河岸缓冲带植被布局对氮流失的影响

河岸缓冲带（Rriver Buffer Strips,RBSs）已被证明能有效拦截水流并去除氮,该研究旨在揭示缓冲带不同配置的脱氮效果的影响。实地布置河岸植被缓冲带,开展地下径流试验。缓冲带设置3种不同植物种类（水曲柳,五叶枫,杨树）,和不同宽度（5、10、20、30 m）,河岸坡度为3%,树木密度为540株/hm2。在此条件下,研究各类河岸植被缓冲带对地下径流铵态氮、硝态氮和总氮的截留效果。结果表明：20 m宽度河岸植被缓冲带能很好地截留各形态氮素。30 m宽度下,河岸植被缓冲带径流水中的铵态氮、硝态氮和总氮的截留率最高,分别为70.4%、67.7%和69.1%。在不同植物种类缓冲带比较中,杨树可显著降低径流铵态氮和总氮浓度,水曲柳可显著降低径流硝态氮浓度。在宽度与不同植物种类的交互关系中,20 m宽度杨树缓冲带对铵态氮和硝态氮的截留率最高,其各自的截留率为71.9%、64.2%,30 m宽度杨树缓冲带对总氮的截留率最高,为62.1%。研究结果可为东北地区中小型河流河岸缓冲设计最大化截留径流氮污染物提供参考。     

植被过滤带对地表径流中污染物的净化效果

植被过滤带是控制非点源污染的“最佳管理措施”之一。为了探讨植被过滤带在中国西北地区的实际应用,该文作者在陕西小华山水库岸坡地建设了3条不同配置方式的植被过滤带,通过试验测定了植被过滤带对地表径流中几种污染物的净化效果,并分析其影响因素。结果表明,植被过滤带对地表径流中的颗粒态氮、颗粒态磷、总氮、总磷和化学需氧量浓度削减率分别达到82.02%、77.13%、46.05%、73.28%和60.48%以上,负荷削减率分别达到89.98%、87.25%、69.93%、85.11%和77.97%以上,并能有效地削减溶解态氮和溶解态磷的负荷量;自然草地过滤带和沙棘-草本过滤带对地表径流中这几种污染物的削减主要发生在前10 m。过滤带内的植被条件、入流流量和入流污染物浓度是影响过滤带净化效果的重要因素。     

不同入流条件下草本缓冲带对污染物削减作用

草本缓冲带能够有效拦截坡面径流中泥沙、总氮、总磷等污染物,是农业面源污染防控的主要措施之一。通过人工配水模拟地表径流,研究不同径流量对草本缓冲带截污能力的影响。结果表明:草本缓冲带对污染物都有一定的削减作用,草本缓冲带对泥沙削减效果最好,对总磷削减效果最差,白三叶对污染物的削减能力总体较黑麦草强。径流量对草本缓冲带总氮、总磷削减率影响较大,对泥沙削减率影响较小;当流量从0.08 L/s增加至0.24 L/s时,草本缓冲带对总氮、总磷削减率减少至9%和6%,而泥沙削减率为34%。随着放水冲刷时间增加,出流总氮、总磷、泥沙浓度不断降低并逐渐达到稳定,流量增大至0.24 L/s时,总氮、总磷浓度范围为11.5~24.7,1.6~2.3 mg/L,泥沙浓度在不同流量下无明显差异。草本缓冲带对总氮、总磷去除作用受流量影响较大,在大流量时缓冲带对总氮、总磷基本无去除作用,但缓冲带对泥沙去除作用受流量影响较小。     

植被缓冲带对乌梁素海区域农业面源污染的削减效果

通过在内蒙古乌拉特前旗乌梁素海九排干岸边构建湖滨植被缓冲带,研究不同盐生植物种类和配置对农业面源污染削减效果的影响。结果表明:无植物空白对照带对径流和渗流水中TN、TP和COD无明显削减规律,芦苇、碱蓬、柽柳和芦苇—碱蓬混播缓冲带随着缓冲带宽度的增加削减率呈先增加后减缓的趋势,渗流水中污染物质的削减效果优于径流水。其中,芦苇对径流和渗流水中TN、TP的削减效果最好,削减率分别为53.56%,79.17%和62.37%,83.25%;碱蓬对径流和渗流水中COD的削减效果最好,削减率分别为50.53%,67.34%。通过计算得到4种植被缓冲带的最佳宽度为19~29 m,其中,碱蓬缓冲带宽度为19 m。综合考虑,可以选择真盐生植物碱蓬作为乌梁素海盐渍化湖滨带植被重建的首选植物,并将植被缓冲带在该地区扩展研究,推广应用。     

