不同密度杨树人工林河岸缓冲带对无机氮的去除效果

吕建, 吴永波, 余昱莹, 茆安敏,陈欢



不同密度杨树人工林河岸缓冲带对无机氮的去除效果

吕建1,2, 吴永波1,*, 余昱莹1, 茆安敏1,陈欢1

1. 江苏省南方现代林业协同创新中心(南京林业大学), 南京 210037 2. 江苏省中国科学院植物研究所, 南京 210014

以太湖流域构建的平缓坡度杨树人工林河岸缓冲带为研究对象, 比较了三种植物密度(400 株·hm-2、1000 株·hm-2和1600 株·hm-2) 的河岸缓冲带对不同深度径流水中铵态氮(NH4+—N)和硝态氮(NO3－—N)的去除率以及河岸缓冲带土壤对铵态氮和硝态氮的截留率。研究结果表明, 1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮和硝态氮的去除能力最强, 在40 m缓冲带处三个土层的平均去除率达72.86%和71.81%, 而400 株·hm-2缓冲带去除效果较差; 在同一土层, 土壤铵态氮的截留率大小随土壤铵态氮浓度的增加而提高。1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带土壤对铵态氮和硝态氮截留效果最好, 截留率为32.48%和44.41%, 1600 株·hm-2缓冲带其次, 400 株·hm-2缓冲带的截留率较低。

杨树人工林缓冲带; 林分密度; 去除率; 铵态氮; 硝态氮

0 引言

人类生产生活对水体干扰不断加剧, 导致水体生态环境恶化, 使许多湖泊发生富营养化, 富营养化已成为许多湖泊的主要水环境问题[1], 2007年5月, 太湖流域蓝藻爆发, 造成饮用水源地严重污染, 使得太湖流域水环境的整治迫在眉睫, 而在蓝藻多发的夏季和秋季, 氮和磷是蓝藻生长的共同限制因子, 并且氮是第一限制因子[2]。研究表明, 太湖流域的污染负荷均来自于农业面源污染物[3–4],对太湖氮的贡献率高达83%[5–6]。太湖出入湖河流水质状态以氮污染为主导因素[7], 太湖污染源所携带的氮负荷以无机氮为主, 并且主要以硝态氮(NO3－—N) 和铵态氮(NH4+—N) 形态存在[8]。因此, 如何减少无机氮进入水体, 是解决太湖农业面源污染问题的重点之一。

河岸植被缓冲带是一个由土壤、水、植被等构成的生态系统, 通过滞留、沉积、过滤、渗透、吸收、反硝化作用和微生物固定等物理和化学作用, 减少通过地表径流与地下径流进入河流的氮含量, 从而可以净化水质和控制面源污染[9]。河岸植被缓冲带是截留陆域面源污染物、改善河道水质的有效手段[10–11]。因此, 可以利用河岸植被缓冲带有效拦截、减少进入水体的无机氮[12]。在以往的河岸植被缓冲带吸收污染物质的研究大多侧重对缓冲带宽度、缓冲带植被类型等方面的研究, 有关河岸缓冲带植被密度差异与氮素等污染物去除能力的研究还较少[13–14]。研究表明, 河岸植被缓冲带可在长时间内有效地过滤泥沙, 过滤的效率随河岸缓冲带宽度的增加、坡度的降低、林分密度的增大而增加[15]。卜晓莉[16]研究了不同林分密度杨树-草复合缓冲带在自然降雨条件下对地表径流中泥沙和氮的拦截效果, 结果表明, 杨树-草复合缓冲带能显著减少地表径流量以及泥沙和氮的径流流失通量, 且流失通量随林分密度的增加而减少; 李世峰[17]对河岸植被缓冲带拦截泥沙和养分效果进行研究, 发现密度高的、本土暖季草与木本植物相结合的缓冲带, 拦截非点源污染物质的效率更高; 宋思铭[18]通过河岸缓冲带植被密度—水质模型估算, 确定了河岸缓冲带去除污染物的最优密度为1074 株·hm-2。本研究通过比较分析三种不同密度的植被缓冲带对含氮污染物的截留效果, 为筛选出适宜密度的河岸植被缓冲带提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于江苏省宜兴市周铁镇沙塘港村(北纬31°07′—31°37′, 东经119°31′—120°03′), 紧邻太湖。地处亚热带季风气候区, 雨量充沛, 气候温和湿润, 四季分明, 主导风向为东南风, 无霜期239 d, 年均气温15.7 °C, 年均日照时达1924.2 h, 作物生长季积温5475.8 °C。冬季寒冷干燥, 盛行西北风, 春夏雨水集中, 夏初为梅雨期, 年平均雨日136.6 d, 年平均降水量1177 mm。土质均匀, 雨量丰沛, 年平均雨日136.6 d, 年平均降水量1177 mm, 春夏季雨水较为集中, 6、8月份暴雨多。地表水、地下水丰富。研究区土壤为中性黄棕壤, 周边生活区主要以农业为主, 种植以水稻、小麦、油菜等作物为主, 土壤基本性质见表1。

