三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤磷素形態(tài)轉(zhuǎn)化及水環(huán)境釋放風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、磷是藻類繁殖的重要限制性因子，水體磷負(fù)荷的增加將可能促使藻類爆發(fā)性生長(zhǎng)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化。水庫(kù)反季節(jié)的淹水和落干（冬蓄夏泄）運(yùn)行方式，在庫(kù)區(qū)形成了規(guī)模巨大的消落帶，三峽水庫(kù)消落帶是水域生態(tài)系統(tǒng)和岸上陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要交錯(cuò)地帶，也是庫(kù)區(qū)徑流的匯集地帶，出露期徑流水體中的磷可沉積或吸持進(jìn)入消落帶土壤，同時(shí)，人為利用也可帶入消落帶土壤大量磷素，而在隨后的淹水期，消落帶土壤受庫(kù)水淹沒(méi)、沖刷、淤積的影響，土壤理化性質(zhì)會(huì)發(fā)生巨大變化，導(dǎo)致土壤磷向水

2、體釋放。因此，了解磷在消落帶土壤中的遷移轉(zhuǎn)化與釋放特征，是庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化控制的重要科學(xué)基礎(chǔ)。本研究以庫(kù)區(qū)消落帶典型土壤（紫色潮土、灰棕紫泥和礦子黃泥）作為研究對(duì)象，通過(guò)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，探討了外源磷在消落帶土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化規(guī)律及淹水釋放特征，為庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化防治、保護(hù)庫(kù)區(qū)水環(huán)境安全提供理論依據(jù)。本研究主要內(nèi)容包括：
　　㈠外源磷在土壤中的形態(tài)轉(zhuǎn)化特征：⑴土壤添加外源磷培養(yǎng)后，不同土壤中各形態(tài)磷增加的趨勢(shì)和幅度存在較大差異。在10～

3、200 mg·kg-1外源磷添加量范圍內(nèi)，單位添磷量的有機(jī)磷(OP)增幅大小順序?yàn)?紫色潮土＞灰棕紫泥＞礦子黃泥;無(wú)機(jī)磷（IP）增幅大小順序?yàn)?灰棕紫泥＞礦子黃泥＞紫色潮土。紫色潮土Fe/Al-P含量隨添磷量呈線性增加，而灰棕紫泥和礦子黃泥則呈拋物線型增加，Ca-P則均為線性增加，增幅大小順序?yàn)榈V子黃泥＞灰棕紫泥＞紫色潮土。⑵隨添磷量的增加，土壤Olsen-P含量增加，在添磷量為20mg·kg-1處存在明顯的突變躍遷點(diǎn)，當(dāng)添磷量由20

4、mg·kg-1增加至50 mg·kg-1時(shí)，土壤Olsen-P迅速增加，而當(dāng)添磷量＞50 mg·kg-1時(shí)，土壤Olsen-P基本保持不變，即在試驗(yàn)添磷量范圍內(nèi)，土壤Olsen-P存在極限閾值，紫色潮土和灰棕紫泥Olsen-P極限閾值分別為21.05mg·kg-1和58.68mg·kg-1，接近或高于土壤磷淋失突變點(diǎn)(25 mg·kg-1)，淹水后對(duì)水環(huán)境安全存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。土壤Olsen-P含量與磷素存在形態(tài)相關(guān)，三種土壤的Olsen

5、-P含量與TP、OP、Fe/Al-P含量均呈顯著正相關(guān)，而Ca-P含量?jī)H在礦子黃泥上與Olsen-P存在極顯著正相關(guān)。⑶三種土壤中，礦子黃泥的理論最大吸附容量(Qm)、磷緩沖容量(MBC)和反映親和力高低的K值均最大，灰棕紫泥最小，且三者變化趨勢(shì)同步，Qm和K與土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和總磷均成負(fù)相關(guān);磷吸附飽和度(DPS)則以灰棕紫泥最高，在1.20％～11.80％之間，礦子黃泥最低，在0.14％～1.09％之間，紫色潮土在0.41％～3.

6、18％之間，均反映出灰棕紫泥的釋放風(fēng)險(xiǎn)高于紫色潮土和礦子黃泥。
　?、嫱寥姥退吐涓蛇^(guò)程中土壤磷的遷移轉(zhuǎn)化：⑴土壤淹水向上覆水體釋放磷的能力因土壤種類、磷負(fù)荷量不同而異。上覆水磷酸鹽和TP濃度均隨淹水時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，上覆水磷酸鹽濃度呈指數(shù)增加，可用模型CRP＜0.45=Ae BPi來(lái)描述，紫色潮土和灰棕紫泥在添磷量＞50 mg.kg-1時(shí)，上覆水磷酸鹽濃度變化較大，最大的是添磷量為200 mg.kg-1的灰棕紫泥(0.82mg.