植被缓冲带对农业面源污染物的削减效益研究进展

农业面源污染对环境安全的影响已超过城市生活污染和工业污染,成为水污染的最主要来源。植被缓冲带能够有效拦截农业面源污染物,减少污染物向水体的排放。通过搜集国内外学者对缓冲带的研究结果,对缓冲带削减农业面源污染物能力、缓冲带最佳宽度等方面的研究进行总结分析。结果表明:(1)5 m草本缓冲带对污染物的拦截作用最好,当缓冲带宽度超过5 m时,推荐使用灌草缓冲带,而乔灌草缓冲带需要超过30 m才能发挥作用;(2)当缓冲带宽度相同时,悬浮物和磷素相较于氮素更容易被拦截,悬浮物及磷素去除的缓冲带最佳宽度推荐为15 m(削减率70%以上),但去除氮素的最佳宽度推荐为30 m(削减率为80%);(3)植被缓冲带拦截污染物受缓冲带宽度、坡度及植被类型等因素影响,但缓冲带宽度与削减率之间的关系并不总是呈正比例,当缓冲带宽度增加到一定大小时,缓冲带对污染物的削减率将不再有明显改变;缓冲带坡度与削减率之间也并不总呈反比例,轻微的坡度能够促进径流下渗作用从而增加缓冲带的削减率。     

不同草本植被过滤带对径流中氮磷的生态阻控效果

为明确在不同条件下植被过滤带对地表径流氮、磷的阻控规律,分别构建百慕大、马尼拉、高羊茅、玉龙草等4种植被过滤带和裸地对照组过滤带,通过模拟3种污染物浓度和3种水力负荷强度的径流,探讨不同草本植被过滤带对表流和渗流中的氮、磷的阻控效果。结果表明,与对照组相比,植被过滤带显著提高土壤系统对径流以及来水中的氮、磷等污染物的拦截能力,在3种水力负荷强度下,百慕大、马尼拉、高羊茅、玉龙草和裸地对照组的平均径流拦截率分别为56.10%,54.28%,63.16%,60.53%和39.10%,4种植被的径流拦截率均显著高于对照组(p＜0.05);4种植被覆盖均显著降低表渗流量比,提高土壤的入渗能力;水力负荷强度的提高降低植被过滤带对NH₄⁺—N和TP的去除效率,但植被过滤带去除率降低的幅度小于对照组;在一定范围内,渗流中TN、NO₃^-—N和TP的去除率随着来水中氮、磷浓度增加而提高;在一定的水力负荷下,根冠比越低的植被削减径流的能力越强。     

基于水文和土壤侵蚀模型评估植被过滤带净化径流中氮磷的效果

为了方便快速地评估单次径流条件下植被过滤带对污染物氮、磷的净化效果,该文设计了地表径流的模拟放水试验,分析了泥沙与颗粒态污染物的相关性,依据土壤混合层概念简化了土壤污染物的输移,建立了植被过滤带对污染物作用效果的估算模型。结果表明:径流中颗粒态氮、磷含量与泥沙含量有显著相关性(P0.05),据此建立线性相关方程,估算出植被过滤带对颗粒态污染物的净化效果,其86%以上样本的颗粒态氮、磷质量浓度模拟偏差均在±20%之内;溶解态氮、磷的迁移分两部分,即发生于坡面地表径流中和土壤混合层中,分别根据质量平衡原理建立方程对溶解态污染物的迁移进行了模拟,验证得到83%以上样本的溶解态氮质量浓度模拟偏差在±20%之内,67%以上样本的溶解态磷质量浓度模拟偏差也在±20%之内,研究表明,可以基于土壤混合层概念和水文及土壤侵蚀模型对植被过滤带净化效果进行评估。     

河岸植被缓冲带生态水文功能研究进展

河岸植被缓冲带是河岸生态系统的重要组成部分,对河岸生态系统的生态及水文过程具有重要的影响。世界上许多国家已将河岸植被缓冲带列为河岸生态系统管理的一个重要内容,并在一些国家被作为控制农业流域非点源污染的最佳管理措施。河岸植被缓冲带的生态水文功能体现在控制河岸侵蚀、截留地表径流泥沙和养分、保护河溪水质、调节水温、为水陆动植物提供生境、维护河溪生物多样性和生态系统完整性以及提高河岸景观质量等多个方面。本文综述河岸植被缓冲带生态水文功能方面的研究进展,总结了一些研究中提出的不同河岸植被缓冲带功能发挥所需要的宽度,同时指出由于河岸生态系统保护的目标,侧重的功能,研究区域土壤、地形、植被、排水特征等因素各异,河岸植被缓冲带生态水文功能发挥所要求的实际宽度也有所不同。     

