1、滨岸缓冲带在水源地农业面源污染防治上的应用摘要：饮用水水源地污染已成为全球共同遭遇的重大环境问题之一，为保证人们的饮用水安全，有必要对进入水源地内的农业面源污染进行防治。滨岸缓冲带能够有效的防治农业面源污染已经得到广泛的认可，并在水源地保护上有一定的应用前景。文章综述了缓冲带的定义、结构、功能以及农业面源污染防治方面的应用等基础上，提出了我国滨岸缓冲带在饮用水源地保护中的应用前景。关键词：饮用水水源地；农业面源污染；滨岸缓冲带我国人均水资源量仅占世界人均水量的 1/4，随着我国农业现代化的发展，农药、化肥的大量施用，农业面源对水体的污染也在进一步加剧，尤其是对饮用水水源地的污染。饮用水污染已经
2、成为环境污染中关系人类生命和健康的最重要问题之一。自 20 世纪 80 年代中期，我国开始了对北京、天津、上海、江苏、安徽等地的主要水源地密云水库、于桥水库、黄浦江流域、太湖、巢湖的污染问题进行研究。北京密云水库水体中的N、P 含量处于中营养状态，水体的营养程度属于中营养型，水质尚好，但库区水体有较明显的向富营养化方向发展的趋势1；天津于桥水库监测资料分析发现，于桥水库的主要污染物为 TN、TP 和氨氮等营养物质，其中 TN 为国家地面水标准类，TP 为国家地面水标准2；上海黄浦江上游流域总氮含量和氨氮含量严重超标，总氮指标甚至达不到 V 类水体标准，除此之外，黄浦江上游来水之一太浦河水质最好
3、，能到达类水体标准，东新镇轮渡水质最差，其余监测断面水质情况基本上在类3；江苏太湖入湖河口区 24个点位的水质监测结果表明，水体中的 TN、TP 浓度分别为3.5mg/L 和 0.28mg/L，分别高于国家湖泊水环境质量类水质（TN 2.0mg/L，TP 0.2mg/L ）标准4 ；2003 年 1 月环境质量月报公布，安徽巢湖呈中度富营养化水平，有 9 个监测点属劣类水质，其余皆为类水质（GB3838-2002），主要污染指标仍为TN、 TP5。滨岸缓冲带是建立在河湖、溪流和沟谷沿岸的各类植被带，包括林地、草地或其它土地利用类型。主要目的是保护水质清洁，拦截过滤可能进入河流、水库的泥沙、有机
4、质、杀虫剂和其它有害物质6。修建缓冲带是保护水资源最有效的方法之一，沿着江河、溪流堤防的草本植物带，灌木带或是乔木带起着过滤受污染径流的作用，并在水体和人为用地之间形成一片过渡区域7。滨岸缓冲带是防治农业面源污染和保护饮用水水源地最有效的方法之一，它将在防治农业面源污染和保护饮用水水源地方面发挥越来越大的作用。1 滨岸缓冲带概述1.1 滨岸缓冲带的定义缓冲带，全称保护缓冲带，它是指沿着开放的水系统宽度在 1m 到 100m 之间的人工管理的永久植物带8。它是由美国农业部国家自然资源保护局（NRCS）向美国公众推荐的土地利用保护方式9-10。缓冲带是河道与陆地的交界区域，可以有不同的名称，如河岸
5、区或缓冲带，如果这一区域带较宽，也可称之为河边湿地、河谷或洪泛平原。不同的名称反映这一区域的宽度、洪泛状况和土壤条件的差别11。有学者认为，岸边带是一种特殊的保护缓冲带（简称缓冲带），属于水体岸边缓冲带类型，也称为岸边缓冲带、水滨带等。在学术界，首次对河岸带的定义出现在 20 世纪70 年代末，系指陆地上同河水发生作用的植被区域12。1.2 滨岸缓冲带的结构滨岸缓冲带的结构可以从两个方面来解释：一方面是从宏观角度理解的滨岸缓冲带的空间结构；另一个方面是从微观角度理解的滨岸缓冲带的植被群落组成、分布及宽度的实体结构。宏观角度从纵向（上游-下游）、横向（河床- 洪积平原）、垂向（河川径流-地下水）
