不同配置乡村植被缓冲带阻控径流污染特征研究

植被缓冲带是河湖的重要生态空间屏障,对于减缓人类活动对河湖的直接干扰、阻隔农业面源污染等具有重要意义。为系统研究不同类型缓冲带对农田氮磷等污染物的拦截功效,本研究在定远张山设计8个缓冲带小区,结合自然降雨方式,持续两年观测不同缓冲带对地表径流及其主要污染物（TN、TP、COD）的削减效果。结果表明：林地和3°、8°横垄耕地缓冲带对径流的拦截效率较高,减流率分别达到了62.4%、52.0%和60.6%,径流量随雨强增大先升高后下降。与8°坡耕地缓冲带相比,降坡（3°）处理竖垄、横垄缓冲带泥沙流失量分别降低53.3%、50.9%。降雨产流的养分流失以氮素和有机质为主,林地缓冲带对径流NH4+-N的拦截率平均高达95.2%,此外降坡和横垄耕作措施也能有效减少径流冲刷的氮素流失。不同处理缓冲带对径流TP均有较好的拦蓄效果。3°、8°横垄耕地缓冲带CODMn流失量较低,拦截率达到53.0%、58.6%。林地缓冲带中高覆盖度的植被和发达的根系能够有效减缓降雨对地表的冲刷,减少径流和养分流失。在南方丘陵山地的乡村地区实施横坡垄作是拦蓄径流、降低面源污染风险的有效措施。     

植被过滤带对地表径流中泥沙和杀虫剂的净化效果

通过含沙水流试验,测定了植被过滤带对泥沙、高效氯氟氰菊酯的净化效果。结果表明:入流流量、植被条件是影响植被过滤带拦沙效果的重要因素;高效氯氟氰菊酯的入流浓度越高,植被过滤带断面测定浓度沿程降低越快,当入流浓度分别为0.3、0.6、0.9 mg·L~(-1)时,草地过滤带对高效氯氟氰菊酯的拦截率平均达到61%、71%、75%,灌草地过滤带对高效氯氟氰菊酯的拦截率平均达到52%、69%、74%;入流流量越大,植被过滤带监测断面上的高效氯氟氰菊酯浓度沿程降低越慢,当流量分别为0.87、3.98、7.8 L·s~(-1)时,草地过滤带对高效氯氟氰菊酯的拦截率平均达到61%、50%、33%,灌草地过滤带对高效氯氟氰菊酯的拦截率平均达到52%、44%、40%。研究证实,植被过滤带能有效拦截泥沙、高效氯氟氰菊酯,对农业面源污染具有较好的防治效果。     

不同宽度模拟植被过滤带对农田径流、泥沙以及氮磷的拦截效果

化肥的大量使用在提高作物产量的同时,也导致了严重的环境污染。该研究通过在土槽上进行浑水冲刷试验,定量研究了模拟植被过滤带对径流、泥沙、总氮、以及总磷的拦截效果。结果表明,在进水流量(0.173 L·s-1)和流速(0.7 m·s-1)一定的条件下,模拟植被过滤带的宽度对污染物的拦截效果影响较大。当宽度分别为1、2、3 m时,模拟植被过滤带对径流的拦截率分别为32%、51%、69%;对泥沙的拦截率分别为78%、88%、92%;对总氮的拦截率分别为65%、75%、84%;对总磷的拦截率分别为80%、93%、95%。同时,3种宽度下的泥沙量、总氮量、总磷量均与径流量呈显著线性正相关关系(泥沙量:r1=0.69,r2=0.84,r3=0.63;总氮量:r1=0.98,r2=0.89,r3=0.95;总磷量:r1=0.62,r2=0.47,r3=0.41),表明径流量在一定程度上决定了流经植被过滤带后出流的泥沙量、总氮量以及总磷量。研究证实,茎秆密集的草本植被过滤带能有效拦截径流、泥沙、总氮以及总磷,对农田水土流失和农业面源污染具有较好的防治效果。     

