植物篱及过滤带防治水土流失与面源污染的研究进展

张雪莲，赵永志，廖 洪，李晓娜，张国芳，文方芳，刘自飞，张梦佳

（1. 北京市土肥工作站，北京 100029；2. 北京草业与环境研究发展中心，北京 100097）

据第二次全国土壤普查(1979-1985年)，我国耕地水土流失面积达 4.54 × 107hm2，占耕地总面积的35%，每年由水土流失造成的氮、磷损失总量分别为 1.28 × 107和 7.65 × 106t，对地表水富营养化的贡献率超过了50%[1-2]。在地形复杂、降水量充沛的南方热带和亚热带地区，极易通过水蚀引发水土流失，影响土地可持续利用和生态环境质量，因而迫切需要加强耕地的水土保持，阻控氮、磷和农药等向水体输入，防止土地和水体质量进一步恶化。

植物篱和过滤带是防治水土流失和面源污染的主要生物屏障措施。植物篱一般为等高草篱，是指在坡耕地中以某一间距(3～5 m，取决于坡度、土壤特征、降水特征、草篱特征等多种因素)沿等高线种植的草带 (通常为双行, 宽度小于3 m)[3]，尤其适用于水蚀坡耕地，植被过滤带是位于农田与地表水体之间的带状植被区域，又称植被缓冲带。它们通过植物茎秆的拦截、土壤的渗透及微生物的分解等多重作用实现挡水、挡土、降流、减污，减缓和控制农业区域的水、土、营养元素及污染物向水体的迁移。研究表明，两者在水土保持和面源污染防治中效果显著[4-7]。Panagos等[8]认为，植物篱带对侵蚀的控制效果甚至优于石墙等工程措施 。草篱还具有明显的保水、保肥及作物增产效果，实施数年能减少80%土壤养分流失，增加作物产量18%～35%[9]。此外，植物篱技术成本较低廉，造价仅为 1 500～3 000 CNY·hm2，是石坎梯田造价的十分之一(一般大于15 000 CNY·hm-2)[10]。因此，在易发生水土流失的坡耕地，尤其是水蚀严重的南方地区，构建效果显著、成本低廉的植物篱和过滤带，具有重要的价值和意义。

1 植物篱及过滤带对水土流失与面源污染的控制效果

植物篱及过滤带植物需具备较强的耐冲刷及改善土壤渗透性的能力，因此，适宜植物类型多为茎秆粗壮、分蘖能力强、根系发达的多年生植物。常用篱带植物品种的名称、形态特征、分布及环境适宜性的汇总如表1所列。

1.1 植物篱及过滤带对径流和泥沙的拦截率

径流和泥沙是水土流失和面源污染发生的重要载体。近三十年来，国内外科学家先后研究了不同植物篱对径流和泥沙的拦截效果，其中，研究最多的为香根草(Vetiveria zizanioides)。从不同植物篱对径流和泥沙的拦截率(表2)可看出，香根草植物篱不仅在我国南方红壤和紫色土坡耕地有较好的径流和泥沙拦截能力(红壤坡耕地分别可拦截径流和泥沙29%～72%和56.25%～97.4%[11-12]，紫色土坡耕地可分别拦截径流和泥沙75%和83%[13])，而且在泰国北部沙壤中等坡度坡耕地也可拦截72%径流和98% 泥沙[14]，甚至在大于30%的陡坡对径流和泥沙的控制率也分别可达到31%～69%和62%～86%[15]。除香根草以外，多种其他植物种类在不同地区也显示出较好的水土保持效果，例如，藤本植物野葛(Pueraria lobata)、百喜草(Paspalum natatu)、黄花菜(Hemerocallis citrina)和麦冬(Ophiopogon japonicus)在我国红壤坡耕地对径流的拦截率超过了80%，对泥沙拦截率也在 48%以 上[16-17]；皇竹草(Pennisetum sinese)、马桑(Coriaria nepalensis)、黄荆(Vitex negundo)、新银合欢(Leucaena leucocephala)和黄花菜在三峡库区紫色土对径流的拦截率在22%～66%，但对泥沙的拦截率高达71%～98%[18-19]；金荞麦(Fagopyrum dibotrys)、李树(Prunus salicina)或黄花菜对贵州红黄壤径流和泥沙拦截率分别为89%和40%～50%[9]；北京地区狼尾草(Pennisetum alopecuroides)和野古草(Arundinella anomala)植物篱对径流和泥沙的阻控率在50%以上[3, 20-21]；牛尾梢(Festuca elatior)草篱对美国深层黄土径流和泥沙的阻控率分别为22%～52%和53%～63%[22]；0.5 m宽的芒属草篱使沙壤土侵蚀量降低了90%[23]。

