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。     

缓冲带在农业面源污染控制中的应用

农业面源污染的危害日趋严重,缓冲带是减少水土流失,特别是农业面源污染的最佳措施之一。缓冲带是指建立在河湖、溪流沿岸的各类植被带,包括林地、草地等。本文综述了缓冲带的三种主要类型及其作用机理,以及国内外研究现状。我国对缓冲带的研究起步晚,存在"定性分析较多、定量分析较少,单因素分析较多、多因素分析较少,理论试验研究较多、应用性示范研究较少"的问题。因此,需要扩展和加深这几方面的研究,取得相应的试验研究数据,以利于这一生态技术在我国的推广与应用。     

农业面源污染的立体化削减

分析了农业面源污染发生的类型、特点及在防治中存在的问题,建立了农业面源污染的立体化削减体系,并提出立体化削减策略。     

基于GIS的植被缓冲带地表径流拦截效果评价

在农业生产中,为了增加作物产量而大量使用化肥和农药,由此造成农业面源污染,对土壤和地表水的健康产生不利影响。在农田边缘建立植被缓冲带能够有效减少农田土壤养分和泥沙流失。然而,目前沿农田长度方向设计的植被缓冲带(VFS)拦截效果并不理想。因此,需要研究新的植被缓冲带设计方法,提高拦截效率。利用GIS和三维激光扫描生成5 m×5 m数字高程模型(DEM)数据,对农田植被缓冲带的径流拦截累积进行建模和分析,能够准确确定最佳布设位置和实施设计。并提出径流拦截系数(ε),评估3个研究点不同植被缓冲带的拦截效果。     

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。     

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。     

千岛湖区域农业面源污染及其控制对策

随着对点源污染管理力度的增大，农业面源污染已逐渐成为千岛湖区域的主要污染源之一。以千岛湖区域为研究对象，从畜牧养殖、种植耕作、水产养殖和农村居民生活产生的废物等4个方面系统地分析了千岛湖区域农业面源污染现状，并从控制畜禽养殖污染、水产养殖污染、秸秆和农膜污染、农药与化肥污染、农村居民生活废弃物污染等方面系统地提出了千岛湖区域农业面源污染的应对对策。     

生物过滤带在农业面源污染防治中的应用

生物过滤带是位于污染源和水体之间的带状植被区域,具备有效控制面源污染、提高河岸稳定性、减少水土流失、净化水质和增加生物多样性等多种功能。介绍了生物过滤带的概念、防护功能和最佳宽度,并以重庆合川小安溪小流域为例,分析了小流域生物过滤带的布置模式,提出应用生物过滤带治理农业面源污染应重点关注生物过滤带植物字典建立、生物过滤带技术示范基地建立、生物过滤带的产业化应用技术体系探索三个问题。     

户用沼气对三峡库区小流域农业面源污染的削减响应分析

通过调查统计与现场采样,分析了三峡库区小流域农业面源污染的压力、状态和响应态势,确定了主要污染物、主要污染源、农业面源污染负荷容量及其削减量。采用清单分析方法,核算了小流域化学肥料施用、有机肥施用、农作物秸秆、畜禽养殖、农村生活污水、生活垃圾和农田土壤侵蚀等7个来源对农业面源污染化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD5)、全氮(TN)、全磷(TP)排放负荷及其贡献。并采用实地监测,分析了小流域水环境质量。王家沟小流域农业面源污染物COD、BOD5、TN、TP的排放量分别为12 100,6 413,1 780,327kg/a,其水质测算浓度分别为22.23,11.44,3.15,0.58mg/L,与实测浓度相差不大,说明大尺度的农业面源污染负荷计算与小尺度的农业面源污染实测是相容的。户用沼气对7个污染源的控制包含直接与间接作用、促进与抑制作用。单口户用沼气池全年可减少COD 230.65kg,BOD5146.87kg,TN 38.00kg,TP 11.84kg的污染物进入水体。王家沟小流域主要污染物是TN、TP、BOD5,主要污染源是畜禽养殖、化肥施用、农作物秸秆。为了使王家沟小流域农业面源污染物达标,在考虑水环境容量的基础上,需要新建户用沼气池32口,最终沼气池入户率将达到49.2%。     

安徽省巢湖流域众兴水库小流域农业面源污染调查与评价

[目的]对安徽省巢湖流域众兴水库小流域农业面源污染情况进行调查分析和评价,了解该地区农业面源污染的现状和特征,以期为制定针对性防控措施提供参考依据。[方法]应用等标污染负荷法,通过问卷调查形式对巢湖流域众兴水库小流域内进行实地的走访调研,对水库周边3个村域的种植、养殖及人居面源污染进行分类调查和核算分析。[结果](1)众兴水库项目区周边3个村落面源污染排放源中,养殖业污染物的排放量和污负荷率最大,污染物排放量达到109.00t,污负荷率最大为57.52%;种植业化肥施用带来的面源污染物总量达25.52t,负荷率为13.47%。生活污染源污染负荷为29.01%,污染物总量达到54.97t。(2)在化学需氧量(COD),TN,TP这3个评价因子中,以COD的污染负荷率最高,达74.26%;TN污染负荷率为21.13%;TP的污染负荷率为4.61%。[结论]小流域内养殖业的污染物排放是威胁众兴水库水源地饮用水安全的主要构成因子,也是农业面源污染防控的重点。     