柳枝稷植被过滤带拦污增效试验初步研究

针对黄土高原严重水土流失引起面源污染与水资源紧缺的问题,在自主研发设计的坡地高效农业用水滤清系统基础上,通过6组不同雨强的模拟降雨试验,分析了不同雨强下坡地径流中污染物输出特征,研究了不同长度的柳枝稷植被过滤带对污染物的净化效果,并对植被过滤带柳枝稷的生产效益进行了评价。结果表明:坡面径流中泥沙和总磷含量随雨强的增加而增加,总氮含量随雨强的增加而减小,COD含量随雨强增加先减小后增加。3 m长和5 m长的柳枝稷植被过滤带都能显著削减径流中的泥沙和总磷含量,而两种长度的削减作用间无显著差异;5 m长过滤带还能显著削减径流中COD含量,整个过滤带对总氮的削减效果不明显。过滤带柳枝稷产量和品质均优于大田种植柳枝稷,过滤带内距径流入口越近柳枝稷干物质产量越高,过滤带柳枝稷单位面积干物产量提高29%,蛋白质产量增加53%,淀粉产量增加23%。滤清系统柳枝稷植被过滤带不但能有效拦截水沙和面源污染物,而且能够将所拦截污染物作为肥料吸收利用,高效利用水土资源,在黄土高原地区有广泛的应用前景。     

不同结构草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

通过对流过不同结构型式混播草皮缓冲带径流中污染物迁移影响的分析,研究其对农田径流氮磷的去除效果。结果表明,在TN、TP进水平均浓度分别为17.89 mg/L和1.04 mg/L的试验条件下,混播草皮缓冲带结构对农田径流TN、TP的去除能力具有明显差异,含有生态草沟的混播草皮缓冲带对TN、TP的去除能力明显强于单一缓坡和缓坡-阶梯结构的混播草皮缓冲带,其对径流水TN和渗流水TN的质量浓度削减率分别为51.08%和58.75%,对径流水TP和渗流水TP的质量浓度削减率分别为51.31%和65.29%。     

不同结构草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

通过对流过不同结构型式混播草皮缓冲带径流中污染物迁移影响的分析,研究其对农田径流氮磷的去除效果。结果表明,在TN、TP进水平均浓度分别为17.89 mg/L和1.04 mg/L的试验条件下,混播草皮缓冲带结构对农田径流TN、TP的去除能力具有明显差异,含有生态草沟的混播草皮缓冲带对TN、TP的去除能力明显强于单一缓坡和缓坡-阶梯结构的混播草皮缓冲带,其对径流水TN和渗流水TN的质量浓度削减率分别为51.08%和58.75%,对径流水TP和渗流水TP的质量浓度削减率分别为51.31%和65.29%。     

典型生态拦截措施水质净化效果研究

为探讨生态拦截系统对洱海流域农田尾水氮（N）、磷（P）和化学需氧量（COD）的去除效应,提高生态拦截系统对农业面源污染物的净化效果,研究了生态沟渠、表流库塘、潜流库塘、生态沟渠+表流库塘4种改建的生态拦截系统对水质净化效果的影响。结果表明,与进水口污染物浓度相比,经生态拦截系统净化后,各系统出水口污染物浓度均有所下降。4种生态拦截系统中生态沟渠+表流库塘系统对污染物总氮（TN）、总磷（TP）和COD的削减效果最好,平均削减率为59.66%、55.99%和38.33%,出流全年各月可用于各类型农田灌溉,且TN、TP和COD浓度全年分别有3个月、10个月和10个月可满足地表水环境质量标准中Ⅴ类水质要求;潜流库塘系统削减效果次之,对TN、TP和COD的平均削减率为42.13%、31.31%和34.29%,出流全年各月可用于旱作回灌,全年有9个月可用于水作灌溉,TN、TP和COD浓度全年分别有10个月、6个月和2个月可达到地表Ⅳ类水质要求;生态沟渠系统和表流库塘系统削减能力相对较弱,对TN、TP、COD的平均削减率分别为40.59%、21.03%、25.25%和37.60%、27.69%、26.07%,但这2个系统出水全年可用于水作和旱作灌溉,其中生态沟渠系统出流TN浓度全年有4个月可达地表水Ⅴ类标准,TP浓度全年有11个月可达到地表水Ⅳ类水质要求,表流库塘系统出流TN浓度全年有3个月可达地表水Ⅴ类标准,TP浓度全年有11个月可达地表水Ⅳ类标准,COD浓度全年有3个月可达到地表Ⅴ类水质要求。综合而言,改建的4个生态拦截系统对污染物的净化效果表现为生态沟渠+表流库塘>潜流库塘>表流库塘>生态沟渠。     

生态植草沟结构参数变化对降雨径流调蓄净化效应的影响

通过对5条不同结构参数的生态植草沟进行模拟降雨径流实验,分析生态植草沟结构参数变化对降雨径流的调蓄效应和污染物净化效应的影响,找出效果最佳的结构参数和相关影响因素。结果表明,5种结构参数的生态植草沟在大雨(12mm/h)和暴雨(24、30mm/h)情况下对降雨径流洪峰的延缓均能超过20min,同时对降雨径流的削减率均能达到20%以上;5种结构参数的生态植草沟中对径流污染物净化效果最佳的结构组合是:20cm种植土+30cm砌块砖+10cm砾石,此结构对总悬浮物(TSS)、化学需氧量(COD)、氨氮(NH+4-N)和总磷(TP)的削减率分别为89.3%、48.0%、72.3%和85.3%;随着砌块砖厚度增加、砾石厚度减少,植草沟对TSS和TP的削减率都增大;随着砾石厚度增加、砌块砖厚度减小,植草沟对COD的削减率增大;砌块砖层和砾石层组合结构的植草沟对氨氮的削减率较高。     

