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。     

农牧业交错区禾本植被过滤带过滤效果模拟

为探究内蒙古岱海流域农牧业交错区禾本植被过滤带截流减沙效果对入流强度和泥沙含量的响应。在内蒙古中部农牧业交错区的巨宝庄镇试验区设置不同来水流量(0.77,0.9,1.08,1.26 L/s)和泥沙含量(0.04,0.06,0.08,0.1 g/cm³),共计16个处理,研究不同来水条件下植被过滤带的截流减沙效果。基于VFSMOD模型模拟,并优化该地区植被过滤带参数。结果表明:VFSMOD模型可以较好地对冰草、羊草混播植被过滤带泥沙和径流出流量进行模拟。植被过滤带前期对径流拦蓄主要依靠入渗,入流强度增加缩短了径流出流时间,0.77 L/s入流强度水流经过过滤带后出流时间分别为0.9,1.08,1.26 L/s入流强度下出流时间的1.3,1.6,1.6倍。0.77,0.9 L/s入流强度下泥沙出流量趋于稳定,而1.08,1.26 L/s入流强度下泥沙出流量随时间推移而增加。入流泥沙含量和入流强度对出流泥沙量影响显著(p＜0.05)。     

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。     

坡面产流产沙过程对植被过滤带响应的试验研究

为探讨植被过滤带在坡面产流产沙过程中对水沙的拦截效果及其水动力学机理,通过在室内土槽上设置模拟植被过滤带并进行浑水冲刷试验,得到有无模拟植被过滤带情况下的产流产沙情况及相关水动力学参数,定量分析了植被过滤带对径流、泥沙的拦截效果并探讨了坡面产沙率与水动力学参数之间的关系。结果表明,植被过滤带在放水冲刷试验中能有效拦截径流和泥沙,且在较小流量下,径流和泥沙的拦截效果更好,在200L/h流量下,拦截率分别可达33.2%和96.9%;在冲刷过程中,有无模拟植被过滤带产沙率与水流剪切力、水流功率都具有显著的相关关系,分别呈指数函数(R2=0.67,R2=0.83)和幂函数(R2=0.70,R2=0.87)增大关系;采用含水流剪切力和水流功率的非线性回归方程Rs=1.184×10-6τ-4.114ω3.839(R2=0.73)预测产沙率效果较好。     

荷兰有关利用植被过滤带控制径流中污染物的研究

牲畜废弃物及其积存处是地表径流中硝态氮污染物的重要来源。植被过滤带 (VFS)能有效地减少牲畜饲养区域地表径流中的营养沉积物和固体悬浮物 ,然而 ,其控制径流中的水溶性营养物和细菌的效果还不十分清楚。对羊茅草过滤带研究表明 ,上游施粪肥的植被过滤带 ,1997年减少径流中硝态氮 (NO3-N)流失 97% ,1998年减少99% ;在两次径流观测中 ,大肠杆菌的数量也有显著减少 ,分别为 6 4 % (19970 7)、87% (19980 8)。水流流经植被过滤带的时间是影响地表径流中硝态氮和细菌减少的最重要因素     

模拟植被类型及空间配置对坡面流水动力学特性的影响

通过室内水槽模拟冲刷试验,研究缓坡坡降1.4%、流量0.6~1.8L/s、非淹没条件下,植被类型(柔性植被、刚性植被)和植被配置格局(棋盘状格局、长条状格局、带状格局)对坡面流水深、流速、流态、达西阻力系数等水动力学特性的影响,探究其规律。结果表明:(1)与裸坡相比,植被具有雍水缓流作用,水深雍高1.4~2.8倍,流速延缓31%~65%,植被格局较植被类型作用更为明显,其中柔性植被、带状格局雍水效果最好。(2)坡面流态指数m显示刚性植被、棋盘状格局条件下水流紊动性最强,而坡面综合指数k显示柔性植被、带状格局对水流作用更强。(3)各试验条件下,水流流型以过渡流为主,主要受单宽流量影响而与植被条件无关;裸坡条件下水流流态为急流,植被覆盖下为缓流,受单宽流量和植被类型影响较小,棋盘状和带状格局影响较大。(4)植被使坡面平均阻力系数较裸坡增加约2.9~20.5倍,缓流条件下阻流效果更好;植被类型较植被格局对阻力系数的影响更大,其中柔性植被和带状、棋盘状格局阻水效果更好,而沿程阻力系数变化显示带状具有明显的波动特性,棋盘状格局较为稳定,即水动力学条件更佳。     

