全 文 ：植物散流⁃过滤带对不同密度地表股流氮磷的消除∗
杜　 钦∗∗　 王金叶　 李海防
（桂林理工大学旅游学院， 广西桂林 ５４１００４）
摘　 要　 植物散流⁃过滤带是在过滤带前设置草本散流带，可细化分散地表成股水流，发挥散
流带的增效作用（增强过滤带对污染物的净化） ．草本散流带在较稀疏地表股流下具有明显的
增效作用，但对其在密集地表股流下是否存在增效作用尚不清楚．本研究通过在黄荆过滤带
前设置五节芒散流带，观测过滤带在低（１ 条股流槽）、中（３ 条股流槽）、高（５ 条股流槽）３ 种
地表股流密度下对氮磷的消除，探讨散流带在不同密度条件下对过滤带的增效作用．结果表
明： 无论何种密度条件，五节芒⁃黄荆过滤带对总氮、铵氮、硝氮、总磷的消除均显著高于纯黄
荆过滤带；不同密度间的五节芒⁃黄荆对总氮、铵氮、硝氮、总磷的去除不存在显著性差异；五
节芒散流带对黄荆过滤带的增效作用不受地表股流密度的影响．
关键词　 植物缓冲带； 最佳管理措施； 散流屏障； 股流槽
文章编号　 １００１－９３３２（２０１５）０９－２８２９－０６　 中图分类号　 Ｘ１７１　 文献标识码　 Ａ
Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｇｒａｓｓ ｂａｒｒｉｅｒ⁃ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｏｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｏｆ ｖａｒｙｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ． ＤＵ Ｑｉｎ， ＷＡＮＧ Ｊｉｎ⁃ｙｅ， ＬＩ Ｈａｉ⁃
ｆａｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｔｏｕｒｉｓｍ， Ｇｕｉｌｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｇｕｉｌｉｎ ５４１００４， Ｇｕａｎｇｘｉ， Ｃｈｉｎａ） ．
⁃Ｃｈｉｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｅｃｏｌ．， ２０１５， ２６（９）： ２８２９－２８３４．
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｖｅｇｅｔａｔｉｖｅ ｂａｒｒｉｅｒ⁃ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ａｒｅ ｄｅｆｉｎｅｄ ａｓ ｇｒａｓｓ ｂａｒｒｉｅｒｓ ｓｅｔ ｕｐ ｂｅｆｏｒｅ ｆｉｌｔｅｒ
ｓｔｒｉｐｓ． Ｔｈｅｙ ｃｏｕｌｄ ｍａｋｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｄｉｓｐｅｒｓｅ， ｗｈｉｃｈ ｅｘｅｒｔｓ ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｇｒａｓｓ ｂａｒｒｉｅｒｓ
（ ｉ．ｅ．， ｅｘｉｓｔｅｎｃｅ ｏｆ ｇｒａｓｓ ｂａｒｒｉｅｒｓ ｉｍｐｒｏｖｅｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｏｌｌｕ⁃
ｔａｎｔｓ） ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｒｅｇａｒｄｓ， ｇｒａｓｓ ｂａｒｒｉｅｒｓ ａｒｅ ｇｅｎｅｒａｌｌｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ｔｏ ｂｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ
ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｉｓ ｌｏｗ， ｗｈｅｒｅａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｗａｓ ｋｎｏｗｎ ａｂｏｕｔ ｔｈｉｓ ｅｆｆｅｃｔ
ｗｉｔｈ ａｎ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ． Ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｔｕｄｙ， ｗｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ
