田素平，張寬義，王雄賓

(1.河北省水土保持工作總站，河北石家莊 050011；2.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，河北石家莊 050081；3.河北省水利科學(xué)研究院河北省農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050051)

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冀北山地河岸緩沖帶凈水效果研究

田素平1，張寬義2，王雄賓3*

(1.河北省水土保持工作總站，河北石家莊 050011；2.河北省水利水電勘測設(shè)計研究院，河北石家莊 050081；3.河北省水利科學(xué)研究院河北省農(nóng)業(yè)節(jié)水工程技術(shù)研究中心，河北石家莊 050051)

[目的]充分了解不同河岸植被緩沖帶對地表徑流污染物的去除效果。[方法]采用人工模擬地表徑流的方法，選取冀北山地5種不同植被類型河岸植被緩沖帶為研究對象，分析了其對地表徑流中化學(xué)需氧量(COD)、總氮(TN)、總磷(TP)的去除效果。[結(jié)果]在5種不同植被類型河岸植被帶中，隨著河岸緩沖帶寬度的增加，各緩沖帶對地表徑流中COD、TN、TP的去除率基本呈增加趨勢，但對各污染物的去除規(guī)律各異，華北落葉松林能在較窄的距離內(nèi)較迅速去除徑流中COD、TN、TP。[結(jié)論]各標(biāo)準(zhǔn)地對地表徑流中不同污染物的削減各有優(yōu)點，在對受污染的河流進(jìn)行生態(tài)植被修復(fù)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)睾恿魉|(zhì)污染特點選擇植被類型。冀北山地在建設(shè)較窄河岸緩沖帶時，可以優(yōu)先考慮采用華北落葉松林。

河岸緩沖帶；植被類型；削減效果；徑流污染物；冀北山地

農(nóng)業(yè)面源污染是河流、湖泊、水庫等水體水質(zhì)惡化、富營養(yǎng)化的重要原因之一[1]，這些污染物主要來源于農(nóng)藥、化肥、畜禽等，如何治理農(nóng)業(yè)面源污染已成為目前國內(nèi)外生態(tài)環(huán)境治理研究的重點問題之一[2]。河岸緩沖帶作為一種水土保持和控制面源污染的生物治理措施，不僅能對污染物起到截留作用，而且對河岸穩(wěn)定、生物多樣性保持均有著十分積極的意義[3]?，F(xiàn)有的污染物研究多集中于氮元素和磷元素[2,4]，且植被類型對凈污效果有一定的影響[5-6]。目前，華北地區(qū)很多河岸的植被遭到破壞，這在一定程度上造成河流水質(zhì)下降、河岸帶生境惡化等問題，如何對遭到嚴(yán)重破壞的河岸帶進(jìn)行植被生態(tài)恢復(fù)和重建，并充分發(fā)揮河岸帶的各種生態(tài)功能，已經(jīng)成為一個重要研究課題[3]。筆者以冀北山地灤河上游河岸植被帶為研究對象，通過人工模擬徑流試驗，研究不同植被緩沖帶對水體有機(jī)物、氮、磷等污染物的阻滯效果，以期為該區(qū)域河流生態(tài)修復(fù)理論和技術(shù)提供一定理論指導(dǎo)。1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況 研究區(qū)位于河北省北部的圍場縣，該區(qū)域為溫帶半濕潤和半干旱區(qū)過渡帶，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，冬季寒冷干燥，年降水量為350～500 mm，多集中在6～8月。該區(qū)域的地帶性土壤為褐土，并有棕壤、山地草甸土及淺色草甸土等分布，由花崗巖、片麻巖、砂頁巖等基巖發(fā)育而成。陽坡和山前地帶的粗骨性褐土造林難度很大，侵蝕嚴(yán)重，立地條件較差。圍場縣境內(nèi)有小灤河、蟻螞吐河和伊遜河3條主要河流經(jīng)過，均為海河水系灤河的主要支流。圍場縣典型植被群落有針葉林(主要為華北落葉松林和油松林)、落葉闊葉林(主要有白樺林、山楊林等)、針闊混交林和草甸草原等。據(jù)統(tǒng)計，有野生種子植物90科、371屬、793種。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)地選擇 根據(jù)冀北山地植被的代表性，選取了5塊標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行研究，標(biāo)準(zhǔn)地大小均為2 m×10 m。典型植被樣地分別為闊葉純林、針闊混交林、針葉純林、灌木林、天然草地，各標(biāo)準(zhǔn)地坡度為4～6°，質(zhì)地壤土，喬木林平均密度1 000～1 500株/hm2，平均胸徑10～15 cm(表1)。