不同植被过滤带对农田径流中泥沙和氮磷的拦截效果与途径

在我国农业面源污染已经成为水环境质量恶化和湖泊富营养化的重要原因,其中氮磷对地表水富营养化的贡献超过了50%。通过浑水冲刷试验,研究了3种禾本科植被过滤带((黑麦草Lolium perenne Linn.)、偃麦草((京草2号)Elytrigia repens(L.)Nevski)、无芒雀麦(Bromus inermis Leyss.)对径流、泥沙以及氮磷的拦截效果,同时分析了3种植被过滤带拦截氮磷的主要途径。结果表明:(1)与裸地相比,3种植被过滤带均能显著提高径流与氮磷的拦截率。3种植被过滤带之间对径流、氮磷拦截率没有显著差异。黑麦草过滤带泥沙流失量显著低于无芒雀麦过滤带;同时径流、泥沙与氮磷拦截率之间存在显著正相关关系,表明植被对径流和泥沙的拦截一定程度上决定对氮磷的拦截量;(2)径流过程中磷的流失量均低于氮的流失量。氮的流失主要以溶解态氮为主,占总氮流失量的90%以上;磷的流失则主要以颗粒态磷为主;(3)植被过滤带拦截氮磷的途径不同,氮主要通过增加土壤入渗的途径来拦截,磷则主要通过植物茎秆基部进行物理拦截;(4)京草2号对氮的拦截效果优于黑麦草和无芒雀麦,而黑麦草则在磷的拦截方面表现突出。因此在植被过滤带的优化设计方面可以考虑黑麦草与京草2号2者混播以达到最佳的拦截吸附效果。     

含沙水流在植被斑块中的输沙规律及阻力机制试验

为深入探究自然状态下含植被水沙运动过程及植被阻水拦沙机理,利用室内开闸式平坡水槽试验研究了泥沙粒径级配、植被冠层形态特征、植被密度对含沙水流输沙规律及阻力机制的影响。提出植物叶片长宽比作为衡量单株植物的冠层形态特征指标,用无量纲沉积通量和不同尺度下的无量纲冠层阻力划分含沙水流运动状态,掲示冠层形态特征及泥沙粒径级配对含沙水流运动过程的影响。研究结果表明,含沙水流中泥沙沉积通量受植物冠层形态和粗粒径悬移质（10～100 μm的弱黏性颗粒）含量影响,且植被冠层形态及泥沙粒径级配与无量纲沉积通量之间在阻力主导阶段存在强烈的反馈机制。植被冠层形态较大或粗粒径悬移质含量高的含沙水流中,沿水流运动方向床沙细化趋势更显著。相较于受叶片长宽比影响的冠层形态特征及植被密度,悬移质泥沙粒径级配因素对植被阻水拦沙效果的影响程度较为微弱。研究成果可为流域侵蚀输沙过程和河流水沙资源管理提供一定的科学依据。     

水流驱动下不同灌草格局对泥沙分选特征的影响

泥沙的颗粒大小分布体现了土壤侵蚀的基本信息,分析泥沙分选特征有助于解释坡面土壤的侵蚀过程及其作用机理。通过野外冲刷试验(流量为15,20,30L/min),以砒砂岩区灌丛位于坡上(SU)、坡中(SM)、坡下(SL)的灌草地和无灌丛草地(GL)为研究对象,裸地(BL)为对照,探讨水流驱动条件不同灌草格局泥沙分选特征及其作用机理。结果表明:(1)植被可以通过影响水动力参数来影响泥沙颗粒的分布,不同格局泥沙颗粒随冲刷时间及流量的增大呈粗化趋势,粉、砂粒是该区侵蚀泥沙的主要颗粒。(2)水流剪切力、水流功率和单位水流功率均与泥沙DV呈负相关关系,与D0、D1呈正相关关系;3种冲刷流量下,泥沙DV均值分别为2.422,2.381和2.348,不同灌草格局下DV表现为GL相似文献   

