三峽庫區(qū)消落帶土壤磷素釋放性能及影響因素研究.pdf

1、三峽水庫是舉世矚目的特大型水庫，成庫后的水環(huán)境安全是國(guó)內(nèi)外關(guān)注的重大環(huán)境問題，水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)庫區(qū)水環(huán)境安全構(gòu)成主要威脅。磷素作為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制因子，水體中磷濃度的升高直接增加了水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)。三峽庫區(qū)消落帶土壤具有周期性“淹水—落干”干濕交替的循環(huán)特性，土壤干濕交替對(duì)土壤磷活性及釋放性能將產(chǎn)生重要影響。落干期間正是庫區(qū)降雨集中期，來自周邊小流域的農(nóng)業(yè)徑流流經(jīng)消落帶，所攜帶的顆粒態(tài)磷可沉積于消落帶土壤、可溶態(tài)磷亦可被土壤所吸持

2、，同時(shí)消落帶季節(jié)性利用也會(huì)增加消落帶土壤磷素負(fù)荷；在隨后的淹水期間，伴隨消落帶土壤淹水后性質(zhì)的急劇變化，蓄積于土壤中的磷可釋放進(jìn)入上覆水體，增加水體中磷的濃度，使消落帶土壤成為水體磷素的重要補(bǔ)給源。明確外源磷在消落帶土壤中的活性變化、釋放規(guī)律及影響因素，對(duì)于庫區(qū)消落帶管理，防止水體富營(yíng)養(yǎng)化具有十分重要理論和實(shí)踐意義。為此，本文以三峽庫區(qū)消落帶廣泛分布的紫色潮土和灰棕紫泥土為對(duì)象，通過室內(nèi)模擬土壤培養(yǎng)和淹水釋放實(shí)驗(yàn)，探討不同飽和度外源磷在

3、兩種土壤中的活性變化與形態(tài)轉(zhuǎn)化特征，分析了蒙脫石、高嶺土、胡敏酸、富里酸和針鐵礦（統(tǒng)稱為活性調(diào)控劑）對(duì)土壤磷素形態(tài)、活性和釋放的影響。主要結(jié)果如下：
　　1、外源磷進(jìn)入土壤后其活性（Olsen-P）變化主要受外源磷施入量、施入時(shí)間與土壤類型影響。添加0-100％吸持飽和度（0-100%Qm）的外源磷后，表征土壤磷活性的Olsen-P含量（Ct）呈指數(shù)型衰減，可用方程Ct=ae-kt+b進(jìn)行擬合，擬合度均在94%左右。Olsen-P

4、含量變化均以培養(yǎng)15d內(nèi)降幅最大，此后逐步趨于平緩并保持穩(wěn)定，最終平衡濃度（b）隨外源磷的增加而增加。受土壤類型影響。Olsen-P在紫色潮土中衰減速率（k）較大，相同磷飽和度處理的紫色潮土Olsen-P含量低于灰棕紫泥。
　　幾種供試活性調(diào)控劑對(duì)土壤磷素活性（Olsen-P）具有顯著影響，其影響程度與方向與調(diào)控劑種類和土壤類型有關(guān)。在初始磷為50%Qm條件下（紫色潮土500 mg/kg；灰綜紫泥454.5 mg/kg），與未添加

5、調(diào)控劑的對(duì)照土壤相比，添加蒙脫石和高嶺土處理均會(huì)降低兩種土壤Olsen-P含量，蒙脫石對(duì)土壤磷素活性鈍化作用較高嶺土明顯，紫色潮土中的降幅大于灰棕紫泥。在紫色潮土中，蒙脫石和高嶺土使Olsen-P含量占外源磷施入量比例由18.75%降至14.14%和17.88%，在灰棕紫泥中則由40.9%降至36.65%和39.39%；添加胡敏酸、富里酸和針鐵礦均提高了土壤磷素活性，三者活化效應(yīng)大小順序?yàn)椋横樿F礦>富里酸>胡敏酸。在紫色潮土中，三者使O

6、lsen-P含量所占比例分別增至21.12%、28.21%、92.03%，在灰棕紫泥中則分別增至49.39%、55.55%、82.62%。
　　2、土壤磷素釋放能力受土壤磷素飽和度、陳化時(shí)間及土壤類型的影響。外源磷進(jìn)入土壤后其釋放能力呈指數(shù)型衰減，也可用方程 Ct=ae-kt+b進(jìn)行擬合；其中，紫色潮土磷素釋放能力衰減速率更快，灰棕紫泥磷素釋放能力更高。土壤磷素活性及釋放能力受磷素吸持飽和度制約，當(dāng)磷吸持飽和度≥50%時(shí)，紫色潮土