1.2 样地设置

试验样地坡度比1:250。样地共3个大小为20 m× 40 m的小区, 平行排列, 各小区之间间隔为5 m。树种为太湖流域常见树种南林95杨(95), 树龄为5 a, 长势良好, 杨树平均树高为4.0 m, 胸径5.0 cm, 平均冠幅为135 cm。设置三种林分密度从南到北分别为400 株·hm-2、1000 株·hm-2和1600 株·hm-2(如图1), 不同的河岸植被缓冲带宽度(5 m、15 m、30 m、40 m)指平行于径流方向离起始端距离。

在每块样地0 m、5 m、15 m、30 m、40 m宽度处分别埋设PVC淋溶管, 每个宽度处设淋溶管3组作为重复, 每组3个, 深度分别设置为20 cm、40 cm、60 cm, 作为不同深度径流水收集装置。每个淋溶管之间间隔1 m, 组与组之间间隔3 m(如图2)。在每块样地0—0.5 m处进行施肥, 施肥量参考当地农田施肥量为1200 kg·hm-2, 规格为16:8:16的N—P—K复合肥。在当地的雨季(2016年4—9月)采集土样和水样。

表1 土壤的基本物理性质

图1 样地布局示意图

Figure 1 Layout diagram of plots

进行采集, 三次采样时间分别是2016年4月21—23日、7月9—11日以及9月23—24日, 施肥时间与采样时间相隔一周, 期间降雨量如表2所示。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 水样采集与测定

在各样地不同宽度处分别采集3个不同深度的水样, 淋溶水用小型塑料水泵抽取并装入 250 mL 塑料瓶中, 带回实验室放入冰箱内-20°C保存并尽快测定不同形态氮含量。每次采样结束后, 排空取水管内水, 排空的水样在远离样地之处倾倒。

待测铵态氮(NH4+—N)、硝态氮(NO3－—N)的水样先经过0.45 μm滤膜抽滤预处理, 再分别使用纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009)和紫外分光光度法(HJ/T 346—2007)进行测定。

径流水中氮素去除率计算公式如下:

rN% = (N-N)×N-1×100% (2-1)

其中,不同缓冲带宽度径流水中氮素累计去除率;N缓冲带起始处径流水中氮素浓度;N缓冲带宽度处的氮素浓度;宽度值(5 m、15 m、30 m和40 m)

1.3.2 土样采集与测定

一是组建、聘请专家团队，以乌当下坝镇和百宜镇为重点，制定乌当樱桃产业发展规划，强力推进樱桃规范化栽培管理，指导整个产业科学合理布局，实现产业可持续健康发展。二是依靠政府主导，整合资源，对乌当樱桃主产区车辆行驶道路和采摘观光便道进行交通网络规划设计，提升交通服务能力。

每块样地各宽度处分别采集3个不同深度(0—5 cm、5—20 cm、20—40 cm)的土样, 即每个宽度处采样9个。带回实验室的土样保持鲜土状尽快测定铵态氮、硝态氮;土壤铵态氮(NH4+—N)、硝态氮(NO3－—N)分别采用纳氏试剂分光光度法(HJ 535—2009)和紫外分光光度法(HJ/T 346—2007)测定。

各土层土壤中氮素截留率计算公式如下:

rN% = (N-N)×N-1×100%(2-2)

