不同类型河岸缓冲带水质净化效果研究

被灌 草 、 草本植 物缓 冲带吸 收 ， Ｄ ｅ ｌ ｇ ａ ｄ ａ和 Ｈ ｅ ａ ｔ ｈ ｗ ａ ｉ ｔ ｅ 的研究 结果表 明草 本植 物缓 冲带对农 业 面源 污 染 治理 效果很好 。灌 草 、 竹林植被两 种类 型河 岸缓 冲带 在 广东省 中小河 流普遍存在 ， 因此 本文 以广 东省杨 溪
２ 结 果 与 分 析
经过 １周 的持 续 浇 灌 ， 取 出 ３组 类 型缓 冲带 对
应 的不 同位置 处 的水样 ， 分别 进行 检测 ， 主要 选择 总
１ ） Ｗ ｌ为 Ｔ Ｎ浓 度 ， ｍｇ ／ Ｌ； Ｗ ２为 Ｔ Ｐ浓 度 ， ｍ ｇ ／ Ｌ ； Ｗ３为 Ｃ Ｏ Ｄ浓度 ， ｍｒ ， ／
达到 ８ ７ ％和 ８ ０ ％， 比无植 被缓 冲带 去 除率分 别 高 出 ２ ３ ％和 １ ６ ％ 。无植 被缓 冲带 对 Ｔ Ｐ的 去除 率 明 显高 于Ｔ Ｎ， 可 能是 由 于 土壤 本 身 对 Ｐ有 较 好 的 吸 附 能 力¨ 。灌 草植被 缓 冲带对 Ｃ Ｏ Ｄ的 去 除率 略 高 于竹
和Ｃ Ｏ Ｄ 的 阻控 效 果 ’
被 撇 靴 灌 哗 林 口 一 一 一 署 垦 衄 虽 ） “ 川
７ ３ ％
革
１ ０
０ ． ５ １ ６ ０ ４． ５ ０． ０ ７ ４ ３． ２ ５ ５ ％
８ ７％
式中： Ｐ为 磷 的转 化 截 留率 ； Ｐ 为 输 入 浓 度 ； Ｐ 为 输 出浓度 。
２ ０ １ ７年第 ４期
水土保持应用技术
．
不 同 类 型 河 岸 缓 冲 带 水 质 净 化 效 果 研 究
秦 东旭 吴耕华 刘煜 陈鹏 李益 刘瑛
（ 湖北工业大学土木建筑 与环境学 院 ， 河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ６ ８ ）
关键词 ： 河岸缓冲带 ； 宽度 ；水 质 ； 污 染物 ； 去 除 率
河岸 缓 冲带是 一种 能与 水环境 相 互作用 又有 植
冲带对 农业污染 物的水质净化效 果 ， 以期 为广东省 河
岸带的管理和生 态修复做有益 的指导 。
被 覆盖 的陆 地 区域 。完整 的河岸 缓 冲带生 态系统 主 要 包括植 被 、 土壤 、 地 形 地 貌 以及 水 文 特 征 ， 任 何 一
目垦目目国
竹林 １ ０ ０ ． ５ １ ６ ０ ４ ． ４ ０ ． １ ０ ５ １ ． １ ７ ５ ６ ％
无植被 １ ０ ０ ． ５ １ ６ ０ ６ ． ８ ０ ． １ ８ ９ ８ ． ２ ５ ３ ２ ％
８ ０ ％ ６ ８ ％
６ ４ ％ ３ ９ ％
㈣㈣
２ ４ ％ 。灌 草和 竹林 植被 缓 冲带 对 Ｔ Ｐ的 去 除率 分 别
随着 缓 冲带 宽 度 增 大 ， 两种植被缓 冲带对 Ｔ Ｐ
的去 污能 力逐渐 增 高 ， 详见图 ３ 。在 ２ ｍ宽度时， 竹
林 植被 缓 冲 带 对 Ｔ Ｐ的 去 污 率 高 于 灌 草 植 被 缓 冲
带， 两 种缓 冲带 从 ２ Ｉ ｎ增 加到 ４ ｎ ｌ 宽度时 ， 对Ｔ Ｐ的
过 一系列 物理 、 化学 、 生 物等 方式 实现对 非 点源污 染 物氮 、 磷 的 阻碍作 用 ， 通 过 对植 物 的吸 收 ， 土 壤 吸 附 等 去除 污 染物 。大 量 实验 证 明氮 、 磷 等 可 以
沙 树密 度为 ０ ． ３彬 ｍ ， 高度为 ２ ｍ， 水 蒿 和树 草 花
道平 均坡 降 １ ０ ． ９ ％ 。试 验点 选 择 杨溪 河 上游 部 分 ， 周边 多 为人工耕 地 种 植 区域 ， 因 此不 乏 为农 业 污 水
的排 放源 ， 土壤 类 型为小 粉沙 土 ， 密度 很小 。试 验点
点源 污染 ， 点源 污染 污染 物来 源较集 中 ， 排放途 径较