过滤带对径流和泥沙的拦截效果也十分显著，单一高羊茅(Festuca elata)过滤带、高羊茅与柳枝稷(Panicum virgatum)混种过滤带对泥沙拦截率分别为72%和91%[7]；日本地区种植0.5～3.0 m蜈蚣草(Pteris vittata)过滤带可拦截24%～73%泥沙[24]；尼日利亚香根草过滤带对径流和泥沙的拦截率分别为63%和72%[25](表2)。而肯尼亚地区香根草过滤带对径流的拦截率约12%，是尼日利亚相应结果的五分之一[26]，这可能与肯尼亚地区降水量较大(年降水量1 150 mm)有关，但相同条件下，肯尼亚地区粘壤土坡面(坡度8%)种植狼尾草过滤带(株间距15 cm)对径流的拦截率为54%[26]，说明植物对径流的拦截效果受植物种类影响较大。研究还发现，草篱和植被过滤带结合能更有效地防止坡耕地的水土流失，印度腐格里豆(Gliricidia sepium)草篱与甘蔗(Saccharumspp.)过滤带结合对径流、泥沙和土壤碳的拦截率分别为33%、35%和39%[27]，高羊茅过滤带与柳枝稷(Panicum virgatum)植物篱及窄草木过滤带结合两种处理保持水土效果显著，并且，在集中流下也能较大程度地降低水土流失[28]。意大利北部马氏桔梗(Platycodon grandiflorus)(树)、雪球荚迷(Viburnum opulus)(灌木)和高羊茅(草)混种过滤带可拦截78%的径流[29]。

表 1 植物篱及过滤带中常用的植物品种、形态特性及其环境适宜性Table 1 Species, shape and growth environment of plant used in plant hedges and filter strips

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1.2 植物篱及过滤带对氮、磷营养元素的拦截率

从国内外植物篱及过滤带对总氮和总磷的拦截效果(表3)可看出，香根草草篱对南方红壤坡耕地(3行，株行距15 cm)总氮流失的阻控率在69%～90%[11]，而在泰国北部 (25 cm × 75 cm)对总氮流失的阻控率约为30%[14]。美国深层黄土种植牛尾梢草篱对总氮的阻控率约为40%[22]，效果略低于狼尾草和野古草，但该草篱对铵氮的拦截可达52%～60%[22]。北京地区两个本地草种资源狼尾草和野古草对总氮和总磷的拦截率均在50%以上，总氮和总磷的最佳拦截效果分别达到了76%和88%[4, 21]。植物篱除了可阻控坡耕地的化肥流失，根据Gilley等[33-34]的研究，植物篱还能够降低堆肥后有机肥施用坡面径流中的总磷、溶解态磷、总氮、硝态氮和铵态氮，进而阻控施用有机肥中养分流失。

过滤带方面，马氏桔梗(树)、雪球荚(灌木)和高羊茅(草)混种过滤带(5 m)，高羊茅与鸭茅结合过滤带(1.1%～4.3%覆盖率)，黑麦草(Lolium perenne)过滤带(5 m)对氮、磷的拦截效果显著，可拦截61%～74%总氮和47%～80%总磷[29-30,32]。狼尾草过滤带对氮、磷也有较好的拦截效果(总氮去除率45%；总磷去除率54%)[26]，该效果略低于狼尾草篱在北京地区对总氮(50%～76%)和总磷(51%～88%)的拦截效果[4, 21]，这可能主要与肯尼亚地区降水量 (年降水量 1 150 mm)高于北京地区 (多年平均降水量640 mm)有关。此外，与泰国北部香根草篱氮、磷阻控效果较低(约30%)类似，香根草过滤带在肯尼亚、尼日利亚两个地区对氮、磷的拦截效果也很低(6%～38%)[25- 26]，低于表2中香根草在泰国北部及尼日利亚对径流和泥沙的拦截率，分析可能与其中氮、磷的分配特征有关，具体原因还有待进一步研究。

