冀北山地河岸缓冲带净水效果研究

田素平，张宽义，王雄宾

(1.河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050011；2.河北省水利水电勘测设计研究院，河北石家庄 050081；3.河北省水利科学研究院河北省农业节水工程技术研究中心，河北石家庄 050051)



冀北山地河岸缓冲带净水效果研究

田素平1，张宽义2，王雄宾3*

(1.河北省水土保持工作总站，河北石家庄 050011；2.河北省水利水电勘测设计研究院，河北石家庄 050081；3.河北省水利科学研究院河北省农业节水工程技术研究中心，河北石家庄 050051)

[目的]充分了解不同河岸植被缓冲带对地表径流污染物的去除效果。[方法]采用人工模拟地表径流的方法，选取冀北山地5种不同植被类型河岸植被缓冲带为研究对象，分析了其对地表径流中化学需氧量(COD)、总氮(TN)、总磷(TP)的去除效果。[结果]在5种不同植被类型河岸植被带中，随着河岸缓冲带宽度的增加，各缓冲带对地表径流中COD、TN、TP的去除率基本呈增加趋势，但对各污染物的去除规律各异，华北落叶松林能在较窄的距离内较迅速去除径流中COD、TN、TP。[结论]各标准地对地表径流中不同污染物的削减各有优点，在对受污染的河流进行生态植被修复时，应当充分考虑当地河流水质污染特点选择植被类型。冀北山地在建设较窄河岸缓冲带时，可以优先考虑采用华北落叶松林。

河岸缓冲带；植被类型；削减效果；径流污染物；冀北山地

农业面源污染是河流、湖泊、水库等水体水质恶化、富营养化的重要原因之一[1]，这些污染物主要来源于农药、化肥、畜禽等，如何治理农业面源污染已成为目前国内外生态环境治理研究的重点问题之一[2]。河岸缓冲带作为一种水土保持和控制面源污染的生物治理措施，不仅能对污染物起到截留作用，而且对河岸稳定、生物多样性保持均有着十分积极的意义[3]。现有的污染物研究多集中于氮元素和磷元素[2,4]，且植被类型对净污效果有一定的影响[5-6]。目前，华北地区很多河岸的植被遭到破坏，这在一定程度上造成河流水质下降、河岸带生境恶化等问题，如何对遭到严重破坏的河岸带进行植被生态恢复和重建，并充分发挥河岸带的各种生态功能，已经成为一个重要研究课题[3]。笔者以冀北山地滦河上游河岸植被带为研究对象，通过人工模拟径流试验，研究不同植被缓冲带对水体有机物、氮、磷等污染物的阻滞效果，以期为该区域河流生态修复理论和技术提供一定理论指导。1 材料与方法

1.1 研究区概况 研究区位于河北省北部的围场县，该区域为温带半湿润和半干旱区过渡带，春季干燥多风，夏季炎热多雨，冬季寒冷干燥，年降水量为350～500 mm，多集中在6～8月。该区域的地带性土壤为褐土，并有棕壤、山地草甸土及浅色草甸土等分布，由花岗岩、片麻岩、砂页岩等基岩发育而成。阳坡和山前地带的粗骨性褐土造林难度很大，侵蚀严重，立地条件较差。围场县境内有小滦河、蚁蚂吐河和伊逊河3条主要河流经过，均为海河水系滦河的主要支流。围场县典型植被群落有针叶林(主要为华北落叶松林和油松林)、落叶阔叶林(主要有白桦林、山杨林等)、针阔混交林和草甸草原等。据统计，有野生种子植物90科、371属、793种。

1.2 标准地选择 根据冀北山地植被的代表性，选取了5块标准地进行研究，标准地大小均为2 m×10 m。典型植被样地分别为阔叶纯林、针阔混交林、针叶纯林、灌木林、天然草地，各标准地坡度为4～6°，质地壤土，乔木林平均密度1 000～1 500株/hm2，平均胸径10～15 cm(表1)。

1.3 试验方法

1.3.1 乔木调查。对标准地内的乔木进行每木检尺，调查灌木、草本物种的物种名称、平均盖度、枯落物厚度等。

1.3.2 缓冲带坡面试验设计。将5块标准地的四周挖开，使其与周围环境相互独立；用水泵从河中抽水，将样地润湿、灌水至产流。产流后，从坡上至坡下0、2、4、7、10 m处取样，各点取水样3次，每次取水样200 ml。

1.3.3 测定指标及方法。测定指标分别为COD、TP、TN，水质测定均参照国家标准进行。COD采用快速消解分光光度法测定，TN采用碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定，TP采用钼酸铵分光光度法测定[7]。

2 结果与分析

2.1 不同植被类型缓冲带对COD的去除效果 由图1可知，各标准地河岸缓冲带对地表径流中污染物COD具有较强的去除效果。随缓冲带宽度增加，各标准地削减效果变化各异。在2 m处华北落叶松林和灌木林标准地COD去除率较高，宽度超过2 m后其增幅较小。华北落叶松林在2、4、7、10 m处COD去除率依次为66.64%、67.14%、76.96%和75.75%；白桦林、白桦-油松混交林和天然草地COD去除率在2 m处相对较低，但随缓冲带变宽，其去除率增幅较大。在2 m处，华北落叶松林标准地对水体COD的去除率最高为66.61%。在10 m处，各标准地对径流COD去除率均在65%以上，其中白桦林标准地去除率最高(83.12%)，草本标准地去除率最低(65.68%)。