6、和时间变化（如岸边带形态变化及其生物群落演替）可以将滨岸缓冲带生态系统划分为四维空间结构12。从微观出发来分析滨岸缓冲带的实体结构。滨岸缓冲带由不同植物组成，在缓冲带当中，他们发挥着不同的作用。组成缓冲带植物的生活型不同，它们分别是水生植物、湿生植物和陆生植物。1.3 滨岸缓冲带的功能滨岸缓冲带作为一种水体附件，它在水文、生态、土壤流失、环境保护和动物保护等方面都发挥了重要的作用。1.3.1 保护水源，防治农业面源污染缓冲带通过降低径流流速、沉降泥沙、过滤和吸附等功能来防治农业面源污染，污染物的减少主要是通过沉积作用、过滤作用、化学作用、吸附作用、微生物作用等过程来完成的，这样能削减进入河流、
7、湖泊、水库的氨氮、TN、 TP、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试验研究发现：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些，一般情况下，缓冲带可以截留 3%50%的氮，可截留 65%95%的磷13。也有研究证明，根据缓冲带的宽度和复杂性，附着在缓冲带上面50%100%的沉积物和有机残骸能够被吸收分解，宽阔的草木混生的缓冲带要比狭窄的单一草本构建的缓冲带具有更强的截污分解效率8。缓冲带防治饮用水水源的农业面源污染的功能，已经得到了充分的肯定，在开放的水系统和潜在的污染物之间，缓冲带起着生物化学和物理屏障的作用14。1.3.2 护岸功能缓冲带的护岸作
8、用是通过两个方面来实现的，一方面通过植物的拦截作用，来降低流过河岸流水的流速，从而降低水流对河岸的侵蚀作用。有研究显示，缓冲带中的植物能够生长平铺在坡上和沟渠两侧，能够有效的降低径流的流速15。另一方面，植物根系对河岸的固定作用，也是减少水土流失的一个重要方面。国外学者 Smith 通过试验认为，受植物根系作用影响，河岸沉积物抵抗侵蚀的能力是没有植物根系作用影响的 2 万倍16。1.3.3 提供动物的栖息地缓冲带由大量的草本、灌木、和乔木植物组成，能够为大量的动物提供食物、水分和生活空间。缓冲带土壤、植物、水体组成了一个系统，能够为大量的鱼类、爬行类、两栖类和鸟类提够一个良好的生活空间。顾笑迎
9、，黄沈发17等，选择苏州河的支流东风港为研究对象，缓冲带区和对照区相比，浮游植物的种类数多；浮游动物群落结构复杂；底栖动物的种类数、密度和生物量多；有较为多样化的大型水生植物群落。2 我国水源地保护存在的不足我国各水源地存在的问题各不相同，但是水源地的污染主要来自于工业点源污染、城镇生活污水、农业面源污染及水源地安全隐患等方面。但对饮用水源地影响最大的是城镇生活污染、农业面源污染和农村生活面源污染。尽管我国在饮用水源地保护方面做出了很大的努力，但仍存在着一些问题。（1）管理区分散。我国很多水源地跨过多个地区，各地区制定了符合本地区保护的方案，水体自净能力有限，下游地区的水源得不到更有效的保护。
10、例如，温州一个城市集中式饮用水水源地就有珊溪水源地、泽雅水源地、瓯江翻水站水源地和永强平原地下水。珊溪水源和泽雅水源地则属水库型，瓯江翻水站水源地属河流型，永强平原深层地下水是孔隙水，各水源地存在的问题也不尽相同，有工业点源污染、城镇生活污水、农业面源污染及水源地安全隐患18。（2）监测不足，应急预案启动能力差。我国各地区对饮用水水质监测的日常监测多是一些基本的监测指标，对浮游生物和毒素污染指标的监测能力较弱。应急预案的启动较慢，对各种应急事件发生的处理能力不足。例如，2007 年 5 月发生在无锡太湖蓝藻水华引起的自来水危机事件进一步的凸现我国对饮用水水质的浮游生物和毒素污染指标的日常能力监