冀北山地河岸缓冲带净水效果研究

[目的]充分了解不同河岸植被缓冲带对地表径流污染物的去除效果.[方法]采用人工模拟地表径流的方法,选取冀北山地5种不同植被类型河岸植被缓冲带为研究对象,分析了其对地表径流中化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果.[结果]在5种不同植被类型河岸植被带中,随着河岸缓冲带宽度的增加,各缓冲带对地表径流中COD、TN、TP的去除率基本呈增加趋势,但对各污染物的去除规律各异,华北落叶松林能在较窄的距离内较迅速去除径流中COD、TN、TP.[结论]各标准地对地表径流中不同污染物的削减各有优点,在对受污染的河流进行生态植被修复时,应当充分考虑当地河流水质污染特点选择植被类型.冀北山地在建设较窄河岸缓冲带时,可以优先考虑采用华北落叶松林.     

植被过滤带对城区道路径流的延滞效果及TSS、Zn削减效率影响

本项目研究目的是测量上海市城区道路植被带对径流延迟效果和对污染的净化效率,为城区道路路边绿化提供依据。对裸地、野生杂草狗尾草、人工草坪高羊茅、高羊茅/狗尾草植被过滤带测定表明,随着植物覆盖率增加,在夏季径流的优势流速(Up)从0.750m/min降低到0.411m/min,对径流出流时间(Tc)延滞约0.90~11.63 min,对径流终止时间(Ts)延滞约3.61~13.60min;对TSS的平均净化率从16.02%上升到90.53%,对Zn的平均净化率从9.70%上升到93.98%;冬季植物枯落时期,延滞效应、TSS和Zn净化率均有所下降。提高径流进水的污染物浓度条件(TSS=542mg/L,Zn=0.541mg/L),有植被覆盖的过滤带的TSS净化率略有提高,而Zn的净化率都没有明显改善,裸地的TSS和Zn净化率均没有提高。进水的污染物浓度为TSS=827mg/L,Zn=0.803mg/L时,植被覆盖对TSS的净化率没有进一步提高,而Zn的净化率则增加,裸地仍没明显变化。     

元谋干热河谷坡面径流蓄积过程中的面源污染物变化

在元谋干热河谷选择严重干扰退化草地、采取"封禁"和"封禁+等高反坡阶"植被自然恢复草地,布设集水系统对3种草地的径流进行拦截和蓄积,并对2008年雨季和之后的地表径流总氮、总磷和化学需氧量浓度进行测定,结果表明:自然恢复植被能大量减少坡面径流和泥沙产生量,进而大幅度减少面源污染物的输出。坡面径流收集过程对径流拦截和沉砂过程中面源污染物的浓度有较大的削减作用,径流从沉砂池进入蓄水设备,使总氮和总磷浓度分别削减46.63%和38.08%,地表径流在蓄水设备中贮存会使径流中的面源污染物浓度得到进一步削减,证明水土流失防治措施在削减面源污染物输出中有显著作用。     

澳门城市小流域地表径流污染特征分析

在澳门半岛选取土地利用为公园绿地和商住混合的2个分流制城市小流域.于2005-08～2005-11借助自动采样器进行流域出口5场降雨地表径流水质水量监测.结果表明,商住混合分流制小流域TN、TP、COD多场降雨平均浓度值分别超出国家地表水环境V类标准4倍以上.公园绿地小流域TN、TP均超出V类水标准2倍多.从降雨-径流过程污染物浓度历时变化看,2个小流域TN和TP呈现一定的初始冲刷现象.TSS与TN、TP的判定系数R²都在0.95以上,地表径流中水土流失与总氮总磷输出显     

