滨岸缓冲带在水源地农业面源污染防治上的应用

饮用水水源地污染已成为全球共同遭遇的重大环境问题之一,为保证人们的饮用水安全,有必要对进入水源地内的农业面源污染进行防治。滨岸缓冲带能够有效的防治农业面源污染已经得到广泛的认可,并在水源地保护上有一定的应用前景。文章综述了缓冲带的定义、结构、功能以及农业面源污染防治方面的应用等基础上,提出了我国滨岸缓冲带在饮用水源地保护中的应用前景。     

苏州河上游地区滨岸缓冲带试验基地设计思路

为探索控制农业面源污染的有效方法，改善河道水质，逐步修复河道原有生态功能和增加生物多样性，上海市在苏州河环境综合整治一期、二期工程实施的基础上，立项开展了苏州河环境综合整治三期工程实用技术研究。旨在通过选择苏州河上游区域某一自然河道，建立完整的滨岸缓冲带体系并进行现场试验，开展上海地区滨岸缓冲带的设计、建设和养护管理等方面的实践工作，同时考察滨岸缓冲带生物栖息地功能、滨岸带景观功能和改善河流水质功能等方面的功效。文章阐述了滨岸缓冲带试验基地设计中的一些思路，分析了基地选址及环境条件，从植被选择及其群落配置、坡度选择、取样管设置、面源污染防治试验工艺流程等方面进行了试验基地的设计。     

滨岸缓冲带在河道生态修复中的应用研究

近年来国外在滨岸缓冲带植被的结构、功能和管理研究方面开展了许多研究,国内也越来越重视相关研究。文章概述了滨岸缓冲带的功能、构建原理和国内外的一些应用情况;重点介绍了上海青浦区华新镇境内东风港滨岸缓冲带示范工程,分析了滨岸缓冲带在河道坡岸生态修复中的应用效果。研究表明,滨岸缓冲带具有改善生物栖息地环境质量、稳定坡岸、修复河道生态环境等功能,适合在各类岸坡的生态修复中广泛运用。     

农业面源污染滨岸缓冲带控制技术BMPs体系研究

在综合分析国内外农业面源污染有关控制技术及其BMPs体系的基础上,结合上海市地方特点及区域农业面源污染特征,建立了农业面源污染滨岸缓冲带控制技术BMPs体系,主要包括:缓冲带布局,细化设计,施工建设,养护与管理,以及与之配合实施的前置工程性BMPs措施,并提供了一种基于水环境功能目标的不同坡度、不同草皮缓冲带的最佳宽度...     

寒冷地区滨岸缓冲带植物筛选

为在寒冷地区建立高效的滨岸缓冲带水体工程,选择早熟禾、高羊茅、3种本地耐寒性植物,研究剪股颖构建河流滨岸缓冲带植物的经济性、生长特性、光合作用及其对悬浮物、氮、磷的净化能力。结果表明,3种植物在经济性方面高羊茅与早熟禾差别不大,远低于剪股颖;在生长特性方面,早熟禾与高羊茅的表现相近,高羊茅略好,但比剪股颖表现优秀,早熟禾在净光合作用速率、蒸腾速率以及水分利用效率方面比高羊茅及剪股颖出色;在面源污染物去除率方面,地表径流悬浮物的去除中,早熟禾表现突出;在溶解性磷与总氮的净化中,3种植物表现差异不大,早熟禾略有优势。综合比较各项指标,早熟禾可作为寒冷地区构建滨岸缓冲带较为理想的备选植物。     

滇池流域荒台地植被恢复工程控制面源污染生态机理

利用标准径流小区技术研究了滇池流域荒台地植被恢复工程对水土及氮磷面源污染物控制效应,用枝叶吸附水量和土壤入渗特征指标评价了恢复的植被树冠截留和径流控制能力,分析了植物枝叶形态特征差异与树冠截留,人工植被恢复与径流调控的关系.结果表明,圣诞树、旱冬瓜和香根草对地表径流、土壤侵蚀及氮磷流失具有良好的控制作用.树冠截留能力强、土壤水库容量大的人工植被系统将导致地表径流、土壤侵蚀、氮磷流失显著减少.叶子小、无角质化、表面粗糙、有表皮毛、含水量低、生物量高,枝表面呈中等粗糙、不分泌脂类物质的植物,具有较高的鲜重吸附水率,能增加人工植被树冠截留.整地过程、植物根系生长和林隙灌草丛的自然恢复改善了荒台地土壤入渗性能,减少了地表径流,最终减轻了面源污染负荷.     