植被缓冲带对地表径流阻控效果调查及模拟

为了定量分析和评价植被缓冲带对地表径流的阻控效果,对大沽河流域两岸典型植被进行了现场调查及取样,并利用VFSMOD模型初步探讨了植被缓冲带的作用。根据实地调查,获得了大沽河8个典型位置的缓冲带参数。结果表明:大沽河流域植被缓冲带主要由杨树、松树等高大乔木,罗布麻、碱蓬等灌木植物和结缕草、野艾蒿等草本植物组成; 这些植被对地表覆盖度较高,可有效地拦截泥沙、增加地表粗糙度,对地表径流具有良好的阻控效果。利用VFSMOD模型对北岔河村、仁兆镇拦河闸、程家小里村和后路家村4个缓冲带的地表径流阻控效果进行了模拟,结果表明:4处植被缓冲带分别可以拦截0.8,0.7,0.7,0.4 mm/min以下降雨强度产生的地表径流; 在植被缓冲带宽度和源区宽度同时变化的情况下,4处植被缓冲带宽度分别达到8,20,1,5 m时,对泥沙拦截率达到0.95以上。因此,大沽河两岸现存植被缓冲带可以对泥沙起到较好的阻控作用。     

河岸缓冲带净污机制及其效果影响因子研究进展

随着经济社会的飞速发展,农业面源污染已成为导致河流、湖泊、水库等水体水质恶化、营养化的重要原因.居于水陆交界处的河岸缓冲带对净化河流水质具有重要作用,被认为是控制面源污染的“最佳管理措施”（BMPs）之一.在系统地总结国内外河岸缓冲带净污机制及其净污效果影响因子所取得的主要研究成果的基础上,针对目前研究中存在的不足,提出净污机制研究不局限于氮、磷等营养元素以及地表径流去污的机制研究,除考虑自然因素外,还应综合考虑人为因素对河岸带净污效果的影响.     

三峡库区消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响

为明确三峡库区消落带草被对农业面源污染防治的作用,采用野外放水冲刷试验,分析草带对地表径流中氮磷的拦截率和冲刷前后氮磷含量在土壤内的空间变化,研究消落带典型草被对氮磷污染物迁移的影响。结果表明:(1)草带拦截污染物的效率总体较好,对NO_3~--N的拦截率最高,达93.5%～99.3%。拦截率与草带宽度成正比,与冲刷强度成反比。(2)冲刷前后TN、TP、NO_3~--N和NH_4~+-N污染物含量的变化率最大值分别为2.30,1.96,5.01,4.75,均出现在小区下坡。随着草带宽度增加以及冲刷强度的减弱,污染物含量的变化率增大。(3)各氮磷污染物在0—10 cm土层的变化率较大,变化范围为0.91～5.01。TN、TP和NH_4~+-N在10—30 cm土层的变化率普遍接近1,而NO_3~--N在该土层依然存在较大的变化率。(4)RDA结果显示,影响冲刷前后污染物变化最大的因子是土层深度,其次是坡位、草带宽度、冲刷强度。综上,消落带草被能够有效拦截污染物并促进其向土壤内部迁移,在消落带草本植物恢复及面源污染防治过程中应注意增加消落带草被覆盖宽度,减小高强度降雨径流的影响,促进污染物在上坡位被拦截并进一步向土壤内部迁移,降低污染物向上覆水释放的风险,为三峡库区消落带草本植被恢复及农业面源污染防治提供理论依据。     

狗牙根与空心莲对水库消落带土壤氮磷释放影响的模拟

通过水库水位涨落室内模拟试验,探究丹江口库区消落带优势物种狗牙根和空心莲2种草本植物对土壤氮磷释放过程影响。结果表明:(1)水淹结束后(32天),空心莲子草土壤TN、TP分别降低11.75%,25.28%,狗牙根分别降低3.62%,25.77%。(2)干湿交替环境主要影响土壤中NH_4~+-N、NO_3~--N和AP的含量的变化,对土壤中的TN、TP含量的影响较小。(3)狗牙根的死亡增加土壤TN、NH_4~+-N、TP量,即不耐淹植被过滤带虽然能净化径流中N、P等污染物,但截留的污染物和植物吸收的养分随着植物体的分解再次进入水体或土壤,无法达到有效防控农业面源污染的目的。该研究为丹江口水库利用植被缓冲带防控水体富营养化提供一定理论依据。     

