濱岸緩衝帶在水源地農業面源汙染防治上的應用論文
摘要：飲用水水源地汙染已成為全球共同遭遇的重大環境問題之一，為保證人們的飲用水安全，有必要對進入水源地內的農業面源汙染進行防治。濱岸緩衝帶能夠有效的防治農業面源汙染已經得到廣泛的認可，並在水源地保護上有一定的應用前景。文章綜述了緩衝帶的定義、結構、功能以及農業面源汙染防治方面的應用等基礎上，提出了我國濱岸緩衝帶在飲用水源地保護中的應用前景。
關鍵詞：飲用水水源地；農業面源汙染；濱岸緩衝帶
我國人均水資源量僅佔世界人均水量的1/4，隨著我國農業現代化的發展，農藥、化肥的大量施用，農業面源對水體的汙染也在進一步加劇，尤其是對飲用水水源地的汙染。飲用水汙染已經成為環境汙染中關係人類生命和健康的最重要問題之一。
自20世紀80年代中期，我國開始了對北京、天津、上海、江蘇、安徽等地的主要水源地———密雲水庫、於橋水庫、黃浦江流域、太湖、巢湖的汙染問題進行研究。北京密雲水庫水體中的N、P含量處於中營養狀態，水體的營養程度屬於中營養型，水質尚好，但庫區水體有較明顯的向富營養化方向發展的趨勢[1]；天津於橋水庫監測資料分析發現，於橋水庫的主要汙染物為TN、TP和氨氮等營養物質，其中TN為國家地面水標準Ⅴ類，TP為國家地面水標準Ⅲ~Ⅳ[2]；上海黃浦江上游流域總氮含量和氨氮含量嚴重超標，總氮指標甚至達不到V類水體標準，除此之外，黃浦江上游來水之一太浦河水質最好，能到達Ⅲ類水體標準，東新鎮輪渡水質最差，其餘監測斷面水質情況基本上在Ⅳ類[3]；江蘇太湖入湖河口區24個點位的水質監測結果表明，水體中的TN、TP濃度分別為3。5mg/L和0。28mg/L，分別高於國家湖泊水環境質量Ⅴ類水質（TN≤2。0mg/L，TP≤0。2mg/L）標準[4]；2003年1月環境質量月報公佈，安徽巢湖呈中度富營養化水平，有9個監測點屬劣Ⅴ類水質，其餘皆為Ⅴ類水質（GB3838—2002），主要汙染指標仍為TN、TP[5]。
濱岸緩衝帶是建立在河湖、溪流和溝谷沿岸的各類植被帶，包括林地、草地或其它土地利用型別。
主要目的是保護水質清潔，攔截過濾可能進入河流、水庫的泥沙、有機質、殺蟲劑和其它有害物質[6]。修建緩衝帶是保護水資源最有效的方法之一，沿著江河、溪流堤防的草本植物帶，灌木帶或是喬木帶起著過濾受汙染徑流的作用，並在水體和人為用地之間形成一片過渡區域[7]。濱岸緩衝帶是防治農業面源汙染和保護飲用水水源地最有效的方法之一，它將在防治農業面源汙染和保護飲用水水源地方面發揮越來越大的作用。
1濱岸緩衝帶概述
1。1濱岸緩衝帶的定義緩衝帶，全稱保護緩衝帶，它是指沿著開放的水系統寬度在1m到100m之間的人工管理的永久植物帶[8]。它是由美國農業部國家自然資源保護局（NRCS）向美國公眾推薦的土地利用保護方式[9—10]。緩衝帶是河道與陸地的交界區域，可以有不同的名稱，如河岸區或緩衝帶，如果這一區域帶較寬，也可稱之為河邊溼地、河谷或洪泛平原。不同的名稱反映這一區域的寬度、洪泛狀況和土壤條件的差別[11]。有學者認為，岸邊帶是一種特殊的保護緩衝帶（簡稱緩衝帶），屬於水體岸邊緩衝帶型別，也稱為岸邊緩衝帶、水濱帶等。在學術界，首次對河岸帶的定義出現在20世紀70年代末，係指陸地上同河水發生作用的植被區域[12]。
1。2濱岸緩衝帶的結構
濱岸緩衝帶的結構可以從兩個方面來解釋：一方面是從宏觀角度理解的濱岸緩衝帶的空間結構；另一個方面是從微觀角度理解的濱岸緩衝帶的植被群落組成、分佈及寬度的實體結構。