ｂａｒｒｉｅｒ ｂｅｆｏｒｅ Ｖｉｔｅｘ ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐ ｗｉｔｈ ｔｈｒｅｅ ｄｅｎｓｉｔｉｅｓ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ （ｌｏｗ： ｏｎｅ ｃｏｎｃｅｎ⁃
ｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌ； ｍｉｄｄｌｅ： ｔｈｒｅｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ； ｈｉｇｈ： ｆｉｖｅ ｃｈａｎｎｅｌｓ） ． Ｔｈｅ ａｉｍ ｏｆ ｗｏｒｋ ｗａｓ ｔｏ ｉｄｅｎｔｉｆｙ
ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｍ． ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｉｎ ｒｅｄｕｃｉｎｇ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｒｅｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｌｅｖｅｌｓ． Ｏｕｒ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｆｉｌｔｅｒ
ｓｔｒｉｐｓ ｈａｄ ａ ｈｉｇｈｅｒ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｔｏｔａｌ Ｎ， ＮＨ４
＋ ⁃Ｎ， ＮＯ３
－ ⁃Ｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｐ ｃｏｍ⁃
ｐａｒｅｄ ｔｏ ｔｈｏｓｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ （Ｐ＜０．０５）， ｒｅｇａｒｄｌｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ ｌｅｖｅｌ． Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｓｉｇｎｉｆｉ⁃
ｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｏｔａｌ Ｎ， ＮＨ４
＋ ⁃Ｎ， ＮＯ３
－ ⁃Ｎ ａｎｄ ｔｏｔａｌ Ｐ ａｍｏｎｇ ｔｈｒｅｅ ｗａｔｅｒ ｆｌｏｗ
ｌｅｖｅｌｓ （Ｐ＞０．０５）． Ｗｅ ｃｏｎｃｌｕｄｅｄ ｔｈａｔ Ｍ． ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｃｏｕｌｄ ｉｍｐｒｏｖｅ
ｔｈｅ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎｕｔｒｉｅｎｔｓ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄｎ’ ｔ ｂｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｖａｒｙｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ
ｌｅｖｅｌ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｒｉｐａｒｉａｎ ｂｕｆｆｅｒ； ｂｅｓｔ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｐｒａｃｔｉｃｅ； ｌｅｖｅｌ ｓｐｒｅａｄｅｒ； ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ．
∗国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＣ１６Ｂ０４）、广西自然科学基金项
目 （ ２０１３ＧＸＮＳＦＢＡ０１９２０７ ）、 广 西 高 校 科 学 技 术 研 究 项 目
（２０１３ＹＢ１０１）和广西科技攻关项目［（桂）科研 １３９８００６］资助．
∗∗通讯作者． Ｅ⁃ｍａｉｌ： ｄｑｉｎ２０００＠ １６３．ｃｏｍ
２０１４⁃１２⁃０３收稿，２０１⁃０５⁃２８接受．
　 　 植物过滤带是水体岸边的一种植物缓冲带，可
以有效拦截雨水径流中的悬浮物和削减氮磷等污染
物的入河负荷量，显著降低农业非点源污染的影
响［１－３］ ．过滤带对污染物的去除效率除了受所处地
形、坡度、土壤条件及自身宽度、植物组成等因素影
响之外［４－５］，还与雨水地表径流的方式紧密相关［６］ ．
只有形成水流层薄、流向均匀的地表漫流，过滤带才
