辽河上游河岸缓冲带对农业非点源污染的阻控作用研究

Water pollution has become a major problem for both developed and developing in recent decades. The contribution from agricultural non-point source pollution(ANSP) has become a major cause of water quality degradation in China. Riparian vegetated filter strips (RVFS) can be effectively intercept ANSP into water bodies, and reduce the risk of pollution of water bodies. Liaohe River Basin located in northern China, the water quality is polluted by ANSP. Riparian vegetation has been damaged, RVFS’ performance are deteriorating. It is an effective approach that recovering and building RVFS to reduce ANPS pollution load. Migration and transformation of the pollutants is unique in the cold regions. Therefore, it is vital to determine the mechanisms of RVFS to control ANSP. However, the studies mainly concentrated on efficiency of retention of pollutants, etc., the simulation research in laboratory was more. We select the artificially constructed-RVFS as the objects of this study, we continue to monitor runoff and seepage flow through the RVFS based on three years of on-site monitoring. The monitoring experiment was carried out by field plot test methods to examine the effects of RVFS in reducing ANSP and mechanisms and characteristics of RVFS in retaining ANSP in term of vegetation types, width, seasonal changes, soil enzyme activities and microbial community. The results obtained in this project certainly provide a theoretical significances for engineering applications of RVFS.

近年来，我国农业非点源污染所造成的水环境污染问题日益突出。河岸缓冲带可以有效地截留阻控农业非点源污染物向水体的迁移，降低农业非点源污染水体的风险。地处我国北方的辽河流域水环境质量受农业非点源污染较大。局部地区河岸带植被遭受破坏，恢复和构建河岸缓冲带是阻控农业非点源污染较为有效的手段。寒冷地区非点源污染物的迁移转化具有特殊性。因此，阐明该区域河岸缓冲带对农业非点源污染的阻控作用机制显得极为必要。以往研究主要集中于对污染物的截留转化效率等方面，且大多为实验室的模拟研究。本项目以辽河上游人工构建的河岸缓冲带为研究对象，在三年现场监测的基础上，继续对流经缓冲带内的径流和渗流进行长期的原位监测。从植被类型及其缓冲带宽度、植被季节变化及微生物群落变化等方面，对河岸缓冲带阻控农业非点源污染的能力及其截留转化氮磷污染物的机制进行系统的研究，为该地区河岸带工程化应用提供理论基础。

近年来，我国农业非点源污染所造成的水环境污染问题日益突出。河岸缓冲带可以有效地截留阻控农业非点源污染物向水体的迁移，降低农业非点源污染水体的风险。地处我国北方的辽河流域水环境质量受农业非点源污染较大。局部地区河岸带植被遭受破坏，恢复和构建河岸缓冲带是阻控农业非点源污染较为有效的手段。目前对我国北方寒冷地区河岸缓冲带的研究尚不多，因此，阐明该区域河岸缓冲带对农业非点源污染的阻控作用机制显得极为必要。本项目以辽河流域人工构建的河岸缓冲带为研究对象，通过野外原位监测、模拟径流试验以及室内模拟试验，从植被类型、缓冲带宽度、季节变化及微生物群落变化等方面，对河岸缓冲带阻控农业非点源污染的能力及其截留转化氮磷污染物的机制进行系统的研究，同时利用生物炭材料强化非点源污染的控制作用。所得主要结果有：（1）原位监测与模拟试验研究表明，河岸缓冲带可有效拦截径流量、SS以及径流中各形态氮磷，其中林灌草带的拦截效果好于草本缓冲带。各类型河岸缓冲带对径流中溶解态氮磷的拦截作用显著低于对总量的拦截作用，尤其对可溶性磷浓度的消减作用较差。（2）植被类型及配置模式、带宽、坡度、季节及土壤微生物群落均对河岸缓冲带的阻控能力有一定影响。河岸带越宽，植物生物量越大，其阻控作用越明显，13m宽林草带对地表径流和地下渗流的截留效率分别为96%和62.15%；各类型缓冲带对融雪径流的阻控能力较弱，且无显著性差异；河岸缓冲带土壤微生物均以细菌占绝对优势，自然封育林草带土壤微生物丰富度和多样性指数较高。（3）河岸带土壤施入生物炭后，可有效提高对阿特拉津和乙草胺的吸附能力，可显著减少氨氮和总磷的淋失量，但需控制生物炭的投加量，以免影响作物生长。生物炭在河岸带体系的应用可有效防控农业非点源污染物的迁移风险。本项目研究可为辽河流域河岸缓冲带对农业非点源污染防控的应用提供依据。