河岸带植被对非点源氮、磷以及悬浮颗粒物的截留效应

选取草地河岸带和人工林地河岸带,开展了人工模拟农田施肥和径流污染物截留效果的现场试验。分别采集地表径流和渗透水水样,测定分析了总磷(TP)、总氮(TN)、氨氮(NH4—N)以及固体颗粒物的浓度。结果表明,草地河岸带对地表径流TP的截留效果显著优于林地河岸带,草地和林地河岸带对氮元素的截留效果趋于一致;河岸带对地表径流和渗透水中TN,TP和NH4—N的截留率是相似的;草地河岸带对固体颗粒物的截留效果优于林地河岸带;河岸带越宽,其截污功能越强;人为干扰造成了人工林地河岸带截污能力的减弱。并提出了河岸带管理的相关建议。     

大清河流域河岸植被带污染物净化能力研究

为了解决白洋淀上游河岸带植被类型单一、生态功能低下等问题,从河岸植被带截留、净化面源污染物的生态功能定位出发,选取2种草本和1种灌木为研究对象,通过模拟径流冲刷试验,研究河岸植被带对氮、磷及泥沙污染物的净化效果。结果表明:(1)与单一灌木相比,单一草本的净化效率更好,狗牙根(Cynodon dactylon)的总磷、总氮和泥沙的净化效率最佳,分别为10.88%,6.96%,34.20%;黑麦草(Lolium perenne)对氨氮和硝氮有较好的净化效果,分别为10.11%和9.54%;(2)在多组植物组中,胡枝子(Lespedeza bicolor)、狗牙根、黑麦草的草灌组合净化效率较好,在各项指标平均值上分别较裸土组提高了13.31%,10.84%,9.64%,12.36%,46.43%;(3)灌草和混草的植物组合对5项污染物指标的净化效率均较高,混植组的去除效果优于单一植物组。河岸植被带对面源污染有着一定的净化效果,其中灌草和混草组合的净化效果较好,胡枝子、狗牙根、黑麦草的草灌植物组合表现出最好的净化效果。     

缓冲带截除农业面源强污染的效果

为了摸清草皮缓冲带对农田径流冲击负荷的耐受能力,通过工程尺度的现场试验,研究了高浓度污染负荷冲击对百慕大草皮缓冲带截除农业面源污染物能力的影响。结果表明:在高浓度污染负荷下,百慕大缓冲带能有效地截留农田径流中的悬浮固体(suspended solids,SS),SS浓度变化趋势与一般浓度污染负荷基本一致,前端下降速度较快,后端逐渐趋缓,2种污染负荷条件下末端出水SS质量浓度均在90mg/L以下,高浓度污染负荷冲击对农田径流SS的去除基本没有影响。缓冲带对高浓度氮磷污染负荷具有一定的净化效果,径流途径总氮(total nitrogen,TN)、氨态氮(ammonia nitrogen,NH4+-N)、总磷(total phosphorus,TP)的末端去除率为23%、16%和26%,分别为一般浓度污染负荷下末端去除率的59%、55%和70%;百慕大草皮缓冲带对渗流途径TN、TP具有一定的净化效果,2种浓度污染负荷下渗流水TN、TP浓度变化趋势基本一致,两者无显著差异(p>0.05),但TP去除速率较TN慢。该文为滨岸缓冲带的优化设计、维护管理及推广应用提供了依据。     

A global meta-analysis shows soil nitrogen pool increases after revegetation of riparian zones

Purpose

Sustainable management of riparian zone soils is required to ensure the health of natural ecosystems and maintenance of soil nitrogen (N) pools and soil N cycling. However, the effect of revegetation type and age on soil N pools remains poorly understood.

Materials and methods

This study compiled data from published articles to understand the effects of revegetation types and age on soil total N (TN) and soil inorganic N (NH₄⁺-N, and NO₃^?-N) using a meta-analysis. We extracted 645 observations from 52 published scientific articles.

Results and discussion

The revegetation of riparian zones led to a significant increase of soil TN (mean effect size: 11.5%; 95% CI: 3.1% and 20.6%). Woodland increased soil TN significantly by 14.0%, which was associated with the presence of N fixing species and high litter inputs. Soil NH₄⁺-N concentration significantly increased (mean effect size: 20.1%; 95% CI: 15.1% and 25.4%), whereas a significant decrease in soil NO₃^?-N (mean effect size: ? 21.5%; 95% CI: ? 15.0% and ? 27.5%) was observed. Of the revegetation types considered in this paper, NO₃^?-N concentration in soil followed the order: grassland < shrubland < woodland, suggesting that woodland might be more efficient in soil NO₃^?-N retention than grassland. The high plant N uptake and accelerated NO₃^?-N leaching in grassland could be related to the decreased soil NO₃^?-N in grassland compared with other revegetation types. Revegetation significantly decreased soil moisture by (mean effect size: ? 7.9%; 95% CI: ? 3.3% and ? 12.2%) compared with the control, which might be associated with the selection of exotic species as dominant vegetation in the riparian zone. Soil TN increased in revegetation ages between 10 and 40 years following revegetation and was related to increased soil organic carbon inputs within those ages following the establishment.

