缓冲带在农业面源污染防治上的应用

杨 帆，刘赢男，焉志远，黎叩晨，倪红伟

缓冲带在农业面源污染防治上的应用

杨 帆，刘赢男，焉志远，黎叩晨，倪红伟

（黑龙江省科学院自然与生态研究所，湿地与生态保育国家地方联合工程实验室，哈尔滨 150040）

农业面源污染已经成为威胁水环境安全的一个重要因素，为了保证水质安全，对进入水体的农业面源污染进行防治是十分必要的。缓冲带在防治农业面源污染上的功效已经得到了广泛的认可，并在水污染治理上有一定的应用前景。通过对缓冲带的定义、宏观和微观结构、氮磷元素流失机理以及不同国家和地区应用缓冲带去除农业面源污染方面的研究，提出了我国缓冲带在水环境保护中的应用前景。

缓冲带；农业面源污染；防治

我国是一个农业大国，农药、化肥的滥用问题比较突出，由此带来的农业面源污染问题也在进一步加剧。缓冲带是陆地生态系统和水生生态系统间的过渡地带，能有效防治由地表、地下径流以及污水排放带来的沉积物、悬浮固体、氮磷营养物质及其他污染物进入水体而引起的污染。

1　缓冲带的定义

缓冲带，全称保护缓冲带，是利用永久性植被带阻断污染物或有害物质的受保护的土地［1］，缓冲带是陆地和水生生态系统的交错地带，直接影响着河流的小气候，保护河流的水质［2］。滨岸缓冲带处在水生环境和陆生环境的交错地点，既受水体环境的影响，又受陆生环境的影响，具有明显的边缘效应［3］。也有学者认为，植被缓冲带是指水体边缘向岸坡爬升的植被带。在20世纪70年代末，学术界首次出现了对河岸带的定义。

2　缓冲带的结构

2.1缓冲带植物分布

图1　缓冲带垂直结构图Fig.1 Vertical structure of riparian buffer strip system

滨岸缓冲带从河岸到农田生态系统的空间结构如图1［4］所示，可以分为A区、B区和C区三个区域：A区紧邻河流的堤岸，该区植物的主要种类以根系发达的乔、灌木速生树种为主，对堤岸有较强的保护作用，起到了保土护坡的作用。B区是由高大落叶乔木、常绿乔木和小灌木组成，它们为一些动物的栖息地，满足水生食物链中重要的昆虫类生物的生境需求。C区与农田临近，主要生长着小灌木和草本，该区域通过小灌木和草本的过滤、吸收作用来去除和截留径流中的营养物质以及农药、杀虫剂等有害物质，可适时适量收割，可有效移除径流水中的污染物质。

2.2缓冲带植物组成

缓冲带由不同生活型的植物组成如图2［5］所示，它们是陆生植物、湿生植物和水生植物，是缓冲带的重要组成部分，发挥着不同的作用。

图2　缓冲带全系列植被构成图Fig.2 Vegetation composition of riparian buffer strip system

缓冲带的植物由本土的水生植物、湿生植物和陆生植物组成，水生植物又可分为挺水植物、浮游植物和沉水植物，它们起到过滤、截留和吸附作用，是污染物进入水体的最后屏障。湿生植物是水生植物和陆生植物的过渡区域，大多分布于河流的堤岸边。陆生植物中的乔木、灌木具有发达的根系，起到保护堤岸和防治水土流失的作用，草本植物通过对地表径流的截留过滤，来降低污染物的含量。

3　缓冲带防治农业面源污染的机理

缓冲带防治农业面源污染的关键是通过减缓径流的作用，沉降泥沙，增强过滤和吸附等功能，明显降低氮、磷、病原体、悬浮物、有机质和稀有金属的浓度，在污染源和水体之间起到有效的屏障作用，防止污染物进入水体。在这一过程中，包含了沉积、过滤、化学、吸附和微生物的相互作用等。

缓冲带防治农业面源污染主要机理有3个方面：第一，通过植物作用降低地表径流流速，过滤和吸附颗粒态污染物。第二，植物吸收、土壤吸附溶解态污染物。第三，促进氮的反硝化作用［6］。

农业面源污染中的氮是通过物理、化学、生物化学过程对地表径流、壤中流和地下径流进行转移和净化。许多学者研究显示，植物的吸收和反硝化作用在缓冲带去除氮的过程中是最主要的因素。土壤磷元素的流失主要是溶解态磷和固态磷，溶解性磷的流失主要通过地表径流的溶解和解吸作用完成。

