（环境科学专业论文）滨岸缓冲带对农田径流氮、磷污染物的去除效果研究.pdf

慕大 高羊茅对径流t n 的平均去除率分别为2 4 2 2 h2 0 0 8 而 对t n 去除率最低的条带为黑麦草缓冲带 其去平均除率仅为9 1 5 对照空白带 种植草皮的各缓冲带径流水对t n 的去除能力得到了明 显的增强 3 种植了植被之后的五条小试滨岸缓冲带对径流中t p 的去除 率相对空自带而言都有较大的增加 其中最为突出的是白花三时草 对径流中即的平均去除率为2 5 6 0 随后为百慕大和马蹄金 其去 除率分别为2 1 2 4 和1 7 9 7 由于黑麦草夏季进入休眠状态 影响 到其对农田径流水中所含营养物质的截留作用 因此其对径流t p 的 去除率最低 仅为1 1 2 5 可见 草皮的长势 对滨岸缓冲带的径 流t p 去除效果具有一定的影响 4 在径流出水除了在最低s s 负荷1 6 1 6 7 9 m 2 h 以及最低t n 负荷2 3 3 7 9 m 2 h 的情况下 显示出比其他进水污染物负荷去除率低 之外 并无明显规律 试验数据表明 污染负荷变化对各缓冲带径流 污水污染物去除率没有明显的影响 由于百慕大 自花三叶草和高羊茅三种草皮在小试试验过程中 表现出对农田径流污染物具有较高的去除效果 因此将这三种植物用 于滨岸缓冲带实验基地现场试验 进一步讨论其在实际应用中对农田 径流污染物的去除效果 结论如下 1 在进水s s 浓度范围为2 2 3 9 4 2 m g 儿的条件下 不同草皮缓 冲带对径流s s 的去除率排序为百慕大 白花三叶草 高羊茅 三者末 端平均去除率分别为8 9 3 8 8 6 0 5 和8 5 5 3 空白试验带对径流 s s 也有一定的去除效果 但不稳定 2 在不同草皮缓冲带中 径流t n 浓度与径流s s 浓度具有密 切的线性相关性 且随着沿程距离的增加 各缓冲带对径流t n 的累 计去除率逐渐提高 不同草皮缓冲带对径流t n 的去除率排序为百慕 大 白花三叶草 高羊茅 其中 百慕大最高值为1 6 6 8 空白带 对径流t n 的累计去除率呈现波浪形变化趋势 3 在不同草皮缓冲带中 径流t p 浓度与径流s s 浓度具有显 著的线性关系 空白带径流s s 和径流t p 浓度没有规律可循 不同 缓冲带末端出水t p 去除效果排序为 白花三叶草 百慕大 高羊茅 其去除率分别为1 8 3 1 1 6 6 2 1 4 4 4 4 三种草皮中 百慕大缓冲带在不同季节中 对径流s s 浓度 的去除效果没有显著差异 白花三叶草和高羊茅两种草皮滨岸缓冲带 差异性较大 可见 季节的更替 气候的变化 使不同草皮的生长状 况相应发生变化 从而进一步对滨岸缓冲带对径流s s t n t p 等污 染物质的去除效果造成影响 关键词 滨岸缓冲带 面源污染 径流s s t n t p 去除效果 i i i 东华大学硕士学位论文 n u t r i e n ta t t e n u a t i o ni na g r i c u l t u r a l s u r f a c er u n o f fb yr i p a i u a nb u f f e rs t r i p s a bs t r a c t w a t e rp o l l u t i o nc o n t r o la n dt r e a t m e n tw i l lb ea nl o n g t e r ma n d i m p o r t a n tt a s ki nc h i n a n o w a d a y s t h ec o n t r o l so fp o i n ts o u r c e sh a v e b r o u g h tn o t i c e a b l ea c h i e v e m e n t s b u tt h el a r g e v o l u m e r a p i dc h a n g e s a n do t h e rc h a r a c t e r i s t i c sm a k et h en o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a r dt od e a l w i t h r e s e a r c h e sa n dp r a c t i c e sa b r o a di n d i c a t et h a tt h er i p a r i a nb u f f e r s t r i p si sa ne f f e c t i v ew a y i nf i l t e r i n gs e d i m e n t r e d u c i n gn o n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o nf r o ma g r i c u l t u r a ll a n dt os t r e a m s i m p r o v i n gw a t e rq u a l i t ya n d e n h a n c i n gh a b i t a t b a s e d o n s t u d y i np r a c t i c a l t e c h n o l o