冀西北半干旱区等高植物篱面源污染控制机理

坡面养分流失是造成面源污染的主要形式.本研究利用冀西北黄土丘陵区的试验小区的长年观测资料,并结合野外全坡面大型人工模拟降雨试验及室外实验数据,分析了冀西北温带及半干旱地区等高植物篱对面源污染控制机理,得出在暴雨条件下细沟产生并导致侵蚀剧烈增加的临界坡长为10～15m;研究揭示出冀西北半干旱区面源污染形态以泥沙携带养分流失为主,等高植物篱控制面源污染的途径是控制土壤颗粒中的养分流失.     

川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷流失特征

通过对2019~2020年不同下垫面集水区(农田集水区与复合集水区)径流及氮磷浓度的连续逐日定位监测,研究川中丘陵区不同下垫面集水区氮磷径流流失过程与强度,探讨下垫面对集水区氮磷径流流失特征的影响.结果表明:不同集水区的径流过程因下垫面不同而存在明显差异,农田集水区内的水田和坑塘的拦蓄作用滞缓了汇流过程,而复合集水区中居民点、公路等不透水下垫面缩短了汇流时间,使得复合集水区的降雨径流量峰值更高,响应速度较农田集水区快12~25min,年径流深较农田集水区多28.1%;次降雨径流过程中磷浓度变化较氮更剧烈,浓度峰值出现时间较氮早约1.2h,在降雨后期磷浓度下降速度更快,降幅更大;复合集水区的氮磷平均事件浓度(EMC)、峰值浓度均高于农田集水区,且两集水区氮流失形态均以硝酸盐氮为主,占总氮的65.9%;磷流失以颗粒态为主,占总磷的67.5%;复合集水区的氮磷流失负荷分别是农田集水区的3.01和4.03倍,氮磷流失强度分别是农田集水区的1.88和2.51倍.因此,复合集水区内氮磷随径流流失的防控可能是未来川中丘陵区面源污染治理的重点.     

关中抽渭灌区农田面源污染对渭河水体的影响

本文在介绍农田生态环境系统的同时，以关中灌区为例重点研究了农田非点源污染对渭河水体的影响以及污染防治对策。建立了灌区农田生态系统农田排水中氮磷排泄量的数学模型，并对灌区化肥流失量进行了实际计算。结果表明，抽渭灌区每年流失的氮素约为 6076吨，从而揭示了农田生态系统面源污染的严重性。     

植被缓冲带径流渗流水量分配及氮磷污染物去除定量化研究

利用构建的缓冲带现场试验基地和设计的径流流量测定装置,对植被缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力开展定量化试验研究.结果表明,植被缓冲带有效滞缓了径流速度,并显著提高了缓冲带土壤的水力渗透能力,19m长的百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带径流出水时间分别是空白对照的2.46倍、1.72倍和2.03倍,渗流水量分别是空白对照的3.01倍、2.16倍和2.45倍;植被缓冲带能有效去除农田径流氮磷污染物,百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对NH4+-N、TN、TP的总去除率分别比空白对照提高了237%、268%和274%;植被缓冲带渗流对氮磷污染物的去除能力显著高于径流,渗流水量越大,缓冲带氮磷污染物的总去除率和单位面积去除负荷越高,试验各植被缓冲带TN、NH4+-N、TP渗流去除量与径流去除量的比值分别达到2.79、2.02和2.83.     

东新开河岸边植被缓冲带对雨水径流中典型污染物截留效果试验

通过对东新开河岸边不同配置植被缓冲带径流中污染物迁移影响分析,研究其对两岸缓冲带典型污染物氮、磷的去除效果,优选缓冲带植物配置结构。结果表明:优化配置的植被缓冲带较原生植被缓冲带对氮、磷污染物的截留效果具有明显优势,针对氨氮和总氮有明显削减效果,几种修复样地综合来看,S3（紫花苜蓿）样地对NH₃-N、TN、TP的削减率分别在30%、30%、25%以上,较其他植被配置样地有很好的截留效果,且根系扎实,有较强的适应能力,种植成本较低;植物不同生长期对缓冲带氮、磷的截留效果不同,成熟期的植被缓冲带对TN、TP的削减率分别在30%和25%以上,较分蘖期对氮、磷的削减率提高了80%以上。     