4　缓冲带防治农业面源污染的应用

流经缓冲带的地表径流流速降低，从而达到泥沙沉降、过滤、吸收和吸附污染物的作用。污染物的减少主要是通过沉积、过滤、吸附、微生物作用等过程来完成的。这样能有效减少进入河流、湖泊、水库的氮磷营养元素、农药化肥、除草剂等化学物质。

挪威、瑞典和德国关于缓冲带的相似研究发现：10m宽的缓冲带可以去除75%的氮，但缓冲带对磷的去除效率更高，一般情况下，缓冲带可以截留3%～50%的氮，却可截留65%～95%的磷［7，8］。Hawes和Smith的研究表明，宽度在4.8～49.2m的缓冲带能够去除来自农业的面源污染，更宽的缓冲带只能够提供营养元素的储存空间，并不能提高缓冲带吸收转化营养元素的效率［9］。Smith在新西兰进行的缓冲带相关研究表明，10～13m宽的河边牧场能截留地表径流中的悬浮沉淀物和颗粒状养分达80%以上，同时对溶解态N的去除率也达到了67%［10］。Delgado［11］和Heathwaite［12］的研究表明，草地河岸缓冲带对农业非点源污染治理具有很好的效果，对TN和TP的平均去除率分别为70%～95%和70%～98%。何聪等通过不同结构形式混播草本缓冲带，含有生态草沟的混播草皮缓冲带对TN、TP的去除能力最强，对径流水TN和渗流水TN的质量浓度消减达51.08%和58.75%，对径流水TP和渗流水TP的质量浓度削减率分别为51.31%和65.29%［13］。叶志敏、尹璇对深圳市水源地西丽水库滨岸缓冲带的研究发现，各种植物的种植方案对污染物（TP、TN、COD、SS）均有一定去除效果［14］。苗青等对百慕大、三叶草和高羊茅构建的湖泊缓冲带对污染物的净化效果，百慕大对SS的去除率最大，3种草皮缓冲带在试验槽前0.9m处的污染物去除效果最为明显［15］。罗扬、赵杭美等在苏州河东风港选取高羊茅、百花三叶草和百慕大三种常见草种为研究对象，结果显示，其中高羊茅固土能力突出，白花三叶草在土壤动物多样性维持上具有优势，而百慕大在土壤理化性质调节方面具有显著作用［16］。刘燕等利用白花三叶草、高羊茅、金叶女贞结合不同的配置模式研究，得出混合草本（高羊茅+白花三叶草）对TN、TP的去除效率分别为39.35%和50.89%，灌木+混合草本（白花三叶草+高羊茅+金叶女贞）对SS的截留效果最为明显，去除率为86.71%［17］。

5　展望

农业面源污染是水环境安全的重要威胁，缓冲带

是由植物——水体——土壤构成的生态系统，通过植物、土壤和微生物的截留、吸收和吸附作用来降低污染，防止农业面源污染进入水体。缓冲带用来防治农业面源污染具有自身的优势：第一，缓冲带利用植物来降低地表径流流速，从而使污染物得到净化，同时植物的根系对堤岸也起到了保护作用，防止水土流失。缓冲带能够保护生物的多样性，同时也为生物提供了栖息地，使周围景观得到了美化。第二，缓冲带较工程水污染净化设施方法简单，应用成本低廉，节省大量的人力、物力和财力。因此，笔者建议，将缓冲带工程广泛地应用到面源污染的防治上。缓冲带的应用具有以下前景：首先，农业面源污染的防治需要多种措施共同完成，与其他水土保持措施结合来减少径流和沉积物的危害，防止水土流失。其次，应用缓冲带来防治农业面源污染中的氮磷营养元素、农药和杀虫剂等危害时，可以结合一些物理、化学和生物手段，使缓冲带的效果更显著。缓冲带的研究在我国逐渐得到重视，我们应加大缓冲带的应用研究，使缓冲带的优势能得到更好的发挥。

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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

黑龙江省院所基本应用技术研究专项：松花江河岸湿地水质净化功能性植物筛选技术研究

黑龙江省科学院青年创新基金项目：阿什河流域缓冲带植物筛选及污染物去除效果研究

杨帆（1984-），女，黑龙江克山人，助理研究员，博士研究生，主要从事环境生态学研究。

倪红伟（1964-），男，黑龙江双城人，研究员，博士，主要从事湿地生态学、生物多样性科学、恢复生态学等研究。