壤速效磷大于70 mg·kg^-1。对于速效磷含量大于60 mg·kg^-1的区域不但要控制土壤径流向水体迁移磷，对磷以淋失、侧渗方式向水体迁移也要引起重视。而雷竹栽培区土壤中有效磷含量平均超过300 mg·kg^-1，将会对周边水体产生极大的风险。本研究表明，水体中磷含量在1年的监测中均表现为雷竹栽培区远远大于天然林区，总磷含量在雷竹栽培区河流中年均值达0.05 mg·L^-1，是天然林区河流中的2.39倍。对照国家地表水环境质量标准，雷竹栽培区水体中磷含量，11月为Ⅳ类水，其他月份均为Ⅲ类水。

3.3 雷竹集约化栽培对水体中可溶性碳的影响

可溶性有机碳(DOC)代表了水中所含有机物的含量，它反映了水体被有机物质污染的程度，影响着水体的质量(叶麟等，2006)。碳是微生物生命活动的能源及生物体结构材料，水体丰富的有机碳可导致水体微生物的大量繁殖，使水体富营养化比氮磷污染更加严重。雷竹集约经营的重要措施之一是冬季覆盖，每年11月大量的稻草及砻糠覆盖在竹林地表上，在长达4~5个月的冬季地表覆盖过程中，稻草、砻糠等有机物料部分腐烂入土，增加了土壤有机碳总量。有机碳总量的增加一方面使可溶性碳增加，另一方面也会刺激土壤微生物使生物代谢加剧。微生物代谢加剧的结果使土壤可溶性有机物数量上升(Haynes et al., 1993)，结果是土壤可溶性有机碳含量会进一步增加。姜培坤等(2002；2003b；2005b)分析了27个雷竹栽培区土壤样品，结果表明，高效雷竹林土壤水溶性有机碳含量平均达155 mg·kg^-1，随着覆盖年份增加土壤水溶性有机碳含量明显上升，覆盖1年比未覆盖林地土壤水溶性有机碳含量增加了24.18%，连续覆盖5年的土壤水溶性有机碳含量达231.00 mg·kg^-1，比覆盖1年的增加了约1倍。杨芳等(2006)研究结果也表明，雷竹林覆盖处理土壤水溶性有机碳含量是未覆盖处理的1.56倍。土壤水溶性有机碳易溶于水，由于降雨作用，将随着地表径流和下渗水进入周边水体或地下水系统。本研究表明，雷竹栽培区河流中可溶性碳含量明显比天然林区高，月平均含量达17.78 mg·L^-1，比天然林区水体高出2.87倍。