宏觀角度從縱向（上游—下游）、橫向（河床—洪積平原）、垂向（河川徑流—地下水）和時間變化（如岸邊帶形態變化及其生物群落演替）可以將濱岸緩衝帶生態系統劃分為四維空間結構[12]。從微觀出發來分析濱岸緩衝帶的實體結構。濱岸緩衝帶由不同植物組成，在緩衝帶當中，他們發揮著不同的作用。組成緩衝帶植物的生活型不同，它們分別是水生植物、溼生植物和陸生植物。
1。3濱岸緩衝帶的功能
濱岸緩衝帶作為一種水體附件，它在水文、生態、土壤流失、環境保護和動物保護等方面都發揮了重要的作用。
1。3。1保護水源，防治農業面源汙染緩衝帶透過降低徑流流速、沉降泥沙、過濾和吸附等功能來防治農業面源汙染，汙染物的減少主要是透過沉積作用、過濾作用、化學作用、吸附作用、微生物作用等過程來完成的，這樣能削減進入河流、湖泊、水庫的氨氮、TN、TP、農藥化肥、除草劑等化學物質。
挪威、瑞典和德國關於緩衝帶的試驗研究發現：10m寬的緩衝帶可以去除75%的氮，但緩衝帶對磷的去除效率更高些，一般情況下，緩衝帶可以截留3%~50%的氮，可截留65%~95%的磷[13]。也有研究證明，根據緩衝帶的寬度和複雜性，附著在緩衝帶上面50%~100%的沉積物和有機殘骸能夠被吸收分解，寬闊的草木混生的緩衝帶要比狹窄的單一草本構建的緩衝帶具有更強的截汙分解效率[8]。
緩衝帶防治飲用水水源的農業面源汙染的功能，已經得到了充分的肯定，在開放的水系統和潛在的汙染物之間，緩衝帶起著生物化學和物理屏障的作用[14]。
1。3。2護岸功能
緩衝帶的護岸作用是透過兩個方面來實現的，一方面透過植物的攔截作用，來降低流過河岸流水的流速，從而降低水流對河岸的侵蝕作用。有研究顯示，緩衝帶中的植物能夠生長平鋪在坡上和溝渠兩側，能夠有效的降低徑流的流速[15]。另一方面，植物根系對河岸的固定作用，也是減少水土流失的一個重要方面。
國外學者Smith透過試驗認為，受植物根系作用影響，河岸沉積物抵抗侵蝕的能力是沒有植物根系作用影響的2萬倍[16]。
1。3。3提供動物的棲息地
緩衝帶由大量的草本、灌木、和喬木植物組成，能夠為大量的動物提供食物、水分和生活空間。緩衝帶土壤、植物、水體組成了一個系統，能夠為大量的魚類、爬行類、兩棲類和鳥類提夠一個良好的生活空間。
顧笑迎，黃沈發[17]等，選擇蘇州河的支流東風港為研究物件，緩衝帶區和對照區相比，浮游植物的種類數多；浮游動物群落結構複雜；底棲動物的種類數、密度和生物量多；有較為多樣化的大型水生植物群落。
2我國水源地保護存在的不足
我國各水源地存在的問題各不相同，但是水源地的汙染主要來自於工業點源汙染、城鎮生活汙水、農業面源汙染及水源地安全隱患等方面。但對飲用水源地影響最大的是城鎮生活汙染、農業面源汙染和農村生活面源汙染。儘管我國在飲用水源地保護方面做出了很大的努力，但仍存在著一些問題。
（1）管理區分散。我國很多水源地跨過多個地區，各地區制定了符合本地區保護的方案，水體自淨能力有限，下游地區的水源得不到更有效的保護。例如，溫州一個城市集中式飲用水水源地就有珊溪水源地、澤雅水源地、甌江翻水站水源地和永強平原地下水。珊溪水源和澤雅水源地則屬水庫型，甌江翻水站水源地屬河流型，永強平原深層地下水是孔隙水，各水源地存在的問
題也不盡相同，有工業點源汙染、城鎮生活汙水、農業面源汙染及水源地安全隱患[18]。
（2）監測不足，應急預案啟動能力差。我國各地區對飲用水水質監測的日常監測多是一些基本的監測指標，對浮游生物和毒素汙染指標的監測能力較弱。應急預案的啟動較慢，對各種應急事件發生的處理能力不足。例如，2007年5月發生在無錫太湖藍藻水華引起的自來水危機事件進一步的凸現我國對飲用水水質的浮游生物和毒素汙染指標的日常能力監測較弱，也突出了我國湖泊富營養化的嚴峻局面和藍藻水華頻發的現狀[19]。