1.3 試驗方法

1.3.1 喬木調(diào)查。對標(biāo)準(zhǔn)地內(nèi)的喬木進(jìn)行每木檢尺，調(diào)查灌木、草本物種的物種名稱、平均蓋度、枯落物厚度等。

1.3.2 緩沖帶坡面試驗設(shè)計。將5塊標(biāo)準(zhǔn)地的四周挖開，使其與周圍環(huán)境相互獨立；用水泵從河中抽水，將樣地潤濕、灌水至產(chǎn)流。產(chǎn)流后，從坡上至坡下0、2、4、7、10 m處取樣，各點取水樣3次，每次取水樣200 ml。

1.3.3 測定指標(biāo)及方法。測定指標(biāo)分別為COD、TP、TN，水質(zhì)測定均參照國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。COD采用快速消解分光光度法測定，TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定，TP采用鉬酸銨分光光度法測定[7]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被類型緩沖帶對COD的去除效果 由圖1可知，各標(biāo)準(zhǔn)地河岸緩沖帶對地表徑流中污染物COD具有較強(qiáng)的去除效果。隨緩沖帶寬度增加，各標(biāo)準(zhǔn)地削減效果變化各異。在2 m處華北落葉松林和灌木林標(biāo)準(zhǔn)地COD去除率較高，寬度超過2 m后其增幅較小。華北落葉松林在2、4、7、10 m處COD去除率依次為66.64%、67.14%、76.96%和75.75%；白樺林、白樺-油松混交林和天然草地COD去除率在2 m處相對較低，但隨緩沖帶變寬，其去除率增幅較大。在2 m處，華北落葉松林標(biāo)準(zhǔn)地對水體COD的去除率最高為66.61%。在10 m處，各標(biāo)準(zhǔn)地對徑流COD去除率均在65%以上，其中白樺林標(biāo)準(zhǔn)地去除率最高(83.12%)，草本標(biāo)準(zhǔn)地去除率最低(65.68%)。

2.2 不同植被類型緩沖帶對TN的去除效果 由圖2可知，各標(biāo)準(zhǔn)地對TN的去除率隨緩沖帶增寬基本表現(xiàn)為增加趨勢。隨緩沖帶寬度增加(2～7 m)，華北落葉松林標(biāo)準(zhǔn)地TN去除率表現(xiàn)為逐漸增加趨勢，10 m處略有降低；其他標(biāo)準(zhǔn)地TN去除率在2～10 m處增加趨勢明顯。在10 m處，各標(biāo)準(zhǔn)地對徑流中TN的去除率均在50%以上，華北落葉松林、白樺-油松混交林、白樺林、灌木林、草本標(biāo)準(zhǔn)地TN去除率分別為70.58%、59.75%、62.65%、54.74%和58.91%。華北落葉松標(biāo)準(zhǔn)地在各測點的TN去除率均最高，在2、4、7、10 m處去除率依次為43.24%、57.99%、70.66%和70.58%，灌木林和天然草地TN去除率相對較低。

2.3 不同植被類型緩沖帶對TP的去除效果 由圖3可知，植被緩沖帶對徑流中污染物TP的去除效果較為明顯。隨緩沖帶寬度增加，華北落葉松林標(biāo)準(zhǔn)地TP去除率逐漸增高，在2、4、7、10 m處去除率依次為53.28%、76.52%、79.68%和87.58%，去除率在4 m后增幅較小。白樺-油松混交林、白樺林、灌木林、草本標(biāo)準(zhǔn)地TP去除率在2～10 m處表現(xiàn)為近似線性的增加趨勢。華北落葉松標(biāo)準(zhǔn)地在各測點的TP去除率均最高。在10 m處，各標(biāo)準(zhǔn)地對徑流中TN的去除率均在45%以上，各標(biāo)準(zhǔn)地間差異較大，華北落葉松林(87.58%)是草地(48.48%)TP去除率的1.81倍。