基金项 目： 广东省水利科技创新项 目（ ２ ０ １ ５— ０ ５ ） ； 国家 自然科学基金项 目（ ４ １ ５ ０ １ ２ ９ ７ ） 。
２
水 土 保 持 应 用 技 术
２ ０ １ ７年 第 ４期
置深度为 ５ ０ ｃ ｍ， 以便较好收集水样 ， 装 置配置完毕后 ，
林 植被 缓 冲 带 ， 比无 植 被 缓 冲 带 去 除 率 分 别 高 出 ３ ４ ％和 ２ ９ ％ 。总体来 看 ， 两种 植 被类 型缓 冲带 对污 染物 的去 除 率 Ｔ Ｐ＞Ｃ Ｏ Ｄ＞Ｔ Ｎ。灌 草植 被 缓 冲带 对 污染物 的 去除率 略 高于竹林 植被 。
随着缓 冲带 宽 度 增 大 ， 两 种 植 被 河 岸缓 冲带 对
Ｔ Ｎ的去除率逐 渐增高 。竹 林植 被在 缓 冲带宽 度 ２ ｍ 对Ｔ Ｎ的去除率为 ２ ３ ％， 而到 ４ ｍ 时对 Ｔ Ｎ的去 除 率 达到 ５ １ ％， 可看 出 ４ ｍ 的去 除率 相 对 ２ ｎ ａ 增加 １ 倍
中图分类号 ： Ｐ ３ ３ ４ ． ９ １
文献标志码 ： Ａ
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ ３— ５ ３ ６ ６ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ４ ． ０ １
摘要 ：以广 东省杨溪河灌草、 竹林植被岸坡 两种类型 河岸带为研 究对 象， 对 河岸 带 ２ ｍ、 ４ ｍ和６ ｍ宽度情 况下的 Ｔ Ｐ、 Ｔ Ｎ和 Ｃ Ｏ Ｄ等 面源 污染物质去除效果进行研 究。研 究结果表 明， 不 同类型 河岸缓冲 带及 宽度 对污染物 的截污
１ ． ３ 计算 方 法
本 文 主要 采 用直 接 测 量法 ， 对 不 同河 岸带 缓 冲 带 整体 的截 留效果 作 出计 算 ， 直 接 测 量 法计 算 污染Biblioteka Baidu 物 的截 留效率 公式 以 Ｔ Ｐ为例 ：
Ｐ ｐ ： ×１ ０ ０％
表１ 不同植被类型缓冲带对土壤渗流中 Ｔ Ｎ 、 Ｔ Ｐ
２ ． ２ 污染 物 空间变化 特征
将配好的化肥水慢慢从 集水 沟灌人 ， 持续灌 溉 ６ ｈ ， 使
其完全 渗透 到土壤 ， 通过 地下渗流 方式流 经整个河 岸
缓冲带 ， 最后流人引水孔。如图 １ 所示 。
测量 总氮 （ Ｔ Ｎ） 、 总磷 （ Ｔ Ｐ ） 、 Ｃ Ｏ Ｄ浓度 分 别 采用 碱性 过硫 酸钾 消解 紫 外 分 光 光度 法 、 钼 酸铵 分 光 光 度法 、 快 速 消解分 光光 度法 。
能力有所不 同， 总体来看灌草缓 冲带对污染物的去除率最 高， 为５ ５ ％ ～８ ７ ％， 其 次为竹林缓 冲带为 ５ ６ ％一 ８ ０ ％ 。从
缓冲带去除 Ｔ Ｎ、 Ｔ Ｐ和 Ｃ Ｏ Ｄ的角度 出发 ， 同时考虑土地 占用问题 ， 宽度 为 ６ ｍ的两种类型缓冲带是较佳的河岸缓冲 带设置 宽度 。研究结果 可为缓冲 带的构建提供有益 的参考 。
覆 盖度 为 ９ ５ ％。
１ ． ２ 试 验 方法
在河岸 缓 冲带 上 端 人 工挖 掘 集 水 沟 ， 沟底宽 ４ ｏ
ｃ ｍ ， 面宽 ３ ０ ｃ ｍ ， 深度 ５ ０ ｃ ｍ ， 长度 ５ ｍ。采用 Ｎ ： Ｐ＝ ２ ０ ： ５ 的 比例有 机化肥 配置水 ， 模拟该 河流段农业 面源污染
ｍ； 灌 草植被 类 型 主要 为 沙 树 、 水蒿和树草花 ， 其 中
确 预 测和 检测 到 的 ， 与 环 境 条 件 和 人类 活 动 密 切 相 关， 不溶解 ， 溶 解 的污 染 物 在 降雨 的作 用 下 ， 通 过 地 表、 地下 渗流 、 农 田排 放 等 方 式将 污染 物 带 入水 体 ， 导致 水体 中氮 、 磷 的 富 集 。河 岸 缓 冲 带 可 以通