生物炭对土壤拦截外源氮磷等污染物效果的影响

采用室内土柱淋洗装置,在潮褐土中按干质量比分别加入2%、4%、8%、16%的生物炭,研究不同用量生物炭对外源污水下渗速度的影响及对污水中氮、磷、COD的拦截效果。结果表明:在该实验条件下,生物炭的添加可以显著提高外源污水的下渗速度,进水10~12 L期间,2%和4%生物炭用量系统的下渗速度与CK无显著差异,而8%生物炭用量系统的下渗速度相对CK可提高593.08%,16%系统的下渗速度最大提高942.90%。生物炭对外源污水中TN(进水浓度为30.16 mg·L^-1)有很好的拦截效果,TN平均拦截率为95.79%,且生物炭用量与进水量对土柱系统的TN拦截率无显著性影响;生物炭对外源污水中COD(进水浓度为510 mg·L^-1)有很好的拦截效果,2%~8%生物炭用量系统的平均COD拦截率为54.14%,而16%系统的平均COD拦截率为66.22%,显著高于其他处理,随进水量增加,不同处理淋滤液中COD浓度变化不明显。结合污水下渗速度可知,在相同时间内,高生物炭用量(8%和16%)处理可拦截更多的外源氮素和COD。试验初期(进水3~6 L时)高生物炭用量(8%和16%)处理的淋滤液中TP浓度高于进水浓度,而2%和4%系统的TP浓度低于进水浓度,随进水量增加,不同处理淋滤液中TP浓度逐渐降低:8%生物炭用量系统在进水量达到9L时出水TP浓度低于进水浓度,并最终达到45.70%的TP拦截率;16%的系统在进水量达到17 L时TP拦截率为20.71%;2%和4%系统的TP平均拦截率达到90%。综合不同生物炭用量的下渗速度、氮磷等污染物的拦截率,8%生物炭用量的土柱系统可在相对较短的时间显著提高土壤对外源污染物的拦截效率,并减小土壤内磷素流失的风险。研究结果可以为河岸边植被缓冲带新的构建技术提供理论依据。     

不同植物篱系统对坡耕地农田径流污染物的去除效果

采用人工模拟实验,探讨了四种植物篱系统在不同坡度(5°、10°和20°)、不同污染物进水浓度(低、中、高)下对坡耕地农田径流污染物TN、TP、NH_3-N、TOC、COD的去除效果。植物篱系统分别是红叶石楠+小叶女贞+黑麦草(T1)、红叶石楠+小叶女贞(T2)、小叶女贞+黑麦草(T3)、红叶石楠+黑麦草(T4)。结果表明:植物篱系统对污染物的去除率均随坡度的增加而下降,TP、NH_3-N、COD尤为明显,当坡度由5°增加到20°时,TP的去除率由52.25%~76.75%降至33.68%~60.34%,NH_3-N的去除率由36.84%~68.33%降至34.30%~45.46%,COD的去除率由13.26%~38.69%降至3.15%~26.74%。除NH_3-N外,随污染物进水浓度的升高,植物篱对污染物的去除效果越明显,TP的去除率可由33.33%~60.11%升至57.06%~81.44%,TOC的去除率可由-0.84%~2.92%升至9.64%~17.69%,COD的去除率可由-14.75%~11.25%升至20.62%~42.33%。植物篱系统对TN、TP、NH_3-N、TOC、COD的去除效果显著优于裸土(对照系统),在不同坡度下去除率最高分别能由12.81%升至47.02%、34.29%升至76.75%、18.27%升至68.33%、-0.93%升至11.52%、2.31%升至38.69%,在不同污染物进水浓度下分别能由15.57%升至53.05%、37.93%升至81.44%、17.60%升至64.05%、2.92%升至17.69%、-33.40%升至11.25%。总体而言,植物篱系统平均去除效果依次为T1T4T3T2,即红叶石楠+小叶女贞+黑麦草去除效果最佳,这与三种植物的地表覆盖率高、根系发达以及在功能上相互取长补短、协同固定污染物有关。     

淡水集中连片池塘与养殖尾水处理系统的综合水质评价

使用水质标识指数法,以总固体悬浮物(TSS)、有机物(COD_Mn)、氨氮(TAN)、总氮(TN)、总磷(TP)作为单因子参评指标和综合评价指标,依据国家《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)、《淡水池塘养殖水排放要求》(SC/T 9101—2007)对淡水养殖小区进水源、池塘养殖尾水和养殖尾水处理系统排放水进行综合水质的评价分析。研究表明:在本集中连片池塘与养殖尾水处理系统构成的淡水养殖小区中,进水源主要污染物为TN;养殖池塘主要污染物风险因子为TP、TSS;养殖尾水处理系统对养殖尾水综合水质净化发挥重要作用,东区池塘养殖尾水经尾水处理系统(S1)处理后,综合水质得到改善(I_ΔX1.X2=13%),主要污染物TN得到显著改善(I_ΔX1.X2=23%),西区池塘养殖尾水经尾水处理系统(S2)处理后,综合水质略有改善(I_ΔX1.X2=9%);利用养殖尾水处理系统对水产养殖尾水实施净化处理,经处理后的排放水达到或优于养殖小区进水源综合水质的水平,并符合《淡水池塘养殖水排放要求》一级排放标准,且未对邻近自然水域环境造成负面影响,还略有改善作用。     

