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。     

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。     

湖滨林草复合缓冲带对泥沙和氮磷的拦截效果

通过田间试验设置3种林分密度的杨树-草复合缓冲带,即杨树株行距分别为:2 m×5 m(T1)、4m×5m(T2)、6m×5m(T3),研究了不同林分密度杨树-草复合缓冲带在自然降雨条件下对地表径流中泥沙和氮磷的拦截效果。结果表明,杨树-草复合缓冲带能显著减少地表径流量以及泥沙和氮磷的径流流失通量,且流失通量随林分密度的增加而减少;林冠截留量随林分密度的增加而增大;缓冲带减少了47.1%~58.7%的地表径流量,拦截了径流中74.4%~86.3%的泥沙,54.5%~68.1%的总氮和62.3%~77.5%的总磷;缓冲带T1对径流中泥沙和颗粒态氮磷的截留效率明显高于缓冲带T2和T3,而对径流中NH4+-N、NO3--N和PO43--P的截留效率与缓冲带T2相比差异不显著;降雨强度对缓冲带截留效率的影响要比降雨量大。这表明缓冲带植被栽植密度对其截留效率的影响与污染物的类型和形态有关,即对泥沙和颗粒态氮磷的影响要大于对可溶态氮磷的影响,且林分密度对缓冲带截留效率的影响主要归因于林冠的截留作用。     

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。     

关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究

河岸缓冲带被广泛地应用于拦截农地中流失的非点源污染物质。美国学者K.H.Lee等人通过设置田间试验对复合缓冲带在天然降雨条件下从农地上拦截氮、磷和泥沙的能力进行了研究。实验结果表明,设置7.1m宽的柳枝稷缓冲带拦截了径流中95％的泥沙、80％的总氮、62％的硝基氮、78％的总磷和58％的PO4-P。设置16.3 m宽的柳枝稷/林木复合缓冲带拦截了径流中97％的泥沙、94％的总氮、85％的硝基氮、91％的总磷和80％的PO4-P。缓冲带的拦截能力与降雨强度和总降雨量呈显著的负相关关系。虽然7.1 m宽的柳枝稷缓冲带在拦截营养物质方面的效果较好,但若其加宽到16.3 m的柳枝稷/林木复合的缓冲带拦截可溶解营养物质的效力将增加20％。运用浓密的、本地的暖季草与木本植物相结合的缓冲带,拦截非点源污染物质的效力将更高。     

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。     

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。     

不同植被过滤带对农田径流泥沙和氮磷拦截效果与途径

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。     

不同植被缓冲带对坡耕地地表径流中氮磷的拦截效果

植被缓冲带是一种控制非点源污染的新型生态工程措施,采用坡地小区试验方法,在构建等高植物篱的坡耕地低处进行了不同植被缓冲带对径流污染物的拦截试验,其处理分别为：（a）普通施肥结合紫穗槐和三叶草;（b）平衡施肥结合紫穗槐和三叶草;（c）普通施肥结合三叶草;（d）平衡施肥结合紫穗槐。结果表明,夏玉米生长期,植被缓冲带对径流量及侵蚀量的拦截作用显著,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,其径流量分别减少98.0%、97.5%、97.2%和97.5%,侵蚀量分别减少98.8%、98.7%、97.9%和98.0%;植被缓冲带对N、P的拦截效果不同,a、b、c和d处理缓冲带相对于植物篱处理,对NH4＋-N的平均拦截率分别为48.2%、86.2%、90.6%和95.1%,对TP的平均拦截率分别为49.2%、42.4%、41.3%和36.4%。试验结果对山区坡耕地面源污染的控制,重点水源地的水质保护提供了借鉴。     

不同宽度草皮缓冲带对农田径流氮磷去除效果研究

在前期调查及试验研究的基础上,通过设置不同宽度的混播草皮缓冲带,研究其对农田径流总氮、总磷的去除效果。结果表明:在总氮、总磷进水平均浓度分别为17.89,1.04 mg/L的试验条件下,3～12 m宽度的混播草皮缓冲带对总氮、总磷具有一定的去除效果,且随着缓冲带宽度的增加而不断提高,其中对渗流水总氮、总磷的去除效果优于地表径流水,当草皮缓冲带宽度为12 m时,对农田径流中总氮、总磷的去除率可达80%。最后通过数值拟合的方法计算当总氮、总磷去除率均达70%时,混播草皮缓冲带所需的适宜宽度。     

沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究

为充分了解河岸植被缓冲带对地表径流污染物的去除效果, 本研究选取辽宁省沈阳市两条典型河流——浑河与蒲河为对象, 研究其滨水不同河岸植被缓冲带对地表径流氮、磷污染物的削减效果。结果表明: 在6 种河岸植被带中, 人工林草地对氮的削减效果最好, 对总氮、硝态氮和铵态氮的平均削减率分别为47%、36%和31%; 人工林地对磷的削减效果较好, 平均削减率为74%; 而人工林地对氮以及人工草地对磷的削减效果较差。随长度增加, 河岸植被缓冲带对地表径流污染物的削减效果基本呈增强趋势。以上研究结果说明不同河岸植被缓冲带对地表径流中氮、磷的削减各有优点。在对遭受污染的河流进行生态修复时, 应考虑环境污染特点和地表特征, 以充分发挥河岸植被缓冲带对污染物的削减优势。     

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 m~3·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 hm~2,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。     

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。     

太湖地区稻田缓冲带在减少养分流失中的作用

选取苏南太湖地区宜兴市和常熟市的水稻田为试验点,研究了不同施肥水平下缓冲带降低稻田田面水、渗漏水、灌溉水中N、P浓度的效果,以及对水稻产量的影响。结果表明:缓冲带与施肥处理的水稻产量差异不显著;稻季缓冲带拦截N、P径流损失效果明显,总氮净拦截量在20.6~51.8 kg hm-2之间,占田面水中总氮的31.7%~50.9%,总磷净拦截量在4.7~5.1 kg hm-2之间,占田面水中总磷的1/2多,缓冲带对渗漏水中N、P的水平迁移具有同样明显的拦截效果,减少了N、P向水体的输入量;土壤剖面中N、P养分呈上高下低的趋势,稻田生态系统能净化灌溉水中的磷。     

用于防控菜地排水中氮磷污染的缓冲带技术初探

太湖地区菜地复种指数高、施肥量大,其排水中N、P浓度较高,容易造成受纳水体的富营养化,针对这一问题,在野外构建了不同宽度的缓冲带,分别研究了缓冲带适宜种植的植物以及缓冲带不同宽度条件下对菜地排水中各形态N、P的拦截效果。结果表明,与水稻、空心菜相比,狗牙根更适合作为缓冲带植物;随着缓冲带宽度的增加,缓冲带对菜地排水中各形态N、P的拦截效率在逐渐增加,但其拦截效率的增幅却在逐渐降低,综合考虑N、P拦截所应达到的效果指标和节约用地的原则,缓冲带的最佳宽度应设置为1.5 m,此时缓冲带对溶解态N、P的处理效率分别为30.3%和54.9%,对颗粒态N和P的去除效果分别达到91.2%和94.4%,对总N(颗粒态+溶解态)和总P(颗粒态+溶解态)的去除效果分别达到56.1%和85.9%,缓冲带宽度为1.5 m时菜地和缓冲带面积之比为100:11。     

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。     

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。     

雨水滤清净水系统的设计与试验验证

针对黄土高原发展坡地高效农业面临的缺水及水源水质差而传统微型沉沙池效率低,清淤困难等问题,基于调控降雨径流,高效利用水土资源的理念,根据生物与物理净化的不同特点,设计出一套生态环保型高效滤清净水系统并进行了试验验证。结果表明,能源牧草柳枝稷作为植被过滤带与滤清池组合系统,对泥沙和总磷最大拦截效果分别达到98.62%和93.6%,对化学需氧量(COD)的最大拦截效果达到56%,说明柳枝稷植被过滤带对泥沙和污染物的拦截效果明显。并在此基础上再铺设不同粒径砂石的滤清池,只需拦截植被过滤带下来的柴草,使布置大幅简化,造价大幅降低。该系统可广泛应用于黄土高原坡地高效农业水源净化系统。     

森林过滤带减沙作用研究

植被过滤带通常能够阻止80%以上的泥沙进入径流。美国佐治亚大学的研究生W.J.W h ite等在格鲁吉亚皮埃蒙特原状森林过滤带和搅动森林过滤带上对径流进行模拟试验。森林过滤带分为五个坡度级别,模拟径流中土壤颗粒包括黏粒、沙粒和团聚体。总泥沙拦截率为53%~96%,平均为72%。直径大于20μm的沙粒大部分被2m长的过滤带所截获,直径小于2μm的沙粒质量浓度未受到过滤带的影响,但是渗透过程中部分被拦截。过滤带中2~20μm粒径的拦截量与水流距离呈相关性。原状森林覆被地区,森林覆被深度和泥沙拦截量呈现相关性。去除森林覆被会降低泥沙的拦截量,但在去除森林覆被的地区试验中所添加的泥沙大部分被拦截。试验研究表明:窄的过滤带能有效地转移直径大于20μm的粗质泥沙,16 m长的过滤带能转移径流中大部分直径为2~20μm的泥沙。