高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置。在集水区的干流和一、二级支流的两侧坡面中位于河流最高水位线以上10m的河岸陆地区域配置河岸缓冲带植被。植被包括以下一种或多种：乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘；乌柳布置在0°～2°坡面的河岸缓冲带；甘蒙锦鸡儿布置在2°～5°坡面的河岸缓冲带；沙棘布置在5°～15°坡面的河岸缓冲带。该配置能够有效截留氮磷污染物，改善径流水质，可充分发挥河岸缓冲带净化水质和拦蓄泥沙的作用，使用效果好，可满足西北高寒区城市水源地河岸缓冲带消减地表径流氮磷污染物的功能需求。
【专利说明】高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种河岸缓冲带的植被配置，尤其涉及一种高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置。
【背景技术】
[0002]河岸缓冲带是一种能与水环境相互作用的有植被覆盖的陆地区域，介于水体和陆域之间，是具有明显边缘效应的典型生态过渡带。植被作为河岸缓冲带生态系统的核心，具有净化水质、拦蓄泥沙、抑制河岸侵蚀、调节河流微气候、为生物提供栖息地、缓解人为因素对河流生态系统的负面影响等重要的生态功能，是控制面源污染的一种有效方式。不同的植物种类和群落配置模式形成的河岸缓冲带作用不尽相同。只有适合当地气候条件且符合构建目标的河岸缓冲带才能充分发挥其生态功能。在西北高寒区城市水源地河流上游两侧多分布有牧场，以往牲畜粪便可被牧民捡拾用作燃料，但是随着牧民生活水平的提高，牧民不再使用牲畜粪便作为燃料，大量的牲畜粪便被留弃在牧场中。另外，河流中下游两侧的农田存在着大量施用化肥的现象。牧场的牲畜粪便和农田施用的化肥所产生的氮、磷等污染物会随着雨水通过径流方式进入城市水源地河流，造成水源地河流的水质恶化，直接影响到该地区和下游城市居民的饮用水安全。此外，西北高寒区城市水源地一般海拔高，陆相植被种类少且缺乏水相植被，而在温带和热带地区具有良好消减水体氮磷能力的植被又难以在西北高寒区种植。因此，亟需在此地区构建能够适应当地气候条件，具备净化水质和拦蓄泥沙功能的河岸缓冲带。但是，目前尚缺乏一种适用于上述地区河岸缓冲带的植被配置技术。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种能够有效截留氮磷污染物、改善进入河流的径流水质，可充分发挥河岸缓冲带净化水质、拦蓄泥沙作用，且使用效果好的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0005]本发明的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，在集水区的干流和一、二级支流的两侧坡面中位于河流最高水位线以上1m的河岸陆地区域配置河岸缓冲带植被，所述植被包括以下一种或多种:乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘；
[0006]所述乌柳布置在0°~2°坡面的河岸缓冲带；
[0007]所述甘蒙锦鸡儿布置在2°~5°坡面的河岸缓冲带；
[0008]所述沙棘布置在5°~15°坡面的河岸缓冲带。
[0009]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，由于在集水区的干流和一、二级支流的两侧坡面中位于河流最高水位线以上1m的河岸陆地区域配置河岸缓冲带植被，植被包括以下一种或多种:乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘；乌柳布置在0°~2°坡面的河岸缓冲带；甘蒙锦鸡儿布置在2°~5°坡面的河岸缓冲带；沙棘布置在5°~15°坡面的河岸缓冲带，能够有效截留氮磷污染物，改善进入河流的径流水质，可充分发挥河岸缓冲带净化水质、拦蓄泥沙的作用，使用效果好。适用于消减西北高寒区城市水源地河流两岸地表径流中氮磷污染物的河岸缓冲带植被配置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例一中的乌柳河岸缓冲带布置示意图；
[0011]图2为本发明实施例二中的甘蒙锦鸡儿河岸缓冲带布置示意图；
[0012]图3为本发明实施例三中的沙棘河岸缓冲带布置示意图；
[0013]图4为本发明实施例中的河岸缓冲带侧视图；
[0014]图5为本发明实施例中的河岸缓冲带径流总氮(TN)沿程浓度变化图；
[0015]图6为本发明实施例中的河岸缓冲带径流总磷(TP)沿程浓度变化图。
【具体实施方式】
[0016]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0017]本发明的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，其较佳的【具体实施方式】是:
[0018]在集水区的干流和一、二级支流的两侧坡面中位于河流最高水位线以上1m的河岸陆地区域配置河岸缓冲带植被，所述植被包括以下一种或多种:乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘；
