Forestry Measures for Ecologically Controlling Non-point Source Pollution in Taihu Lake Watershed, China

Forestry Measures for Ecologically Controlling Non-point Source Pollution in Taihu Lake Watershed, China



【书名】Forestry Measures for Ecologically Controlling Non-point Source Pollution in Taihu Lake Watershed, China

【作者】Zhang Jianfeng (张建锋)

 

【出版社】Springer

 

【出版时间】20168

 

【简介】本书共分15章,论述了太湖流域面源污染概况、主要影响因素;具体分析了太湖宜兴段水体富营养化程度;通过盆栽实验,探讨了木本植物净化富营养水体、吸收NP的机制;提出了控制面源污染的生态修复原理及林业措施,如在水源区营建植物篱、在水岸构建植被缓冲带、在农田建设塘渠系统、在湖滨恢复和建设人工湿地等;在图片解析和连续观测的基础上,分析了太湖宜兴段不同入湖河流水质变化,阐释了太湖防护林建设净化水质的机理与作用;基于湿地植物生长过程中不同器官NP含量的变化,提出了人工湿地管理关键技术。全书配有100余张图片,反映了太湖流域面源污染状况及其林业治理措施。这是Springer出版社出版的第一部有关太湖流域面源污染治理的专著,适用于水环境、水资源、林业、环境工程、生态工程等行业的专业人员、管理工作者、研究生和基层从业者学习、参考。

 

【目录内容】

 

Contents

1 Characteristics of Non-point Source (NPS) Pollution

in Taihu Lake Watershed. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1

1.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.2 Analysis on Source and Sink of Agricultural Non-point

Pollution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

1.2.1 Framework of Source and Sink of NPS Pollution. . . . . 5

1.2.2 Components of the Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2.3 Distribution of the Sink . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

1.3 Formation of Non-point Source Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.1 Rainfall. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.3.2 Human Activity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

1.4 Management and Prevention of NPS Pollution. . . . . . . . . . . . . 10

1.4.1 Key Measures on NPS Pollution Control . . . . . . . . . . 10

1.4.2 Reduction on Pollutants Diffusion . . . . . . . . . . . . . . . 11

1.4.3 Strengthening of Pollution Monitoring . . . . . . . . . . . . 12

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2 Evaluation of Water Eutrophication on Taihu Lake-Connected

Channels in Yixing City . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

2.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.1 Study Area Description. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2.2 Determination of Parameters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

2.2.3 Computation Carlson Trophic State Index . . . . . . . . . . 23

2.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.1 TN, TP, and Chlorophyll a (Chla) . . . . . . . . . . . . . . . 23

2.3.2 Carlson Trophic State Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

2.4 Discussion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

2.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3 Different Land Use Patterns to Combat NPS Pollution

in the Region . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

3.1 Ecological Protection Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1.1 Ecological Protective Forest Model . . . . . . . . . . . . . . 30

3.1.2 Wetland Park Model. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32

3.2 Countryside Tourism Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.1 Village Public Green Land Model . . . . . . . . . . . . . . . 34

3.2.2 Personal Private Courtyard Model . . . . . . . . . . . . . . . 35

3.3 Multiple Production Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

3.3.1 Open Stereoscopic Agriculture Model. . . . . . . . . . . . . 37

3.3.2 Greenhouse Agriculture Model . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

3.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

4 Countermeasures to Control NPS Pollution in Headwaters

of Taihu Lake Basin . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

4.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

4.2 Functions and Planting Techniques of Hedgerows . . . . . . . . . . 45

4.2.1 Functions of Hedgerows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

4.2.2 Techniques of Hedgerows Development . . . . . . . . . . . 47

4.3 Techniques of Establishing Riparian Forest Buffer Zone. . . . . . . 49

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

5 Roles of Forests in Ecological Control of NPS Pollution. . . . . . . . . 55

5.1 Current State of Pollutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.1.1 Loss of Chemical Fertilizers and Pesticides

from Farmlands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

5.1.2 Pollutants from Livestock Breeding

and Aquaculture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

5.1.3 Domestic Sewages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5.1.4 Atmospheric Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

5.1.5 Diffuse Sources of Pollutions. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.2 Influencing Factors for Occurrence of Non-point Source

Pollution. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.2.1 Land Use Types. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

5.2.2 Farming Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.3 Functions of Forests on Ecological Controlof

NPS Pollution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.3.1 Source Reduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

5.3.2 Sink Expansion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65

5.4 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

6 Develop Urban Forestry to Prevent Surface Runoff

and Eutrophication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

6.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

6.2 Eutrophication and Its Implications for Coastal Ecosystem . . . . 75

6.2.1 The Big Pressure on the Coastal Environment . . . . . . . 75

6.2.2 The Concept of Eutrophication . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

6.2.3 Implications of Eutrophication on Coastal Ecosystem. . .  . 76

6.3 Causes of Eutrophication . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

6.3.1 Agricultural Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.3.2 Urban Sources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.3.3 Marinas/Boats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

6.4 Functions of Urban Forestry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

6.5 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

7 Landscapes Change and Its Effect on Water Quality in Taihu

Lake Watershed: A Case Study in Yixing City . . . . . . . . . . . . . . . 85

7.1 Site Conditions of Experimental Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

7.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7.2.1 Computation Method of “Source–Sink” Landscape

Contrast Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89

7.2.2 Field Sampling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

7.2.3 Statistical Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

7.3 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7.3.1 Landscape Contrast Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93

