東北地理所在黑土區(qū)植被過濾帶效率調(diào)控機(jī)制研究方面取得進(jìn)展
中國東北黑土區(qū)作為重要糧食生產(chǎn)基地，長期面臨農(nóng)業(yè)面源污染與水土流失的雙重挑戰(zhàn)。植被過濾帶（VFS）作為該區(qū)域主要農(nóng)業(yè)面源污染防控措施，因集中流現(xiàn)象頻發(fā)與土壤淺層水位抬升的雙重制約，其污染物削減效率難以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，亟需定量評估關(guān)鍵水文過程對防控性能的影響機(jī)制。
針對上述問題，中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治學(xué)科組自主構(gòu)建了一種植被過濾帶削減與凈化農(nóng)業(yè)面源污染物模擬系統(tǒng)（圖1），依托吉林省杏木國家水土保持科技示范園野外標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測小區(qū)，結(jié)合VFSMOD-W數(shù)值模型，首次明確了關(guān)鍵水文過程的臨界閾值及其對污染物攔截效率的影響機(jī)制。
研究表明，VFS對農(nóng)藥和泥沙的平均去除率分別為66%和90%，但其性能受水文條件顯著制約（圖2）。當(dāng)集中流比例超60%時(shí)，凈化效率驟降，當(dāng)集中流達(dá)90%時(shí)，凈化功能基本失效；淺層水位低于0.5 m觸發(fā)性能突變，水位抬升至0.2 m時(shí)徑流出流量激增2.2倍，農(nóng)藥去除率銳減55%。冗余分析表明，集中流、淺層水位、VFS長度及土壤導(dǎo)水率是主導(dǎo)因子，可解釋86.8%的凈化效能變異。因此通過可變寬度設(shè)計(jì)、精準(zhǔn)定位集中流通道，并配合深翻打破犁底層，可將VFS防控效率提升至60%以上。該成果可為黑土區(qū)水土保持與面源污染防控協(xié)同增效提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。
圖1 模擬實(shí)驗(yàn)裝置與試驗(yàn)區(qū)概況圖
圖2 集中流和淺層水位對植被過濾帶性能影響概念圖
系列成果發(fā)表在國際知名期刊《Soil & Tillage Research》、《Ecological Engineering》與《Journal of Soils and Sediments》上。由聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生閆黎明（第一作者，已畢業(yè)）和歐洋副研究員（通訊作者）等人共同完成。本研究得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題（2023YFA1009001）、國家自然科學(xué)基金（U21A2037 & 41571480）和中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（XDA28080302）的共同資助。
論文信息及鏈接如下：
Liming Yan,Yang Ou*,Yuanyuan Sui,Huiping Liu,Yang Deng,Qi Cui,Minglian Shang.,2025. Impact of concentrated flow and shallow water table on pesticides trapping efficiency of vegetative filter strips – A case study of Northeast China. Soil Tillage Res. 251,106557. https://doi.org/10.1016/j.still.2025.106557
Liming Yan,Xinhong Wang*,Yang Ou*,Shujiang Pang,Qi Cui,Xia Hou.,2024. Pesticides trapping performance of vegetative filter strips in black soil region,Northeast China: controlled experiments and VFSMOD-W modeling. Ecol. Eng. 209,107384. https://doi.org/10.1016/j.ecoleng.2024.107384
Yang Ou,Yang Deng,Liming Yan*,Qi Cui,Baixing Yan,Minglian Shang,Huiping Liu,JibinWang.,2025. Assessment of the major factors influencing the efficiency of vegetated filter strips under concentrated flow conditions — a case study in Northeast China. J. Soils Sediments. https://doi.org/10.1007/s11368-025-04000-2
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