能有效地滞留水中污染物［７－８］ ．若雨水在地表汇成成
股水流，过滤带对其的净化能力就十分有限甚至完
全丧失［９－１０］ ．
应 用 生 态 学 报　 ２０１５年 ９月　 第 ２６卷　 第 ９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　
Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ， Ｓｅｐ． ２０１５， ２６（９）： ２８２９－２８３４
事实上，在现实农田管理中，地表漫流多为理想
状态［１１］ ．因为受人类、动物、机械等影响（如行走、碾
压等），易形成凹凸不一的土壤表面，这些在地表径
流发生时，常常会成为股流槽，促使雨水在地表汇成
成股水流，形成地表股流［１２］ ．地表股流在过滤带下
流动时，又会促使股流槽沿水流方向逐渐延伸推进，
从而不断降低或削弱过滤带的净化能力［１０］ ．如何增
强过滤带对股流农业非点源污染的控制效应一直是
植物过滤带设计与构建的难点［１３］ ．
植物散流⁃过滤带是在过滤带前设置一道散流
屏障，细化分散成股水流，使其更细薄均匀地进入过
滤带，进而提高过滤带对污染物的净化吸收．目前，
最具代表性的方法是用草本植物来构建散流屏障
（带） ［９，１１］ ．与之前土坎和带细孔木槽散流屏障相
比［１４］，选择地表茎秆直立密集的草本植物，设置成
０．６～１．２ ｍ宽的散流带，既降低了建造成本、简化了
后期管理，又能发挥散流作用，提高过滤带对氮磷等
污染物的净化作用［９，１５］ ．如 Ｂｌａｎｃｏ⁃Ｃａｎｑｕｉ 等［１６］选择
美国乡土草本柳枝稷 （Ｐａｎｉｃｕｍ ｖｉｒｇａｔｕｍ）构建宽
０􀆰 ７ ｍ散流带，结果表明，设置有柳枝稷的过滤带对
ＮＨ４
＋ ⁃Ｎ 和 ＰＯ４
－ ⁃Ｐ 的净化效果是未设置柳枝稷的
４􀆰 ９和 ３．７倍．
之前的研究仅证实了在较稀疏的地表股流条件
下（如 Ｂｌａｎｃｏ⁃Ｃａｎｑｕｉ 等［１６］在单位长度散流带上仅
设计有 ０．６条股流槽），草本散流带能显著提高过滤
带对股流中氮磷的去除效果．而在密集的地表股流
条件下，草本散流带的分流作用是否仍能保持，尚有
待进一步验证［９，１１］ ．
本研究以 １ ｍ宽的草本植物五节芒（Ｍｉｓｃａｎｔｈｕｓ
ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ）为散流带，设计低、中、高 ３ 种密度条件的
地表股流场景，验证不同密度地表股流条件下，散流
带是否能增强过滤带对氮磷污染物的净化效果，以
期为农田管理提供启示．
１　 材料与方法
１􀆰 １　 散流带植物的选择
理论上，散流屏障（带）应能在地表形成密集的
微空间，从而对流经其中的地表成股径流进行细化
分流．本研究选择五节芒作为构建散流带的植物，原
因主要有：五节芒为典型丛生草本植物，茎秆坚韧直
立，在地表密集分布，形成了密集的微空间，能发挥
分割细化成股水流作用；五节芒为我国南方地区常
见乡土植物，方便就地取材，降低引种风险．
１􀆰 ２　 样地设置
研究样地设置在桂林市农业科学研究所，选择
无上层乔灌木遮挡的开敞河岸段．河岸段土壤类型
为砂质壤土，坡向向河流侧倾斜，坡度约 ５％．目前，
该岸段种植区中的土地利用方式为玉米种植（桂糯
２号），种植区与河道间保留有自然植物过滤带，过
滤带由乡土灌木植物黄荆（Ｖｉｔｅｘ ｎｅｇｕｎｄｏ）组成．其平
均株高为（０．７２±０．０４） ｍ， 盖度为 ０．８２±０．０３，单株
生物量（４０．４６±０．１３） ｇ．为了探讨散流⁃过滤带在不
同密度的地表股流条件下对营养物质的去除作用，
在种植区内分别设置低密度（１ 条股流槽）、中密度
（３条股流槽）、高密度（５ 条股流槽）３ 种地表股流
场景，每种场景下的植物过滤带设有两种处理：五节
芒⁃黄荆过滤带（Ⅰ）、纯黄荆过滤带（Ⅱ），每种处理
重复 ３次，共 １８块处理小区．
２０１３年 ２ 月，在野外现场开始样地布置．１８ 块
处理小区随机进行排列，沿坡向布置小区，小区彼此
间隔为 ２ ｍ，每小区长×宽为 ２ ｍ×１２ ｍ，由种植区与
植物过滤带组成．种植区长×宽为 ２ ｍ×４ ｍ，植物缓
冲区为 ２ ｍ×８ ｍ，其中，植物缓冲区中五节芒的设置
长×宽为 ２ ｍ×１ ｍ（图 １）．用 ＵＰＶＣ 硬质塑料板对各
小区顶侧、左侧、右侧进行围合（地下埋深 １５ ～ ２０
ｃｍ，地面高出 １０～１５ ｃｍ），形成地表径流场，防止小
区外的地表径流进入小区．同时，从周边田间选择大
小、长势均匀一致的五节芒植株，按 ０．２ ｍ×０．２ ｍ株
行距移栽种植于相对应小区．小区前期布置完成后，
对研究区域设置保护红线，严格禁止人类和牲畜活
动，使其自然恢复生长 ４个月，于秋玉米种植期再行
后期布置．
