全 文 ：中国生态农业学报 2011年 3月 第 19卷 第 2期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, March 2011, 19(2): 403408


* 沈阳市科技计划项目(1081283-9-00)、国家水体污染控制与治理重大专项(2008ZX07208-007-01)和中国科学院沈阳应用生态研究所博
士启动基金项目(Y0SBS121S3)资助
** 通讯作者: 于立忠(1970~), 男, 博士, 高级工程师, 主要从事森林生态方面的研究。E-mail: yuliz@iae.ac.cn
阎丽凤(1986~), 女, 硕士研究生, 主要从事水体污染治理的研究。E-mail: sandynumber@126.com
收稿日期: 2010-05-23 接受日期: 2010-10-11
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00403
沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究*
阎丽凤 1 石险峰 2 于立忠 1** 苗永刚 1 姚立平 3 李 莉 3
(1. 中国科学院沈阳应用生态研究所 清原森林生态实验站 沈阳 110016; 2. 清原满族自治县河道管理处
清原 113300; 3. 辽宁省森林经营研究所 丹东 118002)
摘 要 为充分了解河岸植被缓冲带对地表径流污染物的去除效果, 本研究选取辽宁省沈阳市两条典型河流——
浑河与蒲河为对象, 研究其滨水不同河岸植被缓冲带对地表径流氮、磷污染物的削减效果。结果表明: 在 6种
河岸植被带中, 人工林草地对氮的削减效果最好, 对总氮、硝态氮和铵态氮的平均削减率分别为 47%、36%和
31%; 人工林地对磷的削减效果较好, 平均削减率为 74%; 而人工林地对氮以及人工草地对磷的削减效果较
差。随长度增加, 河岸植被缓冲带对地表径流污染物的削减效果基本呈增强趋势。以上研究结果说明不同河
岸植被缓冲带对地表径流中氮、磷的削减各有优点。在对遭受污染的河流进行生态修复时, 应考虑环境污染
特点和地表特征, 以充分发挥河岸植被缓冲带对污染物的削减优势。
关键词 河岸缓冲带 植被类型 氮磷污染 削减效果
中图分类号: TP79 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)02-0403-06
Elimination effects of riparian vegetation buffer zones on surface
water nitrogen and phosphorus in Shenyang suburbs
YAN Li-Feng1, SHI Xian-Feng2, YU Li-Zhong1, MIAO Yong-Gang1, YAO Li-Ping3, LI Li3
(1. Qingyuan Forest Ecology Experimental Station, Institute of Applied Ecology, Chinese Academy of Sciences, Shenyang 110016,
China; 2. River Channel Management Bureau, Qingyuan Manchu Autonomous County, Qingyuan 113300, China; 3. Liaoning
Institute of Forest Management, Dandong 118002, China)
Abstract To fully understand the elimination effects of riparian vegetation butter zones on surface runoff pollutants, the
elimination effects of different riparian vegetation buffer zones on nitrogen and phosphorus in simulated polluted-surface runoff were
investigated in Hunhe and Puhe Rivers in the suburbs of Shenyang City. The results showed that artificial forest-grassland had the
best remedial effects on total nitrogen, NO3-N and NH4+-N, with 47%, 36% and 31% of average removal efficiency, respectively.
The tree plantation was more effective vegetation buffer zones on phosphorus elimination with 74% of average removal efficiency.
However, the elimination effects of tree plantation on nitrogen and artificial grassland on phosphorus were unsatisfactory. Meanwhile,
with the increment of riparian length, the elimination effects on surface runoff pollutants enhanced. The results suggested that
different riparian vegetation buffer zones had different elimination effects on nitrogen and phosphate pollutants in surface runoff.
Therefore, it was important to take the environmental and surface characteristics into consideration in ecological recovery and
reconstruction of riparian vegetation buffer zones.
Key words Riparian buffer zone, Vegetation type, Nitrogen and phosphorus pollution, Remediation efficiency
(Received May 23, 2010; accepted Oct. 11, 2010)
河岸植被缓冲带是一个土壤植物微生物复合
的生态系统, 它依据自然生态系统的物理、化学和
生化反应的协同作用来发挥其生态效应[1]。河流岸
边一定宽度的植被缓冲带可以通过过滤、吸收、滞
留、沉积等物理、化学和生物效应, 使地表和地下
水的污染程度降低 [24], 是降低沉积物和养分进入
404 中国生态农业学报 2011 第 19卷


