4種草皮緩沖帶對徑流污染物去除效果研究

摘要:通過試驗研究冰草、炸醬草、披堿草、白花三葉草4種草皮緩沖帶對徑流水中總氮、懸浮固體顆粒物的凈化效果。結果表明，4種緩沖帶對徑流中總氮的平均去除率在30%以上，披堿草緩沖帶的全程TN削減量最高，冰草緩沖帶的全程TN削減量最低，差值達6.69個百分點。4種緩沖帶對懸浮固體顆粒物的平均去除率達73.64%，全程炸醬草緩沖帶對SS的削減率最高，白花三葉草最低，差值為12.8個百分點。通過數據擬合的方法計算當懸浮固體顆粒物去除率達60%時4種草皮緩沖帶所需的最佳寬度分別為冰草緩沖帶9.77 m，炸醬草緩沖帶10.69 m，披堿草緩沖帶12.25 m，白花三葉草緩沖帶15.01 m。

關鍵詞:草皮緩沖帶;面源污染;最佳寬度;徑流

中圖分類號:X522 文獻標識碼:A DOI編碼:10.3969/j.issn.1006-6500.2010.04.021

Effects of Different Grass and Width of Riparian Buffer Strips on Runoff Purification

YANG Hui-bin1， LI Lin-ying2

(1. Jinzhong Academy of Forestry Science，Xiaoyi，Shanxi 030600，China;2. Shanxi Academy of Forestry Science，Taiyuan 030800，China)

Abstract:Field test data collected were employed to compare the effectiveness of four sward riparian buffer zones for reduction of nutrients in the leachate. Results showed that the average TN removal rate of four sward buffer zones achieved 30%. Elymus was the best responsible for 38.75% TN reduction. Agropyron was the worst responsible for 32.06% TN reduction. The four sward buffer zones achieved an average SS removal rate of 73.64%.Zhajiang grass was the best responsible for 80.34% SS reduction. White clover was the worst responsible for 67.57% SS reduction. Field test data collected over the 5-month period in 2009 were employed to estimate the buffer zone width for achieving 60% SS reduction. Results showed that Agropyron riparian buffer zone was 9.77 m， Zhajiang grass riparian buffer zone 10.69 m， Elymus riparian buffer zone was 12.25 m， White clover riparian buffer zone was 15.01 m.

Key words: sward buffer;non-point pollution;optimal width;run-off

隨著中國經濟的發展，對環境的破壞日益嚴重，環境保護的力度也越來越大。水體污染導致水生生態系統的破壞和水生生物多樣性下降，對人們的健康構成了嚴重的威脅。隨著點源污染的逐步有效控制，農業非點源污染對水環境的污染越來越嚴重。在農業生產過程中，由于降雨等因素導致養分、農藥流入河道造成污染。在最大限度降低其產生量的前提下，如何減少其入河量，是解決農業非點源污染問題的熱點之一[1，2]。河岸緩沖帶作為高地和水體之間的過渡帶，在控制氮、懸浮固體顆粒物等面源污染物輸入方面發揮著重要作用，是河溪健康維護研究的重點[3，4]。本試驗主要研究不同草本類型緩沖帶對水質改善程度的差異，評析草本品種對滯留效益的影響。同時還嘗試以數據擬合的方法確定緩沖帶的最佳寬度，以期為山西嵐縣及全國各類似地區河岸緩沖帶的研究和營建提供借鑒。

1材料和方法

1.1試驗基地概況

試驗基地位于山西嵐縣嵐漪河，位于東經110°52′～111°53′，北緯38°12′～38°55′，海拔2 222 m。嵐縣嵐漪河流域屬于大陸性半干旱氣候。1954—1996年多年平均降水量524.10 mm。流域內上游高寒微濕，無霜期120 d，年均氣溫4～6 ℃，下游無霜期150～180 d，年均氣溫8.4 ℃。

1.2植被選擇

通過資料調研，選擇4種常見的適合于當地環境的草本冰草、炸醬草、披堿草、白花三葉草進行試驗。冰草為多年生草本，根系發達，4月返青，一般生育期為110～120 d左右。酢漿草多年生草本，全體有疏柔毛;莖匍匐或斜升，多分枝。披堿草也為多年生草本，高70～160 cm。白花三葉草，多年生草本，著地生根，莖細長而軟，匍匐地面，植株高30～60 cm。冰草、炸醬草、披堿草、白花三葉草的播種量為4 g/m2。

1.3試驗條帶設計

對嵐漪河一側坡岸進行適當改造，構建坡度為3%的4條緩沖帶，每條帶長20 m，寬2 m，每兩個條帶之間用防滲薄膜隔開，防止相互干擾。每條試驗帶沿程居中布設8個采樣點，離進水端距離分別為2，5，7，9，12，14，16，19 m，同步采集徑流水樣。徑流水通過取樣點分配的徑流分離器采樣[5]。