研究者还对植物篱和过滤带内拦截的氮、磷进行了形态分析。对磷而言，研究发现高羊茅和鸭茅过滤带对颗粒磷和溶解磷的控制率分别为66%～82%和66%～73%[30]；但也有学者指出，植物篱对颗粒态磷的拦截率在50%～97%，对溶解态磷的拦截率变幅很大，为-83%～95%(是负数，表示溶解态磷可能增加)，篱内溶解态磷含量可能增加[29, 33-38]，这可能是再侵蚀过程中磷的释放所致。对不同形态的氮而言，香根草过滤带对肯尼亚粘壤土坡面径流中NO2-N、NO3-N和NH4-N的降低率分别为35%、11% 和 0，狼尾草过滤带对相应化合物浓度的减少率分别为570%、45%和47%[26]。

1.3 植物篱及过滤带对污染物的拦截效果

施有机肥、喷洒农药可能导致农田一些污染物如重金属、兽药抗生素、农药残留污染。有关植物篱带对农田污染物流失控制的研究相对较少。Lin等[39]研究了牛鞭草、柳枝稷等草本植物过滤带对农药和兽药抗生素的阻控率，发现两种植物过滤带对径流中阿特拉津、异丙甲草酸和草甘膦的拦截率为58%～72%，对磺胺甲基嘧啶、泰乐菌素和恩诺沙星的拦截率超过了70%。Soni等[40]的研究表明，种植草篱能够显著降低施用有机肥坡面径流中的抗生素和抗性基因丰度。国内关于植物篱和过滤带控制径流中农药和抗生素等污染物流失方面的研究尚十分匮乏，北京地区的人工径流小区研究得出，模拟和自然降水条件下，狼尾草和野古草对阿特拉津流失的减少量为90%[31]。

综上所述，禾本科植物的面源污染控制效果研究者最为关注，并且研究表明禾本科植物对泥沙、氮磷及污染物的拦截效果较明显，具有较大的应用潜力。

2 植物篱及过滤带防治水土流失与面源污染的影响因素

2.1 植物种类、过滤带宽度及植物生长状况的影响

用于控制水、土和污染物流失的篱带植物类型 主要有草本和灌木，并以草本植物为主。关于两类植物防控效果的优劣存在争议。许开平等[32]对草本和灌木拦截效果的比较研究得到，黑麦草篱对氮、磷的拦截量高于灌木篱。Schmitt等[38]认为，多年生草本植物的拦截效果优于草本、灌木与乔木的混种。而其他学者认为木本和草木过滤带的拦截效果没有显著差异[41-42]。Yuan等[43]也指出草本植物与木本植物过滤带对泥沙的过滤能力相当。从表2的结果来看，马桑/黄荆/新银合欢等灌木类型植物篱对径流的拦截率均不到50%[19, 44]。但是，大多数草本植物篱对径流的拦截率均超过了50%。总之，目前关于两种类型植物篱控制效果的优劣尚无定论。总体来看，草本植物尤其是丛生草本类型分蘖数目多，茎基部的密度和盖度大，拦截径流和泥沙的有效植物密度更大，生长繁殖速度快，可能更加适用于水、土和污染物流失控制。不同植物品种对水、土、氮和磷的控制效果也不同，狼尾草对径流和氮、磷的控制效果在北京地区明显优于野古草[4, 20]，在肯尼亚地区明显优于香根草[26]。