g y o fs u z h o uc r e e k c o m p r e h e n s i v er e h a b i l i t a t i o np r o je c ts t a g ei i i w e c a r r i e do u tt h e s t u d i e s i n r i p a r i a n b u f f e r s t r i p s a g r i c u l t u r a l n o n p o i n ts o u r c e p o l l u t i o nc o n t r o lt e c h n o l o g yi nu p p e rs t r e a mo fs u z h o uc r e e k f i r s t c h o s et h ef i v ec o m m o ng r e e n s w a r d si n s h a n g h a i s e tu pas m a l l l a b o r a t o r yt e s tp i l o t t h eb u f f e rs t r i p si nl a b o r a t o r y a n da n a l y z e dt h e e f f e c to fe a c hb u f f e rs t r i p s e c o n d o nt h eb a s i so ft h er e s u l t sf r o mt h e s m a l lt e s ti nt h e l a b o r a t o r y w e b u i l tt h e r i p a r i a n b u f f e r s t r i p s f o r a g r i c u l t u r en o n p o i n ts o u r c ec o n t r o le x p e r i m e n t si nal a r g es c a l e a n a l y s i s t h e i m p a c t s o fd i f f e r e n tv e g e t a t i o nr i p a r i a nb u f f e rz o n e t h em a i n c o n c l l 鲥o n sa r ea sf o l l o w s 1 w i t ht h ed i f f e r e n ti n i t i a lc o n c e n t r a t i o no fs s t h er i p a r i a nb u f f e r s t r i pw i t hc y n o d o nd a c t y l o nh a v eap r o m i n e n ti m p a c to ns sr e m o v i n g w h o s ea v e r a g er e m o v a lr a t ei s 6 8 8 7 办帕l i u mr e p e n s f e s t u c a ar u n d i n a c e aa n dd i c h o n d r ar e p e n sa l s oh a v eh i g hr e d u c e dr a t e so fs s c o n c e n t r a t i o ni nt h e r u n o f f t h e y a r e6 5 5 9 6 3 3 7 a n d6 0 0 9 r e s p e c t i v e l y l o l i u mp e r e n n er i p a r i a n b u f f e rs t r i p so n l yg e t5 2 51 i v 东华大学硕士学位论文 w h i c hi st h el o w e s tr e m o v a le f f i c i e n c y t h e r ei sn o ti m p a c to nr e d u c t i o n i nt h es s c o n c e n t r a t i o nb yt h ev a c a n tb u f f e rs t r i p c l e a r l y t h e r ei ss o m e r e l a t i o nb e t w e e nt h er e m o v a lo fs si nt h er u n o f fa n dt h eg r o w t ho fl a w n s 2 肌e nt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no ft ni sb e t w e e n7 01t o3 0 4 0 m g l t r i f o l i u mr e p e n sb u f f e rs t r i pg o tt h eb e s te f f e c ti nt nr e m o v i n g t h ea v e r a g er e m o v a lr a t ew a s2 4 7 6p e r c e n t t h ea v e r a g er e m o v a lr