Conclusions

This study provides insight into influence of different vegetation types and age on soil N pools and soil moisture. This study also highlights the importance of revegetation in riparian zones to increase soil TN.

     

施用包膜尿素对水稻生长和氮磷流失的影响

施用新型肥料是减少养分径流损失的重要途径。采用田间试验研究了施用包膜尿素对水稻生长和径流氮磷损失的影响,试验设置CK(习惯施肥)、PU1(减磷41%、减氮20%、施普通尿素)、PU2(PU1基础上减氮13%)、UR1(PU2基础上施包膜尿素)和UR2(UR1基础上减氮13%)5个处理。结果表明:PU1和UR1处理水稻氮磷含量与CK处理相近,PU1成熟期氮、磷总积累量比CK增加11.21,2.69kg/hm~2。PU1和UR1处理成熟期地上部生物量和籽粒产量高于CK处理,籽粒产量分别提高7.68%,5.77%。PU1、PU2、UR1和UR2处理径流总磷含量和累积流失量比CK处理低,减少13.18%~21.51%。施用包膜尿素(PU1、PU2)处理径流总氮、铵氮和硝氮含量低于施用普通尿素(CK、UR1、UR2)处理;稻田径流总氮、铵氮和硝氮累积流失量分别减少12.90%~26.91%,54.52%~49.38%和4.03%~15.95%,其中包膜尿素处理铵氮累积流失量显著(P0.05)小于普通尿素处理。施用包膜尿素和优化施肥能促进水稻对氮磷养分的吸收,提高水稻籽粒产量,显著减少稻田氮磷流失量,值得在水稻生产中推广应用。     

河岸带耕地降雨径流产流特征分析

在孟津黄河漫滩的河岸带上开展了野外定位观测,研究了自然降雨情况下,河岸林地转变成农耕地前后降雨地表径流产流的污染特征。结果表明,河岸滩区具有较强的土壤人渗能力,径流产流的次降雨量临界值为20mm;滩区径流系数相对偏小：耕地平均3．5％,林地平均2．0％;在耕地开垦初期,由于雨滴的直接溅蚀,表土存在“板结”现象,径流系数增加较为明显。河岸滩区的降雨径流呈弱碱性（pH=8．0—9．5）,且盐分含量偏高;耕地径流和林地径流水质的差异表现在耕地径流具有较低的高锰酸盐指数和总氮含量;由于耕地的径流产生量明显大于林地,耕地径流的污染物（土壤颗粒物、有机物、总氮和总磷）产生总量约是林地径流的1．5-3．0倍。土壤翻动后的首次降雨通常会引起耕地较平时5—10倍的土壤颗粒物和总磷流失。林改耕后,径流颗粒物和总磷含量较参照耕地平均增加3倍,成为滨河漫滩农田开垦初期的应首要控制的污染物。河岸滩区在河岸缓冲、屏障和面源污染物削减方面具有重要的水文生态功能,因此在河岸滩区的开发进程中,应注重加强对原生河岸带的生态保护与管理。     

植被缓冲带在水源地面源污染治理中的作用

在山地丘陵区遭遇高强度降雨时,常常发生水土流失;水流携带泥沙下泄,过量施入农田的肥料、农药等化学物质随之进入河流、水库、湖泊等地表水和地下水水体,进而造成水体富营养化等面源污染,危害水源地安全。为梳理植被缓冲带能够控制水土流失、阻控污染物移动、解决水源地面源污染问题,明确该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制,为水源地面源污染防治和水环境改善提供参考。在概括介绍植被缓冲带的类型、功能的基础上,对该项技术措施减少和治理水源地面源污染的机制进行讨论。植被缓冲带治理水源地面源污染的机制主要有:①植物在生长过程中自身对氮磷等物质的吸收;②利用植被固结土壤,减少水土流失;③植被覆盖、拦蓄能够延长径流在地面的停留时间而增加水分入渗、减少氮磷等物质随地表径流流失;④植物根系参与土壤中多种物理、化学和生物过程,加速碳、氮、磷等物质的形态转化。针对水源地面源污染特点和植被缓冲带的建设技术及其应用要点,提出相关建议,并对今后该技术的发展进行了展望。