1.4試驗方法

根據嵐縣地區農田面源污染物特征，人工配制徑流污水，模擬降雨徑流。

(1)降雨量為40 mm，降雨歷時均為50～60 min。

(2)污水配制，采用碳酸氫銨、泥土顆粒配制污水，模擬面源污染中的氮、懸浮固體顆粒物[6]。

(3)監測方法，現場試驗從2009年6月開始每個月1次，連續5次。檢測徑流水中總氮(TN)和總懸浮固體顆粒物(SS)的變化。

2結果與分析

2.1徑流水TN濃度變化及去除效果

4種草皮緩沖帶對TN的平均削減量如圖1。緩沖帶前12 m對TN的滯留效果顯著，12 m時冰草緩沖帶、炸醬草緩沖帶、披堿草緩沖帶和白花三葉草緩沖帶對TN的削減量分別為25.96%，26.28%，37.21%，31.11%。其中，披堿草緩沖帶削減效果明顯，達到37.21%。12 m后的削減效益趨于平緩。從末端徑流水中TN的平均濃度看，冰草緩沖帶，炸醬草緩沖帶，披堿草緩沖帶，白花三葉草緩沖帶分別為0.89，0.91，0.79，0.86 mg/L，全程削減率分別為32.06%，33.57%，38.75%，36.29%，平均削減率均達到30%以上。披堿草緩沖帶的全程TN削減率最高，冰草緩沖帶的全程TN削減率最低。

2.2徑流水SS濃度變化及去除效果

4種草皮緩沖帶對SS的平均削減率及削減量如圖2、圖3所示。4種草皮緩沖帶前12 m對SS的削減效果明顯，12 m至緩沖帶末端削減效果趨于平緩。從末端滲出的SS濃度看，冰草緩沖帶為86 mg/L，炸醬草緩沖帶為69 mg/L，披堿草緩沖帶為95 mg/L，白花三葉草緩沖帶為120 mg/L，削減率分別為74.70%，80.34%，71.97%，67.57%。4種草皮緩沖帶對SS的削減率均在65%以上，平均削減率為73.64%。全程炸醬草緩沖帶對SS的削減率為最高，白花三葉草最低。

2.3緩沖帶最佳寬度的確定

根據相關研究可知，草皮緩沖帶的寬度與陸域面源污染物的截留效果呈正相關，但由于受土地資源的限制，草皮緩沖帶的寬度不能過大[7]。關于緩沖帶最佳寬度的確定一直是緩沖帶研究的難點，這里嘗試以4種草皮緩沖帶為唯一變量，確定當入水SS濃度為350~400 mg/L，坡度為3%，對徑流水中的SS濃度去除率達60%時，4種草皮帶所需的最短寬度。

這里探討性的使用SS去除率數據擬合的方法得出去除SS達60%時4種草皮緩沖帶所需的最佳寬度分別為冰草緩沖帶9.77 m、炸醬草緩沖帶10.69 m、披堿草緩沖帶12.25 m、白花三葉草緩沖帶15.01 m(表1，圖4~圖7)。4條擬合曲線和各自數據的相關性(R2)均在0.9以上，顯著相關。

3討論

通過在緩沖帶上種植濃密草皮層，能有效滯緩徑流，沉降、截留和吸附徑流中的各類污染物質[8-10]。緩沖帶的營建方式多種多樣，不同植物對面源污染物的凈化效果不盡相同。設計試驗時雖然是選擇4種純草本，但草本只是緩沖帶組成成分之一，較為成熟的緩沖帶不僅包括草本還包括灌木和小喬木。試驗所選用的4種草本均為目前較為主流的緩沖帶營建草本，4種草本對徑流污染物的凈化效果雖有差異，但整體效果均很理想。緩沖帶對TN的平均去除率可達30%以上，對SS的平均去除率更為理想，可達73.64%。究其原因，緩沖帶本身對面源污染的滯留有著多方面的協同作用，緩沖帶植物的地上部分對面源污染物有一定的物理滯留能力，被地上部分滯留的面源污染物，其中的一部分可被地上部分吸收;另一方面緩沖帶植被的存在改變了土壤的理化性質，使其對面源污染物的滯留效益提高。

關于緩沖帶最佳寬度的確定需要考慮很多因素的影響，如徑流中污染物濃度的大小、緩沖帶坡度、植被類型等都對最佳寬度的確定有著重要的影響。本試驗使用SS去除率數據擬合的方法得出TN去除率達到某一確定值時緩沖帶的最佳寬度。

本次試驗是在山西嵐縣嵐漪河流域以人工模擬降雨的方式得出的數據，而實際條件下降雨量、季節變化引起的草皮生長變化等情況都會影響草皮緩沖帶面源污染的防治效果。因此，需要開展長期深人的研究，以確定不同條件下的相關結論。

參考文獻:

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