11、测较弱，也突出了我国湖泊富营养化的严峻局面和蓝藻水华频发的现状19。（3）污染源不能得到有效地控制。工业点源污染可以通过制定排污标准来控制工业点源污染的排污总量；城镇生活污水，可以通过严格管理，建立统一的排污管道，进行污水的净化处理，但是农业生产面源污染确难以用这些方法来控制。例如，广东省饮用水源地保护区内河（库）岸滨带植物覆盖率较低，大部分为滩涂地，除个别区域有一定的水生植物外，水陆交错带由于受垃圾污染或水土流失等影响，基本上没有形成较大规模的水生植物群落；沿河（库）分布的农田和果林取代了原来的河岸生态系统，致使水源地生态环境失去了水源涵养和水土保持功能20。3 滨岸缓冲带在农业面源污染防治
12、上的应用保护饮用水源地的关键是防止污染物进入水体，缓冲带在污染源和水体之间起到安全屏障作用，能有效防止污染物进入水体。滨岸缓冲带净化农业非点源污染物的机理主要有 3 个方面：（1）降低地表径流速度，过滤和拦截颗粒态污染物；（2）植物吸收、土壤吸附溶解态的污染物；（3）促进氮的反硝化作用21。3.1 滨岸缓冲带对氮磷营养元素的去除缓冲带通过沉积作用、过滤作用、化学作用、吸附作用、微生物作用等过程削减可能进入饮用水源地的氨氮、总磷，从而减少了氮、磷营养物质进入水体。缓冲带通过一定宽度的水-土壤（沉积物）-植物系统的物理、化学和生物功能效应减少面源污染物：地表径流中的 N、P，主要通过物理过程的沉积
13、和渗滤实现截留；渗透到土壤中的 N、P，则通过一系列过程，如植物的吸收、土壤吸附，反硝化作用及微生物吸收等实现截留转化21。一些研究已经显示，缓冲带能够去除大约 90%的沉积物和硝酸类污染物；同时也显示对沉积物中的磷有明显的去除作用，而对溶解性磷效果不大22。Lee 等通过模拟降雨和模拟径流来比较由柳枝和雀麦草、猫尾草和牛毛草等冷季植物组成的 3m 和 6m 宽的缓冲带能在相邻的农田径流中起到降低沉积物、氮、磷元素的效果。结果显示，3m 宽的缓冲带能够去除径流中 66%的沉积物，6m 宽的则能去除 77%。6m 宽的缓冲带能够去除径流中 46%的总氮、42%的硝态氮、52%的总磷和 34%的溶
14、解性磷，而 3m 宽的缓冲带能去除径流中 28%的总氮、25%的硝态氮、37% 的总磷和 34%的溶解性磷23。Chescheir 等在美国北卡罗来纳州东北部的一个环境敏感区内，应用湿地缓冲带降低农业灌溉用水中的氮、磷和沉积物等24。Ricker 和 Jansse 对两块缓冲湿地进行研究，结果显示湿地缓冲植物能够有效的降低氮素含量，湿地中的干草和饲料植物能有效的降低营养元素的含量25。王磊和章光新以扎龙湿地湖滨湿地缓冲带剖面为研究对象，发现此湿地缓冲带对水体中的营养元素具有明显的去除效应，对总氮和总磷的去除率分别为 74.1%和 84.6%26。Schoonover 等在两个相邻的 10m 宽
15、的缓冲带安装了 16 个径流收集装置来监测表面径流中的硝酸盐、铵盐和磷酸盐，该缓冲带降低了进入水体的氨氮、总氮和磷酸盐含量分别为 74%、68% 和78%27。Peterjohn 和 Correll 对 19m 的缓冲带进行实验研究，研究结果表明 19m 的缓冲带能够去除 89.7%的悬浮颗粒、60.4%的硝酸盐、73.7%总磷和 58.1%的溶解态磷28 。虽然不同的研究得到的研究结果不同，但是缓冲带对氮、磷营养元素的去除效果还是显而易见的。3.2 滨岸缓冲带对农药等有机物的去除缓冲带通过沉积作用、过滤作用、截流作用等过程削减可能进入河流、湖泊、水库的农药和杀虫剂。Arora 等人对 6 个