其中,不同缓冲带宽度径流水中氮素累计去除率;N缓冲带初始宽度土壤氮素浓度;N缓冲带宽度处的氮素浓度;宽度值(5 m、15 m、30 m和40 m)

注:rN%为“+”说明宽度处土壤氮素浓度大于初始宽度氮素浓度,rN%为“-”说明宽度处土壤氮素浓度低于初始宽度氮素浓度。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2010对所得数据进行前处理, 将吸光度转化氮素的浓度值, 各指标绘制图表, 并使用SPSS 17.0数据分析软件对数据进行单因素方差分析[19]。数据取3次采样的平均值。

2 结果

2.1 不同密度杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮、硝态氮去除

2.1.1 不同密度杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮的去除

图2 试验小区淋溶管布设及装置示意图

Figure 2 The installation points and sketch of water collecting pipes

表2 2016年采样月份的降水量

由上可知, 从三个土层径流水的铵态氮去除效果来看, 随着杨树人工林缓冲带密度的增大, 三个土层铵态氮去除率表现出增加的趋势, 且400 株·hm-2杨树人工林缓冲带由于杨树密度较低所以去除效果较弱, 而1600 株·hm-2和1000株·hm-2杨树人工林缓冲带密度较高, 对缓冲带径流水中铵态氮的去除能力较强, 并且二者在三个土层的去除效果差异均不大。

注: 相同宽度和土层, 不同林分密度径流水中铵态氮去除率, 数据后不同字母表示p<0.05水平上差异显著。

Figure 3 The removal rate of NH4+—N in runoff water in the poplar plantation buffer strips with different densities

2.1.2 不同密度杨树人工林缓冲带对径流水中硝态氮的去除

三种密度杨树人工林缓冲带不同宽度和深度对径流水中硝态氮的去除效果, 见图4。单因素方差分析表明, 在缓冲带起始端处和缓冲带末端处, 各个土层深度处的硝态氮浓度差异显著(<0.05), 说明径流水在经过杨树人工林缓冲带后其中的硝态氮质量浓度有显著的降低; 在20 cm土层深度处, 400 株·hm-2杨树人工林缓冲带在40 m宽度处去除能力要显著低于1000 株·hm-2和1600 株·hm-2杨树林人工林缓冲带, 平均去除率较1000 株·hm-2和1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带分别低18.74%和19.00%, 1600 株·hm-2和1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带对径流水中硝态氮的去除效果并未表现出显著差异, 三种不同密度的杨树人工林缓冲带在20 cm土层对地表径流中硝态氮的平均去除能力表现为1600 株·hm-2>1000株·hm-2>400 株·hm-2。在40 cm土层深度处, 三种不同密度的杨树人工林缓冲带在40 cm土层对地表径流中硝态氮的去除效果无显著差异, 400 株·hm-2杨树人工林缓冲带平均去除率最高, 1600 株·hm-2最低, 二者仅差4.8%; 在60 cm土层, 三种密度杨树人工林缓冲带在40 m宽度处对径流水中硝态氮的去除效果差异显著, 1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带在40 m宽度处平均去除效果最好, 较1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带去除率高了23.14%, 其次为400 株·hm-2杨树人工林缓冲带, 较1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带去除率高了14.37%, 三种不同密度的杨树人工林缓冲带在60 cm土层对地表径流中硝态氮的去除能力为1600株·hm-2> 400株·hm-2>1000 株·hm-2。

由上可知, 从3个深度径流水的硝态氮去除效果来看, 虽然40 cm深度处1600株·hm-2缓冲带去除率较低, 但1600 株·hm-2缓冲带在三个深度处的平均去除率仍达71.81%为3种密度中最高。3种不同密度的杨树人工林缓冲带在40 m宽度缓冲带处对地表径流中硝态氮的平均去除能力表现为1600 株·hm-2>1000株·hm-2>400 株·hm-2, 400 株·hm-2杨树人工林缓冲带去除效果相对较弱, 而1600株·hm-2和1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带对缓冲带径流水中硝态氮的去除能力则较强(图5)。