土地利用驱动下洱海流域入湖河流水质时空分布规律

为更好地保护湖泊流域水环境,以洱海流域三大主要入湖水系为研究对象,采用空间分析、统计分析与模型相结合的方法,对2014年入湖河流水质对洱海水质的影响及土地利用驱动下的水质变化特征进行分析。结果显示:2014年三大主要入湖水系COD、TN、TP、NH4+-N均超过Ⅱ类水功能要求,TN、TP是主要污染因子;入湖河流水质存在时空差异,整体水质雨季较差,氮磷重污染区域为波罗江水系,苍山十八溪水系次之,北三江水系氮磷浓度相对低,但季节性差异显著。入湖河流与湖泊水质时空关联密切,雨季两者关联更强;空间上除TN外,入湖河流与湖泊污染分布规律基本一致。全流域尺度下COD与植被面积百分比呈显著负相关(P<0.05);TN、TP与建设用地面积百分比极显著正相关(P<0.01),与其他用地面积百分比呈显著负相关(P<0.05)。而由于三大入湖水系COD、TP、NH4+-N存在显著的空间异质性,采用地理加权回归模型进一步分析发现,COD与植被面积百分比、TP与建设用地面积百分比的回归关系随着空间位置变化有较大差异,前者相关关系由正相关转为负相关,拟合程度由南向北递增,后者在整个流域均呈正相关,拟合程度在西部苍山十八溪水系和北部入湖区域较高。因此建议流域污染治理应以雨季面源污染控制为主,重点加强波罗江水系面源污染综合治理,以及苍山十八溪水系城镇地表径流管控,同时应优化北三江植被等生态用地对径流的截蓄净化功能。     

哈尔滨松北湿地对农业非点源污染截留和去除效应研究

哈尔滨松北湿地位于松花江北岸,属于典型的农田与地表水体中间缓冲地带,通过选取有代表性的地点进行监测试验,运用SCS模型和溶解态氮磷污染负荷模型进行径流量和污染负荷估算,并进行相关数据的实验和分析,结果表明:(1)哈尔滨松北湿地地表径流中非点源污染负荷:TN的平均浓度11.56 mg/L、NO3--N平均浓度3.68 mg/L、NH4--N平均浓度2.02 mg/L、TP平均浓度0.99 mg/L;(2)降雨径流形成初期,TN、硝态氮、氨氮的浓度较高,1个小时后,浓度开始下降。TN峰值出现在径流形成后55 min,TP峰值出现在径流形成25 min,呈波浪型下降;(3)降雨两日后湿地水体中的TN、NO3--N、NH4+-N、TP浓度均有大幅度的下降,且浓度均低于农田径流中污染物的浓度,其中,TN减少了74.22%、NO3--N减少了50.38%、NH4+-N减少了77.94%、TP减少了17.91%。说明松北湿地对农业非点源污染物有很好的截留和去除效果。     

麦季农田流失养分植物拦截技术体系研究

本研究在农田排水沟渠末端增设农田生态塘,对麦季农田流失水体进行贮留,并通过在生态塘配置养分拦截植物进行养分富集研究,旨在为减轻我国农业面源污染提供技术支撑。小麦季农田设置农民习惯施肥（NN）和优化施肥（EN） 2个施肥水平;生态塘种植水芹菜和黑麦草2种拦截植物。结果表明：试验年度麦季农田共发生8次地表径流,麦季农田总地表径流水量为1 119.0 m³·hm^-2。NN处理农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为4.5、0.5、4.0 kg·hm^-2,采用优化施肥能够减少农田地表径流养分流失量,EN处理总N、总P、总K流失量分别为3.9、0.4、3.8 kg·hm^-2。本研究灌排单元农田面积为5.2 hm²,小麦季其农田地表径流水体总N、总P、总K流失量分别为23.3、2.4、20.8 kg,生态塘中水芹菜和黑麦草拦截农田N、P、K流失量分别为18.0、1.9、22.0 kg,植物养分拦截量占本灌排单元农田地表径流水体养分流失的77.3%、79.2%、105.8%。经折算,生态塘与农田的面积比例以1∶43~50为宜。研究表明,在太湖地区小麦田排水沟渠末端设置生态塘,并配置水芹菜和黑麦草2种养分富集植物,可拦截麦田地表径流氮磷养分超75%,有效减轻农业面源污染。