（3）汙染源不能得到有效地控制。工業點源汙染可以透過制定排汙標準來控制工業點源汙染的排汙總量；城鎮生活汙水，可以透過嚴格管理，建立統一的排汙管道，進行汙水的淨化處理，但是農業生產面源汙染確難以用這些方法來控制。例如，廣東省飲用水源地保護區內河（庫）岸濱帶植物覆蓋率較低，大部分為灘塗地，除個別區域有一定的水生植物外，水陸交錯帶由於受垃圾汙染或水土流失等影響，基本上沒有形成較大規模的水生植物群落；沿河（庫）分佈的農田和果林取代了原來的河岸生態系統，致使水源地生態環境失去了水源涵養和水土保持功能[20]。
3濱岸緩衝帶在農業面源汙染防治上的應用保護飲用水源地的關鍵是防止汙染物進入水體，緩衝帶在汙染源和水體之間起到安全屏障作用，能有效防止汙染物進入水體。濱岸緩衝帶淨化農業非點源汙染物的機理主要有3個方面：（1）降低地表徑流速度，過濾和攔截顆粒態汙染物；（2）植物吸收、土壤吸附溶解態的汙染物；（3）促進氮的反硝化作用[21]。
3。1濱岸緩衝帶對氮磷營養元素的去除緩衝帶透過沉積作用、過濾作用、化學作用、吸附作用、微生物作用等過程削減可能進入飲用水源地的氨氮、總磷，從而減少了氮、磷營養物質進入水體。緩衝帶透過一定寬度的水—土壤（沉積物）—植物系統的物理、化學和生物功能效應減少面源汙染物：地表徑流中的N、P，主要透過物理過程的沉積和滲濾實現截留；滲透到土壤中的N、P，則透過一系列過程，如植物的吸收、土壤吸附，反硝化作用及微生物吸收等實現截留轉化[21]。一些研究已經顯示，緩衝帶能夠去除大約90%的沉積物和硝酸類汙染物；同時也顯示對沉積物中的磷有明顯的去除作用，而對溶解性磷效果不大[22]。
Lee等透過模擬降雨和模擬徑流來比較由柳枝和雀麥草、貓尾草和牛毛草等冷季植物組成的3m和6m寬的`緩衝帶能在相鄰的農田徑流中起到降低沉積物、氮、磷元素的效果。結果顯示，3m寬的緩衝帶能夠去除徑流中66%的沉積物，6m寬的則能去除77%。6m寬的緩衝帶能夠去除徑流中46%的總氮、42%的硝態氮、52%的總磷和34%的溶解性磷，而3m寬的緩衝帶能去除徑流中28%的總氮、25%的硝態氮、37%的總磷和34%的溶解性磷[23]。Chescheir等在美國北卡羅來納州東北部的一個環境敏感區內，應用溼地緩衝帶降低農業灌溉用水中的氮、磷和沉積物等[24]。Ricker和Jansse對兩塊緩衝溼地進行研究，結果顯示溼地緩衝植物能夠有效的降低氮素含量，溼地中的乾草和飼料植物能有效的降低營養元素的含量[25]。王磊和章光新以扎龍溼地湖濱溼地緩衝帶剖面為研究物件，發現此溼地緩衝帶對水體中的營養元素具有明顯的去除效應，對總氮和總磷的去除率分別為74。1%和84。6%[26]。
Schoonover等在兩個相鄰的10m寬的緩衝帶安裝了16個徑流收集裝置來監測表面徑流中的硝酸鹽、銨鹽和磷酸鹽，該緩衝帶降低了進入水體的氨氮、總氮和磷酸鹽含量分別為74%、68%和78%[27]。Peterjohn和Correll對19m的緩衝帶進行實驗研究，研究結果表明19m的緩衝帶能夠去除89。7%的懸浮顆粒、60。4%的硝酸鹽、73。7%總磷和58。1%的溶解態磷[28]。雖然不同的研究得到的研究結果不同，但是緩衝帶對氮、磷營養元素的去除效果還是顯而易見的。
3。2濱岸緩衝帶對農藥等有機物的去除緩衝帶透過沉積作用、過濾作用、截流作用等過程削減可能進入河流、湖泊、水庫的農藥和殺蟲劑。