献文考ecnerefe]4[]4[]12[]13[]22[]11[]41[]52[]62[]62[]92[]03[]23[参R率%/etar t磷总latoT surohpsohp 3688 16～15 16 06～25--83～12 114508 67～86 74截pec拦retnI氮总latoT negortin 5567 86～05 86 04～83 09～96 23～72 63～21 65447-16 1-)h·spirts retlifdn 度强雨降niaR mm(/ytisnetni 25～1.3 25～1.3 001～01 001～01 46--------率截拦的磷、氮a segdeh tnalp yb surohps 度坡 型类壤土%/epolSepyt lioS 土黏质壤02～5lios yalc maoL 02～5土黏质壤02～5lios yalc maoL 02～5 61～8lios wolleY 土黄 壤红6lios deR土壤沙82～12lios maol tliS土溶淋7lios gnihcaeL 土壤粘8lios maol yalC 土壤粘8lios maol yalC --壤沙5.5lios tliS壤红5.21lios deR对带滤过及篱物植 3表ohpdna negortin fo etar gnitpurretnI 3 el 况情植种nrettap tnalP mc 17高株，行双，篱物植mc 17 thgieh ,enil elbuod ,egdeH mc 59高株，行双，篱物植mc 59 thgieh ,enil elbuod ,egdeH mc 59高株，行双，篱物植mc 59 thgieh ,enil elbuod ,egdeH mc 17高株，行双，篱物植mc 17 thgieh ,enil elbuod ,egdeH 宽m 27.0，篱物植 m 27.0 htdiw ,egdeH mc 51为均距株、行，行3，篱物植mc 51 gnicaps tnalp ,senil eerht ,edgeH mc 57 × mc 52，篱物植mc 57 × mc 52 ,edgeH mc 01距间，株03，带滤过mc 01 gnicaps ,tnalp 03 ,retliF mc 02～01距行，带滤过mc 02-01 gnicaps wor ,retliF mc 02～01距行，带滤过mc 02～01 gnicaps wor ,retliF草种间中 ,栽错行双 ,m 5，带滤过ylraluger fo swor owt ,m 5 ,retliF-retni eht ni ssarg htiw ,tnalp gnitanretla swor积面盖覆的%3.4～%1.1，带滤过derevoc %3.4～%1.1 ,retliF m 5 宽，带滤过m 5 htdiw ,retliF baT区地究研aera ydutS京北gnijieB京北gnijieB国美aciremA 西江ixgnaiJ部北国泰dnaliahT fo htroN亚利日尼airegiN亚尼肯ayneK亚尼肯ayneK部北利大意ylatI tsaE-htroN-江浙gnaijehZ 称名物植eman tnalP草古野alamona allenidnurA 草尾狼ediorucepolamutesinneP 草梢尾牛roitale acutseF 草根香sedioinaziz aireviteV 草尾狼sediorucepolamutesinneP 荚球雪 + )树(梗桔氏马)草(茅羊高 + )木灌(+ )seert( adirbyh sunatalP+ )sburhs( sulupomunrubiV)ssarg( aecanidn ura acut seF 茅鸭 + 茅羊高silytcaD+aecanidnura acutseF a taremolg 草麦黑ennerepmuiloL

研究者考察了植物过滤带宽度对阻控效果的影响。Takahiro得出小牛鞭草对泥沙的拦截效果随宽度增加而增加[24]。然而，过滤带宽度在其发挥拦截泥沙和污染物的效果上存在阈值。Castelle等[45]和Abu-Zreig等[46]研究发现，随着过滤带宽度从4.6 m增加到22.4 m，对泥沙的拦截率从70%增加到了90%，但是，进一步将过滤带宽度增加到26.2 m和91.5 m，拦截效果反而降低为80%。类似地，Schmitt等[38]也认为，大多数泥沙在过滤带的数米内被过滤和拦截。其他学者更明确地提出，53%～86%的泥沙在初始的5 m内被过滤，在随后的5～10 m，泥沙的拦截能力下降了 80%[37, 47]。以上研究说明，只有在最适宽度下，过滤带才能发挥最佳阻控效果。然而，目前尚缺乏关于过滤带最佳尺寸设计的经验公式。过滤带宽度对化合物拦截程度的影响与化合物的类别有关。Ghadiri等[48]的研究发现泥沙主要在过滤带入口方向和坡面的顶端累积，过滤带带宽(2和5 m)对土壤侵蚀量、溶解态磷、铵、总碳和溶解态碳有显著影响，但对径流中总氮、碱解氮、硝态氮和亚硝态氮的浓度没有显著影响。过滤带宽度对磷拦截程度的影响还与磷的形态有关。对于颗粒态磷，Syversen和Borch[36]推荐的适宜于任何植物品种的最佳宽度为5～10 m，但是Kronvang等[49]认为，考虑到土壤对颗粒态磷的吸附饱和，29 m的过滤带才能截留所有的颗粒态磷。对于溶解态磷，Schmitt等[38]认为，由于强的迁移性，溶解态磷对过滤带宽度的要求比较高，只有当宽度大于15 m，对溶解态磷的拦截程度才比较明显(超过60%)(表4)。

