緩沖帶在農業面源污染防治上的應用

楊 帆，劉贏男，焉志遠，黎叩晨，倪紅偉

緩沖帶在農業面源污染防治上的應用

楊 帆，劉贏男，焉志遠，黎叩晨，倪紅偉

（黑龍江省科學院自然與生態研究所，濕地與生態保育國家地方聯合工程實驗室，哈爾濱 150040）

農業面源污染已經成為威脅水環境安全的一個重要因素，為了保證水質安全，對進入水體的農業面源污染進行防治是十分必要的。緩沖帶在防治農業面源污染上的功效已經得到了廣泛的認可，并在水污染治理上有一定的應用前景。通過對緩沖帶的定義、宏觀和微觀結構、氮磷元素流失機理以及不同國家和地區應用緩沖帶去除農業面源污染方面的研究，提出了我國緩沖帶在水環境保護中的應用前景。

緩沖帶；農業面源污染；防治

我國是一個農業大國，農藥、化肥的濫用問題比較突出，由此帶來的農業面源污染問題也在進一步加劇。緩沖帶是陸地生態系統和水生生態系統間的過渡地帶，能有效防治由地表、地下徑流以及污水排放帶來的沉積物、懸浮固體、氮磷營養物質及其他污染物進入水體而引起的污染。

1　緩沖帶的定義

緩沖帶，全稱保護緩沖帶，是利用永久性植被帶阻斷污染物或有害物質的受保護的土地［1］，緩沖帶是陸地和水生生態系統的交錯地帶，直接影響著河流的小氣候，保護河流的水質［2］。濱岸緩沖帶處在水生環境和陸生環境的交錯地點，既受水體環境的影響，又受陸生環境的影響，具有明顯的邊緣效應［3］。也有學者認為，植被緩沖帶是指水體邊緣向岸坡爬升的植被帶。在20世紀70年代末，學術界首次出現了對河岸帶的定義。

2　緩沖帶的結構

2.1緩沖帶植物分布

圖1　緩沖帶垂直結構圖Fig.1 Vertical structure of riparian buffer strip system

濱岸緩沖帶從河岸到農田生態系統的空間結構如圖1［4］所示，可以分為A區、B區和C區三個區域：A區緊鄰河流的堤岸，該區植物的主要種類以根系發達的喬、灌木速生樹種為主，對堤岸有較強的保護作用，起到了保土護坡的作用。B區是由高大落葉喬木、常綠喬木和小灌木組成，它們為一些動物的棲息地，滿足水生食物鏈中重要的昆蟲類生物的生境需求。C區與農田臨近，主要生長著小灌木和草本，該區域通過小灌木和草本的過濾、吸收作用來去除和截留徑流中的營養物質以及農藥、殺蟲劑等有害物質，可適時適量收割，可有效移除徑流水中的污染物質。

2.2緩沖帶植物組成

緩沖帶由不同生活型的植物組成如圖2［5］所示，它們是陸生植物、濕生植物和水生植物，是緩沖帶的重要組成部分，發揮著不同的作用。

圖2　緩沖帶全系列植被構成圖Fig.2 Vegetation composition of riparian buffer strip system

緩沖帶的植物由本土的水生植物、濕生植物和陸生植物組成，水生植物又可分為挺水植物、浮游植物和沉水植物，它們起到過濾、截留和吸附作用，是污染物進入水體的最后屏障。濕生植物是水生植物和陸生植物的過渡區域，大多分布于河流的堤岸邊。陸生植物中的喬木、灌木具有發達的根系，起到保護堤岸和防治水土流失的作用，草本植物通過對地表徑流的截留過濾，來降低污染物的含量。

3　緩沖帶防治農業面源污染的機理

緩沖帶防治農業面源污染的關鍵是通過減緩徑流的作用，沉降泥沙，增強過濾和吸附等功能，明顯降低氮、磷、病原體、懸浮物、有機質和稀有金屬的濃度，在污染源和水體之間起到有效的屏障作用，防止污染物進入水體。在這一過程中，包含了沉積、過濾、化學、吸附和微生物的相互作用等。

緩沖帶防治農業面源污染主要機理有3個方面：第一，通過植物作用降低地表徑流流速，過濾和吸附顆粒態污染物。第二，植物吸收、土壤吸附溶解態污染物。第三，促進氮的反硝化作用［6］。

農業面源污染中的氮是通過物理、化學、生物化學過程對地表徑流、壤中流和地下徑流進行轉移和凈化。許多學者研究顯示，植物的吸收和反硝化作用在緩沖帶去除氮的過程中是最主要的因素。土壤磷元素的流失主要是溶解態磷和固態磷，溶解性磷的流失主要通過地表徑流的溶解和解吸作用完成。

4　緩沖帶防治農業面源污染的應用

流經緩沖帶的地表徑流流速降低，從而達到泥沙沉降、過濾、吸收和吸附污染物的作用。污染物的減少主要是通過沉積、過濾、吸附、微生物作用等過程來完成的。這樣能有效減少進入河流、湖泊、水庫的氮磷營養元素、農藥化肥、除草劑等化學物質。