7、L-1);礦子黃泥在添磷量＞50 mg.kg-1時(shí)，在整個(gè)淹水期，水體中的磷酸鹽濃度隨淹水時(shí)間的增加幾乎呈直線增加，最大的是添磷量為200 mg.kg-1時(shí)(0.15mg.L-1);上覆水TP濃度關(guān)系可用直線方程CTP=a+bc描述，紫色潮土和灰棕紫泥在添磷量＞50 mg.kg-1時(shí)，上覆水TP濃度變化較大，最大的是添磷量為200 mg.kg-1的灰棕紫泥(1.50mg.L-1);礦子黃泥在試驗(yàn)外源磷范圍內(nèi)，淹水后21天內(nèi)，上覆水TP濃

8、度的變化幅度較大，但淹水21天后，上覆水TP濃度增幅減緩，最大的是添磷量為200 mg.kg-1時(shí)(0.23 mg.L-1)。⑵淹水改變了土壤磷素賦存形態(tài)，轉(zhuǎn)化方向與程度受土壤類型及磷素水平制約。經(jīng)過(guò)一個(gè)月淹水后，當(dāng)添磷量為200 mg.kg-1時(shí)，三種土壤的OP含量稍高于淹水前，增幅最大的是灰棕紫泥(21.41％)，OP占TP的比例增加了5.23％，未添磷的礦子黃泥的降幅最大(54.18％)，占TP的比例增加了11.57％;當(dāng)添磷量≤

9、50 mg.kg-1時(shí)，淹水使IP降低，添磷量為10 mg.kg-1的礦子黃泥的降幅最大(82.40％)，占TP的比例降低了22.18％，而當(dāng)添磷量＞50 mg.kg-1時(shí)，淹水使IP增加，以添磷量為200 mg.kg-1紫色潮土的IP增幅最大(14.79％)，占TP的比例也增加了10.52％;淹水使灰棕紫泥的Fe/Al-P增加，而紫色潮土和礦子黃泥Fe/Al-P減少，增幅最大的是未添磷的灰棕紫泥(366.48％)，占TP的比例增加了2

10、0.25％，降幅最大的是添磷量為20 mg.kg-1的礦子黃泥(48.26％)，占TP的比例增加了12.13％;淹水使紫色潮土的Ca-P含量增加，灰棕紫泥和礦子黃泥減小，增幅最大的是未添磷的的紫色潮土(16.24％)，占TP的比例增加了3.85％，添磷量為20mg.kg-1的礦子黃泥降幅最大(90.28％)，占TP的比例降低了27.07％。TP與IP、OP、Ca-P均呈顯著正相關(guān)，IP與OP相關(guān)性不顯著，與Fe/Al-P、Ca-P呈顯著

11、正相關(guān)。三種土壤的Olsen-P含量與TP、IP、Fe/Al-P和Ca-P含量均呈顯著正相關(guān)，與OP的相關(guān)性不顯著。⑶淹水土壤落干后土壤磷素賦存形態(tài)發(fā)生了進(jìn)一步的改變。經(jīng)過(guò)一個(gè)月落干后，灰棕紫泥和礦子黃泥的OP含量比落干前高，增幅最大的是未添磷的礦子黃泥(33.56％)，占TP的比例增加了11.85％，紫色潮土的OP含量低于落干前，未添磷的紫色潮土的降幅最大(20.18％)，占TP的比例降低了0.25％;落干使灰棕紫泥IP含量略有增加，

12、增幅最大的是添磷量為10 mg.kg-1的灰棕紫泥(3.56％)，占TP的比例增加了11.08％，紫色潮土和礦子黃泥的IP含量比落干前低，降幅最大的是未添磷的礦子黃泥(53.45％)，占TP的比例降低了25.31％;紫色潮土和灰棕紫泥的Fe/Al-P含量比落干前高，增幅最大的是添磷量為10 mg.kg-1的紫色潮土(56.48％)，占TP的比例增加了5.28％，礦子黃泥的Fe/Al-P含量則有所降低，未添磷的礦子黃泥降幅最大(63.14

13、％)，占TP的比例降低了16.21％;灰棕紫泥的Ca-P與落干前相當(dāng)，紫色潮土和礦子黃泥的Ca-P含量降低，添磷量為200 mg.kg-1的紫色潮土的Ca-P增幅最大(1.01％)，占TP的比例增加了1.12％，未添磷的礦子黃泥降幅最大(32.26％)，占TP的比例降低了6.48％。TP與IP、OP、Fe/Al-P、Ca-P均呈顯著正相關(guān)，IP與Fe/Al-P、Ca-P呈顯著正相關(guān)，三種土壤的Olsen-P含量與TP、IP、OP、Fe/

