農業面源污染也稱為農業非點源污染，是指在農業生產活動中，氮素和磷素等營養物質、農藥以及其他有機或無機污染物質，通過農田的地表徑流和農田滲漏形成的環境污染[1-2]。農業面源污染是引起水體富營養化的主要原因。據報道，我國湖泊50%以上的氮、磷來自于農業面源污染[3]。每年有超過1500萬t的氮從農田中流失并污染地下水，導致湖泊、池塘、河流等水域生態系統的富營養化[4]。盡管我國已加強了對農業面源污染的防治，但水體水質依然不斷惡化。農業面源污染的本質是農業生態系統的嚴重失調。生態工程措施可通過調控農業生態系統的物質平衡和物質流動來控制污染物的流失，是目前較為實用的農業面源污染防治方法[5]。其中，植被過濾帶能去除來自農田徑流的污染物，是成本低廉且富有成效的一種生態工程措施[6-7]。有關植被過濾帶的研究，國內雖然起步較晚，但發展很快，目前湖濱帶生態恢復研究已受到廣泛重視，并從實驗階段轉向應用階段。

1植被過濾帶的概念

植被過濾帶也稱為植被緩沖帶，在20世紀30年代美國就有了規范的植被過濾帶設計和應用[8]。它作為陸地與河岸之間的過濾帶，在控制氮磷等面源污染方面發揮著重要作用[9]，可以通過物理、化學和生物過程使進入水體的懸浮物、氮、磷、除草劑等污染物質減少[10]。隨著我國農業面源污染問題的日趨嚴重，國內學者也進行了一些植被過濾帶試驗研究和實際應用方面的探索。

2植被過濾帶的功能

氮磷的大量投入帶來了令人擔憂的環境問題。植被過濾帶對水陸生態系統的物流、能流、信息流和生物流發揮著生物廊道、緩沖和屏障作用。其主要功能包括減少農業廢水對水體的污染、固結土壤、穩固河岸、保護生物多樣性等。此外，植被過濾帶還具備植被廊道連接功能，能調節河溪微氣候及水溫、降低洪水水位、過濾空氣污染物和異味，具有一系列的環境、社會和經濟功能[9，11-13]。

2.1減少農業廢水對水體的污染

植被過濾帶可以攔截地表徑流和地下水中的污染物質，防止其進入河溪湖泊，保護水質清潔。植物的存在可明顯改善土壤理化性質，提高其滲透能力[14]。李懷恩等[15]研究表明，10～15m寬的植被過濾帶對地表徑流中顆粒態氮、顆粒態磷的去除率分別達到82%，77%。植被過濾帶可以通過土壤起吸附降解作用，凈化徑流中的化肥、農藥，從而防止其直接污染水體[16]。國外學者研究了植被過濾帶對徑流中除草劑的去除作用，提出植被過濾帶對除草劑有稀釋與吸收作用。20m寬的植被過濾帶可滯留徑流中8%～100%的除草劑[17]。另有研究表明，植被過濾帶可去除100%的阿特拉津和44%～100%的阿特拉津降解產物[18]。

2.2固結土壤，穩固河岸

河岸侵蝕是一個復雜的現象，與水流、泥沙和河岸性質有關。河岸植被通過保護河岸，覆蓋河谷和河床，從而降低河床中水流速度，減小徑流對河岸的沖刷[19]。植物根系和土壤結合后形成生物凝聚力，提高土壤質量，從而有效地防止土壤侵蝕和滑坡[20]。泥沙會對河溪水質及河流生物產生重要影響，而植被過濾帶能夠有效移除地表徑流中的泥沙[21]。研究表明，植被過濾帶通常能夠攔截徑流中80%以上的泥沙[22]。

2.3保護生物多樣性

植被過濾帶可為水陸動植物提供棲息地及遷徙通道，為水生生物提供能量及食物，從而成為許多魚類、爬蟲類、兩棲類以及一些大型哺乳動物生活的場所[23]。植被過濾帶是維持野生動物棲息環境、保持生物多樣性及對人類和環境大有益處的重要工具。它可增加棲息地面積，保護脆弱棲息地，恢復景觀連通性，提高資源重復利用的能力，能為河流遮陰并維持水體溫度[24]。例如，在加利福尼亞州，25%的哺乳動物、80%的兩棲類和40%的爬蟲類生活在河溪附近的過濾帶中，并且該過濾帶也是140多種鳥類的棲息地[19]。