河流生态系统的重要保护地带 [5], 河岸植被缓冲带
可有效控制入河污染物负荷[6]。国内外研究与实践
表明, 河岸缓冲带是截留陆域面源污染物、改善河
道水质的有效手段[78]。但是, 有关不同河岸植被缓
冲带类型对地表径流中氮、磷污染物的削减效果及
控制技术仍然缺乏对比研究。
氮、磷元素是农业面源污染中最突出、最普遍
的水体污染物。近年来, 国内外对水体中氮、磷污
染十分重视, 在氮污染形成机理、随降雨径流入河
比例、在河流中迁移转化规律及引起水体富营养化
等方面取得了系列成果[910]。随着我国加大对点源
污染的治理力度, 农业面源污染的问题越来越突出,
氮、磷元素的污染已成为江、河、湖、库水质下降
和水生态系统退化的重要因素之一[1112], 如何有效
地控制氮、磷污染已成为当前水体环境保护的重要
任务[1314]。本研究在沈阳市城郊典型河流浑河和蒲
河流域选择不同长度的植被缓冲带, 模拟地表径流
中氮、磷污染, 比较分析不同类型河岸植被缓冲带
对氮、磷污染物的削减作用, 以期为河流水生态系
统修复和水体污染防控提供科学依据。
1 研究区概况
辽宁省沈阳市位于东经 122°25′9″~123°48′24″,
北纬 41°11′51″~43°2′13″之间, 地势平坦, 平均海拔
50 m 左右, 山地丘陵集中在东北、东南部, 属辽东
丘陵的延伸部分。西部是辽河、浑河冲积平原, 地
势由东向西缓缓倾斜。沈阳属北温带受季风影响的
半湿润大陆性气候, 主要特点是四季分明、雨热同
季、降水集中、日照丰富、温差较大、冬季漫长。
全年气温、降水分布由南向东北和由东南向西北递
减, 年平均气温 7.8~9.0 ℃, 年均降水量 721.9 mm,
降雨集中在 6~9 月, 生长季为 4~9 月。土壤共有 7
个土类, 17个亚类, 其中草甸土、水稻土、棕壤是种
植业利用的主要土类。沈阳境内河流主要有辽河、
浑河、柳河、绕阳河、蒲河、秀水河、养息牧河、
北沙河和白塔堡河等。其中浑河发源于辽宁省抚顺
市清原满族自治县长白山支脉的滚马岭, 河长 415
km, 河宽 100~200 m, 流域面积 11 481 km2, 属于过
境河流; 而蒲河是浑河右岸的一级支流, 在沈阳境
内河长 179.7 km, 流域面积 2 497 km2, 年平均流量
10 m3·s1, 年平均径流量 3亿 m3。
浑河和蒲河岸边的植物种类主要有油松(Pinus
tabulaeformis)、刺槐(Robinia pseudoacacia)、柳树
(Salix spp)、杨树(Populus spp)、黄檗(Phellodendron
amurense)、桑树(Morus alba)、稠李(Prunus padus)、
野 艾 蒿 (Artemisia lavandulaefolia) 、 茵 陈 蒿 (A.
capillaris)、狗尾草(Setaria viridis)、苋菜(Amarantus
mangestnus)、益母草(Leonurus japonicus)、鸭跖草
(Commelina communis)、野豌豆(Vicia amoena)、葎
草(Humulus scandens)、红蓼(Polygonum orientale)、
鸡眼草 (Kummerowia striata)和老鹳草 (Geranium
wilfordii)等。
2 研究方法
2.1 采样点布置及样品采集
试验于 2009 年 9~10 月开展。在浑河和蒲河沿
岸选择 6个典型植被区域, 样地基本概况见表 1。每
个典型区域内设置 1 个样地, 样地分成纵向长分别
为 1 m、2 m、4 m和 7 m的 4个小样地, 小样地横
向宽 1 m, 每个样地纵向垂直溪流方向沿坡向上, 设
置于河岸植被带内(距离水体 2~30 m), 样地设置如
图 1所示。

