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寒冷地区缓冲带植物筛选及配置研究

更新时间:2009-03-28

1 引言

随着我国点源污染得到有效的治理,农业面源污染已经成为水体富营养化的主要因素,农业面源污染的防治措施的研究也得到了广泛的重视。滨岸缓冲带是建立在河湖、溪流和沟谷沿岸的各类植被带[1,2],缓冲带利用植物体系来截留陆域面源污染物,减少地表径流和防止土壤侵蚀[3],包括林地、草地或其他土地利用类型。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、有机质、杀虫剂和其他有害物质[4],它是污染物进入水体的最后一道屏障。植物能够减少水流,降低流速,有效的增强了截留污染物的能力。植物的根系能够有效改善土壤的渗透性,提高污染物的渗透率;植物生长的过程中能够吸收截留土壤中的污染物质,降低土壤的污染负荷[5]。目前,针对缓冲带的研究多集中在缓冲带植被对地表径流中悬浮物、氮磷的吸收转化等相关研究[6,7],但对某个地区的相关气候环境因素适宜植物的筛选和配置的研究较少。

滨岸缓冲带技术的推广和应用必须根据当地的气候、地址和植被条件,东北地区低温时间长,植物生长季相对较短,在此地区构建缓冲带应选择具有抗寒能力的植物,延长植物缓冲带在东北地区发挥功能效果的时间。通过对当地植物进行调查的基础上,选择易于种植的常见抗寒植物早熟禾、白花三叶草和紫羊茅,进行不同栽种方式和不同坡度的小试试验研究,比较其径流和渗流的截留效果,为东北地区开展缓冲带研究和设计提供最佳方案,为生产实践提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验装置

试验装置是由塑料试验槽体和不锈钢托架组合而成(见图1),前端设有配水池,末端设有两个收集装置,分别收集渗流水和径流水,在收集装置底部设有出水口,设计坡度缓坡为3%、陡坡为35%。试验槽总长为1.5m,每0.5m处埋入侧面打孔的U-PVC管。试验装置放于黑龙江省科学院自然与生态研究所大棚内,大棚内阳光充足、湿度适宜,有利于植物的生长。

2.2 试验土壤

试验土壤取自松花江流域岸边。土壤类型为黑土。

2.3 植物选择及配置方式

试验植物为本地常见耐寒植物,早熟禾(Var.annua)、白花三叶草(Trifoliumrepens)、紫羊茅(Subsp.rubra)3种植物。

[2]马放,梁雄伟,王立,等.寒冷地区滨岸缓冲带植物筛选[J].环境保护科学,2017,43(1):59-65.

  

图1 试验装置图

2.4 试验方法

根据本地多年平均降水量565mm,多年平均径流为6.4亿m3,流域面积达3545km2,计算出多年产流系数为0.032,计算出试验水量为0.03m3,径流时间按半小时计算。根据阿什河农业面源污染特征,采用碳酸氢铵、过磷酸钙和泥土颗粒配制径流水,模拟农田地表径流中的氮、磷污染物和悬浮固体颗粒物,入水浓度 TN 为 4.41-5.66mg·L-1,TP 为 0.41-0.54mg·L-1。每半个月监测一次,连续监测7次。监测因子主要为径流水中的SS、TN、TP,测定方法参照《水和废水监测分析方法》[8]

3 结果与分析

3.1 不同草种缓冲带TN、TP的净化效果

由图2可知,在TN入水浓度2.44-7.55mg·L-1内,早熟禾、白三叶、紫羊茅和无植物空白缓冲带对TN都有一定去除作用,除白三叶外,早熟禾、紫羊茅及无植物空白的渗流去除率都高于径流的去除率。径流TN的去除率10.79-27.51%,径流去除率大小为白三叶>早熟禾>紫羊茅>空白;渗流TN的去除率11.66-35.80%,渗流去除率大小为早熟禾>白三叶>紫羊茅>空白。

由图3可知,在TP入水浓度0.53-1.16 mg·L-1内,早熟禾、白三叶、紫羊茅和无植物空白缓冲带对TP都有一定去除作用,早熟禾、白三叶、紫羊茅和无植物空白的渗流去除率都高于径流去除率。径流TP的去除率10.60-25.81%,径流去除率大小为早熟禾>白三叶>紫羊茅>空白;渗流TP的去除率16.13-50.69%,渗流去除率大小为早熟禾>白三叶>紫羊茅>空白。

2016年8月,游成令的女儿患上“急性普通B淋巴细胞L1型白血病”。这突如其来的噩耗,给这对农村走出来的夫妻带来了巨大的精神和经济压力。游成令后悔以前没有多关心女儿一点。在工作和家庭之间,她从来都是把工作放在第一位。