为 明确 。相对 点源 污 染 而 言 ， 面 源 污染 产 生 的 污染 源较 为分散 ， 不 固定 方 式 。通 常 指 在环 境 中无 法 准
选 择竹林 、 灌 草两种 类 型缓 冲带进行 试验 。同时 ， 选 择 无植被 缓 冲带 作 为参 考 对象 。坡 度 均 为 ２ ０ 。 ， 其 中竹林 分 布 较 密 集 ， 达到 ７ ０株／ ， 高度约为 ２ ． ２
去污 能力 提高 １ 倍 。缓 冲带 宽 度 达 到 ６ ｍ时， 缓 冲 带对 Ｔ Ｐ的去 除效 率分 别 为 ８ ０ ％和 ８ ７ ％， 可 以看 出
两种植 被类 型缓 冲 带 对 Ｔ Ｐ的去 除 已经 达 到 较 理想
的状 态 。
２ ０ １ ７年第 ４期
个 要素 发生 变化 都有 可能 导 致其 它要 素 的变 化 ， 进 而 影响 整个 河岸 生态 系统 的服 务功能 。河 岸缓 冲带 是 经过 植被 的渗 透 、 过滤 、 吸附 、 沉 淀 等 一 系列 生 理
过程 ， 进而 调节 由陆 地 生 态 系统 流 经 水 生 生 态 系统 的各种 营养 物质 的 浓 度 ， 从 而影 响 水 中各 种化 学 元 素 和 营养 物 质 的含 量 还 有 其 时 空 分 布 规 律 ¨ Ｊ 。目 前 我 国河岸 缓 冲带受 到 污染 问题 主要 为 面源 污染 和
１ 材 料 与 方 法
１ ． １ 试 验 点概 况
研 究 区位 于广 东 省乳 源 县 东部 的杨溪 河 ， 属 于
珠江 流域 北江水 系 上游武 江水 的一级 支流 。杨溪 河
总流 域 面积 为 ４ ８ ０ ． ０ ９ ｋ ｍ ， 河 流全 长 ６ ５ ． ７ ８ ｋ ｍ， 河
多， ６ ｍ宽度对 Ｔ Ｎ的去除率 为 ５ ６ ％， 相对 ４ ｍ宽度 的 去除率 只增 加 ５ ％， 说 明竹林植 被缓 冲带在 宽度 ２ — ４
ｍ对 Ｔ Ｎ的去 除效率增长最快 ， 而缓 冲带宽 度在 ４ — ６
ｍ对 Ｔ Ｎ的去除率 明显增 长慢 ， 趋 于缓 和状态 。灌 草 植被缓 冲带 在 ４ ｍ处 对 Ｔ Ｎ 的去 除率 是 ２ ｍ处的 １
河 竹林 、 灌草缓 冲带 作 为研 究 对象 ， 模 拟 不 同类 型 缓
状况 ， 集水沟下方 ２ ｍ、 ４ ｍ、 ６ ｍ 位置处 分别设 置引水 孑 Ｌ 收集水样 ， 集水 收集器 由内径 １ ０ ． １ ６ ｃ ｍ的 Ｐ Ｖ Ｃ管构 成， Ｐ Ｖ Ｃ管开 口处由尼龙纱布包裹 ， 防止沙土 陷入 。埋
Ｌ ； ｌ 、 ２、 分 别为 Ｔ Ｎ、 Ｔ Ｐ和 Ｃ Ｏ Ｄ去除效 率。
６ ０
目 雪 国 目 垦
㈣
５ ０
４ ０
磷（ Ｔ Ｐ ） 、 总氮 （ Ｔ Ｎ） 、 Ｃ Ｏ Ｄ等非 点源 污染 指标 。
２ ． １ 不 同植被 类型 缓 冲带对 土壤渗 流 中 Ｔ Ｎ、 Ｔ Ｐ和 Ｃ Ｏ Ｄ的 阻控效 果 以无 植 被 缓 冲带 作 为 参 照对 象 ， 分 别 比较 灌 草 植被 缓 冲带 和竹 林 植 被缓 冲 带 对 污 染 物 的 去 除 效 果 。不 同植 被 类 型 缓 冲 带对 土壤 渗 流 中 Ｔ Ｎ、 Ｔ Ｐ和
３ Ｏ ２ Ｏ
ｌ Ｏ ０
２ ４ ６
距 离 坡顶 距 离， ｍ
图２
不 同缓 冲 带 宽度 对 Ｔ Ｎ 的 去 除 率
Ｃ Ｏ Ｄ的阻 控效 果详 见 表 １ 。 由表 １可 看 出 ， 灌 草 植 被和竹 林植 被 对 Ｔ Ｎ的 去 除率 分 别达 到 ５ ５ ％ 和 ５ ６ ％， 比无 植 被 缓 冲 带 去 除 率 分 别 高 出 ２ ３ ％ 和
倍， 而６ ｍ处相对 ４ ｒ ｌ处 去 除 率 变 化 幅 度 不 大 （ ｆ 图
２ ） 。 由此得知 ４ ｍ 的缓 冲带 对污 染物 的去 除效 果 发
图 １ 实验 设 置 方 案
挥着主要作用 ， 在整个河岸缓 冲带去 污效率 占比例 最 高， 进一步增加 宽度对去污效 果不 明显 。