14、Al-P和Ca-P含量均呈顯著正相關(guān)，Ca-P和Fe/Al-P與Olsen-P相關(guān)系數(shù)存在差異，說(shuō)明不同土壤上各形態(tài)磷與Olsen-P之間的相關(guān)關(guān)系存在差異。⑷土壤磷素吸持性能隨淹水-落干進(jìn)程而改變，三種土壤的Qm大小關(guān)系為:淹水后＞落干后＞淹水前。淹水后，三種土壤的Qm含量均增加，未添磷的礦子黃泥的Qm最大，添磷量為200mg.kg-1的灰棕紫泥的Qm最小;落干后，仍是未添磷的礦子黃泥的Qm最大，添磷量為200mg.kg-1灰棕紫泥的

15、Qm最小。與淹水前相比，三種土壤的Qm分別增加了22.22％～33.33％、22.22％～42.86％和8.33％～25.00％;落干后，三種土壤的Qm比淹水后分別降低了11.11％～22.22％、7.14％～11.11％和0～16.67％。相同磷水平下，礦子黃泥對(duì)磷的吸持能力高于紫色潮土和灰棕紫泥。⑸淹水和落干后，三種土壤的DPS均隨添磷量的增加而增加。淹水后，添磷量為200mg.kg-1的灰棕紫泥的DPS最大(9.10％)，未添磷的

16、礦子黃泥最小(0.20％)，和淹水前相比，淹水后的DPS分別減小了1.24％～21.62％、8.44％～32.76％和0.82％～14.84％，且均在添磷量為50mg.kg-1時(shí)減幅最大;落干后，添磷量為200mg.kg-1的灰棕紫泥的DPS最大(4.00％)，未添磷的礦子黃泥最小(0.25％)。淹水后，Olsen-P與Qm、K和PSI呈顯著負(fù)相關(guān)，與DPS呈顯著正相關(guān)，DPS和Qm、K和PSI分別呈顯著負(fù)相關(guān);落干后，Olsen-P和

17、DPS仍然呈正相關(guān)，Olsen-P與Qm、K和PSI呈顯著負(fù)相關(guān)，DPS和Qm、K和PSI分別呈顯著負(fù)相關(guān)。
　?、缤寥涝傺退^(guò)程中土壤磷的遷移轉(zhuǎn)化：⑴落干后的土壤再淹水一個(gè)月后，上覆水磷酸鹽和TP的變化與初次淹水具有類似的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，但低于初次淹水后的磷濃度，上覆水磷酸鹽和TP的相對(duì)大小順序均為:灰棕紫泥＞紫色潮土＞礦子黃泥，上覆水磷酸鹽濃度最大的是添磷量為200 mg.kg-1的灰棕紫泥(0.57mg.L-1)，且試驗(yàn)添磷量

18、范圍內(nèi)，上覆水TP濃度均大于0.02 mg.L-1;三種土壤的Qm含量均比初次淹水后高，未添磷的礦子黃泥的Qm最大，添磷量為200mg.kg-1的灰棕紫泥的Qm最小，紫色潮土、灰棕紫泥和礦子黃泥增的Qm增幅分別為9.09％～50.00％、0.10％～12.50％和25.00％～50.00％;添磷量為200mg.kg-1的灰棕紫泥的DPS最高(6.20％)，未添磷礦子黃泥的DPS最低(0.13％)，三種土壤的DPS分別比初次淹水時(shí)低29.

19、06％～97.82％、21.31％～67.60％和48.33％～74.48％，表明再淹水可降低磷素向水體的釋放風(fēng)險(xiǎn)，而不同土壤向水體釋放風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)順序保持不變，再次證明了灰棕紫泥的磷釋放風(fēng)險(xiǎn)最大，礦子黃泥的釋放風(fēng)險(xiǎn)最小。⑵落干土壤再淹水過(guò)程中土壤磷素形態(tài)的變化。經(jīng)過(guò)一個(gè)月再淹水后，紫色潮土的OP含量比落干后高，灰棕紫泥和礦子黃泥則比落干后低，增幅最大的是添磷量為200mg.kg-1時(shí)(15.01％)，占TP的比例增加了0.59％，降幅最

20、大的是未添磷的礦子黃泥(43.02％)，占TP的比例降低了35.02％;灰棕紫泥和礦子黃泥的IP含量則高于落干后，增幅最大的是未添磷的礦子黃泥(390.15％)，占TP的比例增加了53.10％，紫色潮土的IP含量比落干后低，降幅最大的是添磷量為50mg.kg-1時(shí)(8.17％)，占TP的比例降低了8.15％;再淹水使三種土壤的Fe/Al-P含量均增加，未添磷的礦子黃泥增幅最大(200.29％)，占TP的比例增加了11.02％，增幅最小的