2.2 不同密度杨树人工林缓冲带土壤对铵态氮、硝态氮的截留

2.2.1 不同密度杨树人工林缓冲带土壤对铵态氮的截留

400 株·hm-2、1000 株·hm-2和1600 株·hm-2植被缓冲带不同宽度和深度土壤对铵态氮的截留效率, 见表3。在0—5 cm土层, 1600 株·hm-2、1000 株·hm-2与400 株·hm-2植被缓冲带土壤对铵态氮的截留效果表现出明显的差异, 400株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处截留率显著低于1000 株·hm-2和1600 株·hm-2杨树林缓冲带, 平均截留率比1000 株·hm-2低3.07%, 而1600 株·hm-2植被缓冲带截留效果最好, 其到40 m宽度处平均截留率分别高于400 株·hm-2和1000株·hm-2植被缓冲带6.20%和3.13%, 1600 株·hm-2和1000 株·hm-2植被缓冲带土壤对铵态氮的截留效果差异不大, 这与三种密度缓冲带对径流水中铵态氮的去除率表现一致; 在5—20 cm土层, 400 株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处的平均截留率最低, 1000 株·hm-2杨树林缓冲带平均截留率最高, 且比400 株·hm-2植被缓冲带高12.43%, 三种不同密度的植被缓冲带土壤在5—20 cm土层对铵态氮的平均截留能力表现为1000 株·hm-2>1600 株·hm-2>400 株·hm-2, 方差分析表明, 三种不同林分密度缓冲带土壤在40 m缓冲带宽度处对铵态氮的截留效果无显著差异; 在20—40 cm土层, 1000 株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处截留效果最好, 1000 株·hm-2和400 株·hm-2植被缓冲带土壤对铵态氮的截留效果到40m宽度处差异达到显著水平(p<0.05), 400 株·hm-2植被缓冲带截留率比1000 株·hm-2缓冲带低5.77%, 1000 株·hm-2和1600 株·hm-2植被缓冲带土壤对铵态氮的截留率无显著差异(图6), 三种不同密度的植被缓冲带土壤在20—40 cm土层对铵态氮的平均截留能力表现为1000 株·hm-2>1600 株·hm-2>400株·hm-2。

注: 相同宽度和土层, 不同林分密度径流水中硝态氮去除率, 数据后不同字母表示p<0.05水平上差异显著。

Figure 4 The removal rate of NO3－—N in runoff water in the poplar plantation buffer strips with different densities

注: 数据后不同字母表示p<0.05水平上差异显著。

Figure 5 Average removal rate of NH4+—N and NO3－—N in runoff water in poplar plantation buffer strips of different densities at 40 m width

从表中可以看出, 土壤中铵态氮质量分数随着土层深度的加深, 总体都呈现出降低趋势, 同时也发现, 由于距离施肥点较近的土壤采样点中铵态氮质量浓度低于起始采样点(0 m宽度处), 所以截留率出现负值, 随缓冲带加宽而截留效率升高表现为不明显。这与许多前人研究结果相似[24–25], 但也有研究表明, 河岸缓冲带对铵态氮可以起到明显的截留作用, 并且缓冲带宽度对截留效率影响很大[26]。

由上可知, 三种不同密度的植被缓冲带土壤在三个土层对铵态氮的平均截留能力总体表现为1000 株·hm-2>1600 株·hm-2>400 株·hm-2, 1600 株·hm-2缓冲带与1000 株·hm-2缓冲带土壤对铵态氮的截留效果差异不显著(图6)。

表3 不同密度杨树人工林缓冲带土壤铵态氮截留效率(%)

注: 相同宽度和土层不同林分密度土壤对铵态氮截留率, 数据后不同字母表示<0.05水平上差异显著。

注: 数据后不同字母表示p<0.05水平上差异显著。

Figure 6 Average resistance rate of NH4+—N and NO3－—N in soil in poplar plantation buffer strips with different densities at 40 m width

