外源磷輸入對農(nóng)區(qū)濕地底泥碳庫生物地球化學(xué)循環(huán)的影響.pdf

1、20世紀(jì)80年代以來，高強(qiáng)度的農(nóng)業(yè)施肥導(dǎo)致過量營養(yǎng)元素輸入農(nóng)區(qū)下游水體，造成大量河流、湖泊富營養(yǎng)化。為緩解下游水體的承受壓力并提高水體質(zhì)量，可在農(nóng)田附近設(shè)置濕地，以其強(qiáng)有力的截留作用緩解流失肥料對下游水體造成的污染。許多學(xué)者指出，濕地底泥對磷(P)具有良好的截留作用，能在很大程度上緩解因面源污染引起的水質(zhì)問題。然而作為土壤微生物生長代謝必備的營養(yǎng)成分及限制元素，磷的施加有可能引起土壤碳(C)庫的消長及結(jié)構(gòu)的改變，因此利用濕地截留農(nóng)田流失

2、的磷時應(yīng)同時考慮其對底泥碳庫的影響，從而在應(yīng)對全球氣候暖化時做出相應(yīng)措施。盡管一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)磷沉積對有機(jī)碳的降解有加速作用，但其機(jī)理仍鮮為人知。本實驗通過施加梯度過磷酸鈣模擬外源磷肥沉積對農(nóng)區(qū)濕地底泥碳庫的影響，磷添加濃度依次為原底泥總磷(TP)含量的0(P-0)，5％(P-5)，10％(P-10)，20％(P-20)，30％(P-30)以及60％(P-60)，各濕地模擬柱置于常溫黑暗條件下靜態(tài)培養(yǎng)，并在培養(yǎng)期內(nèi)不考慮水生植物的影響，以此

3、說明沉積的磷在改變底泥不同形態(tài)碳含量及DOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜性方面的作用，提出磷誘導(dǎo)的濕地底泥碳庫生物地球化學(xué)循環(huán)特征，主要研究結(jié)果如下:
　　過磷酸鈣的梯度輸入致使底泥TP及Olsen-P含量規(guī)律性升高。作為土壤微生物生長的必要元素，磷輸入必然引起底泥微生物量磷(MBP)的富集(p＜0.05)。就涉磷循環(huán)酶而言，磷顯著抑制酸性磷酸酶(AcP)活性(p＜0.05)，而對堿性磷酸酶無明確影響?？傆袡C(jī)碳隨施磷量的增加而下降，最高下降率為23％

4、。同時，磷輸入加速底泥溶解性有機(jī)碳(DOC)和微生物量碳(MBC)的生成。就活性有機(jī)碳組分而言，高活性有機(jī)碳(HLOC)受磷干擾最明顯，P-60處理組HLOC含量是對照組的1.54倍，非活性有機(jī)碳隨處理組施磷量的上升持續(xù)下降，最大降解率為22％，中、低活性有機(jī)碳無顯著變化。與大分子纖維素降解有關(guān)的β-1，4-糖苷酶(βG)和纖維素酶活性均隨處理組施磷量呈增長趨勢(p＜0.05)，而脫氫酶活性并未呈規(guī)律性變化。此外，底泥CO2釋放強(qiáng)度和累

5、積礦化量也與TP正相關(guān)，碳庫周轉(zhuǎn)速率明顯加強(qiáng)。
　　底泥DOM通過土壤微生物新陳代謝作用連接生物圈中固氣相間的碳交換，由熒光及紫外光譜的分析測定可知，熒光指數(shù)及鮮度指數(shù)隨施磷量的增加有所上升，最大增幅依次為8.9％和64％;腐殖質(zhì)指數(shù)、E280及E254均與底泥TP含量呈反比，E250/365隨施磷量的上升而上升，處理組間E253/203無顯著差異，可見及紫外光區(qū)的熒光團(tuán)明顯藍(lán)移。通過Pearson相關(guān)性分析可知底泥C-P庫各物化

6、、生化指標(biāo)與DOM光譜特征線性相關(guān)(p＜0.05)，表明外源磷輸入導(dǎo)致微生物源DOM的生成并降低底泥腐殖及芳香性，弱化DOM結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度。
　　另外，固液相間明顯的TP濃度差將導(dǎo)致部分磷擴(kuò)散至濕地水體，使上覆水及層間水TP及溶解性活性磷濃度與底泥施磷量正相關(guān)(p＜0.05);而濕地水體中DOC濃度也隨處理組呈上升趨勢，P-60中上覆水DOC約增加64～102％，層間水DOC增加量為67～105％，但總氮(N)含量未受影響。

7、>　　此外，采用生態(tài)化學(xué)計量學(xué)分析底泥元素、生態(tài)酶活性、微生物量C∶P及水相N∶P的變化規(guī)律。C∶P和MBC∶MBP均隨施磷量的升高而降低，生態(tài)酶lnβG∶lnAcP則相反。三類生態(tài)化學(xué)計量比之間具有良好的線性相關(guān)性(p＜0.05)，表明外源磷輸入造成底泥微生物碳限制，從而加速微生物對底泥有機(jī)碳庫的分解，使DOM結(jié)構(gòu)復(fù)雜化程度降低，導(dǎo)致底泥礦化量增大。不考慮初級生產(chǎn)力時，磷沉積不利于底泥碳庫固定，增加碳排放風(fēng)險，同時磷輸入還將改變水體N