坡面不同植被覆盖格局下的水文连通性变化特征

为深入探索不同植被盖度及其格局在不同冲刷流量下的坡面侵蚀过程机理，利用野外人工冲刷试验，以自然恢复草本植被小盖度格局、坡上相对聚集格局、坡中相对聚集格局、坡下相对聚集格局和较大盖度格局为研究对象，通过引入水流路径长度和水流阻抗指数，分析了不同植被盖度及格局对坡面侵蚀和水文连通性的影响作用。结果表明：（1）植被盖度及格局可影响坡面的侵蚀状况。坡面植被盖度为13.5%的产流产沙量分别是盖度为34.0%坡面对应值的2.36，3.02倍；同时与坡上和坡中相对聚集格局相比，坡下相对聚集格局的坡面产流产沙量最多，其中产流量分别增加16.42%和8.00%，产沙量分别增加26.53%和23.56%。但随着冲刷流量的增加，不同植被盖度和覆盖位置下的坡面产流产沙量差距减小。（2）植被盖度与水流路径长度和水流阻抗指数间均存在显著的线性关系。同时水流路径长度在不同覆盖格局下存在差异，其中坡上相对聚集格局的水流路径长度分别比坡中和坡下相对聚集格局减少10.89%和18.33%。而水流阻抗指数在不同覆盖格局下表示意义不明确，但可灵活反映不同试验条件下的水文连通性变化。（3）坡面产流产沙量随水流路径长度和水流阻抗指数增加呈显著的指数变化趋势。水流路径长度和水流阻抗指数均可作为反映坡面侵蚀过程及其机理的参数之一。该研究成果对于深入理解坡面侵蚀过程机理及定量评价水文连通性与植被和坡面侵蚀的作用关系具有参考价值，从而为坡面侵蚀预测模型完善和地区生态环境建设提供评价依据。     

草地植被过滤带对高含沙坡面流泥沙的拦截效应研究

To evaluate the effect of vegetative filter strips on sediment trapping, the spatial distribution of deposited sediment, and the size distribution of deposited particles from hyperconcentrated flows, a simulated grass filter strip experiment was conducted with plastic grass using an adjustable slope steel flume. The simulated vegetation cover was 36%, and the inflow sediment concentrations applied were 147, 238, 320, and 429 kg m^-3. The sediment concentration in the outflow, and the sediment particle size were determined. The results showed that the grass filter strips trapped most of the sediment from inflow at low sediment concentration. The deposition efficiency decreased with increasing sediment concentration, being 55.2% and 15.7% in the 147 and 429 kg m^-3sediment treatments, respectively. Most of the deposited sediments were distributed in the upper flume. In addition, the grass filter strips mainly trapped the coarse sediment （particle size>10 μm）.     

负荷对渗滤系统控制农业径流污染物的影响

为了考察负荷变化对渗滤系统拦截削减农业径流污染物性能的影响,在重庆市万州高峰镇鹿山河旁建立多级渗滤系统,开展了农业径流污染物净化效果的试验研究。结果显示,系统对污染物具有较好的去除效果,对化学需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的平均去除率分别为35%、73%、37%和54%。污染物出水浓度随进水负荷的升高而升高,具有明显的线性关系。单位面积污染物去除负荷与进水负荷近似服从对数关系,低进水负荷时系统运行稳定,高进水负荷时系统污染物去除负荷波动较大。随着渗滤系统级数的增加,污染物出水负荷和去除负荷沿程上均体现出逐渐降低的趋势。渗滤系统沿程污染物负荷的变化兼具滨岸缓冲带、植被过滤带和生物接触氧化池的特点。     