3.2 不同栽种方式缓冲带TN、TP的净化效果

由图4可知,在TN入水浓度2.44-7.55mg·L-1内,早熟禾、白三叶、紫羊茅和无植物空白缓冲带对TN都有一定去除作用,三种混栽和无植物空白渗流和径流TN的去除率相差不大,而早熟禾和两种混栽的渗流去除率都明显大于径流TN去除率。径流TN的去除率9.03-23.03%,径流去除率大小为三种混栽>早熟禾>两种混栽>空白;渗流TN的去除率9.51-31.49%,渗流去除率大小为两种混栽>早熟禾>三种混栽>空白。

  

图2 不同植物种类径流和渗流TN去除率

  

图3 不同植物种类径流和渗流TP去除率

  

图4 不同栽种方式径流和渗流TN去除率

由图5可知,在TP入水浓度0.53-1.16mg·L-1内,早熟禾、白三叶、紫羊茅和无植物空白缓冲带对TP都有一定去除作用,早熟禾、两种混栽、三种混栽渗流TP的去除率都高于径流去除率。径流TP的去除率8.85-23.99%,径流去除率大小为两种混栽>早熟禾>三种混栽>空白;渗流TP的去除率12.03-45.61%,渗流去除率大小为两种混栽>早熟禾>三种混栽>空白。

3.3 不同坡度缓冲带TN、TP的净化效果

由图6可知,在TN入水浓度2.44-7.55mg·L-1内,缓坡和陡坡缓冲带对TN都有一定去除作用,缓坡和陡坡的渗流TN去除率都高于径流去除率。缓坡径流TN的去除率为24.38%,陡坡径流TN去除率为20.60%;缓坡渗流TN的去除率为35.80%,渗流SS的去除率为26.42%。

[11]唐浩,熊丽君,鄢忠纯,等.缓冲带截除农业面源强污染效果[J].农业工程学报,2012,28(2):186-190.

4 讨论

4.1 不同草种缓冲带净化效果比较

植被的存在,能有效的改善土壤结构,并通过根系来增加土壤的渗透能力,在此过程中,泥沙颗粒所携带的污染物质可以通过土壤剖面过滤出来,所以通常情况下,渗流的去除能力都会高于径流的去除能力。河岸缓冲带是陆生和水生生态系统的交错地带,发挥着过滤、截留和屏障作用。植物作为缓冲带的主要组成部分,发挥着巨大的作用,不同的植物种类对污染物的截留作用也不相同。苗青等在宜兴地区利用自行设计的实验装置选用百慕大、白花三叶草和高羊茅3种草皮,草皮缓冲带对TN、TP的去除率都高于径流TN、TP的去除率[9]。陈航等通过人工配水模拟地表径流对华北地区的狗牙根、虎尾草和天堂草3种常见的草本植物进行试验,狗牙根和天堂草对N、P的去除能力优于虎尾草[10]。唐浩等研究了高浓度污染负荷冲击对百慕大草皮缓冲带截除农业面源污染物能力的影响,高浓度污染负荷下径流TN和TP的去除率分别为23%和26%,对渗流的去除也有一定的效果[11]。王敏等对植物缓冲带滞缓径流和农田氮磷污染物去除能力进行研究,结果表明百慕大、高羊茅、白花三叶草缓冲带对径流和渗流TN、TP的去除能力都明显增强[12]。本试验不同草种缓冲带早熟禾、白三叶和紫羊茅在径流和渗流TN、TP的去除率都高于无植物空白,径流TN的去除率10.79-27.51%,径流去除率大小为白三叶>早熟禾>紫羊茅>空白;渗流TN的去除率11.66-35.80%,渗流去除率大小为早熟禾>白三叶>紫羊茅>空白;早熟禾对径流和渗流TP的去除能力高于早熟禾和紫羊茅。草本缓冲带对渗流的去除效果明显强于对径流的去除效果,这是因为径流流经缓冲带表面的时间较短,植物对污染物只起到拦截作用,而在渗流中,植物可以通过自身的吸收来降解污染物。白三叶茎呈匍匐状生长增加了径流的截留率,早熟禾就有较强的分蘖能力,增加了植物的密度,对渗流中TN、TP都具有较强的去除能力。