篱带的阻控效果还受到植物覆盖度、生物量和种植年限等因素影响。根据室内的模拟研究，植物过滤带的覆盖度(植物覆盖面积与过滤带总面积之比)至少40%才能实现对80%的泥沙的截留，覆盖度在70%～80%，拦截率达到了临界值[50]。香根草草篱对径流和泥沙的控制能力随香根草篱生物量的增加而增强，在0.75 kg·m-2干物质种植量下的控制能力最强[15]。横峰野葛和百喜草植物篱对坡面径流和泥沙的阻控率随着植物的种植年限增加而增加[16]。

表 4 植物篱及过滤带控制泥沙、营养物质流失的阈值Table 4 The threshold of grass hedge and filter strip controlling sediment and nutrient erosion

2.2 坡面地形的影响

对坡度与狼尾草和野古草篱下径流量、水土及养分流失量回归分析发现，坡面的径流量、水、土及养分流失量受到坡度的显著影响[21]。狼尾草和野古草等高草篱对径流、泥沙和氮、磷的拦截效果随着坡度的增加而减弱[4]。香根草草篱对土壤侵蚀量的阻控能力也受坡度的显著影响，但对径流的阻控能力与坡度没有明显的关系[51]。红绒球(Calliandra haematocephala)和狼尾草在20%坡度下对泥沙的控制能力明显高于40%坡度下的控制能力[5]。

2.3 降水强度及径流特征的影响

对降水强度与径流量、水、土及养分流失量回归分析得出，坡面的径流量、水土及养分流失量受到降水强度的显著影响[21]。篱带在集中流下的拦截效果不如侵蚀下的拦截效果[52]。当增大入水径流量，或者发生急速径流时，草篱的过滤效果大幅降低甚至消失[28, 53]。

2.4 其他因素的影响

覆盖、免耕和施肥等农耕措施与植物篱带的结合能增强篱带的阻控效果。研究表明，香根草草篱与稻草等覆盖结合显著增加了香根草篱的水土保持效果[12, 54]。保护性耕作与草篱结合增加了狼尾草和野古草草篱对坡面径流、泥沙和氮、磷的拦截效果[21]。免耕措施与狼尾草和野古草草篱结合能够增加草篱对径流中氮、磷和阿特拉津的去除率[31]。施用化肥显著增强了香根草、新银合欢(Leucaena leucocephala)等植物的分蘖能力，促进了草篱的生长密闭，提高了对流失土壤的拦截效率[14, 55-56]。带间施猪粪有机肥改善了土壤物理性质，尤其是增加了土壤渗透性能，增强了香根草草篱的水土保持效果。土壤质地也会对草篱的拦截效果产生影响，沙土种植草篱的拦截效果优于黏土上种植的草篱[35, 47]。

3 植物篱对水土与污染物流失的控制过程与机理

植物篱对径流、泥沙及污染物流失的控制主要通过植物的拦截、过滤，吸收、利用，土壤的渗透、吸附以及微生物的分解、转化3个方面的协同作用 (图 1)。

图 1 植物篱对径流、泥沙及污染物的控制过程示意图Figure 1 The control process of plant hedge toward runoff, sediment and contaminants