2.2.2 不同密度杨树人工林缓冲带土壤对硝态氮的截留

三种密度植被缓冲带不同土壤深度和宽度对硝态氮的截留效率, 见表4。在0—5 cm土层, 1600 株·hm-2和1000 株·hm-2、400 株·hm-2植被缓冲带土壤对硝态氮的截留能力表现出明显的差异(<0.05), 1000 株·hm-2、400 株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处截留率要显著低于1600 株·hm-2植被缓冲带, 平均截留率较1600 株·hm-2植被缓冲带分别低15.57%和13.50%, 400 株·hm-2和1000株·hm-2植被缓冲带土壤对硝态氮的截留率无显著差异, 三种不同密度的植被缓冲带土壤在0—5 cm土层对硝态氮的平均截留能力表现为1600 株·hm-2>400株·hm-2>1000 株·hm-2; 在5—20 cm土层, 三种密度植被缓冲带土壤对硝态氮的截留效果相差不大, 400 株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处的平均截留率最低, 1000 株·hm-2杨树林缓冲带最高, 二者仅差5.77%, 三种不同密度的植被缓冲带土壤在5—20 cm土层对硝态氮的平均截留能力表现为1000 株·hm-2>1600株·hm-2>400 株·hm-2; 在20—40 cm土层, 1000 株·hm-2植被缓冲带到缓冲带末端处截留效果最好, 且1000 株·hm-2和400 株·hm-2植被缓冲带土壤对硝态氮的截留能力差异达显著水平(<0.05), 400 株·hm-2植被缓冲带到40 m宽度处截留率较1000 株·hm-2植被缓冲带低14.98%, 1600 株·hm-2植被缓冲带和1000株·hm-2、400 株·hm-2植被缓冲带土壤对硝态氮的截留率无显著差异, 三种不同密度的植被缓冲带土壤在20—40 cm土层对硝态氮的平均截留能力表现为1000 株·hm-2> 400 株·hm-2>1600 株·hm-2。

3 讨论

3.1 三种密度杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮和硝态氮的去除效果

三种密度杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮和硝态氮的去除表现出一定差异。本研究结果表明, 经过40 m宽的缓冲带,三种密度杨树人工林缓冲带对径流水中铵态氮的去除能力以1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带最强, 在40 m缓冲带处各土层的平均去除率达72.86%, 1000 株·hm-2缓冲带次之, 为71.39%, 两者去除效果相差不大, 400 株·hm-2缓冲带去除效果较差为61.62%; 经过40 m宽的缓冲带, 三种密度杨树人工林缓冲带中, 除40 cm深度处外, 1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带对径流水中硝态氮表现出最佳去除效果, 平均去除率达71.81%, 400 株·hm-2缓冲带去除效果较差为64.15%(图5)。

表4 不同密度杨树林缓冲带土壤中硝态氮去截留效率(%)

注: 相同宽度和土层不同林分密度土壤对硝态氮截留率, 数据后不同字母表示<0.05水平上差异显著。

就不同土壤深度而言, 除了60 cm深度外, 1600 株·hm-2缓冲带与1000 株·hm-2缓冲带在40 m宽度处对径流水中硝态氮的平均去除率并无显著差异。因此, 1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带基本能达到去除径流水中铵态氮、硝态氮污染物的效果, 这与宋思铭[18]等得出的结论相似。

3.2 三种密度杨树人工林缓冲带土壤对铵态氮和硝态氮的截留效果

土壤对污染物的截留主要是由于土壤吸附作用。土壤可以吸附大量离子(如NH4+、NO3-、K+等), 将径流中携带的可溶性污染物吸附净化[20–23], 土壤中铵态氮和硝态氮质量分数可以反映土壤对铵态氮的固着能力。随着土壤层深度的增加, 土壤中铵态氮质量分数呈现出降低的趋势, 这与很多研究结果相似[24–27]。在同一土层, 土壤铵态氮的截留率随土壤铵态氮质量分数的增加而提高, 除了在0—5 cm土层, 1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带截留效率最好, 截留率为32.48%, 400 株·hm-2缓冲带的截留率较低; 综合三个土层来看, 经过40 m宽的缓冲带, 1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带土壤对硝态氮截留效率最好, 为44.41%, 但和1600 株·hm-2杨树人工林缓冲带截留效果相差不大(43.58%), 400 株·hm-2缓冲带的截留率较低。因此, 1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带土壤对铵态氮、硝态氮污染物的截留能力已经能够达到较高水平。