4.2 不同栽种方式缓冲带净化效果比较

植物缓冲带能够有效的拦截由地表径流和地下水所携带的沉积物、养分、有机物、杀虫剂及其它污染物进入水体[13]。缓冲带能够有效的降低流经缓冲带水体的径流流速,径流中的颗粒物发生有效的沉淀,被缓冲带截留[14]。杨帆等利用自行设计的小型试验装置模拟缓冲带,选择东北地区草木犀、白三叶、马唐、夏枯草4种常见植物,通过人工配水模拟农田径流水,结果表明,在渗流中三种混栽(马唐+白三叶+草木犀)方式的的去除效果最高分别为59.80%、56.81%[15]。刘燕等构建了百花三叶草、高羊茅、金叶女贞3种植物及其不同配置模式的缓冲带试验,混合草本(高羊茅+白花三叶草)对TN、TP的去除效果较好,去除率分别为39.35%和50.89%[16]。汤家喜构建了草木犀、草木犀和枫杨混合带和杂草带3种类型的人工河岸缓冲带,结果表明3种类型缓冲带均能有效截留降雨径流,对SS的质量截留能力明显高于对浓度的截留作用[17]。卜晓莉对3种林分密度的杨树—草复合缓冲带对氮磷的拦截效果,结果表明缓冲带减少了47.1%-58.7%的地表径流量,54.5%-68.1%的总氮和62.3%-77.5%的总磷[18]。何聪选择草本植物白花三叶草和高羊茅不同混播比例对农田径流污染物的去除效果,混播草皮明显提高了缓冲带对污染物的去除效果,且对渗流水污染物的去除效果明显高于径流,白花三叶草与高羊茅混播比例为1:3时,缓冲带对径流中和渗流水中的总氮、总磷去除效果较好[19]。在不同的栽种方式下,三种植物混栽对径流TN的去除率最高,两种植物混栽对渗流TN和径流渗流TP的去除率均最高。两种植物混栽,早熟禾和紫羊茅的根系交错、穿插,可能更大程度的提高植物吸收营养物质的能力,也能提高根系微生物的活力。在一个多种植物混生的具体群落中,某一植株个体在生长过程中,会与其他个体(同种或异种)发生资源上的争夺,三种植物混栽在一起增大了植物间的竞争,植物自身生长不好,从而降低了对污染物的去除效果。

  

图5 不同栽种方式径流和渗流TP去除率

  

图6 不同坡度径流和渗流TN去除率

  

图7 不同坡度径流和渗流TP去除率

4.3 不同坡度缓冲带净化效果比较

坡度对缓冲带净化环境的功能和效果也有一定的影响作用。坡度越小,流经缓冲的径流速度越小,水力停留时间相对延长,缓冲带对污染物的截留效果越好。本试验较相关研究,5%坡与35%的径流渗流去除率相差较小,可能与模拟试验坡长较短有关。

吴建强通过模拟上海地区农业面源污染在东风港缓冲带进行现场试验,通过对2%、3%、4%和5%坡度试验,2%坡度缓冲带对氮磷污染的总去除率和单位面积污染去除负荷分别是5%坡度的1.56倍和1.66倍[20]。王敏等用百慕大草皮构建了2%、3%、4%和5%四种不同坡度结构的滨岸缓冲带试验基地,结果表明,坡度与缓冲带径流SS截留效果显著相关,2%坡度缓冲带末端渗流出水总氮(TN)、总磷(TP)平均浓度分别比 5%坡度低 1.63mg·L-1和 0.1mg·L-1[21]。在防治农业面源污染缓冲带的设计和实践中,由于受到土地资源的限制,缓冲带的宽度也受到限制,为了提高缓冲带对氮磷污染物的净化效果,应尽量减小缓冲带的坡度,减缓水流流速来增强土壤的渗透能力。本试验是以小试为基础进行的研究,上述的试验结果有待于在今后的实践中进一步探索。

参考文献:

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1.处理后各组食管鳞癌荷瘤裸鼠肿瘤细胞凋亡情况:TUNEL法原位检测发现,经过25 d后,HBO组、DDP组和HBO+DDP组食管鳞癌荷瘤裸鼠肿瘤组织出现不同程度凋亡,其中HBO+DDP组凋亡程度最明显,其次为DDP组,而Cont组食管鳞癌荷瘤裸鼠肿瘤组织未见明显凋亡现象。见图1。

缓坡选择早熟禾、白花三叶草、紫羊茅进行草种栽种试验。陡坡选择早熟禾、早熟禾+紫羊茅(两种混栽)、早熟禾+白花三叶草+紫羊茅(三种混栽)3种不同栽种方式,缓坡和陡坡都设置无植物空白进行对照。

第一,有组织犯罪的成员应当达到3人或3人以上。有组织犯罪作为一种组织性犯罪,其成员自然不可能是一个,而两个人也很难被称为组织。实际上,有组织犯罪的成员至少有四、五人,一般都能达到十几人、几十人,只有3个人的是极个别情况。而像组织遍布世界各地的意大利“黑手党”这种黑社会组织,其党徒有几十万之多。

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总之,强调文学自然地表达人的真情实感,是明代“本色”论的一个新发展,它是受明代心学影响的直接结果。当然,虽然我们说心学领域“本色”论的演进总体早于文论,但这并不说文论领域“本色”的任何一点新变都滞后于心学,很大情况下,恐怕存在着二者交互影响、共同推动发展的现象。

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由图7可知,在TP入水浓度0.53-1.16mg·L-1内,缓坡和陡坡缓冲带对TP都有一定去除作用,缓坡和陡坡的渗流TP去除率都高于径流去除率。缓坡径流TP的去除率为25.81%,陡坡径流TP去除率为21.94%;缓坡渗流TP的去除率为50.69%,渗流TP的去除率为43.32%。

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[20]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.

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[21]王敏,吴建强,黄沈发,等.不同坡度缓冲带径流污染净化效果及其最佳宽度[J].生态学报,2008,28(10):4951-4956.

 
杨帆,焉志远,韩辉,宫伟,刘赢男
《国土与自然资源研究》2018年第02期文献

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