3植被過濾帶去除污染物質的機理

植被過濾帶對農業面源污染的防治，主要是通過滯留徑流中的泥沙及其攜帶的污染物、植被吸收養分，土壤中有機和無機成分對污染物的吸附及土壤微生物對污染物的降解、轉化和固定等途徑來實現的[25]。植被過濾帶通過多方面的協同作用，可明顯降低多種污染物的濃度[26]。植被過濾帶凈化污染物主要包括4個方面的作用：（1）植被的攔截作用。植被的存在可以降低地表徑流速度，過濾和攔截顆粒態污染物[27]。（2）土壤及地表枯落物的沉積作用。植被的存在可有效增加土壤有機質，而土壤中有機質的含量是影響營養鹽、除草劑運移的主要因素[28]。茂盛的植被還可改善土壤的滲透性，從而增加徑流的入滲[29]。（3）微生物的降解作用[25]。根際微生物通過分解作用削減污染物質。（4）植物的吸收同化作用[30]。除氮機理：多數學者認為，反硝化作用與植物吸收是植被過濾帶去除地表徑流中氮的最主要機理。在植被過濾帶中，微生物在好養條件下將有機氮轉化為氨態氮，根系微生物將氨態氮轉化為硝態氮，硝態氮在反硝化作用下轉化為氮氣釋放到大氣中去。氨態氮和硝態氮也可以被植物根系吸收而成為植物營養成分，被固定在植物體內。對植物進行適當的刈割可將氮素移出植被過濾帶系統[31-33]。除磷機理：植被過濾帶對磷的去除機制取決于徑流中磷的形態。可溶性磷進入植被過濾帶主要是被植物和微生物同化吸收、土壤腐殖質吸收以及經過滲透作用進入地下水中[34]；而懸浮態磷則可以通過沉積作用與地表徑流中其他懸浮態固體顆粒物沉積在河岸植被過濾帶中[35]。有機磷的分解主要靠植物根系分泌物中的各種酶，利用酶來降解含硝基有機農藥[36]。國內外學者對植被過濾帶凈化機理進行了較多的研究，但相關研究大多是針對氮磷及泥沙等，而對農藥等其他污染物的去除機理研究較少，相關研究還有待進一步深化。

4植被過濾帶最佳寬度

要設計一個合理的植被過濾帶，其核心部分是確定最佳寬度[37]。Mander等[35]提出植被過濾帶的有效寬度與地表徑流強度、坡長和坡度成正比，而與地表的糙率系數、水流速度及土壤的吸附能力成反比。大量研究證實，3m寬的植被過濾帶對地表徑流沉積物的消減效果顯著，但一般建議植被過濾帶最小應為9m寬[38]。植被過濾帶在前10m左右對氮磷的滯留效果顯著[15]。徑流中泥沙濃度在3m處顯著降低，可截留70%的徑流泥沙，而超過9.1m后泥沙濃度變化很小，僅可截留85%的泥沙。對于小型河流，岸邊灌木、喬木和草地組成的植被過濾帶寬10.67m即可有效控制農業面源污染；對岸邊侵蝕嚴重或者相對較大的河流，至少需要寬15.24m以上的植被過濾帶[39]。研究表明，30m長的植被過濾帶能使徑流流出過濾帶的時間滯后120min，從而延長了徑流的入滲時間，使植物和微生物有充分的時間吸收和分解污染物質[40-41]。對于植被過濾帶最佳寬度的確定，目前尚沒有統一的方法。Budd等[42]提出，通過對河流進行簡單的野外調查來得到合適的植被過濾帶寬度，其調查的特性包括河流類型、河床的坡度、植被覆蓋、土壤類型、沉積物控制、河流結構、溫度控制以及野生動物棲息地等。