a t eo f c y n o d o nd a c t y l o na n df e s t u c aa r u n d i n a c e ar a t ew e r e2 4 2 2 a n d 2 0 0 8 r e s p e c t i v e l y l o l i u mp e r e n n ei dt h el e s se f f e c t i v eo n ef o rt h e r e d u c t i o no ft n w h i c hi s o n l y9 15 c o m p a r e dw i t ht h ev a c a n ts t r i p t h eb u f f e rs t r i p sw i t hl a w ne n h a n c e dt h eh i g h e rr e d u c er a t i of o rt n i nt h e r u n o f f r e m a r k a b l y 3 t h es t u d ys h o w e dt h a tt h er i p a r i a nv e g e t m i o ns y s t e mh a s o b v i o u se f f i c i e n c yf o rt h ec o n t r o lo fa g r i c u l t u r a lt pp o l l u t i o n t r i f o l i u m r e p e n sh a s2 5 6 0 a v e r a g er e d u c er a t i of o rt p f o l l o w e db yc y n o d o n d a c t y l o na n dd i c h o n d r ar e p e n s w h o s er a t i oa r e21 2 4 a n d17 9 7 r e s p e c t i v e l y b e c a u s el o l i u mp e r e n n eg o ti n t ot h ed o r m a n ti ns u m m e r i t o n l yh a dal i t t l ei m p a c to nt h ec u t t i n gd o w nt h en u t r i e n t si nf a r m l a n d r u n o f f t h e r e f o r e i t sr e m o v a lr a t i oi st h em i n i m u mo ft h ef i v eb u f f e r s t r i p s w h i c hi so n l y1 1 2 5 o b v i o u s l y t h eg r o w t h so ft h ev e g e t a t i o ni n t h eb u f f e rs t r i p sh a v ec e r t a i ne f f e c to nt nr e m o v a li nr u n o f 4 r e s e a r c h e ss h o w e dt h a tt h e r ei s n ta n yr e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e l o a do fp o l l u t a n t sa n dt h er e m o v a lr a t i o s b e c a u s eo ft h e i rh i g h e f f i c i e n c y f o rt h ec o n t r o lo fa g r i c u l t u r a l p o l l u t i o ni ns m a l lp i l o tt e s t c y n o d o nd a c t y l o n f e s t u c aa r u n d i n a c e aa n d t r i f o l i u mr e p e n s t h e yw e r ec h o s e nt o p l a n t i nt h e l a r g e s c a l e e x p e r i m e n t s f u r t h e ra n a l y z e dt h e i ri m p a c to nt h er e d u c i n go ft h e a g r i c u l t u r a lr u n o f f m a i n l yo b t a i n e df o l l o w i n gc o n c l u s i o n s 1 w h e nt h es sc o n c e n t r a t i o nr a n g ei nt h er u n o f f si sf r o m2 2 3t o 9 4 2m g l t h eo r d e ro fn u t r i e n ta t t e n u a t i o f fi na g r i c u l t u r a ls u r f a c er u n o l f f