表 1 试验样地基本概况
Tab. 1 Basic information of sampling plots
编号
Code
植被组成
Vegetation composition
土壤质地
Soil texture
坡度
Gradient (°)
地理位置
Geographical position
备注
Remarks
Ⅰ 无 No 砂土 Sand 5~10 蒲河沿岸 Bank of Puhe River 扰动土 Disturbed soil
Ⅱ 人工草地 Artificial grassland 砂土 Sand 5~10 蒲河沿岸 Bank of Puhe River 草坪 Turf
Ⅲ 人工林地: 人工柳树和杨树林地
Tree plantation: Willow and poplar plantation
砂质壤土
Sandy loam
5 蒲河沿岸
Bank of Puhe River
2年生人工林地
Two-year old
plantation
Ⅳ
人工林草地: 人工刺槐和油松、人工草地
Artificial forest-grassland: R. pseudoacacia, P.
tabulaeformis, turf
砂质壤土
Sandy loam
5~10 蒲河沿岸
Bank of Puhe River
人工林地
Tree plantation
Ⅴ
天然草地: 主要植物有茵陈蒿、狗尾草、野豌豆、野
艾蒿、鸡眼草、老鹳草
Natural grassland: A. capillaris, S. viridis, V. amoena,
A. lavandulaefolia, K. striata, G. wilfordii
砂质壤土
Sandy loam
5 蒲河沿岸
Bank of Puhe River
护岸草本
Bank protection turf
Ⅵ
天然林草地: 25年生杨树林, 植物种主要有黄檗、稠
李、桑树、老鹳草、益母草、鸭跖草及禾本科草类
Natural forest-grassland: Populus spp forest with P.
amurense, P. padus, M. alba, G. wilfordii, L. japonicus,
C. communis and Gramineae grasses
砂质壤土
Sandy loam
5 浑河沿岸
Bank of Hunhe River
25年生护岸林
25-year old bank
protection forest

第 2期 阎丽凤等: 沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究 405




图1 试验中植被样地设置示意图
Fig. 1 Design of sampling plot in the experiment

将溪流水作为无污染对照, 将水抽提至样地上
方事先准备好的特制水桶中, 将硫酸铵、硝酸钾和
磷酸二氢钾适量混合施于水中, 按国家水环境质量
标准, 设计为 3个污染程度: 轻度、中度和重度污染,
将河流水作为参照, 共 4个梯度(表 2)。试验开展前,
用河水慢慢浸湿样地 , 使样地土壤水分达到饱和 ,
然后将 4 个梯度水样模拟地表径流, 按河水由低到
高污染浓度先后缓慢地(避免产生沟蚀)流过长度分
别为 1 m、2 m、4 m和 7 m, 宽度为 1 m的样地, 在
样地下端断面收集流经样地的地表径流。在地表径
流相对稳定以后取样, 将取好的水样装入事先准备
好的干净塑料瓶中 4 ℃保存, 编号后带回实验室迅
速测定。由于浑河和浦河岸边的土壤质地相近, 故
认为不同样地位置对试验结果影响较小。
2.2 测试项目及方法
水样水质的检测项目有总氮(TN)、总磷(TP)、
硝态氮(NO3-N)、铵态氮(NH4+-N)。测试方法分别为:
碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法测定 TN, 钼锑抗
紫外分光光度法测定 TP, 紫外分光光度法测定硝态
氮, 采用上海哈纳仪器有限公司生产的 HI-93733 型
氨氮测定仪直接测定铵态氮。
2.3 数据分析
采用 Microsoft Office Excel 2007软件对数据进
行整理及统计分析。
3 结果与分析
3.1 河岸植被缓冲带对地表径流中总氮(TN)的削
减效果
轻度污染条件下, 不同长度河岸植被缓冲带对
地表径流中 TN的削减效果无明显规律性(图 2a)。其
中, 人工林地与人工草地对地表径流中 TN 的削减效
果为 18%~27%, 长度为 1 m、2 m、4 m时与对照(空
地)差异不明显; 而人工林草地、天然草地与天然林
草地对地表径流中 TN 的削减效果较好(最高削减率
达 51%)。天然草地与天然林草地在 3种河岸植被长
度(2 m、4 m、7 m)下对地表径流中 TN的削减效果
均好于人工林地与人工草地。
中度污染条件下, 不同类型、不同长度的河岸
植被缓冲带对地表径流中 TN 的削减效果均好于对
照(图 2b)。除人工草地外, 1~4 m长度的河岸植被缓
冲带对地表径流中 TN 的削减效果基本一致, 达到
27%~ 50%。其中天然林草地对地表径流中 TN的削
减效果较好, 但 7 m 长度的天然草地对地表径流中
TN的削减率最高, 达到 70%。