2.2 不同植被类型缓冲带对TN的去除效果 由图2可知，各标准地对TN的去除率随缓冲带增宽基本表现为增加趋势。随缓冲带宽度增加(2～7 m)，华北落叶松林标准地TN去除率表现为逐渐增加趋势，10 m处略有降低；其他标准地TN去除率在2～10 m处增加趋势明显。在10 m处，各标准地对径流中TN的去除率均在50%以上，华北落叶松林、白桦-油松混交林、白桦林、灌木林、草本标准地TN去除率分别为70.58%、59.75%、62.65%、54.74%和58.91%。华北落叶松标准地在各测点的TN去除率均最高，在2、4、7、10 m处去除率依次为43.24%、57.99%、70.66%和70.58%，灌木林和天然草地TN去除率相对较低。

2.3 不同植被类型缓冲带对TP的去除效果 由图3可知，植被缓冲带对径流中污染物TP的去除效果较为明显。随缓冲带宽度增加，华北落叶松林标准地TP去除率逐渐增高，在2、4、7、10 m处去除率依次为53.28%、76.52%、79.68%和87.58%，去除率在4 m后增幅较小。白桦-油松混交林、白桦林、灌木林、草本标准地TP去除率在2～10 m处表现为近似线性的增加趋势。华北落叶松标准地在各测点的TP去除率均最高。在10 m处，各标准地对径流中TN的去除率均在45%以上，各标准地间差异较大，华北落叶松林(87.58%)是草地(48.48%)TP去除率的1.81倍。

3 结论与讨论

(1)相关研究表明，植被缓冲带须达到一定宽度才会起到较好效果[11]。受试验条件所限，该研究标准地宽度设定为10 m，各植被缓冲带对污染物COD、TN、TP都有较好的去除效果。各植被类型缓冲带在10 m处对COD的去除率表现为：白桦林>华北落叶松林>灌木林>白桦-油松混交林>天然草地；对TN的去除效果表现为：华北落叶松林>白桦林>白桦-油松混交林>天然草地>灌木林；对TP的去除效果表现为：华北落叶松林>灌木林>白桦-油松混交林>白桦林>天然草地。华北落叶松林和白桦林植被缓冲带对地表径流中不同污染物的削减各有优点。在对受污染的河流进行生态植被修复时，应当充分考虑当地河流水质污染特点，以充分发挥河岸植被缓冲带对不同污染物的去除优势。

(2)随着河岸植被缓冲带宽度的增加，其对地表径流中COD、TN、TP的去除率基本呈增加趋势，但各类型植被缓冲带对不同污染物的削减规律有一定差异。华北落叶松林和灌木林标准地COD去除率在2 m处较高，宽度超过2 m后其增幅较小。华北落叶松林TN去除率7 m后略有降低，TP去除率在4 m后增幅较小。随着缓冲带变宽，其余标准地COD、TN及TP去除率逐渐增加。研究表明，土壤类型[8]、坡度[9]、缓冲带宽度[10]等对污染物吸收有一定影响。该研究中各标准地土壤类型、缓冲带宽度一致，坡度、污染物浓度相差不大，但各植被类型缓冲带的林下植被结构、枯落物组成及厚度差异较大，尤其是华北落叶松林林下枯落物较厚，其对水流中颗粒的吸收、水流的阻滞效果差异明显，可能是影响净化效果的重要原因。在冀北山地植被缓冲带建设中，受各方面限制，部分地段缓冲带可能较窄，可以优先考虑采用华北落叶松纯林。

[1] 汤家喜．河岸缓冲带对农业非点源污染的阻控作用研究[D]．沈阳：沈阳农业大学，2014．

[2] 周思思，王冬梅．河岸缓冲带净污机制及其效果影响因子研究进展[J]．中国水土保持科学，2014,15(5):114-120.

[3] 张广分．潮白河上游河岸植被缓冲带对氮、磷去除效果研究[J]．中国农学通报，2013,29(8):189-194.

[4] 阎丽凤，石险峰，于立忠，等．沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究[J]．中国生态农业学报，2011(2)：403-408.

[5] DUCHEMIN M，HOGUE R. Reduction in agricultural non-point source pollution in the first year following estahlishment of an integrated grass/tree filter strip in southern Quebec (Canada)[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment，2009，131(1/2)：85-97.

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[7] 宋思铭．河岸缓冲带净水效果及优化配置技术研究[D]．北京：北京林业大学，2012．

[8] 李萍萍，崔波，付为国，等．河岸带不同植被类型及宽度对污染物去除效果的影响[J]．南京林业大学学报，2013,37(6):47-52.

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[10] 吴建强.不同坡度缓冲带滞缓径流及污染物去除定量化[J].水科学进展，2011,22(1)：112-117.

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

河北省水利厅项目(2014-25)。

田素平(1970-)，女，河北藁城人，高级工程师，博士，从事水土保持综合治理研究。*通讯作者，工程师，博士，从事水土保持、生态系统健康研究。

2015-04-23

S 181.3

A

0517-6611(2015)17-263-02