b yd i f f e r e n tv e g e t a t i o nr i p a r i a nb u f f e rs t r i p si sc y n o d o nd a c t y l o n t r i f o l i u mr e p e n s l o l i u mp e r e n n e w i t ht h ea v e r a g er e d u c i n gr a t i o 8 9 38 8 6 0 5 a n d8 5 5 3 r e s p e c t i v e l y t h eb l a n ks t r i ph a dac e r t a i n e f f e c to nt h er e m o v a l b u tu n s t a b l e v 东华大学硕士学位论文 犯 i nd i f f e r e n tb u f f e rs t r i p s t h et nc o n c e n t r a t i o na n dt h ess c o n c e n t r a t i o nh a sac l o s el i n e a rr e l a t i o n s h i p w i t ht h ed i s t a n c ei n c r e a s i n g t h ec u m u l a t i v er e m o v a lr a t i oo fr u n o f f 田ni n c r e a s e d t h eo r d e ro ft h e c o n t r i b u t i o nt ot h et na t t e n u a t i o ni s c y n o d o nd a c t y l o n t r i f o l i u m r e p e n s l o l i u mp e r e n n e i nw h i c h c y n o d o nd a c t v i o ng o tt h em a x i m u m v a l u eo fl6 6 8 t h et r e n do ft h et nd e c r e a s ei nt h eb l a n ks t r i p si s w a v y 3 i nd i f f e r e n ts w a r db u f f e rs t r i p s t h e s e i sas i g n i f i c a n tl i n e a r r e l a t i o n s h i pb e t w e e ns sa n dt pc o n c e n t r a t i o ni nt h er u n o f f b u tn oa n y r u l ec a nb ef o u n di nt h eb l a n ks t r i p d i f f e r e n tt e r m i n a lh f 瓷rz o n e e f f l u e n tr e m o v a lo r d e ro ft pi s t r i f o l i u mr e p e n s c y n o d o nd a c t y l o n f e s t u c aa r u n d i n a c e a w h i c hw e r e18 3l l6 6 2 l4 4 4 4 i nt h eb u f f e rs t r i p sw i t hc y n o d o nd a c t y l o n t h ee f f e c t so nt h e r e m o v a lo fs sc o n c e n t r a t i o nd i dn o td i f f e r s i g n i f i c a n t l y w h i c h i s d i f f e r e n tf r o mt r i f o l i u mr e p e n sa n df e s t u c aa r u n d i n a c e a w ec a ns e e t h a t s e a s o nr e p l a c e m e n t c l i m a t ec h a n g e w i l lh a v e c o r r e s p o n d i n g c h a n g e si ng r o w t hc o n d i t i o n s t h e r e b y i tw i l lh a v ea f l l r t h e ri m p a c to nt h e s sa n dn u t r i e n t sa t t e n u a t i o ni na g r i c u l t u r a ls u r f a c er u n o f fb yd i f f e r e n t r i p a r i a nb u f f e rs t r i p s k e yw o r d b u f f e rs t r i p s n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n s s t n t p v i 