表 2 试验用不同处理模拟水样中污染物浓度
Tab. 2 Contaminant contents in simulated pollution water of different treatments in the experiment mg·L1
污染物
Contaminant
对 照
Control
轻度污染
Slight pollution
中度污染
Moderate pollution
重度污染
Heavy pollution
总氮 Total nitrogen 0.9~2.3 2.5 5.0 10
总磷 Total phosphorous 0.017~0.040 0.4 0.8 1.6
硝态氮 Nitrate nitrogen 0.4~0.5 0.5 1.0 2.0
铵态氮 Ammonium nitrogen 0.5~1.8 2.0 4.0 8.0



图 2 河岸植被缓冲带对轻度污染(a)、中度污染(b)和重度污染(c)地表径流总氮的削减效果
Fig. 2 Removal efficiency of total nitrogen in slightly polluted (a), moderately polluted (b) and seriously polluted (c) surface runoff
by different vegetation buffer zones with different lengths

406 中国生态农业学报 2011 第 19卷



重度污染条件下, 不同类型、不同长度的河岸
植被缓冲带对地表径流中 TN 的削减效果均高于对
照, 对地表径流中 TN 的削减率均在 40%以上(图
2c)。其中以人工林草地对 TN 的削减效果最佳, 最
高削减率为 63%; 其次是天然林草地、天然草地。
各类型河岸植被缓冲带随长度增加, 其削减作用基
本呈增强趋势。
综上所述, 河岸植被缓冲带对地表径流中 TN
污染表现出较强的削减作用, 且随着污染程度的增
加, 对地表径流中 TN的削减效果增强。中度和重度
污染条件下, 随河岸植被缓冲带长度的增加, 不同
河岸植被缓冲带对地表径流中 TN 的削减效果也呈
增加的趋势。
3.2 河岸植被缓冲带对地表径流中总磷(TP)的削
减效果
轻度污染条件下, 不同长度河岸植被缓冲带对
地表径流中 TP的削减效果变化不明显(图 3a), 但不
同长度河岸植被缓冲带对地表径流中 TP 的削减效
果均低于对照。其中人工草地对地表径流中 TP的削
减能力最差, 仅为 25%~60%; 人工林地对 TP 的削
减效果最佳, 最高削减率达 81%; 人工林草地、天然
草地与天然林草地的削减率为 43%~66%。
中度污染条件下, 只有人工林地和天然草地对
地表径流中 TP的削减率高于对照, 其他几种类型的
河岸植被缓冲带均低于对照(图 3b)。对地表径流中
TP削减效果最好的是人工林地, 达 73%~79%; 天然
草地的削减率为 66%~70%; 人工草地的削减率最低,
仅为 54%~63%。只有对照样地地表径流中 TP 的削
减率随植被缓冲带长度的增加呈增加趋势, 而其他
类型的河岸植被缓冲带未表现出明显的规律。
重度污染条件下, 对照样地地表径流中TP的削
减率达 60%~69%, 不同河岸植被缓冲带对地表径流
中 TP的削减率高于对照(图 3c)。其中以 7 m长的天
然草地削减率最高, 达 79%, 但总体上以人工林地
的削减效果较好。
综上所述, 河岸植被缓冲带对地表径流中TP表
现出较强的削减作用, 且各长度河岸植被缓冲带对
TP 的削减效果都很稳定。但随着长度增加, 河岸植
被缓冲带对地表径流中 TP 的削减效果增加趋势不
明显。
3.3 河岸植被缓冲带对地表径流中硝态氮的削减
效果
轻度污染条件下, 不同类型河岸植被缓冲带对
地表径流中硝态氮的削减效果均随长度增加而增加,
削减率从 13%~23%上升到 18%~ 44% (图 4a)。其中
以人工林草地的削减效果为最佳, 最高达 44%; 其
次是天然草地类型。各长度的人工林地、人工草地
与天然林草地的硝态氮削减率均在 13%~27%之间。