3 結(jié)論與討論

(1)相關(guān)研究表明，植被緩沖帶須達(dá)到一定寬度才會起到較好效果[11]。受試驗條件所限，該研究標(biāo)準(zhǔn)地寬度設(shè)定為10 m，各植被緩沖帶對污染物COD、TN、TP都有較好的去除效果。各植被類型緩沖帶在10 m處對COD的去除率表現(xiàn)為：白樺林>華北落葉松林>灌木林>白樺-油松混交林>天然草地；對TN的去除效果表現(xiàn)為：華北落葉松林>白樺林>白樺-油松混交林>天然草地>灌木林；對TP的去除效果表現(xiàn)為：華北落葉松林>灌木林>白樺-油松混交林>白樺林>天然草地。華北落葉松林和白樺林植被緩沖帶對地表徑流中不同污染物的削減各有優(yōu)點。在對受污染的河流進(jìn)行生態(tài)植被修復(fù)時，應(yīng)當(dāng)充分考慮當(dāng)?shù)睾恿魉|(zhì)污染特點，以充分發(fā)揮河岸植被緩沖帶對不同污染物的去除優(yōu)勢。

(2)隨著河岸植被緩沖帶寬度的增加，其對地表徑流中COD、TN、TP的去除率基本呈增加趨勢，但各類型植被緩沖帶對不同污染物的削減規(guī)律有一定差異。華北落葉松林和灌木林標(biāo)準(zhǔn)地COD去除率在2 m處較高，寬度超過2 m后其增幅較小。華北落葉松林TN去除率7 m后略有降低，TP去除率在4 m后增幅較小。隨著緩沖帶變寬，其余標(biāo)準(zhǔn)地COD、TN及TP去除率逐漸增加。研究表明，土壤類型[8]、坡度[9]、緩沖帶寬度[10]等對污染物吸收有一定影響。該研究中各標(biāo)準(zhǔn)地土壤類型、緩沖帶寬度一致，坡度、污染物濃度相差不大，但各植被類型緩沖帶的林下植被結(jié)構(gòu)、枯落物組成及厚度差異較大，尤其是華北落葉松林林下枯落物較厚，其對水流中顆粒的吸收、水流的阻滯效果差異明顯，可能是影響凈化效果的重要原因。在冀北山地植被緩沖帶建設(shè)中，受各方面限制，部分地段緩沖帶可能較窄，可以優(yōu)先考慮采用華北落葉松純林。

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The Water Purification Effect of Riparian Buffer Zone in Mountainous Area of North Hebei

TIAN Su-ping1, ZHANG Kuan-yi2, WANG Xiong-bin3*

(1. General Station of Soil and Water Conservation of Hebei Province, Shijiazhuang, Hebei 050011; 2. Hebei Research Institute of Investigation & Design of Water Conservancy & Hydropower, Shijiazhuang, Hebei 050081; 3. Hebei Agricultural Water-Saving Engineering Technology Research Center,Water Resources Institute of Hebei, Shijiazhuang, Hebei 050051)

[Objective] To fully understand the elimination effects of riparian vegetation buffer zones on surface runoff pollutants.[Method]The removal effects of different riparian vegetation buffer zones on chemical oxygen demand(COD), total nitrogen(TN) and total phosphorus(TP) in simulated polluted-surface runoff were investigated in mountainous area of north Hebei. [Result]The surface runoff pollutant removal rates were increasing gradually with the vegetation belt width increases in the 5 kinds of vegetation riparian buffer zone, but the change laws of removal rate with the belt width increases were different in the different vegetation riparian buffer zones. Different riparian vegetation buffer zones have different elimination effects on different pollutants in surface runoff. Larch forest can remove the COD, TN and TP quickly in a narrow range. [Conclusion] It is important to take the environment pollution characteristics into consideration in ecological recovery and reconstruction of riparian vegetation buffer zones, and it should be applied in the narrower riparian buffer zone construction inmountainous area of north Hebei.

Riparian buffer zones; Vegetation type; Removal effect; Surface runoff pollutants; Mountainous area of north Hebei

河北省水利廳項目(2014-25)。

田素平(1970-)，女，河北藁城人，高級工程師，博士，從事水土保持綜合治理研究。*通訊作者，工程師，博士，從事水土保持、生態(tài)系統(tǒng)健康研究。

2015-04-23

S 181.3

A

0517-6611(2015)17-263-02