挪威、瑞典和德國關于緩沖帶的相似研究發現：10m寬的緩沖帶可以去除75%的氮，但緩沖帶對磷的去除效率更高，一般情況下，緩沖帶可以截留3%～50%的氮，卻可截留65%～95%的磷［7，8］。Hawes和Smith的研究表明，寬度在4.8～49.2m的緩沖帶能夠去除來自農業的面源污染，更寬的緩沖帶只能夠提供營養元素的儲存空間，并不能提高緩沖帶吸收轉化營養元素的效率［9］。Smith在新西蘭進行的緩沖帶相關研究表明，10～13m寬的河邊牧場能截留地表徑流中的懸浮沉淀物和顆粒狀養分達80%以上，同時對溶解態N的去除率也達到了67%［10］。Delgado［11］和Heathwaite［12］的研究表明，草地河岸緩沖帶對農業非點源污染治理具有很好的效果，對TN和TP的平均去除率分別為70%～95%和70%～98%。何聰等通過不同結構形式混播草本緩沖帶，含有生態草溝的混播草皮緩沖帶對TN、TP的去除能力最強，對徑流水TN和滲流水TN的質量濃度消減達51.08%和58.75%，對徑流水TP和滲流水TP的質量濃度削減率分別為51.31%和65.29%［13］。葉志敏、尹璇對深圳市水源地西麗水庫濱岸緩沖帶的研究發現，各種植物的種植方案對污染物（TP、TN、COD、SS）均有一定去除效果［14］。苗青等對百慕大、三葉草和高羊茅構建的湖泊緩沖帶對污染物的凈化效果，百慕大對SS的去除率最大，3種草皮緩沖帶在試驗槽前0.9m處的污染物去除效果最為明顯［15］。羅揚、趙杭美等在蘇州河東風港選取高羊茅、百花三葉草和百慕大三種常見草種為研究對象，結果顯示，其中高羊茅固土能力突出，白花三葉草在土壤動物多樣性維持上具有優勢，而百慕大在土壤理化性質調節方面具有顯著作用［16］。劉燕等利用白花三葉草、高羊茅、金葉女貞結合不同的配置模式研究，得出混合草本（高羊茅+白花三葉草）對TN、TP的去除效率分別為39.35%和50.89%，灌木+混合草本（白花三葉草+高羊茅+金葉女貞）對SS的截留效果最為明顯，去除率為86.71%［17］。

5　展望

農業面源污染是水環境安全的重要威脅，緩沖帶

是由植物——水體——土壤構成的生態系統，通過植物、土壤和微生物的截留、吸收和吸附作用來降低污染，防止農業面源污染進入水體。緩沖帶用來防治農業面源污染具有自身的優勢：第一，緩沖帶利用植物來降低地表徑流流速，從而使污染物得到凈化，同時植物的根系對堤岸也起到了保護作用，防止水土流失。緩沖帶能夠保護生物的多樣性，同時也為生物提供了棲息地，使周圍景觀得到了美化。第二，緩沖帶較工程水污染凈化設施方法簡單，應用成本低廉，節省大量的人力、物力和財力。因此，筆者建議，將緩沖帶工程廣泛地應用到面源污染的防治上。緩沖帶的應用具有以下前景：首先，農業面源污染的防治需要多種措施共同完成，與其他水土保持措施結合來減少徑流和沉積物的危害，防止水土流失。其次，應用緩沖帶來防治農業面源污染中的氮磷營養元素、農藥和殺蟲劑等危害時，可以結合一些物理、化學和生物手段，使緩沖帶的效果更顯著。緩沖帶的研究在我國逐漸得到重視，我們應加大緩沖帶的應用研究，使緩沖帶的優勢能得到更好的發揮。

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Study on pollution control of agricultural nonpoint source by means of buffer strips

YANGFan，LIUYing-nan，YANZhi-yuan，LI Kou-chen，NI Hong-wei
（National and Provincial Joint EngineeringLaboratoryofWetlands and Ecological Conservation，Institute ofNatural Resources and Ecology，HeilongjiangAcademyofSciences，Harbin 150040，China）

Agricultural nonpoint source pollution has become one of the m ost important threats to water environment safety.To ensure security of water environment，it is necessary to prevent and control agricultural non-point source pollution.Riparian buffer zone，which could effectively prevent and control agricultural non-point source pollution，has been widelyrecognized，and it alsohas a certain application on the source ofwater prevention. Based on the introduction of definition of buffer zone，structure of macro and microscopic，mechanism of nitrogen and phosphorus losing and research of different countries and regions of agricultural non-point pollution，the protection ofriparian buffer strips in the water environment was proposed.

Buffer strips；Agricultural nonpoint source pollution；Prevention and cure

X522

A

1674-8646（2015）04-0024-03

2015-01-13

黑龍江省院所基本應用技術研究專項：松花江河岸濕地水質凈化功能性植物篩選技術研究

黑龍江省科學院青年創新基金項目：阿什河流域緩沖帶植物篩選及污染物去除效果研究

楊帆（1984-），女，黑龍江克山人，助理研究員，博士研究生，主要從事環境生態學研究。

倪紅偉（1964-），男，黑龍江雙城人，研究員，博士，主要從事濕地生態學、生物多樣性科學、恢復生態學等研究。