河岸带加拿大一枝黄花化学计量学及入侵机理研究

通过对河岸带土壤与加拿大一枝黄花(Solidago canadensis L.)全年各生长时期氮、磷质量分数的研究,分析河岸带土壤环境特性,以期探究加拿大一枝黄花成功入侵河岸带的机理.结果显示:研究区土壤中氮元素质量分数上层1.22mg/g,下层0.96mg/g、磷元素质量分数上层0.59mg/g,下层0.55mg/g,较全国土壤平均氮、磷质量分数均偏低,年际变化不明显.N/P平均值较低,且随季节变化逐渐减小.加拿大一枝黄花各部位氮磷质量分数为叶>茎>根.与其他草本植物相比,植株中氮质量分数稍低,磷质量分数则明显偏高.随植物生长期的变化,植株各部分氮磷质量分数均显示前期较高,中期有所下降,后期逐渐升高的趋势.加拿大一枝黄花N/P变化范围2.25~4.75,明显低于其他草本植物,主要原因在于植株有很高的磷质量分数以及土壤环境中氮素的匮乏,说明其生长受到氮素的限制.对植株茎、叶、根中氮、磷元素与N/P进行相关分析表明,茎、叶中磷质量分数与N/P具有显著负相关关系(P<0.05),而根中氮质量分数与N/P具有极显著正相关关系(P<0.01).说明了磷素主导了植物地上部分的生长,而氮素主导地下部分.研究区内土壤氮质量分数严重匮乏、磷质量分数也明显偏低,但加拿大一枝黄花植株中氮质量分数仅稍低于其他草本植物,磷质量分数却显著高于其他植物,可以认为其对氮、磷元素的吸收、积累能力远高于其他草本植物,这可能是加拿大一枝黄花得以在河岸带特殊环境中成功入侵的机理.     

水生植物对农田排水沟渠中氮、磷的截留效应

为有效阻控农田土壤流失氮、磷通过沟渠进入水体,通过动态模拟实验研究对比不同排水沟渠对农田流失氮、磷的截留作用,同时通过静态模拟实验重点探讨了水生植物对氮、磷在水－沉积物－水生植物这一微观系统中的截留机理.结果表明:沟渠中的水生植物茭白和菖蒲对氮、磷的截留和转化有明显的促进作用;水生植物的存在可以加速氮、磷界面交换和传递,从而使上覆水中氮、磷含量快速减少;沉积物间隙水中氮、磷含量的变化受界面交换、沉积物吸附、微生物转化及植物吸收等各方面因素影响,水生植物调整并加强氮、磷的各种转化,植物的存在使得间隙水中氨氮及磷酸盐含量降低并呈现规律变化.      

不同类型植被河岸缓冲带对模拟径流及总磷的消减研究

在九龙江上游北溪流域,选择杂交狼尾草(Pennisetum americanum×P.purpureum)、红花檵木(Loropetalum chinense var.rubrum)、红叶石楠(Photinia fraseri)3种植物及原生撂荒杂草地,构建对照(A)、草本(B)、灌草(C)和灌木(D)4种不同处理的植被缓冲带,通过模拟不同浓度面源污染下的农田径流,探讨不同植被组合对径流量及总磷的消减效果.结果表明:各缓冲带不同植被对径流量及总磷的消减效果均表现为草本灌草灌木,其中,草本缓冲带对径流量的消减率最高,达到86.93%,在高、低浓度进水时对总磷浓度的消减分别为95.20%、80.69%;4种不同植被缓冲带对总磷浓度的消减效果随缓冲带宽度的增加均出现上升的趋势,其中,前半段消减效果最佳,后半段消减趋势减缓;高浓度污染进水条件下缓冲带对总磷的消减效率高于低浓度进水;4种缓冲带对磷总量的消减量分别为27.70、28.02、28.06和26.94 g.研究成果可为九龙江上游河岸缓冲带建设及流域氮磷污染率治理和生态评价提供科学示范及理论依据.     

Agricultural non-point nitrogen pollution control function of different vegetation types in riparian wetlands： A case study in the Yellow River wetland in China

Riparian wetland is the major transition zone of matter, energy and information transfer between aquatic and terrestrial ecosystems and has important functions of water purification and non-point pollution control. Using the field experiment method and an isotope tracing technique, the agricultural non-point nitrogen pollution control function of di erent vegetation types in riparian wetland was studied in the Kouma Section of the Yellow River. The results showed that the retention of agricultural non-point nitrogen pollution by riparian wetland soil occurs mainly in top 0–10 cm layer. The amount of nitrogen retained by surface soils associated with three types of vegetation are 0.045 mg/g for Phragmites communis Trin Linn, 0.036 mg/g for Scirpus triqueter Linn, and 0.032 mg/g for Typha angustifolia Linn, which account for 59.21%, 56.25%, and 56.14% of the total nitrogen interception, respectively. Exogenous nitrogen in 0–10 cm soil layer changes more quickly than in other layers. One month after adding K15NO3 to the tested vegetation, nitrogen content was 77.78% for P. communis Trin, 68.75% for T. angustifolia, and 8.33% for S. triqueter in the surface soil. After three months, nitrogen content was 93.33% for P. communis Trin, 72.22% for S. triqueter, and 37.50% for T. Angustifolia. There are large di erences among vegetation communities respecting to purification of agricultural non-point nitrogen pollution. The nitrogen uptake amount decreases in the sequence: new shoots of P. communis Trin (9.731 mg/g) > old P. communis Trin (4.939 mg/g) > S. triqueter (0.620 mg/g) > T. angustifolia (0.186 mg/g). Observations indicated that the presence of riparian wetlands as bu ers on and adjacent to stream banks could be recommended to control agricultural non-point pollution.     