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明 我恪守学术道德 崇尚严谨学风 所呈交的学位 论文 是本人在导师的指导下 独立进行研究工作所取得的成果 除 文中已明确注明和引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容 论文为本人亲自撰写 我对 所写的内容负责 并完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 辛盏甭 日期 驴堍年弓月罗e t 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允 许论文被查阅或借阅 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文 保密口 在年解密后适用本版权书 本学位论文属于 不保密阿 学位论文作者硌于自贺 e t 期 捌荔年弓月s 日 指导教师签名掳 7 日期 0 口胃年弓月岁扫 东华大学硕士学位论文 1 1 研究背景及意义 第一章前言 水体环境受陆域污染源排污影响 按其排放形式 可分为点源污染和面源污 染两种 点源污染是指工业生产过程中产生的废水和城市生活污水 一般都是集 中从固定的排污口排入水体 面源污染是相对点源而言的 指降雨产生的径流挟 带地表面的污染物 包括土壤层冲刷物 地表沉积物 农田养分肥料和化学物质 以及人类活动产生的废弃物等 通过径流将其携入水体 形成污染负荷 水体污 染控制与治理是我国当前和今后相当长一段时期内的重要任务 当前点源污染治 理已经初见成效 但面源污染由于其量大面广 变化快等特点决定了其治理难度 相当大 苏州河是上海人民的母亲河 中国近代工业文明在她的怀抱里孕育 兴起 苏州河污染是上海市历年环保工作的难点 治理苏州河 消除河水黑臭 保护水 源 改善市区环境是市府和上海人民几十年的愿望 也是一项造福市民 造福子 孙后代 具有重大意义的民心工程 1 9 8 8 年 时任上海市委书记的江泽民同志 在合流污水一期工程开工之时 亲笔题词 决心把苏州河治理好 拉开了苏州河 治理的帷幕 到目前为止 已开展了苏州河环境综合治理的一 二期工程 三期 工程将在 十一五 期间规划实施 一期和二期工程的实施使苏州河沿岸点污染 源得到有效控制 到2 0 0 0 年实现了基本消除苏州河干流黑臭的目标 在旱期 苏州河干流水质具备基本的生态功能 河水逐渐变得清澈 主要水质指标基本达 到国家五类景观水标准 河流水生物生物量也明显增加 两岸绿树成荫 环境优 美 然而在雨季 河流水质恶化 甚至重现黑臭 水体中污染物含量有所上升 其主要原因之一即是苏州河中下游中心城区市政泵站初期雨水排放影响以及苏 州河上游地区的农业面源污染排放影响 因此开展苏州河上游地区面源污染治理 是深化和巩固苏州河环境综合整治的关键环节之一 2 0 0 4 年6 月 为进一步深化苏州河环境综合整治 为苏州河环境综合整治 三期工程提供科技支撑 上海市科学技术委员会确立了重大科技项目 苏州河环 境综合整治三期工程实用技术研究 并设专题研究 苏州河上游地区滨岸缓冲 东华大学硕士学位论文 技术 邈在研究建立具有生物栖息地功能 滨岸带景观功能 水土保持功簏翻 有效改善河流水质功能的滨岸缓冲带 并掌握滨岸缓冲带设计 建设 管理等方 丽的技术 本论文即依托该课题 探索研究滨岸缓冲带对农罄径流氮 磷污染物 的去除效果 国外的研究与实践表瞬 利用植物体系构建滨岸缓冲带 是截留陆域面源污 染物 改善河湖水质的有效手段 缓冲带技术是采用生态工程原理和方法 利用 滨岸带永生生态系统中物种共生 物质循环原理 按照结构和功能协调原则 建 立滨岸缓冲带生态系统 不同草本植物的生长泻性 状态 群植浓密程度 成长周期的不同 对地面 径流水中营养物质 颗粒物等污染物的截留 吸收效果有较大差异 径流水在滨 岸缓冲带内的流动速率 下渗程度等动力因子 也会导致对面源污染治理效采的 影响 因此 深入研究不同条件下的滨岸缓冲带对农田径流中氮 磷的吸收去除 效果 可以蠹滨岸缓冲带在控制农业面源污染的实际应用提供相关酶理论依据 1 2 滨岸缓冲带概述 1 2 1 滨岸缓冲带的定义 滨岸缓冲带 r i p a r i a nb u f f e rs t r i p s 全称滨岸保护缓冲带 r i p a r i a n c o n s e r v a t i o nb u f f e rs t r i p 是指河水 陆地交界处的两边 壹至河水影响消失为 止的地带 是介于河溪和高地植被之间的生态过渡带 2 1 滨岸缓冲带对农田地表 径流中携带的营养物质 颗粒物 农药等污染物 具有较高的截留 吸收作用阳j 因此 可以利用滨岸缓冲带防治水体污染 改善河湖水质 滨岸缓冲带处于水陆生境的过渡地带 既受到水体的影响 又受到陆地系统 的影响 具有明显的边缘效应1 3 一 在滨岸生态系统中发挥着重要作用 具有较 高的生态 社会和经济价值 滨岸缓冲带是以植被作为其存在的主要标志 同时 滨岸缓冲带作为一个陆地生境由于其所处位置的特殊性 水生环境对其植被影响 较大 一般都具有需水量高 要求肥力强 耐水淹的生态学特性 以柳属和杨属 植物为突出代表 5 1 植被在此不仅起到绿化 美观的作用 而且还能对农田地表 径流 废水排放 