草灌喬結合的河岸緩沖帶對面源污染物的凈化效果研究

摘要：對披堿草、高羊茅、紫穗槐、檉柳4種植物不同配置方式緩沖帶對徑流水中總氮、總磷和固體顆粒懸浮物的凈化效果進行了研究。結果表明，3塊樣地(A、B、C)在前12 m對徑流污染物的凈化效果顯著，對固體顆粒懸浮物的平均去除率達73.03%，對總氮的平均去除率達20.51%，對總磷的平均去除率為32.92%。12 m之后3塊樣地徑流水中污染物濃度均出現了不同程度的上升，16 m后樣地A與樣地B的徑流水污染物濃度繼續小幅上升，樣地C中徑流污染物濃度開始下降。3塊樣地沿程截流污染物效果為：樣地C>樣地A>樣地B。

關鍵詞：濱河緩沖帶；非點源污染；抗侵蝕性

中圖分類號：X505文獻標識碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2010.06.027

Effects of Different Plant Collocation Method Cushion Belt on Farmland Runoff Purification

SU Tian-yang1， LI Lin-ying 2， YAO Yan-tao1

（1. Shanxi Agricultural University，Taigu， Shanxi 030801， China；2. Shanxi Academy ofForestry Science，Taigu， Shanxi 030012， China）

Abstract：A series of pilot experiments of runoff pollution were conducted on riparian buffer strips covered with ElymusdahuricusTurcz， Festuca arundinacea， Amorpha fruticosa L， Tamarix chinensis. Results showed that the effect is remarkable in the first 12 meters to the runoff pollutant's purification all of the three type places. 73.03% of SS， 20.51% of TN and 32.92% of TP was trapped . The pollutant density in the diameter running water was rise after 12 meters in A， B， C. The pollutant density in the diameter running water was small scale rise in A and B， it started to drop in C after 16 meters. The effect of cut-off pollutant was that :C>A>B .

Key words: buffer strips; non-point pollution; corrosion resistance

隨著中國經濟的發展，對環境的破壞日益嚴重，對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貢獻比例越來越高。在農業生產過程中，由于降雨等因素導致的養分、農藥流失不可避免。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、磷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]。本研究主要研究草本、灌木、喬木相結合的河岸緩沖帶對污染物的凈化效果及草本、灌木、喬木在緩沖帶中所起的不同作用。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，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植被披堿草、高羊茅、紫穗槐、檉柳進行試驗。披堿草為多年生草本，疏叢型，須根狀，根深可達100 cm。稈直立，高70～160 cm。葉片長8～32 cm，寬0.5～1.4 cm，葉緣被疏纖毛。高羊茅，喜寒冷潮濕，植株較低矮。紫穗槐是喜光，耐寒、耐旱、耐濕、耐鹽堿、抗風沙、抗逆性極強的灌木，在荒山坡、道路旁、河岸、鹽堿地均可生長，因此被廣泛用于水土保持。檉柳為落葉灌木或小喬木，葉互生，披針形，鱗片狀，小而密生，呈淺藍綠色。喜光、耐旱、耐寒，亦較耐水濕，極耐鹽堿、沙荒地，根系發達，萌生力強，極耐修剪刈割。

1.3試驗條帶設計

構建坡度為5%的3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9個采樣點，離進水端距離分別為3，6，9，12，13，14，16，17，19 m，同步采集徑流水樣。試驗條帶植被選擇及分配方式見表1。

1.4模擬降雨徑流

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100 mm，降雨歷時均為50～60 min。

（2）污水配制：采用碳酸氫銨、過磷酸鈣配制污水，和泥土顆粒模擬面源污染中的全氮（TN）、全磷(TP)和固體顆粒懸浮物(SS)。

（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。監測徑流水中總氮（TN）、總磷（TP）和固體顆粒懸浮物（SS）的濃度變化[5]。

（4）各監測點取樣均取3次，做3次重復求平均值，以減小試驗誤差。

2 結果與分析

2.1徑流水中SS濃度變化及去除效果

不同植被配置方式緩沖帶對徑流水中SS的去除效果如圖1所示。

試驗條帶的前12 m，3種樣地對SS均表現出了明顯的滯留效果，截留率均達到70%以上，但在試驗條帶的12 m之后，徑流水中SS的濃度均有明顯的上升，其中樣地B，即草本與喬木結合的樣地SS濃度上升的最為明顯。樣地A在這一階段的SS濃度漲幅少于樣地B。在試驗條帶的16~19 m范圍內，樣地A與樣地B的SS濃度繼續上升，但樣地C卻出現了明顯的下降。全程對SS的截留率樣地A為 56.52%、樣地B為44.32%、樣地C為75.25%。樣地C對SS的全程截留效果最為明顯。

2.2徑流水中TN濃度變化及去除效果

不同植被配置方式緩沖帶對徑流水中TN的去除效果如圖2所示。

試驗條帶前12 m，3種樣地對徑流水中的TN都有一定的截留效果，但截留效果遠不如對SS的截留效果，平均去除率達20.51%。在12~16 m之間，3塊樣地徑流水中TN濃度均出現了不明顯的上升。在16~19 m之間，樣地C的徑流水中TN濃度出現了小幅下降，樣地A與樣地B繼續表現出徑流水中TN濃度不顯著上升。全程的TN消減率：樣地A 16.24%、樣地B 16.74%、樣地C 21.52%。樣地C對TN的截留效果最為明顯。

2.3徑流水中TP濃度變化及去除效果

不同植被配置方式緩沖帶對徑流水中TP的去除效果如圖3所示。

試驗條帶前12 m，3種樣地對徑流水中TP的截留效果比對徑流水中TN的截留效果顯著，但仍沒有達到對徑流水中SS截留效果的顯著程度，3塊樣地對徑流水中的TP截留率分別為32.98%、31.06%、33.72%。在12~16 m之間，類似于徑流水中的TN濃度變化，徑流水中的TP濃度也出現了不顯著的上升趨勢。在16~19 m之間，樣地A與樣地B的徑流水中TP濃度繼續不顯著地增加，而樣地C中徑流水濃度出現了下降趨勢。全程TP截留率為樣地A 26.55%，樣地B 25.14%，樣地C 36.40%。樣地C對TP的截留效果最為明顯。

3結果與討論

緩沖帶通過在其上種植的濃密草皮層，能有效滯緩徑流，沉降、截留和吸附徑流中的各類污染物質[6-9]。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。設計此次試驗時所選用的草本喬木和灌木搭配方式也可根據不同的環境特征進行調整。通過試驗，我們不難發現，對緩沖帶徑流污染凈化起主要作用的為草本，在樣地A與樣地B草本帶結束后徑流污水中SS、TN、TP濃度均有不用程度的上升。究其原因，草本根系對淺層土有良好的固化作用，并且草本的地上部分對徑流污染物的凈化也有很好的效果，但3塊樣地在12~16 m之間表層均無草本覆蓋，表層土受徑流水的沖刷使部分SS由土壤進入徑流水而使徑流水中的SS濃度提高。對于TN和TP，通常認為，TN和TP可附著于泥土顆粒上廣泛地存在于自然界中，因而3塊樣地中當SS濃度提高時，TN和TP濃度也呈現出相似卻微弱的變化趨勢。

關于喬木和灌木在緩沖帶中的作用這里并沒有明顯的體現出來，這是因為喬木和灌木主要和加固緩沖帶中深層土壤和調節小氣候有關，不過試驗仍可以顯示出在喬木下種植耐陰的草本對徑流污染物的凈化也可起到非常顯著的效果。

參考文獻：

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