图 3 河岸植被缓冲带对轻度污染(a)、中度污染(b)和重度污染(c)地表径流总磷的削减效果
Fig. 3 Removal efficiency of total phosphorus in slightly polluted (a), moderately polluted (b) and seriously polluted (c) surface
runoff by different vegetation buffer zones with different lengths



图 4 河岸植被缓冲带对轻度污染(a)、中度污染(b)和重度污染(c)地表径流硝态氮的削减效果
Fig. 4 Removal efficiency of nitrate nitrogen in slightly polluted (a), moderately polluted (b) and seriously polluted (c) surface
runoff by different vegetation buffer zones with different lengths

第 2期 阎丽凤等: 沈阳地区河岸植被缓冲带对氮、磷的削减效果研究 407



中度污染条件下, 除天然林草地和人工林地外,
其他几种类型的河岸植被缓冲带随长度增加对硝态
氮的削减率均呈增加趋势, 削减率为 20%~42%(图
4b)。其中以 4种长度的人工林草地对硝态氮的削减
效果最好, 其次是天然草地、人工林地和人工草地,
天然林草地对地表径流中硝态氮的削减效果最差。
重度污染条件下, 各河岸植被缓冲带对硝态氮
的削减率均随河岸带长度增加而基本呈增加趋势 ,
其中只有人工林草地对地表径流中硝态氮的削减率
高于对照, 而其他几种类型的河岸植被缓冲对地表
径流中硝态氮的削减率均低于对照(图 4c)。
总之, 河岸植被缓冲带对地表径流中硝态氮表
现出较强的削减作用, 且随着污染程度的增加, 对地
表径流中硝态氮的削减效果增强。除个别长度的河岸
植被缓冲带外, 各类型河岸植被缓冲带随长度的增
加, 对地表径流中硝态氮的削减效果呈增加趋势。
3.4 河岸植被缓冲带对地表径流中氨态氮的削减
效果
轻度污染条件下, 对照、人工草地、人工林地
对铵态氮的削减作用不稳定, 只在部分长度时表现
出对铵态氮的削减作用, 而人工林草地、天然草地
与天然林草地对地表径流中铵态氮的削减作用较稳
定(图 5a)。
中度污染条件下, 对照与人工林地对地表径流
中的铵态氮污染削减效果不稳定, 只有在 7 m 长度
时才对地表径流中的铵态氮表现为削减作用, 而在
1 m、2 m、4 m长度均表现出增加地表水的铵态氮
浓度(图 5b)。不同长度的人工草地、人工林草地、
天然草地与天然林草地均对地表径流中的氨态氮污
染呈现明显的削减作用, 且随着长度增加, 人工林
草地、天然草地的削减效果基本呈增加趋势。
重度污染条件下, 对照样地与人工林地对地表
径流中铵态氮的削减效果不明显, 只有在 2 m、7 m
的对照样地和 1 m、7 m的人工林地对地表径流中的
铵态氮表现为削减作用(图 5c); 不同长度的人工草
地、人工林草地、天然草地与天然林草地均对地表
径流中的铵态氮污染呈现明显的削减作用。其中
1 m、4 m、7 m的人工林草地, 7 m的天然草地和 2 m、
7 m 的天然林草地对地表径流中的铵态氮的削减效
果较好。



图 5 河岸植被缓冲带对轻度污染(a)、中度污染(b)和重度污染(c)地表径流氨态氮的削减效果
Fig. 5 Removal efficiency of ammonium nitrogen in slightly polluted (a), msoderately polluted (b) and seriously polluted (c) surface
runoff by different vegetation buffer zones with different lengths