地下径流及深层地下水流中携带的营养物质 沉积物 有机质 等污染物质在进入水体之前起到一个净化 过滤的缓冲作用 降低了污染源与接 墨兰查 苎圭兰些堡苎 纳水体之间的联系n 形成了一个阻碍污染物质进入水体的生物和物理障碍叽 从而达到改善水质的目的 同时 还可以截留固体颗粒物进入河流 湖泊等接纳 水体吲 因此 滨岸缓冲带是控制农业面源污染的一个晟为有效的形式 22 滨岸缓冲带的结构 滨岸缓冲带由各种植被组成 河岸两边乔 灌 草构成的缓冲区以及湿生 水生植物构成的滨岸区是其重要组成部分 根据其空问结构的不同和植被组成类 型的多样化 町以从空间结构和植被构成两方面来分析滨岸缓冲带的组成结构 1 空间层面的滨岸缓冲带分区 根据国外资料 从河岸到农田的滨岸缓冲带区域从空问层面上可阻分为a b c j 个区域 见图2 1 g 毋娑然 霁阑 糯 盘 一 篙嚣鑫 一 撼 越 9i i 熬蛐蛾蝴满燃溅 璩 图i 1 滨岸缓冲带植被构成示意刚 a j 为近河流区域 以灌 乔等植物配置为主 主要利用其发达根系的固十 作州 保持岸坡的稳定性 滞永消能 保护水生生境 b 区为缓冲带的中间区域 以高大落叶及常绿乔术为主 同时考虑植物的多样性组合 士要为满足水生食物 链中重要的昆虫类生物对生境的需求 c 区为近农田区域 以草 灌配置为主 主要是用于阻滞地表径流中的沉积物并吸收氮 磷和降解农药等有害成分 可适 时适量收割 咀彻底有效转移径流水中的污染物质 2 滨岸缓冲带全系列植物构成 植物是缓冲带的重要组成部分 根据滨岸缓冲带的定义及其在生境改荠方面 所起的不同作用 我们可以依据滨岸缓冲带植被的不同生活类型来划分植被结 东华大学颈士学位论文 构 据此 可将滨岸缓冲带植物体系划分成三部分构成 陆生 湿生和水生植物 其中 陆生和湿生植物又可以分为草 灌 乔三类 水生植物也可分为挺水 浮 叶 漂浮和沉水凹类 传统滨岸缓冲带植物牛活型选择可参照图2 2 蕊 8 嚣 图l 一2 滨岸缓冲带全系列植被构成小意图 了一 妒 载 由卜图我们可以看出 在滨岸缓冲带的不同区域 植物的类型也相应发生变 化 其作用也有区别 陆牛 湿生植物区中的植物丰要是对u r 能进入河流 水库 的泥沙 有机质 杀虫剂和其他有害物质起到截留去除以及吸收作用 水牛植物 区中的植被则进一步将坡地流水中的有害物质进行去除吸收作川 净化水质 改 善水体生境 123 滨岸缓冲带的功能 由于滨岸缓冲带所处位置的特殊性以及该区域植被的独特结构和特点 滨岸 缓冲带有减少农业废水对流域水体的污染 改良上壤生境 植被廊道连接 保护 生物多样件等多种功能 1 减少农业废水对流域水体的污染 滨岸缓冲带中天然的或人工种植的植物 能够将农业地表径流 废水或地下 水l j 所携带的大量泥沙 氮 磷和其它化学物质截斟 吸收 去除 从而能对流 东华大学硕士学位论文 域水质的起到保护和净化作用 所以滨岸缓冲带对于确保水的清洁卫生具有重要 意义 同时 不同类型 灌丛 草坡 山毛榉林 滨岸缓冲带的滞留能力不同 主要依赖于植株密度和水位 农业废水中的多种成分在缓冲带内的沉降主要是由 于缓冲过滤带的粗糙率增加 引起水流流速降低 延长水流流动时间 增加径流 下渗量 降低水流携沙能力 从而达到净化地表径流和保护地下水资源的作用 2 改良土壤生境 土壤有机物是自然生态系统和集中管理的农业系统中的一个重要生态系统 组成部分 由于土壤有机物与土壤中起决定性作用的性质 生产率 土壤侵蚀率 土壤缓冲作用 密切相关 因此土壤有机物也被认为是一个重要的土壤性质标志 物 滨岸缓冲的植被通过植物的光合 呼吸 蒸腾作用 与土壤物质之间的交换 吸附作用 以及土壤中生物自身的代谢作用 从而影响土壤生境 对农业土壤生 态起到改善的作用 白天植物进行光合作用可以为土壤中的生物提供其生存 分解腐殖质所必需 的氧气 并且滨岸缓冲带土壤中植物根孔的形成有利于过滤作用的增强和吸附容 量的扩大 植物根系与土壤之间存在的孔隙 可作为土壤中的生物的能量传递途 径 地表径流可通过植物及其根系进入土壤 为其中各种形式的生物提供维持其 生命所需的能量物质 经过微生物降解的小分子物质还可通过植物的运输作用运 送到地面 并通过植物的呼吸作用 蒸腾作用进入空气 植物根系附着的植物分 泌物质及其他的植物残留物通过与土壤的物质交换 也可成为土壤生物生存的能 量来源 植物枝叶的遮荫作用 可以使叶冠以下空间及土壤保持一定的温度和湿 度 为各种生物提供一个良好的生存条件 3 具备植被廊道连接功能 保护水域沿岸生物多样性 由于滨岸缓冲带是狭带状植被区域 可以供野生动物使用 促进两地间生物 因素的运动 通过滨岸缓冲带 昆虫 爬行类动物以及小型哺乳动物可以在水域 和陆地之间自由自在地活动和迁徙 动物的走动又将带动植物的繁衍 起到了保 护物种多样性的作用 并且为多种野生动物提供了生活栖息地 因此滨岸缓冲带 自然河岸有廊道的连接 传输 交换 源 汇等功能 为生物迁移 物流 能流 东华大学硕士学位论文 提供通道 此外 滨岸植被缓冲带还能提供丰富的生物资源 土地资源 可以保持稳定 的陆地和水域生态系统 提供多用途的娱乐场所和舒适的生活环境 为农 林 牧 渔业的发展提供基地 滨岸缓冲带中植物的根系还能起到固土的作用 具有 强大的水土保持功能 能对流域河岸起到保护作用 并且还具有行洪 滞淤 减 灾等功能 1 3 国内外研究进展 1 3 1 滨岸缓冲带对地表径流的净化机理 