7.3.2 Change of Water Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

7.4 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100

8 Ecological Public Welfare Forests Construction in Yixing City. . . . 103

8.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

8.2 Natural and Social Economic Status in Yixing. . . . . . . . . . . . . 105

8.2.1 Natural Geography Conditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.2.2 Social and Economic State . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105

8.2.3 Forest Resources Totally . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

8.2.4 Forests Distribution Along Taihu Lake . . . . . . . . . . . . 106

8.3 Ecological Public Welfare Forests Construction . . . . . . . . . . . . 110

8.4 Works Have Done . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111

8.5 Key Technology of Forests Building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.5.1 Tree Species Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.5.2 Tree Species Collocation Pattern . . . . . . . . . . . . . . . . 114

8.5.3 Seedling Size and Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

8.5.4 Planting Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

8.5.5 Planting Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116

8.6 Discussion and Conclusions . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120

9 Effects and Planting Techniques of Hedgerows in Slope Lands

for NPS Pollution Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121

9.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122

9.2 Theory of Agriculture NPS Pollution Control

from the Source . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124

9.3 Effect and Benefits of Slope Land Nitrogen Fixation

by Hedgerows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126

9.4 Planting Techniques of Hedgerows in Slope Lands . . . . . . . . . 130

9.4.1 Design Principle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130

9.4.2 Soil Preparation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132

9.4.3 Planting Technology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

9.4.4 Maintenance and Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

9.5 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138

10 Purification of Eutrophicated Water and Dynamic Kinetics

of Nitrogen Absorption by 2 Salix integra Clones . . . . . . . . . . . . . 141

10.1 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

10.1.1 Experimental Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143

10.1.2 Purification Efficiency of Willows on Nitrogen

and Phosphorous . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

10.1.3 Measurement of Different Forms of Nitrogen. . . . . . . . 146

10.1.4 Absorption Kinetics of NO3__N. . . . . . . . . . . . . . . . 146

10.2 Results and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

10.2.1 Purification Effect of S. integra . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

10.2.2 Absorption Kinetics of S. integra

on Different Forms of Nitrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

10.3 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157

11 Physiological Characteristics and Nitrogen Absorption/

Distribution Features of Salix matsudana Under Different

Nitrogen Stresses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

11.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161

11.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

11.2.1 Cultivation of Testing Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . 162

11.2.2 Experimental Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

11.2.3 Data Treatment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164

11.3 Results and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

11.3.1 Effect of Nitrogen Treatment on Biomass

and Nitrogen Absorption. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

11.3.2 Effect of Nitrogen Treatment on 15N Absorption

and Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

11.3.3 Effects of Nitrogen Treatment on CAT, POD, SOD,

and MDA in Leaf and Root 469 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168

11.3.4 Effect of Nitrogen Treatment on Root Activity

and Root Morphology. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171

11.4 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

12 Influences of Protective Forest Construction on Soil Nutrient

Dynamics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179

12.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

12.2 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

12.2.1 Study Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

12.2.2 Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

12.3 Results and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

12.3.1 Effect of Different Terrains on Soil Nutrient Contents . . . .. 184

12.3.2 Influence of Different Land Use Ways on Soil

Nutrient Content . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

12.3.3 Soil Nutrient Load Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190

12.4 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

13 Ecological Effects of Tree Planting on Taihu Lake Watershed . . . . 195

13.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

13.2 Description of the Test Plot. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

13.3 Materials and Method. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

13.3.1 Soil Sample Collection and Determination. . . . . . . . . . 199

13.3.2 Survey of Vegetation Coverage and Plant Diversity . . . 200

13.3.3 Determination of Surface Runoff . . . . . . . . . . . . . . . . 200

13.4 Results and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

13.4.1 Soil Condition Change . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

13.4.2 Influence of Establishing Protective Forests

on Plant Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

13.4.3 Effects of Tree Planting on Surface Runoff . . . . . . . . . 206

13.5 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

14 Control of TN and TP by the Pond and Wetland Integrated

System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

14.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

14.2 Test Plot Description . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

14.3 Materials and Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

14.4 Results and Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

14.4.1 NPS Pollutant Generation, Migration Law,

and Temporal and Spatial Distribution . . . . . . . . . . . . 220

14.4.2 Farmland Sewage Purification by Artificial

Pond–Wetland System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

14.4.3 Water Pollutant Purification in Artificial Wetland . . . . . 227

14.5 Discussion and Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232

15 N and P Absorption by Hydrophytes and Wetland Sustainable

Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235

15.1 Introduction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236

15.2 N and P Absorption and Cycle in Wetland Ecosystem . . . . . . . 236

15.2.1 Seasonal Change of N and P in Various Organs

of Reeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237

15.2.2 Spatial Distribution Characteristics of N and P

in Reeds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239

15.2.3 Seasonal Accumulation of N and P in Different

Organs of Cattail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240

568 15.2.4 Spatial Distribution Characteristics of N and P

in Cattail. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241

15.2.5 Absorption and Accumulation of N and P

in Arundo donax . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242

15.3 Wetland Sustainable Management . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243

15.3.1 Ecological Compensation from Public Finance. . . . . . . 244

15.3.2 Ecological Compensation Oriented with Market

Mechanism . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247

15.3.3 Management with Community Participation. . . . . . . . . 247

15.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 250

References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252

Plant Directory in Yixing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255

Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 287