3.1 对径流的控制过程与机理

植物篱对径流的阻控主要通过两个方面的作用：1)篱内近地面的机械阻碍作用。一方面，植物茎秆能够阻碍径流，降低流速，实现缓流和分流。郭雨华等[57]对草地坡面水动力学特性及减流机制研究表明，草地的阻力系数和糙率系数分别是裸地的4倍和2倍，径流流速明显低于裸地。另一方面，种植植物篱能逐渐改变坡面的微地形，减缓坡度，形成土坎[13, 44]。种植新银合欢、黄荆(Vitex negundo)、马桑 (Coriaria nepalensis)和木槿(Hibiscus syriacus)、黄花菜篱4年后，坡度从30%降至21%～24%，篱坎高超过了60 cm，此外，植物篱还能一定程度上缩短坡长[58]，这些微地形的改变能改变径流的产生过程，明显降低径流流速，减少侵蚀；2)增加径流向篱下土壤的入渗。雨水在篱内是否入渗取决于入水流速，径流持续时间以及篱下近地面条件[59]。种植篱带能通过植物根系作用维持土壤良好的渗透性，De Baets等[60]通过室内模拟植物篱地下部分的侵蚀过程发现，草根种植一个月后，根区分布的表层土壤在径流下的侵蚀速率与根密度和根长负相关，表明植物篱的地下根保护了根区土壤，减少了侵蚀。如百喜草、黄花菜植物篱笆带下在较长的时间内能维持高的土壤入渗量和较大的稳定入渗速率[61]；种植新银合欢/马桑/黄荆植物后，土壤体积质量降低，饱和导水率及就地入渗率增加[44]，栽种皇竹草使土壤通气状况明显改善，土壤总重降低，总孔隙度增加，渗透速度和渗透系数较之对照高[62]，种植4年的铁刀木(Cassia siamea)植物篱系统能增加94%的水分入渗，下层土壤能增加54%的水分入渗；毒鼠豆(Dichapetalum gelonioides)或木豆(Cajanus cajan)植物篱笆种植3年后，土壤团聚体的稳定性有提高，密度减少；狼尾草草篱使土壤容重降低7.0%，稳定入渗率和总孔隙度分别增加157.1%和11.0%，细颗粒含量 (＜ 0.01 mm )增加 10.8%[63]。土壤渗透性的改善能增加径流的入渗率，减少地表径流量。然而，值得注意的是，随着篱下土壤入渗径流的增加，土壤持水量达到饱和，对流失径流的阻控效果逐渐减弱或者无效，径流的物理过程被改变[64]，导致植物篱及过滤带对径流的减缓效果下降或者丧失。

3.2 对泥沙的控制过程与机理

雨水流速的减缓及入渗过程伴随着颗粒的沉积和拦截，进而阻碍了颗粒物质的迁移[65]。植物篱对泥沙的阻控过程与颗粒的大小有关，大颗粒被截留的机会更高[66-68]，并且植物对大颗粒的作用过程主要是阻挡作用，小牛鞭草拦截的泥沙主要为0.02 mm以上的颗粒[24]。粗糙的大颗粒 (＞20 μm )通常滞留在农田边缘1 m处或者篱前[53]。相比较而言，小颗粒被拦截程度较低，主要被植物表面过滤或随着径流入渗进入篱下土壤[59]，小牛鞭草几乎无法拦截0.002 mm以下的颗粒[24]。值得一提的是，当有连续径流产生的时候，拦截和固持在篱的颗粒物可能被再侵蚀。

3.3 对氮的控制过程与机理

研究表明，坡面氮流失的主要载体是＜0.02 mm的微团聚体[69]，申元村[58]进一步揭示，土壤氮主要随着粉砂粒 (0.002～0.02 mm)和粘粒 (＜ 0.002 mm)的流失而流失。由此推测，植物篱对氮流失的控制可能主要是通过增加溶解态以及细颗粒物结合态氮的入渗。该推测被牛德奎等[70]的研究证实，由于硝态氮随着径流和土壤流动到草篱，并被草篱拦截后，入渗进入土壤，导致人工降雨后，野古草草篱土壤中硝态氮含量明显高于无草篱的对照。Pansak等[14]的研究也证实了这点，他认为泰国北部山区中等坡度(21%～28%)种植香根草、新银合欢等植物篱，改变了氮的迁移途径，氮由地表径流损失转变为渗漏。此外，氮被植物拦截后可能会发生进一步的生物地球化学转化(如反硝化、降解和分解)，从而逐渐减少残留的浓度[58]，但是，关于篱带内氮元素的生物地化转化过程的研究尚十分有限。