[0019]所述乌柳布置在0°~2°坡面的河岸缓冲带；
[0020]所述甘蒙锦鸡儿布置在2°~5°坡面的河岸缓冲带；
[0021]所述沙棘布置在5°~15°坡面的河岸缓冲带。
[0022]所述乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘植被群落缓冲带的最佳宽度分别为12.08m、12.98m、14.49m。
[0023]所述河岸缓冲带内的植被栽植带的布置模式为:
[0024]多个植被栽植带沿等高线交错布置。其中，乌柳栽植带之间交错重叠长度为5m，甘蒙锦鸡儿和沙棘栽植带之间交错重叠长度均为4m ；
[0025]每个植被栽植带的栽植平面外高内低，高差为1cm~15cm。
[0026]所述植被栽植带内乌柳、甘蒙锦鸡儿和沙棘的栽植密度分别为:
[0027]乌柳:“品”字型栽植；初始株行距为lmX2m，随着乌柳生长，最终株行距为4mX6m;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植；
[0028]甘蒙锦鸡儿:“品”子型栽植；初始株打距为0.5mX lm,随着甘蒙锦鸡儿生长，最终株行距为ImX3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植；
[0029]沙棘:“品”字型栽植；初始株行距为lmXlm，随着沙棘生长，最终株行距为3mX 3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植。
[0030]本发明的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，适用于消减西北高寒区城市水源地河流两岸地表径流中氮磷污染物的河岸缓冲带植被配置。
[0031]本发明通过筛选最适植物种类、计算最佳宽度、设计栽植带和栽植密度等，提出了适用于构建西北高寒区城市水源地的集水区中干流和一、二级支流两侧河岸缓冲带的植被配置技术。河岸缓冲带的净化功能主要受其宽度、植被种类和密度三个因素控制。由于西北高寒区城市水源地河流内缺乏水生植物，因此很难筛选出适宜的水相河岸缓冲带植被。在西北高寒区河川谷地中常见的陆相植被中，乌柳、甘蒙锦鸡儿和沙棘具有净化功能好、耐湿且对土壤要求低等特点。乌柳属灌木或小乔木，高可达4m，抗逆性强，较耐旱，喜水湿，耐严寒和酷热，繁殖容易，萌蘖力强，一般分布于海拔700m~3000m的山地边沟。甘蒙锦鸡儿属灌木，闻40cm~60cm,耐寒和耐旱，一般分布于海拔3300m~3600m的丘陵山坡和沟谷中。沙棘属落叶灌木或乔木，高3.5m，喜光，耐寒，耐热，对土壤适应性强，但不喜积水，一般分布于海拔800m~3600m的谷地、河床地或山坡。拟合出的氮磷去除率-宽度函数可以用来计算氮磷去除率最高时的河岸缓冲带最小宽度，并结合当地污染负荷，得到河岸缓冲带最佳宽度，具有经济、高效的优点。所设计的栽植带规格及布置模式，既能提高河岸缓冲带的净化效率，也能有效拦蓄泥沙、固土护岸。
[0032]具体实施例，如图1至图4所示:
[0033]1、河岸缓冲带选址:集水区中干流和一、二级支流两侧坡面中位于河流最高水位线以上1m的河岸陆地区域。
[0034]2、河岸缓冲带的坡度分级:将需要布置河岸缓冲带的坡面坡度分为0°~2°、
2。~5。、5°~15°三级。0°~2°坡面河岸缓冲带的植被种类确定为乌柳。2。~5。坡面河岸缓冲带的植被种类确定为甘蒙锦鸡儿。5°~15°坡面河岸缓冲带的植被种类确定为沙棘。
[0035]3、乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘植被群落缓冲带最佳宽度的确定:
[0036]乌柳植被群落缓冲带氮磷去除率最高时的最小宽度确定:乌柳植被群落缓冲带试验小区的坡度为10° ,规格为5mX20m,乌柳密度为lmX2m。试验小区四周用水泥板与周围环境隔开。使用碳酸氢铵(NH4HCO3)和磷酸二氢钙(Ca(H2PO4)2)分别配制成TN初始浓度为8mg/L、TP初始浓度为2mg/L的模拟污染水各U。试验开始时,先用水泵从附近河流中抽水，将试验小区清洗。等待试验小区地表干燥后，将TN模拟污染水从乌柳植被群落缓冲带试验小区的顶部缓慢倾倒进试验小区，至产流后仍继续缓慢倾倒。等到缓冲带底部产流后，从顶部到底部0m、lm、2m、5m、7m、10m、15m、20m处取样,各点分别取水样500ml。采用紫外比色法测定各样品中TN浓度，去除率(％ ) = (1-采样点浓度/初始浓度)X 100%。TP的取样方法和去除率计算与TN相同，测定方法则采用等离子发射光谱法。综合TN去除率和TP去除率，以宽度为自变量，以去除率为因变量，拟合出氮磷去除率-宽度函数:
[0037]Y = -0.1111Χ2+6.3047X+0.063，(R2 = 0.987) (I)
[0038](I)式中:X—乌柳植被群落缓冲带宽度，单位:m ;Y—氮磷去除率，单位:％。
[0039]对式⑴求导可得:
[0040]Y' = -0.2222Χ+6.3047 (2)
[0041]式(2)中 = O时，对应的宽度值28.37m是氮磷去除率最高为89.51%时的最小宽度。