植物吸收是河岸缓冲带去除氮的一个重要机制, 随着林分密度的增加, 植物根茎、根系及叶子能够吸收的氮也不断增加, 从而使得进入缓冲带的铵态氮、硝态氮含量不断降低; 但是同时也发现, 1600 株·hm-2与1000 株·hm-2缓冲带除去率差异不显著(图6), 甚至比后者去除率还低, 其原因可能是由于植被密度大的缓冲带植被凋落物较多, 尽管植被密度大对氮素的吸收量大, 但其通过叶片衰老、腐烂等方式返回到土壤中的氮素也较多[28], 有研究表明, 落叶林河岸缓冲带吸收的80%的氮素, 会随着植物的凋落和死亡而归还土壤[29–30]。因此, 对于去除氮素而言, 密度为1000 株·hm-2杨树人工林缓冲带是较为理想的。

[1] 周敏, 刘正文. 氮、磷对热带浅水湖泊惠州西湖蓝藻的控制[J]. 生态科学, 2012, 31(2): 115–120.

[2] XU H, PAERL H W, QIN B, et al. Nitrogen and phosphorus inputs control phytoplankton growth in eutrophic Lake Taihu, China[J]. Limnology & Oceanography, 2010, 55(1): 420–432.

[3] 张维理, 武淑霞, 冀宏杰, 等. 中国农业面源污染形势估计及控制对策 I.21世纪初期中国农业面源污染的形势估计[J]. 中国农业科学, 2004, 37(7): 1008–1017.

[4] 余红兵. 生态沟渠水生植物对农区氮磷面源污染的拦截效应研究[D]. 长沙: 湖南农业大学, 2012.

[5] 薛峰, 颜廷梅, 乔俊, 等. 太湖地区稻田减量施肥的环境效益和经济效益分析[J]. 生态与农村环境学报, 2009(4): 26–31, 51.

[6] 夏立忠, 杨林章. 太湖流域非点源污染研究与控制[J]. 长江流域资源与环境, 2003, 12(1): 45–49.

[7] 余辉, 燕姝雯, 徐军. 太湖出入湖河流水质多元统计分析[J]. 长江流域资源与环境, 2010, 19(6): 696–702.

[8] 成刚. 太湖氮营养盐的分布特征及区域差异性研究[D]. 兰州: 兰州大学, 2010.

[9] WEISSTEINER C J, BOURAOUI F, ALOE A. Reduction of nitrogen and phosphorus loads to European rivers by riparian buffer zones[J]. Knowledge and Management of Aquatic Ecosystems, 2013, 408( 8): 1–15.

[10] 刘璐, 李继明, 柯凡, 等. 高位湖滩湿地在农业面源污染河水中的应用[J]. 安徽农业科学, 2018(19): 83–87.

[11] WU L, OSMOND D L, GRAVES A K ,et al. Relationships between nitrogen transformation rates and gene abundance in a riparian buffer soil[J]. Environmental management, 2012, 50(5): 861–874.

[12] 程昌锦, 丁霞, 胡璇, 等. 滨水植被缓冲带水质净化研究[J].世界林业研究, 2018, 31(04): 13–17.

[13] 高馨婷. 城乡结合部生态缓冲带不同群落配置模式的生态服务研究[D]. 北京: 中国环境科学研究院, 2011.

[14] 吴永波. 河岸植被缓冲带减缓农业面源污染研究进展[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2015(3): 143–148.

[15] 张鹏. 不同宽度竹林河岸缓冲带对氮磷的截留转化效率[D]. 北京: 中国林业科学研究院, 2010.

[16] 卜晓莉, 王利民, 薛建辉. 湖滨林草复合缓冲带对泥沙和氮磷的拦截效果[J]. 水土保持学报. 2015, 29(4): 32– 36.

[17] 李世锋. 关于河岸缓冲带拦截泥沙和养分效果的研究[J].水土保持科技情报, 2003(6): 41–43.

[18] 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.

[19] 编委会国家环境保护总局水和废水监测分析方法. 水和废水监测分析方法[M]. 中国环境出版社, 2013.

[20] DOSSKEY M G. Toward quantifying water pollution abatement in response to installing buffers on crop land [J]. Environmental Management, 2001, 28(5): 577–598.