　 　 ２０１３年 ７月初上旬，在秋玉米种植期继续进行
后续试验样地的布置．在各小区的种植区内，采用
０􀆰 ４ ｍ×０．６ ｍ 株行距移栽定植玉米幼苗（５ 叶期）；
同时，在各相应种植区内，沿坡向分别挖掘出 １ 条
（低密度的地表股流） 、３条（中密度的地表股流） 、
图 １　 样地布置示意图
Ｆｉｇ．１　 Ｐｌｏｔ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｐｌｅ ｓｉｔｅｓ．
Ｌ： 低密度 Ｌｏｗ⁃ｄｅｎｓｉｔｙ； Ｍ： 中密度 Ｍｉｄｄｌｅ⁃ｄｅｎｓｉｔｙ； Ｈ： 高密度 Ｈｉｇｈ⁃
ｄｅｎｓｉｔｙ； Ｃ： 地表股流 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ； Ⅰ： 五节芒⁃黄荆过滤带 Ｍ．
ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ－Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐ； Ⅱ： 黄荆过滤带 Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ
ｓｔｒｉｐ． 下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
０３８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
５条（高密度的地表股流）宽度为 ０．２ ｍ、深度为 ０．１
ｍ的“Ｖ”型股流槽［１６］ ．水样采集装置由直径 １１０ ｃｍ
的 ＰＶＣ引水管和集水管组成．在各小区，首先将长
度约 ２．２ ｍ的引水管分别安置于水流进入植物过滤
带入口区、过滤带后 １ ｍ、８ ｍ 过滤带末端 ３ 处位置
（图 ２）．安置时注意引水管埋入土壤时，需保持顶面
与土壤表面齐平，并在引水管顶侧间隔性开设孔径
为 ４ ｃｍ 的截水孔，使其能收集截留少量地表水流．
其次，将集水管垂直土壤安置于小区外（避免水样
采集时对小区的干扰），通过 ＰＶＣ 活结与引水管相
连接，并调整好高低位置，保证引水管水流能汇入集
水管．最后将栅格孔径为 ５ ｍｍ的过滤网覆盖于截留
孔上，防治落叶、石块、大块泥土等杂物落入引水管．
对种植区栽植玉米幼苗进行第一次水肥管理，将
１２０ ｇ的固体复合肥（１３％ Ｎ、１３％ Ｐ ２Ｏ５、１３％ Ｋ２Ｏ）
撒播于各小区种植畦上，并淋透定根水；之后定期对
各种植区进行相同的日常管理．
１􀆰 ３　 水样收集及测定方法
水样的收集主要通过自然降雨形成地表径流后
进行．依据天气预报获悉 ２０１３ 年 ８ 月 １６ 日会有强
降雨发生，于降雨的前 ２ 天，向各种植小区增施 １２０
ｇ固体复合肥．复合肥溶解后作为氮磷污染源随降雨
形成的地表股流输入过滤带．同时，降雨前用去离子
水反复多次冲洗引水管和集水管，并用便携式手动
抽水器抽空集水器中余水，做好雨后采样准备．
２０１３年 ８月 １６日，降雨发生，降雨强度为 １７．２
ｍｍ·ｈ－１ ．降雨发生后约 ４０ ｍｉｎ，雨水以向土壤下渗
为主，地表股流量小，未形成连续股流；待形成流量
大且连续的地表股流 １ ｈ 之后，开始采样．取样采用
下游先采原则［１６］，即最先采集过滤带 ８ ｍ末端处的
水样，然后采集过滤带 １ ｍ处水样，最后采集过滤带
入口处水样．取样时，通过抽水器从集水管中抽取，
图 ２　 小区水样采集点
Ｆｉｇ．２　 Ｒｕｎｏｆｆ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ ａｎｄ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎ．
１）过滤带入口 Ｉｎｆｌｏｗ； ２） 过滤带后 １ ｍ １ ｍ ａｆｔｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ； ３） 过滤
带末端 ８ ｍ Ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ．
取水总量≥２５０ ｍＬ，分别装入聚乙烯瓶，密封、编号
后带回实验室，立即进行分析测定．
水质指标的测定按照国家环境保护总局的《水
和废水监测分析方法》 （第四版） ［１７］进行．总氮测定
采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法、铵态氮测定采
用纳氏试剂光度法、硝态氮测定采用紫外分光光度
法、总磷测定采用钼酸铵分光光度法．
１􀆰 ４　 数据处理
在实际的试验过程中，常常很难保证各样地内
流入过滤带时氮磷含量的一致性．为了消除入口来