[0042]甘蒙锦鸡儿植被群落缓冲带氮磷去除率最高时的最小宽度确定:具体方法与乌柳植被群落缓冲带最小宽度的确定方法相同，得到甘蒙锦鸡儿的氮磷去除率-宽度函数:
[0043]Y = -0.1059X2+5.994X—0.0047，(R2 = 0.828) (3)
[0044](3)式中:X—甘蒙锦鸡儿植被群落缓冲带宽度，单位:m ;Y—氮磷去除率，单位:％。
[0045]对式(3)求导可得:
[0046]Y' = -0.2118Χ+5.994 (4)
[0047]式⑷中Y' = O时，对应的宽度值28.30m是氮磷去除率最高为84.81%时的最小宽度。
[0048]沙棘植被群落缓冲带氮磷去除率最高时的最小宽度确定:具体方法也与乌柳植被群落缓冲带最小宽度的确定方法相同，得到沙棘的氮磷去除率-宽度函数:
[0049]Y = -0.0768X2+5.361X—1.5499，(R2 = 0.935) (5)
[0050](5)式中:X—沙棘植被群落缓冲带宽度，单位:m ;Y—氮憐去除率，单位:％。
[0051]对式(5)求导可得:
[0052]Y' = -0.1536Χ+5.361 (6)
[0053]式(6)中Y' = O时，对应的宽度值34.90m是氮磷去除率最高为92%时的最小宽度。
[0054]由于西北高寒区可用于农田和牧场的土地面积较少，因此河岸缓冲带的宽度不能设置为氮磷去除率最高时的宽度，只能根据当地污染物负荷情况，以氮磷去除率60%计算河岸缓冲带的最佳宽度，得到乌柳、甘蒙锦鸡儿和沙棘植被群落缓冲带的最佳宽度分别为
12.08m、12.98m、14.49m。
[0055]4、河岸缓冲带内的栽植带布置模式:交错沿等高线布置，乌柳栽植带重叠长度为5m，甘蒙锦鸡儿和沙棘栽植带重叠长度均为4m ;栽植平面外高内低，高差为1cm~15cm。
[0056]5、栽植带内乌柳、甘蒙锦鸡儿和沙棘的栽植密度:
[0057]乌柳:“品”字型栽植；初始株行距为lmX2m，随着乌柳生长，最终株行距为4mX6m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植。
[0058]甘蒙锦鸡儿:“品”子型栽植；初始株打距为0.5mX lm,随着甘蒙锦鸡儿生长，最终株行距为ImX3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植。
[0059]沙棘:“品”字型栽植；初始株行距为lmXlm，随着沙棘生长，最终株行距为3mX 3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植。
[0060]综合河岸缓冲带选址、栽植带的最佳宽度及布置模式、栽植植物种类及密度等，得到河岸缓冲带的配置技术参数表，具体见表1。
[0061]表1河岸缓冲带的配置技术参数表
[0062]
【权利要求】
1.一种高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，其特征在于，在集水区的干流和一、二级支流的两侧坡面中位于河流最高水位线以上1m的河岸陆地区域配置河岸缓冲带植被，所述植被包括以下一种或多种:乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘； 所述乌柳布置在0°~2°坡面的河岸缓冲带； 所述甘蒙锦鸡儿布置在2°~5。坡面的河岸缓冲带； 所述沙棘布置在5°~15°坡面的河岸缓冲带。
2.根据权利要求1所述的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，其特征在于，所述乌柳、甘蒙锦鸡儿、沙棘植被群落缓冲带的最佳宽度分别为12.08m、12.98m、14.49m。
3.根据权利要求2所述的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，其特征在于，所述河岸缓冲带内的植被栽植带的布置模式为: 多个植被栽植带沿等高线交错布置。其中，乌柳栽植带之间交错重叠长度为5m，甘蒙锦鸡儿和沙棘栽植带之间交错重叠长度均为4m ； 每个植被栽植带的栽植平面外高内低，高差为1cm~15cm。
4.根据权利要求3所述的高寒区城市水源地消减水体氮磷的河岸缓冲带灌木配置，其特征在于，所述植被栽植带内乌柳、甘蒙锦鸡儿和沙棘的栽植密度分别为: 乌柳:“品”字型栽植；初始株行距为ImX 2m，随着乌柳生长，最终株行距为4mX6m ;林下草本以自然状态 为主，不需要人工种植； 甘蒙锦鸡儿:“品”字型栽植；初始株行距为0.5mX Im,随着甘蒙锦鸡儿生长，最终株行距为ImX3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植； 沙棘:“品”字型栽植；初始株行距为ImX lm，随着沙棘生长，最终株行距为3mX3m ;林下草本以自然状态为主，不需要人工种植。
【文档编号】C02F3/32GK104176827SQ201410350689
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】贺康宁, 王玮璐, 芦新建, 史常青, 王世雷, 田赟, 胡兴波, 王辉, 徐特 申请人:北京林业大学