[21] NGUYEN M L, MATHESON F E, COOPER A B, et al. Short-term nitrogen transformation rates in riparian wetland soil determined with nitrogen-15[J]. Biology and Fertility of Soils, 2003, 38(3): 129–136.

[22] YOUNG R A, HUNTRODS T, ANDERSON W. Effectiveness of vegetated buffer strips in controlling pollution from feedlot runoff[J]. Journal of Environmental Quality, 1980, 9(3): 483–487.

[23] 李瑞玲, 张永春, 刘庄, 等. 太湖缓坡丘陵地区雨强对农业非点源污染物随地表径流迁移的影响[J]. 环境科学, 2010, 31(5): 1221–1223.

[24] 白军红, 邓伟, 朱颜明, 等.洪泛区湿地土壤有机质和氮素的空间分布特征[J]. 环境科学, 2002, 23(2): 77–81.

[25] 白军红, 欧阳华, 邓伟, 等. 向海沼泽湿地土壤氮素的空间分布格局[J].地理研究, 2004, 23(5): 614–622.

[26] 白军红, 王庆改. 向海沼泽湿地土壤氮素分布特征及生产效应研究[J].土壤通报, 2002, 33(2): 113–116.

[27] 周慧珍, 龚子同. 土壤空间变异性研究[J]. 土壤学报, 1996(3): 232–241.

[28] 孟亦奇, 吴永波, 朱颖, 等. 利用河岸缓冲带去除径流水中氮的研究[J]. 湿地科学, 2016(4): 532–537.

[29] WENGER S. A review of the scientific literature on riparian buffer width, extent and vegetation[D]. Athens, Georgia, 1999.

[30] PETERJOHN W T and CORRELL D L. Nutrient dynamics in an agricultural watershed: Observations on the role of a riparian forest [J]. Ecology, 1984, 65(5): 1466–1475.

Effect of the poplar plantation riparian buffer strips with different densities on the removal rate of inorganic nitrogen

LÜ Jian1,2,WU Yongbo1,*, YU Yuying1, MAO Anmin1, CHEN Huan1

1. Collaborative Innovation Center of Sustainable Forestry in Southern China of Jiangsu Province, Nanjing Forestry University, Nanjing 210037, China 2. Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210014, China

In this study, the removal rates and resistance rates for selected inorganic nitrogen species (NH4+—N and NO3－—N) at poplar plantation riparian buffer strips (RBS) with three planting densities (400, 1000, and 1600 stems·hm-2) were investigated. The results showed that the removal effect of NH4+—N and NO3－—N in runoff water in the higher density (1600 stems·hm-2) RBS was the highest, with the average removal rates of 72.86% and 71.81%, respectively. The removal rates in the lower density (400 stems·hm-2) RBS were the lowest. For the same soil layer, the resistance rate for NH4+—N increased with the increase in concentration of NH4+—N in the soil. The resistance rates for NH4+—N and NO3－—N in the middle density (1000 stems·hm-2) RBS soil were the highest, with the average resistance rates of 32.48% and 44.41%, respectively. The resistance rate in the lower density RBS were the lowest.

poplar plantation riparian buffer strip; stand density; removal rate; NH4+—N; NO3－—N

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.02.019

X522

A

1008-8873(2019)02-146-09

2018-03-30;

2018-07-07

国家重点研发计划(2016YFC0502704); 国家林业局“948”项目(2013-4-63); 江苏省生物学优势学科建设项目资助

吕建(1989—), 男, 南京林业大学生物与环境学院生态学专业硕士, E-mail: lvjian1023@163.com

吴永波, 男, 博士, 副教授, 主要从事湿地生态学研究, E-mail: yongbowu0920@163.com

吕建, 吴永波, 余昱莹, 等. 不同密度杨树人工林河岸缓冲带对无机氮的去除效果[J]. 生态科学, 2019, 38(2): 146-154.

LÜ Jian, WU Yongbo, YU Yuying, et al. Effect of the riparian buffer strip of poplar plantation with different densities on the removal rate of inorganic nitrogen[J]. Ecological Science, 2019, 38(2): 146-154.