水中氮磷含量不一致对过滤带出口处氮磷含量的影
响，在比较不同过滤带处理下氮磷含量的差异时，将
水流进入过滤带入口处氮磷含量作为协变量，进行
协方差分析（ＡＮＣＯＶＡ），并做 Ｄｕｎｃａｎ 显著性检验
（α＝ ０．０５）．在进行协方差分析之前，对协方差的适
用条件进行检验，发现协变量与因变量的斜率在不
同组间无显著差异，可以认为不同组间的斜率相同，
符合协方差分析的条件．所有数据在分析之前都进
行正态性和方差齐性检验，当不满足时对数据进行
自然对数转换．
２　 结果与分析
２􀆰 １　 对总氮的去除效果
由表 １ 可以看出，无论何种密度条件的地表股
流，流入过滤带 １ ｍ 后，水中总氮浓度均略有下降，
但设置 １ ｍ宽黄荆带与设置 １ ｍ宽五节芒带对水流
中总氮的去除不存在显著性差异（Ｐ＞０．０５）；当水流
表 １　 各密度条件过滤带下总氮的变化
Ｔａｂｌｅ １　 Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ Ｎ ｆｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎ⁃
ｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ （ｍｇ·Ｌ－１）
密度
Ｄｅｎｓｉｔｙ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
进水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ｉｎｆｌｏｗ
１ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ａｔ １ ｍ ａｆｔｅｒ
ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
８ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ
ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
Ｌ Ⅰ ５．０８±０．１３ ３．９６±０．１２ａＡ ０．９７±０．０８ａＡ
Ⅱ ５．０６±０．１６ ４．１２±０．１２ａＡ ２．８４±０．１７ｂＡ
Ｍ Ⅰ ５．０５±０．１７ ３．９３±０．６４ａＡ ０．８９±０．０３ａＡ
Ⅱ ５．０７±０．０６ ４．１８±０．１１ａＡ ２．８９±０．２９ｂＡ
Ｈ Ⅰ ５．００±０．０６ ４．０３±０．０３ａＡ ０．９０±０．１０ａＡ
Ⅱ ４．９６±０．０５ ４．０６±０．０５ａＡ ３．０６±０．２０ｂＡ
Ｌ： 低密度 Ｌｏｗ⁃ｄｅｎｓｉｔｙ； Ｍ： 中密度 Ｍｉｄｄｌｅ⁃ｄｅｎｓｉｔｙ； Ｈ： 高密度 Ｈｉｇｈ⁃
ｄｅｎｓｉｔｙ． Ⅰ： 五节芒⁃黄荆过滤带 Ｍ． ｆｌｏｒｉｄｕｌｕｓ－Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐ；
Ⅱ： 黄荆过滤带 Ｖ． ｎｅｇｕｎｄｏ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐ． 同列不同小写字母表示同一
密度条件不同过滤带处理间差异显著；同列不同大写字母表示同一
过滤带处理不同密度条件间差异显著（Ｐ＜０􀆰 ０５） Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｍａｌｌ ｌｅｔ⁃
ｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ０􀆰 ０５ ｌｅｖｅｌ ａｍｏｎｇ
ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ； ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ
ｃａｐｉｔａｌ ｌｅｔｔｅｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｌｕｍｎ ｍｅａｎｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ａｔ ０􀆰 ０５ ｌｅ⁃
ｖｅｌ ａｍｏｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｄｅｎｓｉｔｙ ｕｎｄｅｒｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ．
下同 Ｔｈｅ ｓａｍｅ ｂｅｌｏｗ．
１３８２９期　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 杜　 钦等： 植物散流⁃过滤带对不同密度地表股流氮磷的消除　 　 　 　 　 　