Removal of Vegetative Clippings Reduces Dissolved Phosphorus Loss in Runoff

Rainfall simulation was used to study the vegetative filter strip (VFS) conditions under which losses of total dissolved phosphorus (TDP) and dissolved reactive phosphorus (DRP) leaching occur. Boxes containing silt loam soil were planted with ryegrass and cut at two different intervals prior to simulated rainfall 14 days apart. Grass clippings were either removed or retained. During the second simulated rainfall, runoff TDP and DRP were greater for treatments cut the day before irrigation with clippings retained as compared to treatments cut the same day as irrigation with clippings retained. Removing clippings yielded the lowest mean TDP and DRP concentrations. Increasing the senesced vegetative surface area for contact with water, and the amount of time for leaching to occur, resulted in the greatest DRP loss. The VFS management implications should consider clipping removal or no or reduced mowing during the growing season followed by end-of-season removal to reduce DRP leaching losses.     

草本植被过滤带对径流中泥沙和除草剂的去除效果

除草剂阿特拉津的大量使用在提高农业生产效率、增加作物产量的同时,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,定量研究了禾本科草本植被过滤带（狼尾草Pennisetum alopecuroides (Linn.) Spreng和野古草Arundinella hirta (Thunb.) C. Tanaka）对径流、泥沙、以及阿特拉津的拦截效果。结果表明,禾本科草本植被过滤带能有效拦截径流,拦截率可达88%;并显著降低泥沙和阿特拉津流失量,但其作用效果受泥沙和阿特拉津的进水浓度影响较大。当进水泥沙浓度为20、40、60 g/L时,植被过滤带对泥沙的拦截率分别为95%、93%、85%;当进水阿特拉津浓度为0.3、0.6、0.9 mg/L时,植被过滤带对阿特拉津的拦截率分别为95%、92%、91%。另外,植被过滤带对泥沙和阿特拉津的拦截率随时间延长呈逐渐降低趋势,试验开始后第1、10、20、40、60分钟的泥沙拦截率分别为97%、95%、93%、91%、87%,阿特拉津拦截率分别为97%、93%、90%、86%、84%;同时,阿特拉津出流浓度与径流量有显著相关关系（r1=0.88,r2=0.93,r3=0.94）,表明径流量在一定程度上决定了阿特拉津出流浓度和出流量。研究证实,植被过滤带能有效降低阿特拉津随径流流失量,对阿特拉津引起的农业面源污染具有较好防治效果。     

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。     

Effectiveness of tropical grass species as sediment filters in the riparian zone of Lake Victoria

The effectiveness of tropical grass species in strips of different length in trapping sediment from cropland was assessed, and the influence of filter length was determined. The assessment was made under natural rainfall which induced sheet and rill erosion in run‐off plots and then using simulated run‐off which caused concentrated erosion. The evaluated grasses were elephant grass, lemon grass, paspalum and sugarcane. Run‐off plots were on a 10% slope in a randomized complete block design replicated three times. Filter lengths were 2.5, 5 and 10 m against a 10‐m‐long sediment source area planted with maize on a clay loam soil. The results show that sediment trapping effectiveness (TE) increases nonlinearly with increasing filter length for all grasses. Under natural rainfall, more than 70% of sediment was trapped in the first 5 m, and lengthening the strip to 10 m only resulted in a marginal increase in TE. With concentrated run‐off, more than 70% of sediment was trapped in the first 5 m and lengthening the strip to 10 m resulted in a significant increase in TE. Paspalum and lemon grass performed significantly better than other grasses (P < 0.05), owing to their spreading growth pattern over the soil surface. Paspalum also has the highest root density in the upper 0.3‐m layer of the soil followed by lemon grass, hence offering the greatest resistance to erosion from concentrated flow. The results demonstrate that tropical grass filter strips provide a viable means for reducing the sediment flux from cropland.