农村水环境恶化主要是由于农田径流携带的大量n p 等营养元素向河流水 体转移的结果 l 因此 制定农村水环境治理的相关策略 应着眼于农业非点源污 染防治和源头污染控制两个方面 滨岸缓冲带生态治理技术 可有效的控制农村 水污染1 5 j 应根据当地的土地利用状况 气候条件 农作物品种等因素对滨岸缓 冲带进行设计和建设 以改善农村水环境污染问题 滨岸缓冲带的植物对农田地表径流 废水排放 地下径流及深层地下水流中 携带的营养物质 沉积物 有机质等污染物质具有良好的吸收 沉淀功能 可以 在其进入水体之前起到一个净化 过滤的缓冲作用 6 7 形成一个阻碍污染物质 进入水体的生物和物理障碍 从而达到改善水质的目的 是控制农业面源污染的 一个最为有效的形式 同时 将农田与水体之间的缓冲区域应用于实践中 还能 通过林荫 岩屑 植物残骸等改变水流的物理和化学环境 8 早在2 0 世纪8 0 年代 国外的生态学家便结合了实验 比较 数学模拟等方 法r 卜1 1 j 对滨岸缓冲带的构造与非点源污染物迁移之间的联系进行了研究 s t e p h a n i em r o b e r tjd a v i e s 等人的研究表明 磷衰减率的差异与滨岸缓冲带中 湿地所占的比率 滨岸植被的连续性 以及缓冲带中的缝隙频度等参数相关紧密 i l0 1 t a r ar e e d s t e p h e n r c a t p e n t e r 在对滨岸缓冲带对n p 等污染物质的吸收 沉淀作用的研究中发现 营养物质 元素 会优先经过滨岸缓冲带较窄 低于平 均滨岸缓冲带宽度 的区域或者是经过缝隙迁移 导致自然滨岸缓冲带净化效率 的降低 1 1 1 在美国农林部调查中显示 由于随农田地表径流迁移的大量土壤颗粒 物中包含了大量p 因此颗粒物被滨岸缓冲带植被滞留 沉淀的同时 也使得径 东华大学硕士学位论文 流中的含p 量大幅度减少 8 1 l o w r a n c e 等人 在滨岸缓冲带对农田径流中n p 去除作用的研究中也表明 农田地表径流在经过滨岸缓冲带之后 剩余的n p 总量仅为原始值的七分之一 引 1 3 2 滨岸缓冲带的生态功能恢复 随着人类活动范围的不断扩大 河岸带自然植被遭到破坏 生物多样性下降 加之河坝 河堤等人为因素的干扰 使得滨岸带生态环境受到了一定的影响 因 此 滨岸缓冲带生态系统的修复与重建便成为当今恢复生态学与流域生态学的主 要研究之一 1 2 1 3 1 d a v i dlc o r r e l l l e n abm v o u g h t g i l l e sp i n a y 强调 若要恢复滨岸带的生 态系统服务功能 就要消除自然的或人为的干扰压力 并且采取相应的措施加强 管理 1 3 1 4 1 q u r e s h i 等人对如何恢复昆士兰州滨岸缓冲带的生态系统服务功能进 行了分析确定 l5 1 夏继红 严忠民 蒋传丰等学者认为 河岸带生态系统综合评 价的基础 是建立合理有效的河岸带生态系统综合评价指标体系 而河岸带生态 系统综合评价应包括 结构稳定性评价 景观适宜性评价 生态健康评价 生态 安全性评价等方面f 1 6 张建春 彭补拙 颜昌宙 金相灿在文中指出 滨岸缓冲 带退化的主要原因是人为因素引起的生物群落结构的逆向演替及生态功能下降 退化滨岸缓冲带生态恢复与重建的理论基础是恢复生态学 3 1 7 邓红兵 尹发能 李贵宝等人对不同区域 不同气候条件的滨岸缓冲带中植物 群落物种进行研究 后 认为通过对退化的滨岸缓冲带进行生态恢复与重建 可以达到恢复水生植被 增加滨岸缓冲带的湿地生态系统生物多样性和稳定性 净化水质 抑制藻类生长 控制水域富营养化等目的 4 1 8 1 9 1 3 3 滨岸缓冲带的植物选型 不同的草本植物 其生长习性 状态 种植浓密程度 成长周期的不同 导 致对农田径流水中营养物质 颗粒物 农药等污染物的截留 吸收效果有较大的 差异1 2 0 1 同时农田径流水在滨岸缓冲带内的流动速率 下渗程度等动力因子 也 会对面源污染防治效果造成影响 因此 不同地域的滨岸缓冲带 要根据其自 然地理状况 景观功能 并结合当地的气候 土地利用状况 土著植物等因素 东华大学硕士学位论文 综合考虑 筛选适宜种植的植被 一些学者对滨岸缓冲带的物种组成 分布状况 多样性等特点进行了分析 并结合当地的用地状况 气候特点 滨岸缓冲带的景观功能等因素 对当地适宜 草种以及植物配型进行筛选实验 以便为滨岸缓冲带的实际应用提供依据 蔡锡 安 夏汉平 崔玉炎等 针对广州流溪河裸露河堤进行生态改造 分别选取了一 段河堤以及两块不同性质的滨岸缓冲带进行适宜草种筛选实验 2 杨海军 张化 永 赵亚楠等人 选取芦苇对受损河岸的生态系统进行修复 并指出利用芦苇 在修复河岸生态环境的同时 还有节省劳力 时间和成本等优点 2 2 1 李睿华 管 运涛等人 在山东省淄博孝妇河黄土崖段的河滩区域分别设计了香根草 沉水植 物 湿生植物 香蒲 芦苇两种混合植物带 研究其对污染河水中的污染物质降解 效果 文中指出香根草 沉水植物带对污染物的去除效果最好1 2 3 1 3 4 滨岸缓冲带的适宜宽度 滨岸缓冲带的宽度 决定其能否充分发挥生态服务功能 且宽度适宜与否将 直接影响其效能的发挥 2 4 2 6 国外学者通过对滨岸缓冲带水文特征 截污能力 土地特征 植被类型等进行了综合研究分析 