表 ２　 各密度条件过滤带下铵态氮和硝态氮的变化
Ｔａｂｌｅ ２　 Ｃｈａｎｇｅｓ ｏｆ ＮＨ４
＋ ⁃Ｎ ａｎｄ ＮＯ３
－ ⁃Ｎ ｆｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ （ｍｇ·Ｌ－１）
密度
Ｄｅｎｓｉｔｙ
处理
Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ
进水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｉｎｆｌｏｗ
ＮＨ４ ＋ ⁃Ｎ ＮＯ３ － ⁃Ｎ
１ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｔ １ ｍ ａｆｔｅｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
ＮＨ４ ＋ ⁃Ｎ ＮＯ３ － ⁃Ｎ
８ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
ＮＨ４ ＋ ⁃Ｎ ＮＯ３ － ⁃Ｎ
Ｌ Ⅰ ３．４５±０．２７ １．０１±０．０９ ２．９５±０．０７ａＡ ０．８２±０．０７ａＡ ０．６７±０．１３ａＡ ０．１５±０．０５ａＡ
Ⅱ ３．５７±０．１０ ０．９７±０．０４ ３．０５±０．０６ａＡ ０．８７±０．０４ａＡ ２．１８±０．１３ｂＡ ０．６２±０．０８ｂＡ
Ｍ Ⅰ ３．４２±０．１２ ０．９７±０．０８ ２．９６±０．０７ａＡ ０．８５±０．０６ａＡ ０．６１±０．０８ａＡ ０．１７±０．０３ａＡ
Ⅱ ３．５４±０．１１ １．０３±０．０６ ３．０６±０．０８ａＡ ０．８３±０．０３ａＡ ２．２２±０．２０ｂＡ ０．６４±０．０６ｂＡ
Ｈ Ⅰ ３．６０±０．０７ ０．９４±０．１３ ３．００±０．０７ａＡ ０．７９±０．０３ａＡ ０．７０±０．１５ａＡ ０．１４±０．０４ａＡ
Ⅱ ３．２１±０．１９ ０．９３±０．０５ ２．８４±０．０８ａＡ ０．７９±０．０３ａＡ ２．２１±０．２０ｂＡ ０．６２±０．０９ｂＡ
完全透过过滤带后，即流至过滤带的末端（８ ｍ处），
水中总氮含量均大幅降低，五节芒⁃黄荆对总氮的去
除效果显著（Ｐ＜０．０５）高于黄荆．其中，五节芒⁃黄荆
过滤带在低、中、高密度条件下对总氮的消除率分别
达 ８０． ９％、 ８２． ４％、 ８２． ０％，而黄荆过滤带则只有
４３􀆰 ９％、４３．０％、３８．３％，表明五节芒⁃黄荆过滤带对总
氮的消除效果明显强于黄荆．另一方面，五节芒⁃黄
荆过滤带对总氮的去除效果在低、中、高股流密度间
不存在显著性差异（Ｐ＞０．０５）．这显示地表股流密度
的变化态不会显著影响五节芒⁃黄荆过滤带对总氮
的消除．
２􀆰 ２　 对铵态氮、硝态氮的去除效果
总体来看，水流中铵态氮和硝态氮浓度的变化
趋势与总氮相似．铵态氮和硝态氮浓度均随着水流
在过滤带中移动距离的增加而减小（表 ２）．
当水流透过 １ ｍ 过滤带后，低、中、高地表股流
密度下五节芒⁃黄荆的铵态氮浓度分别减小了
１４􀆰 ５％、１３．５％、１６．７％，而纯黄荆过滤带中铵态氮浓
度分别减小了 １４．６％、１３．６％、１１．５％；五节芒⁃黄荆在
低、中、高地表股流密度下硝态氮浓度分别下降了
１８􀆰 ８％、１２． ４％、 １６． ０％，纯黄荆下则各自下降了
１０􀆰 ３％、１９􀆰 ４％、１５．１％．五节芒⁃黄荆过滤带与纯黄荆
过滤带对铵态氮、硝态氮的去除效果间不存在显著
性差异．
当水流透过过滤带的最末端，设置有五节芒的
过滤带对铵态氮、硝态氮的去除效果显著高于未设
置五节芒的纯黄荆过滤带（Ｐ＜０．０５）．低、中、高密度
下，设置五节芒的过滤带下铵态氮浓度下降了
８０􀆰 ６％、８２．２％、８０．６％，硝态氮浓度下降了 ８５􀆰 ６％、
８２． ５％、 ８５􀆰 １％；纯黄荆过滤带下的降幅分别为
３８􀆰 ９％、３７． ３％、３１． ２％和 ３６． １％、３７． ９％、３３． ３％．另
外，设置有五节芒的五节芒⁃黄荆过滤带对铵态氮和
硝态氮的消除效果在低、中、高地表股流密度间不存
在显著性差异．
表 ３　 各密度条件过滤带下总磷的变化
Ｔａｂｌｅ ３　 Ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｔｏｔａｌ Ｐ ｆｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎｃｅｎ⁃
ｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ （ｍｇ·Ｌ－１）
密度