太湖流域非点源污染负荷估算系统的设计与应用

非点源污染是太湖流域水环境污染的主要来源,定量研究太湖流域非点源污染负荷,可为非点源污染的预报与防治提供决策依据.传统非点源污染负荷研究中GIS与非点源污染模型松散式结合的方式存在数据管理与转换工作量大的问题,尝试采用嵌合模式设计和开发太湖流域非点源污染负荷估算系统.介绍了系统的结构与功能,分析了系统主要功能模块-SCS模型、USLE模型和非点源污染负荷模型的实现流程.基于该系统进行了无锡市2005年非点源污染TN负荷的估算,结果显示其负荷总量为8 014.43 t.农业生产和生活污水的排放是该区非点源污染的主要来源.系统的应用表明其简化了模型计算的复杂过程,结果能够较客观地反映研究区域的非点源污染状况及其与土地利用的关系,具有较强的实用性.     

基于输出系数模型的南四湖流域非点源污染输出风险评估

[目的]探究非点源污染物N、P输出风险在不同子流域、坡度等级和县市区的分布特征,为南四湖流域不同风险区制定管理方案和控制对策提供科学依据。[方法]以数字高程模型(digital elevation model,DEM)为基础数据,运用ArcGIS软件,提取南四湖流域的DEM,制作坡度等级图,再运用水文分析功能,提取水系图、河流图、并划定子流域,结合2013年南四湖流域土地利用图,通过运用输出风险模型分析不同的土地利用类型和坡度下氮(N),磷(P)污染的空间变化。[结果]氮素的平均风险概率达到51.67%,磷素的平均风险概率达到9.14%,南四湖流域非点源污染输出风险湖东小于湖西;随坡度增大,高风险区面积减小,低风险区面积增加;就不同县市区而言,济宁市中区的N风险较小之外,其余县市区N风险均较大,P风险较小。[结论]N是流域最主要的非点源污染物,非点源污染输出风险大小与土地覆盖和坡度有密切关系。     

阿什河流域农业非点源污染优先控制区域识别

运用清单法和等标污染负荷法,借助GIS技术对松花江一级支流阿什河流域农业非点源污染负荷、来源解析及其敏感性进行深入分析,找出污染优先控制区域.结果表明:在总量上各污染源对阿什河水质污染贡献大小顺序为化:肥施用＞畜禽养殖＞农村生活污染＞土壤侵蚀＞秸秆污染,其等标污染负荷比分别为67.46％＞16.24％＞12.21％＞2.69％＞1.40％;除城郊幸福乡生活污染贡献率最高外,其他各乡镇均为化肥污染贡献率最高;地处阿什河中游平原的向阳、料甸、舍利、杨树和双丰5乡镇为污染高度敏感区,也即阿什河流域农业非点源污染优先控制区,其原因是高化肥施用量导致TN、TP浓度过高.     

南四湖流域非点源污染TN/TP时空格局及防治分区演变

[目的]探究非点源污染物TN,TP时空演变特征,找出影响流域非点源污染的主要污染物、污染源和影响TN,TP变动的最活跃单元,分析TN,TP污染防治分区演变,为南四湖流域非点源污染治理提供理论依据。[方法]以1990—2013年土地利用为基础数据,结合3S技术,运用输出系数模型和等标污染负荷法模拟非点源污染时空分布。[结果]1990—2013年期间南四湖流域非点源TN和TP污染排放量整体变化趋势是先上升后下降并趋于平稳,其中TN是主要污染物;TN的主要污染源是土地利用,TP的主要污染源是农业生活和畜禽养殖;1990—2013年期间,南四湖流域非点源TN和TP变动最活跃的单元是降水因子。[结论]南四湖流域非点源污染具有地区差异等特点。整体而言,湖西地区比湖东地区污染严重,但在近24a间,地区差异有缩小的趋势;1990—2013年期间,湖西地区非点源污染较为严重,属于重点治理区;北沙河流域、洸府河流域和梁济运河流域污染程度有加重趋势,是优先控制和重点治理区。     

陕西省丹汉江流域农业非点源污染区划

农业非点源污染是导致地表水环境质量恶化的重要原因。丹汉江流域是南水北调中线工程的主要水源地,实现农业非点源污染分区管理分类控制,将进一步确保中线工程的水质安全。以陕西省丹汉江流域27个县（区）为基本单元,采用水质指数法、聚类分析法和等标污染负荷法等方法,进行了污染源敏感性评价和污染类型识别,进而实现流域农业非点源污染分区。结果显示:（1）丹汉江流域农业非点源污染可分为5级敏感区,且敏感区等级呈现以中心城市为核心,以干流为轴线,向南北两侧递减的分布格局。（2）农业非点源污染控制类型主要包括农业种植、畜禽养殖、生活排放3种基本类型。（3）敏感区等级越高,污染类型越复杂。     

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。     

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。     

巢湖流域非点源营养物控制对策研究

巢湖水质恶化制约了流域经济、社会的可持续发展。因此,保护和改善巢湖水质,治理富营养化,实施巢湖的生态修复是当今全流域经济发展的关键和全社会关注的焦点之一。在浅析了巢湖富营养化现状和成因的基础上,根据氮、磷营养物来源和输移、转化途径,从农业生产、水土保持和湖泊滨岸生态系统建设的角度探讨了巢湖非点源营养物的控制问题。