16、模拟的 1.52m 宽、20.12m 长的植物缓冲带进行实验，实验设置两个处理浓度，分别是 15：1 和 30：1。15：1 的处理浓度能够降低 52.5%的阿特拉津、54.4%的异丙甲草胺和 83.1%的毒死脾。30：1 的处理浓度能够降低 46.8%的阿特拉津、48.1% 的异丙甲草胺和 76.9%的毒死脾29 。Mickelson 和 Baker 的研究显示 9.1m 的缓冲带能够去除超过 55%的阿特拉津除草剂。3.3 滨岸缓冲带防治水土流失的作用水土流失一方面将土壤中的泥沙、农药、化肥和生产生活垃圾带入水体，另一方面也导致下游河道淤塞，水库库容减小，环境水容量降低31。缓冲带防治农业
17、面源污染主要是通过滞缓径流、沉降泥沙、强化过滤和增强吸附等功能来实现的。缓冲带能有效的降低径流的流量和流速，防止大量的泥沙进入水体，使河道内淤泥增多，堵塞河道。缓冲带对于稳定河岸，减少流水对岸边的侵蚀能力。吴彦32，张祖荣33研究植物根系对土壤抗侵蚀能力的影响表明植物根系能够提高土壤的抗侵蚀能力，且主要通过 d1mm 的须根发挥作用；土壤抗侵蚀能力与土壤中 d1mm 的须根数量成正线性相关。目前，我国学者已经认识到了滨岸缓冲带在控制农业面源污染方面的有效作用，并且有一些在饮用水源地保护方面的应用研究。赵杭美等34在上海青浦区华新镇境内建立了东风港滨岸缓冲带示范工程，研究了滨岸缓冲带在河道坡岸生
18、态修复中的应用效果，结果表明，滨岸缓冲带具有改善生物栖息地环境质量、稳定坡岸、修复河道生态环境等功能，适合在各类岸坡的生态修复中广泛运用。席光超31对山西岚漪河河岸缓冲带的恢复重建进行了研究，对岚漪河饮用水体能达到的水体要求所需的缓冲带宽度进行了估算，10m、20m 和 30m 削减全氮幅度的平均值为 22.18%、24.30%和28.17%；全磷削减幅度的平均值为 18.00%、26.00%和 35.00%；铵态氮削减幅度的平均值为 31.11%、37.78%和 46.39%；硝态氮削减幅度的平均值为 20.65%、32.61%和 50.00%。叶志敏，尹璇35对深圳市水源地西丽水库滨岸缓冲
19、带对面源污染的削减作用进行了研究，试验结果可见，各种植方案对进入西丽水库的主要污染物（T P、T N、C O D c r、SS）均有一定去除效果。4 展望饮用水水源地的水质安全是关系国计民生的重要问题，农业面源污染是饮用水安全的一个重要隐患。滨岸缓冲带能够使农业面源污染得到有效的控制，并且使水体富营养化的趋势减缓，从而在一定程度上保护了饮用水安全，是一项实用的环境工程措施。滨岸缓冲带用来防治农业面源对饮用水的污染自身具有优势：（1）滨岸缓冲带由植物- 水体- 土壤构成，利用植物的截流作用来降低污染，同样植物的根系又起到了保护堤岸，防止水土流失的作用。（2）滨岸缓冲带能够提供生物的栖息地，增强生
20、物的多样性，美化缓冲带周围的景观。（3）滨岸缓冲带成本低，方法简单，减少了应用工程措施所花费的大量的人力、物力和财力。因此，我们建议，缓冲带工程应该广泛的应用于饮用水防治农业面源污染研究上，具有以下的发展前景：（1）农业面源污染和饮用水安全是需要多种措施共同配合来实现，利用缓冲带来减低农业面源污染对饮用水源的污染并结合水保措施来减少径流和沉积物给饮用水源带来的污染。（2）结合一些物理和生物手段降低和去除农业面源污染中的农药和除草剂的危害。滨岸缓冲带的建立和应用对于我们国家来说属于新兴领域，我们应该加大对缓冲带的研究，发挥缓冲带的优势，使我国的饮用水资源得到有效的保护，从而提高人们的生活质量。自愿连锁经营业：http:/