可见, 在不同程度的污染条件下, 只有人工林
草地、天然草地与天然林草地对铵态氮有削减效果,
而人工草地和人工林地对铵态氮的削减作用较小。
4 结论
河岸植被缓冲带吸滞、阻滤水中污染物主要是
通过植物的根吸附、微生物及植物吸收等作用, 植
物密度、根的生长状况、根部的发达程度等对植被
缓冲带处理水污染效果有重要影响, 决定了各植被
缓冲带改善水质的特性。河水直接输入样地时, 将
植被缓冲带和土壤作为一个“黑箱”, 地表径流中都
挟带了一定浓度的氮、磷等元素, 其中一部分氮、
磷元素来自溪流水, 而另一部分则来自植被缓冲带
的枯枝落叶层和地表土壤。本试验中空白带对改善
水质也有相当效果, 空白带中并不完全“空白”, 其
中有少量的植物及微生物起着吸附污染物的作用。
不同河岸植被缓冲带的具体削减效果如下:
(1)总体来看, 各类型河岸植被缓冲带对磷的削
减效果优于对氮的削减效果。人工林草地对氮的削
减作用和人工林地对磷的削减作用明显且相对稳定,
人工草地对氮、磷的削减效果最差。人工林草地、
天然草地以及天然林草地对 TN 的削减效果较好,
人工林草地和天然草地对硝态氮和铵态氮的削减效
果较好。
(2)随着污染负荷的增加, 不同类型河岸植被缓
冲带对地表径流中的 TN、TP、硝态氮与铵态氮的削
减作用逐渐增强。总体来看, 人工林草地对氮的削
减效果较好, 人工林地对 TP的削减效果较好。
408 中国生态农业学报 2011 第 19卷


(3)随着河岸植被缓冲带长度的增加, 对地表径
流中的氮、磷污染负荷削减率基本呈增加趋势。但
不同污染程度下, 不同类型植被缓冲带对不同污染
源表现的削减规律不同。轻度污染时, 只有天然林
草地表现出随植被缓冲带长度的增加对 TN 的削减
率增加, 而人工草地、人工林地与人工林草地却无
这种规律性, 可能原因是这几个人工样地内的植被
与土壤均是后期移入 , 在短时间内未达到稳定状
态。有研究表明, 植被带达到 16 m时可有效过滤硝
酸盐[15], 达到 30 m 时能有效过滤污染物, 控制氮、
磷等养分流失[1617]。美国农业部在耕地保育计划中
推荐的植被缓冲带长度为 20~30 m, 而在森林集水
区内, 溪流两旁的保护带最少需长 30 m[18]。截至目
前为止, 尚无法将缓冲带的长度与过滤后水质改善
的关系进行量化, 由于地表土壤入渗率的差异, 不
同类型河流两侧的植被缓冲带长度定义的标准尚在
探讨中; 但在国内, 河岸植被缓冲带的坡长一般均
较小, 尤其对于城市河流而言, 基本不存在 80 m的
植被缓冲带。因此本研究选择的植被缓冲带的坡长
最长为 7 m, 但 2 m、4 m与 7 m之间的距离相对于
80 m而言, 处理效果不显著也就不足为奇。对于现
实生产中, 在有条件的情况应尽量扩大植被缓冲带
长度与宽度, 以充分发挥其功能。
(4)随污染浓度和河岸带长度的加大, 不同类型
植被对污染物的削减效果增强。天然植被比人工植
被能更好地吸收污染物, 可能是因为天然植被经过
多年的优胜劣汰存活下来的植物结构与组成, 和人
工植被相比, 更能适应当地环境与生长条件, 因此
对污染物的削减效果更明显; 林草混合地比单独的
林地或草地能更好地吸收污染物。各植被带对污染
物的削减各有优点, 在河岸植被缓冲带修复和建设
中应考虑尽可能种植多种植物, 这样既可以综合不
同植物削减污染物的优点, 又能形成高多样性、稳
定的生态系统。
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