Arora等人對6個模擬的1。52m寬、20。12m長的植物緩衝帶進行實驗，實驗設定兩個處理濃度，分別是15：1和30：1。15：1的處理濃度能夠降低52。5%的阿特拉津、54。4%的異丙甲草胺和83。1%的毒死脾。
30：1的處理濃度能夠降低46。8%的阿特拉津、48。1%的異丙甲草胺和76。9%的毒死脾[29]。Mickelson和Baker的研究顯示9。1m的緩衝帶能夠去除超過55%的阿特拉津除草劑[30]。
3。3濱岸緩衝帶防治水土流失的作用水土流失一方面將土壤中的泥沙、農藥、化肥和生產生活垃圾帶入水體，另一方面也導致下游河道淤塞，水庫庫容減小，環境水容量降低[31]。緩衝帶防治農業面源汙染主要是透過滯緩徑流、沉降泥沙、強化過濾和增強吸附等功能來實現的。緩衝帶能有效的降低徑流的流量和流速，防止大量的泥沙進入水體，使河道內淤泥增多，堵塞河道。緩衝帶對於穩定河岸，減少流水對岸邊的侵蝕能力。吳彥[32]，張祖榮[33]研究植物根系對土壤抗侵蝕能力的影響表明植物根系能夠提高土壤的抗侵蝕能力，且主要透過d≤1mm的鬚根發揮作用；土壤抗侵蝕能力與土壤中d≤1mm的鬚根數量成正線性相關。
目前，我國學者已經認識到了濱岸緩衝帶在控制農業面源汙染方面的有效作用，並且有一些在飲用水源地保護方面的應用研究。趙杭美等[34]在上海青浦區華新鎮境內建立了東風港濱岸緩衝帶示範工程，研究了濱岸緩衝帶在河道坡岸生態修復中的應用效果，結果表明，濱岸緩衝帶具有改善生物棲息地環境質量、穩定坡岸、修復河道生態環境等功能，適合在各類岸坡的生態修復中廣泛運用。席光超[31]對山西嵐漪河河岸緩衝帶的恢復重建進行了研究，對嵐漪河飲用水體能達到的水體要求所需的緩衝頻寬度進行了估算，10m、20m和30m削減全氮幅度的平均值為22。18%、24。30%和28。17%；全磷削減幅度的平均值為18。00%、26。00%和35。00%；銨態氮削減幅度的平均值為31。11%、37。78%和46。39%；硝態氮削減幅度的平均值為20。65%、32。61%和50。00%。葉志敏，尹璇[35]對深圳市水源地西麗水庫濱岸緩衝帶對面源汙染的削減作用進行了研究，試驗結果可見，各種植方案對進入西麗水庫的主要汙染物（TP、TN、CODcr、SS）均有一定去除效果。
4展望
飲用水水源地的水質安全是關係國計民生的重要問題，農業面源汙染是飲用水安全的一個重要隱患。濱岸緩衝帶能夠使農業面源汙染得到有效的控制，並且使水體富營養化的趨勢減緩，從而在一定程度上保護了飲用水安全，是一項實用的環境工程措施。濱岸緩衝帶用來防治農業面源對飲用水的汙染自身具有優勢：（1）濱岸緩衝帶由植物—水體—土壤構成，利用植物的截流作用來降低汙染，同樣植物的根系又起到了保護堤岸，防止水土流失的作用。（2）濱岸緩衝帶能夠提供生物的棲息地，增強生物的多樣性，美化緩衝帶周圍的景觀。（3）濱岸緩衝帶成本低，方法簡單，減少了應用工程措施所花費的大量的人力、物力和財力。因此，我們建議，緩衝帶工程應該廣泛的應用於飲用水防治農業面源汙染研究上，具有以下的發展前景：（1）農業面源汙染和飲用水安全是需要多種措施共同配合來實現，利用緩衝帶來減低農業面源汙染對飲用水源的汙染並結合水保措施來減少徑流和沉積物給飲用水源帶來的汙染。（2）結合一些物理和生物手段降低和去除農業面源汙染中的農藥和除草劑的危害。濱岸緩衝帶的建立和應用對於我們國家來說屬於新興領域，我們應該加大對緩衝帶的研究，發揮緩衝帶的優勢，使我國的飲用水資源得到有效的保護，從而提高人們的生活質量。
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