洱海西部雨季地表径流氮磷污染特征及受土地利用类型的影响

云南高原平坝区地表径流是湖泊氮、磷的主要来源之一.为研究高原平坝区雨季地表径流氮、磷污染特征及受土地利用类型的影响,调查了洱海西部平坝区雨季的径流氮、磷形态特征,并结合遥感影像空间分析与SPSS等统计分析,从汇水区尺度和缓冲区尺度上研究土地利用类型与地表径流水质的关系.结果表明:①研究区雨季地表径流氮、磷质量浓度较高,ρ（TP）为0.16~0.77 mg/L,且以DIP（溶解性无机磷）为主（63.01%）;ρ（TN）为1.75~14.86 mg/L,且以NO₃--N为主（78.15%）.②汇水区尺度上城镇用地对ρ（TP）影响突出.环湖农村居民点对ρ（NH₄+-N）影响突出,耕地中的高施肥种植区对ρ（TN）、ρ（NO₃--N）影响突出;③在缓冲区500、1 000和2 000 m尺度下,随缓冲区距离增加,土地利用类型对地表径流水质的影响减小.研究显示,城镇用地与高施肥种植区对洱海西部雨季地表径流氮、磷质量浓度影响最大,土地利用类型随缓冲区距离增加对水质的影响逐渐减小.      

河岸植被土壤系统对面源污染的削减和净化研究

具有一定群落结构的河岸植被土壤系统内部具有较大的生物生存空间和相互作用区域,其间生物地球化学联合机制,可以减缓径流,捕获泥沙,截断或去除地表径流、壤中流或渗漏水及浅层地下水中的氮磷等元素。各种污染物的净化效果受系统内部和外部条件影响,主要包括：污染负荷、系统宽度、植被类型、水文地质、土壤条件等因素。     

河岸带地下水营养元素和有机质变化及与洪水的响应关系研究

河岸带地下水和河水存在复杂的交互作用,地下水和地表水存在明显的补排关系,洪水事件是影响河岸带地下水水质波动的重要水文过程. 以黄河湿地国家级自然保护区孟津湿地为研究对象,通过河岸带地下水营养元素指标(特别是小浪底水库调水调沙期间)野外定位观测,深入分析了河岸带地下水水质变化及其与洪水的响应关系. 结果表明,河岸滩区的农业开发存在明显的氮、磷下渗流失风险. 临近河岸的农耕旱作区,是河流与人工湿地之间一个特殊的氮污染物控制单元,对地下水和河流之间的氮迁移隔离起着极为重要的作用. 在人工湿地,农家粪作为底肥加入可能是磷下渗流失的重要源头,进入地下水中的磷顺着水力坡度还发生着显著的横向迁移,尤其在调水期横向迁移更加明显. 河岸滩区的开发类型及其耕作制度对地下水的硝氮含量产生重要的影响. 在鱼塘区,常年的土壤厌氧环境加重了氮的下渗迁移和积累;在荷塘区,春夏季节,土壤淹没呈厌氧环境,氮迁移和硝化作用显著,在秋冬季节,土壤呈好氧环境,氮硝化作用显著发生,全年氮达到相对平衡的状态;距离河岸50～200 m之间氮的硝化-反硝化作用强烈,是一个高效的微生物氮净化单元. 人工湿地施用的农家粪是有机物流失的重要源头,河岸滩区土壤质地呈沙性,渗透能力强,土壤保水保肥能力差,在此区进行农业活动,尤其是人工湿地开发中大量施用肥料,容易造成土壤表层有机质和氮磷养分因灌溉而导致的下渗流失,进而污染地下水与河水,较由降雨引起的地表径流流失显得更为突出. 距离河道50～200 m的范围是重要的污染净化单元,为典型的滩区地下水-河流的水陆交错带. 该区域的合理保护,对于保护河流水质和地下水水质十分重要.     

岸边带生态系统研究进展

水环境恶化,水资源紧缺是全球共同面临的重大环境问题之一,合理进行水资源的开发利用和水环境的管理是当前国际研究的热点.岸边带作为重要的水陆交错带,无论从经济评估角度还是生态学、景观学或者社会科学等方面对人类社会环境都具有重要的作用.国内外大量研究表明:岸边带生态系统具有廊道功能、缓冲功能和植被护岸功能,尤其在非点源污染和土壤侵蚀防治方面具有不可替代的作用.当前,岸边带理论在生态学、景观修复与管理领域仍然是科学前沿,从岸边带的定义、岸边带的结构、岸边带的管理系统理论和模型及岸边带系统的保护和恢复几方面对当前国内外岸边带的研究情况进行介绍.