3.4 对磷的控制过程与机理

径流中磷的形态主要有两种：颗粒态磷和溶解态磷。研究发现，不同土壤类型坡面磷的损失都主要随泥沙迁移，径流中全磷和速效磷的含量很低[4, 59, 71-72]。其他研究也指出，草 篱 对 泥 沙 及 颗 粒态磷的拦截效果相当，间接表明磷与土壤颗粒的强烈结合及迁移的一致性[29, 36,38]。并且，对过滤带颗粒态磷含量分析发现，过滤带拦截的粗沙颗粒(＞63μm)中磷含量较低，而与细颗粒结合的磷含量较高[73]。更有研究者指出，土壤砂粒(0.002～0.02 mm)和粘粒 (＜0.002 mm)或者微团聚体 (＜ 0.02 mm)是径流中磷迁移的主要载体[58, 69]。

两种形态的磷在篱带被阻控的过程和机制不同。颗粒态的磷，尤其是与土壤大颗粒结合的磷被阻控的主要机制是植物茎秆的拦截，拦截后固定在植物篱。小颗粒态的磷与溶解态磷的阻控机制类似，其被阻控的主要机制是篱带内径流量减少，两者在篱带内渗入土壤。入渗的磷元素通常只渗透到土壤表层。进入土壤并快速被土壤固体点位吸附，进行缓慢的解吸和沉淀，并最终被固持在土壤中。拦截的磷暂时保留在土壤中，其动力学过程和保留程度受土壤pH、有机质、温度、氧化还原电位、干湿交替、冻融-解冻以及与此有关的微生物分解活动的影响[74-75]。短时间内，被吸附的磷基本上没有形态的变化，而长时间来看，

随着季节变化和生物的参与，可能发生磷的形态转化。土壤对磷的固持能力有限，受表面积(粘土矿物类型和数量)、土壤中沉淀磷酸盐的阳离子或络合物的有效性、温度及径流离子组成的影响，当土壤中磷达到饱和后，过量的磷会进一步的流失[59, 76]。篱内保留的磷可能被植物吸收转化为有机磷，并随着植物枯枝落叶的分解再次释放到土壤。植物篱对磷的保留取决于外因(气候，农业和地形因素引起的径流特征)和内因(地形，过滤带的宽度，坡度，植物和土壤的状态)。然而，有关径流中溶解的磷在植物篱下土壤的动力学过程及环境因素对土壤对磷的固持效果还需要更多深入的研究。

3.5 对污染物的控制过程与机理

氮和农药类污染物被植物拦截后可能会发生进一步的生物地球化学转化(如反硝化、降解和分解)，从而逐渐减少残留的浓度[59]。大多数农药被草篱拦截后能够在带内被吸附和降解，导致浓度进一步降低[77]。

4 研究不足及展望

植物篱和过滤带技术能在一定程度上有效防治水土流失与面源污染，并且易实施、成本低廉，具有很大的应用价值。然而，目前的研究还存在如下不足：1)已有研究植物品种约十几种，除香根草和狼尾草资料比较丰富外，对其他生长能力强，分蘖快，适宜用作植物篱、过滤带的植物品种(柳枝稷、细叶芒等)的研究还较少；2)植物篱和过滤带拦截的氮、磷在篱带内的生物地球化学循环过程尚不清楚；3)对农田污染物如重金属、农药方面的研究较少。因此，笔者建议今后加强如下研究：1)更广泛地筛选植物篱和过滤带适宜品种，提高技术应用时植物种类的可选择性和丰富性；2)建议通过元素示踪等手段进一步开展篱带对耕地水土流失及面源污染防治机理研究，揭示氮、磷在坡面的迁移、分布规律，以及在篱带内土壤-植物-微生物系统中的迁移转化过程；3)开展草篱对农田污染物拦截研究。