Ｄｅｎｓｉｔｙ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
进水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ｉｎｆｌｏｗ
１ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ａｔ １ｍ ａｆｔｅｒ
ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
８ ｍ处出水浓度
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ
ａｔ ｔｈｅ ｅｎｄ
ｏｆ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ
Ｌ Ⅰ ２．７６±０．３２ ２．６３±０．３１ａＡ ０．７４±０．１１ａＡ
Ⅱ ２．６４±０．２８ ２．４４±０．２９ａＡ １．６８±０．２１ｂＡ
Ｍ Ⅰ ２．６６±０．２７ ２．４２±０．２２ａＡ ０．７９±０．１１ａＡ
Ⅱ ２．５８±０．３４ ２．３７±０．３５ａＡ １．６９±０．１５ｂＡ
Ｈ Ⅰ ２．５１±０．３６ ２．４１±０．４３ａＡ ０．８２±０．０１ａＡ
Ⅱ ２．５８±０．５０ ２．３８±０．４２ａＡ １．６７±０．３３ｂＡ
２􀆰 ３　 对总磷的去除效果
与纯黄荆过滤带相比，设置了五节芒的过滤带在
对总磷的净化效果上也表现出明显变化（表 ３）．当水
流完全透过过滤带后，即在过滤带最末端，无论是何
种密度的地表股流下，五节芒⁃黄荆对总磷的净化效
果显著大于纯黄荆过滤带（Ｐ＜０．０５），前者对低、中、高
密度下总磷的去除率分别达 ７３􀆰 ２％、７０􀆰 ３％、６７􀆰 ３％，
后者只有 ３６．４％、３４．５％、３５．２％．
３　 讨　 　 论
３􀆰 １　 五节芒带的散流作用
从五节芒带单一的净化功能上分析，１ ｍ 宽的
五节芒带对氮磷的去除效果并不明显优于 １ ｍ宽的
黄荆带；但从五节芒带对整条黄荆过滤带净化效果
的影响分析，设置有五节芒的黄荆带对氮磷营养物
质的消除显著高于未设置五节芒带的纯黄荆过滤
带，而且五节芒带对黄荆过滤带净化效果的提升并
不受种植区地表股流密度的影响．五节芒带的作用
主要在于能细化分散成股的地表径流．由于五节芒
茎秆密集、自立、坚韧，当成股地表径流流经五节芒
带时，密集自立的茎秆能减缓水流流速，对股流进行
细化分流，降低集中流，增加其散向流，使地表径流
更均匀地渗入过滤带，扩大水流与植物的接触面积，
２３８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷
进而提高植物过滤带的净化效率［１８］ ．
为了检验五节芒带的散流作用，对过滤带内的
股流槽进行记录．股流槽作为股流在地表运移的路
径，是水流成股透过过滤带的通道，也是判断地表股
流发生的最直观标志［６， １０］ ．在 ２０１３ 年 ７ 月 １８ 日、７
月 ２７日、８月 １６ 日的 ３ 场形成了地表径流的强降
雨中，采用 Ｄｏｓｓｋｅｙ 等［１２］的方法对各样带过滤带下
土壤表面形成的明显股流槽（深度超过 ２ ｃｍ）进行
了测量，记录分析了股流槽的发生情况（表 ４）．
从表 ４可以看出，在 ３次强降雨后，不管何种条
件的地表股流密度，在五节芒⁃黄荆过滤带下均未发
现明显的股流槽，而纯黄荆过滤带下则能观测到明
显的股流槽．表明五节芒带对股流起到了细化分流
的作用．这与 Ｂｌａｎｃｏ⁃Ｃａｎｑｕｉ 等［９］以柳枝稷为散流带
的研究结果相似．随着降雨次数以及地表径流发生
频率的增加，地面股流槽的深度与宽度均逐渐加深
与加宽．在低地表股流密度条件下，随降雨次数增
加，槽的平均深度由 ７ 月 １８ 日的 ２．９３ ｃｍ 加深到 ８
月 １６日的 ３．６５ ｃｍ，平均宽度由 ７ 月 １８ 日的 ５．１８
ｃｍ拓宽到 ８ 月 １６ 日的 ６．１８ ｃｍ；中、高地表股流密
度条件下也同样存在类似的增长趋势．Ｄａｂｎｅｙ 等［１９］
和 Ｐａｎｋａｕ 等［６］从水土流失的角度对该趋势进行了
解释，即随着地面槽的出现，随降雨和股流发生频
表 ４　 各密度条件过滤带下股流槽发生情况
Ｔａｂｌｅ ４　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ ｆｏｒ ｆｉｌｔｅｒ ｓｔｒｉｐｓ ｕｎｄｅｒ ｃｏｎ⁃
ｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
密度
Ｄｅｎｓｉｔｙ
处理
Ｔｒｅａｔ⁃
ｍｅｎｔ
观测日期
Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ
ｄａｔｅ
股流槽数量
Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ
ｆｌｏｗ ｃｈａｎｎｅｌ
（Ｎｏ．）
平均深度
Ａｖｅｒａｇｅ
ｄｅｐｔｈ
（ｃｍ）
平均宽度
Ａｖｅｒａｇｅ
ｗｉｄｔｈ
（ｃｍ）
Ｌ Ⅰ ０７⁃１８ －
０７⁃２７
０８⁃１６
Ⅱ ０７⁃１８ １．３３±０．５８ ２．９３±０．４４ ５．１８±０．７６
０７⁃２７ １．３３±０．５８ ３．１５±０．１９ ５．９３±０．７４
０８⁃１６ １．３３±０．５７ ３．６５±０．５５ ６．１８±０．４９
Ｍ Ⅰ ０７⁃１８ －
０７⁃２７
０８⁃１６
Ⅱ ０７⁃１８ ２．６７±０．５８ ３．３６±０．７２ ４．８０±０．６３
０７⁃２７ ３．００±０．００ ３．４３±０．６７ ５．１３±０．４６
０８⁃１６ ３．００±０．００ ３．７２±０．４５ ５．３６±０．６４
Ｈ Ⅰ ０７⁃１８ －
０７⁃２７
０８⁃１６
Ⅱ ０７⁃１８ ４．３３±０．５８ ３．２５±０．６１ ５．１５±０．９１
０７⁃２７ ４．３３±０．５８ ３．４５±０．７８ ５．４６±０．７６
０８⁃１６ ４．６７±０．５７ ３．７８±０．６９ ５．６４±０．６７
－ 未见明显股流槽 Ｔｈｅｒｅ ｗａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｐａｔｈ．
率增加，槽中水流频繁的流动冲刷，会逐渐加深和拓
宽槽通道，从而导致更大面积的水土与养分流失．
Ｄａｂｎｅｙ等［２０］进一步指出：随着股流槽体积的扩大，
股流流动的速度会更加快速，进一步削弱了过滤带
的拦截净化功能．
３􀆰 ２　 对农田管理的启示
五节芒是南方多省田间地头广泛分布的乡土禾
本科植物，为多年生丛生草本，具有发达的根状茎与
密集的茎秆、繁殖速度快、适应能力强等特点．在现
代农业管理中，五节芒由于易与农作物争肥、叶片叶
缘易割伤劳动者皮肤等原因，常常被视为农田中的
杂草，是农田管理中重点防治的杂草之一［２１］ ．本研
究结果表明，五节芒的存在能细化分流农田中的地
表股流，增强河道两侧植物过滤带对营养物质的消
除效率，减少农业非点源污染．
在现代农田管理中，为了能减少农业非点源污
染的发生，应让农户认识到五节芒对地表股流的散
流作用．在田野进行杂草防治时不必全部清除，可以
依据生长位置，有选择性地保留五节芒，如保留邻近
溪流河道处、农田排水口处、田间地表径流通道处等
关键位置的五节芒［２２］ ．同时，对农地之外，尤其是溪
流河道沿岸的其他乡土野生植被也应该减少干扰
（如砍伐、放牧、火烧等），有利于保证过滤带的完
整，降低农业非点源污染风险［２３］ ．
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ｉｎ ｓｏｉｌ ｒｉｌｌ ｅｒｏｄｉｂｉｌｉｔｙ ｔｏ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ
ｕｎｄｅｒ ｆｏｕｒ ｔｙｐｉｃａｌ ｃｒｏｐｌａｎｄｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｌｏｅｓｓ Ｐｌａｔｅａｕ ｏｆ Ｃｈｉ⁃
ｎａ． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｏｉｌ ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ， ２０１４， ６９：
３５２－３６３
［２３］　 Ｃａｏ ＬＸ， Ｚｈａｎｇ ＹＧ， Ｌｕ ＨＺ， ｅｔ ａｌ． Ｇｒａｓｓ ｈｅｄｇｅ ｅｆｆｅｃｔｓ
ｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｓｏｉｌ ｌｏｓｓ ｆｒｏｍ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄ ｆｌｏｗ： Ａ ｃａｓｅ
ｓｔｕｄｙ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｄ ｓｏｉｌ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ Ｃｈｉｎａ． Ｓｏｉｌ ＆ Ｔｉｌｌａｇｅ Ｒｅ⁃
ｓｅａｒｃｈ， ２０１５， １４８： ９７－１０５
作者简介　 杜　 钦，男，１９７８年出生，博士，副教授．主要从事
河岸海岸生态系统管理研究，发表论文 １０ 余篇． Ｅ⁃ｍａｉｌ：
ｄｑｉｎ２０００＠ １６３．ｃｏｍ
责任编辑　 杨　 弘
４３８２ 应　 用　 生　 态　 学　 报　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ２６卷