从不同的角度分析了缓冲带宽度描 述的方法以及缓冲区适宜宽度的确定 为相似条件的滨岸缓冲带研究提供了借 鉴 由于不同地域滨岸缓冲带各种参数的不一致 使得到目前为止 人们还是无 法确定一个比较统一的滨岸缓冲带的有效宽度 在美国西北太平洋地区 人们普 遍使用3 0 m 的河岸植被带作为缓冲区的最小值 华盛顿州海岸线管理法案 t h e w a s h i n g t o ns t a t es h o r e l i n em a n a g e m e n ta c t 规定 位于河流6 0 m 范围内或百米 以内的河漫滩范围内 以及与河流相联系的湿地都应该受到保护 而且保护范围 越大越好t 2 4 1 p h i l i pl e e t 2 5 等人在文中建议 在河流两岸15 0 m 范围内的任何人 类活动都应该得到相关机构和公众的评价 这些大多是一种定性的范围划分 然 而由于影响滨岸缓冲带宽度的因素很多 它主要取决于河流的类型 地质 土壤 水位以及相邻土地的使用情况等 因此不同的河道其宽度是不同的 小则几米 大 到几百米 甚至几千米 所以不能用统一标准来衡量 2 4 2 6 1 东华大学硕士学位论文 1 3 5 滨岸缓冲带的模型研究 在一个典型的农田区域 滨岸缓冲带的性质及其规模随着农田径流量的不同 而在不断发生变化 因此 不少学者致力于开发相关模型 对农田径流带入受纳 水体中的营养物质总量与滨岸缓冲带的宽度 湿地所占比率 滨岸植被的连续性 径流水下渗程度等各要素之间的相关性及协同作用 相互关系进行集成化模拟 2 7 2 9 可以将所得结果作为建立滨岸缓冲带控制非点源污染的决策依据 对整个 滨岸带的相关研究起到了指导性的作用 国外对河岸生态系统模型进行了较多的研究 当前较为成熟 应用较为广泛 的当数r e m m 模型 2 7 3 0 r e m m 是一种计算机模拟模型 它可以模拟河岸带的 水文 c n p 营养物质循环 迁移及植被的生长过程 还可以模拟不同缓冲 带的长度 坡度 土壤类型 植被类型对水体质量的影响 通过这个模型 可以 研究多因素对滨岸缓冲带过滤效率的影响 选择河岸缓冲带适宜宽度 分析在增 加污染负荷的条件下 缓冲带的过滤效率 模拟分析不同植被对污染物的拦截效 果 确定营养物质在缓冲带的迁移过程及n p 饱和度 3 0 3 1 1 3 6 滨岸缓冲带的运行管理 合理管理滨岸缓冲带 对保护流域内的各种生物多样性 实现滨岸带自身的 各种功能具有十分重要的意义 3 3 川 滨岸缓冲带的管理应针对滨岸缓冲带这个特 定的生态系统进行 并且应建立在生态系统管理的基础上 以保护与滨岸缓冲带 密切相关的各种水土资源和生态系统 为附近区域的动植物提供适宜的生境条 件 同时还应兼顾土地征用相关事宜 3 5 3 6 t r n i s b e t 3 6 的研究表明 若采用建设林木来设计并建立滨岸缓冲带 由于 林木生长期长 导致获得经济回报的周期长 不能被广大农民所接受 因此建议 在滨岸缓冲带区域种植如坚果 水果 观赏性植物等能在短期内取得收益的植被 在获得收益的同时改善流域水质 且较易于被农民接受并实施 邓红兵 王青春 4 张建春 3 等人分别对滨岸缓冲带管理的目标和应遵守的原则进行了阐述 并 指出今后滨岸缓冲带的管理应朝着 强调生态功能和自然河岸带森林类型 采用 流域景观观点认识河岸带 发展恢复河岸带生态系统特征的生态监测系统 关注 社会对河岸带资源的需要等4 个发展方向 东华大学硕士学位论文 1 4 本文研究内容 本研究通过小试实验和现场试验 根据监测所得的农田径流水中总氮 总磷 悬浮颗粒物起始及沿程的浓度变化 分析并定量反映出不同条件的滨岸缓冲带对 农田径流中氮 磷的去除效果 并分析探讨不同草皮对径流污染物去除效果季节 性差异 1 4 1 植被净化实验室小试试验 在实验室内 设置相应的缓冲带实验装置 栽种上海地区常见草皮 模拟上 海地区降雨和农业面源污染特征 比较不同草皮缓冲带对面源污染物的截留效 果 1 4 2 滨岸缓冲带实验基地现场试验 通过现场扩大规模试验 进一步深入研究不同草皮滨岸缓冲带对农田径流中 氮 磷的吸收去除效果 确定不同条件下滨岸缓冲带面源污染防治的最佳宽度 东华大学硕士学位论文 1 5 研究技术路线 本次研究的技术路线如下框图所示 图1 3 技术路线图 东华大学硕士学位论文 第二章农业面源污染及农田径流特征 2 1 我国农业丽源污染的严重性 农业面源污染是指在农业生产活动中 氮素和磷素等营养物质 农药以及其 他有机或无机污染物质 通过农田的地表径流和农田渗漏 形成的水环境的污染 主要包括化肥污染 农药污染 集约化养殖场污染 它的主要特征可以概括力 发生区域的随机性 排放途径及排放污染物的不确定性及污染负荷空间分布的差 异性 农业面源是最为重要且分布最为广泛的面源污染 起因于土壤的扰动而引起 农田中的土粒 氮磷 农药及其他有机或无枕污染物质 在降雨或灌溉过程中 借助农田地表径流 农田排水和地下渗漏等途径而大量地进入水体 直接造成水 体污染 从本质上讲 农业面源污染物来自于土壤中的农业化学物质 因此 它 的产生 迁移与转化过程实质上是污染物从土壤圈向其它圈层特别是水圈扩散的 过程 农业面源污染与土地利用 化肥农药的使用密切相关 我国是农业大国 入 霸众多 农业开发活动强烈 化肥的使用量大 利用率低 流失量大 大量氮磷 污染物随地面