7、和灰棕紫泥 Olsen-P含量和解吸量（0.01M KCl-P）出現(xiàn)躍遷式增加現(xiàn)象，50% Qm添加量是紫色潮土和灰棕紫泥活性與滲漏淋失風(fēng)險(xiǎn)的突變點(diǎn)；土壤 Olsen-P含量與單次提取量呈極顯著線性關(guān)系（y=a+bx，P<0.01），可用 Olsen-P平衡含量預(yù)測(cè)土壤磷素淋失風(fēng)險(xiǎn)。土壤磷素多次連續(xù)提取過程中，磷素釋放能力隨提取次數(shù)的增加迅速降低，經(jīng)5次提取之后，兩種土壤上所有磷飽和度處理土壤中可提取磷量均幾乎消失殆盡；紫色潮土和灰棕紫

8、泥土壤磷素最大釋放量占外源磷施加量的比例分別為88.4%-95.3%和95.3%-116.6%，其中灰綜紫泥外源磷施加量≤50% Qm的處理磷素累積釋放量甚至大于外源添加磷總量。
　　土壤中添加活性調(diào)控劑對(duì)磷素釋放能力的影響因土壤類型的不同而異。在初始磷為50% Qm條件下，在紫色潮土和灰棕紫泥對(duì)照處理（未添加調(diào)控劑）中，磷的單次提取量分別占外源磷含量的7.3%和25.49%；蒙脫石抑制土壤磷素釋放，兩種土壤單次提取量占添加量的比

9、例分別降至4.66%和24.52%，高嶺土促進(jìn)紫色潮土磷的釋放而抑制了灰棕紫泥磷的釋放，兩種土壤單次提取量占添加量的比例分別為23.68%（紫色潮土）和24.80%（灰棕紫泥）；針鐵礦、胡敏酸和富里酸均能促進(jìn)土壤磷素大量釋放，促進(jìn)效果排序：針鐵礦>富里酸>胡敏酸。紫色潮土中，三者使土壤磷素單次提取量占添加量的比例分別增至12.59%、14.11%和69.71%；灰棕紫泥中，三者使土壤磷素單次提取量占添加量的比例分別增至28.54%、28

10、.26%和45.72%。
　　3、添加0-100% Qm外源磷經(jīng)30天轉(zhuǎn)化平衡后，大部分外源磷轉(zhuǎn)化成 Ca2-P和Ca8-P形態(tài)，其次為Fe-P、Al-P形態(tài)，O-P（閉蓄態(tài)磷）和Ca10-P變化不明顯，短時(shí)間內(nèi)無法大量形成。Ca2-P和 Ca8-P形態(tài)含量之和分別占外源磷施加量的50%（紫色潮土）和60%（灰棕紫泥）左右，Al-P和Fe-P含量之和分別占外源磷施加量的22.6%~33.8%（紫色潮土）和25.3%~35.4%（灰

11、棕紫泥）。回歸分析與通徑分析表明，紫色潮土和灰棕紫泥 Olsen-P含量分別由 Ca2-P、Al-P起正向直接作用。Ca10-P和 Fe-P起負(fù)向直接作用。紫色潮土磷素釋放能力變化主要由 Ca2-P、Ca8-P起正向直接作用，F(xiàn)e-P起負(fù)向直接作用，灰棕紫泥由Ca2-P起正向直接作用，Ca8-P起負(fù)向直接作用。
　　初始磷為50%Qm（紫色潮土500 mg/kg；灰綜紫泥454.5 mg/kg）條件下，經(jīng)15天轉(zhuǎn)化平衡后，與未添加

12、調(diào)控劑的對(duì)照土壤相比，五種調(diào)控劑均能不同程度促進(jìn) OP（有機(jī)磷）向 IP（無機(jī)磷）轉(zhuǎn)化；蒙脫石在兩種土壤中均能促進(jìn) Fe/Al-P向Ca-P形態(tài)轉(zhuǎn)化，其余四種活性調(diào)控劑均能在不同程度上促進(jìn) Ca-P向 Fe/Al-P轉(zhuǎn)化。高嶺土處理土壤的Ca-P含量與蒙脫石處理土壤的Ca-P含量相比相對(duì)較低，腐殖酸、針鐵礦處理土壤的Ca-P含量與粘土礦物處理的土壤 Ca-P含量相比更低；幾種活性調(diào)控劑進(jìn)入土壤后，經(jīng)處理土壤的Fe/Al-P含量排序：針鐵

13、礦>富里酸>胡敏酸>高嶺土>對(duì)照>蒙脫石。
　　4、活性調(diào)控劑影響土壤磷素吸附-解吸特性，土壤磷素最大吸附量、吸附強(qiáng)度和解吸能力均有明顯變化。添加粘土礦物、腐殖酸和鐵氧化物的處理和對(duì)照土壤磷素等溫吸附-解吸曲線均能用 Langmuir方程和 Freundlich方程擬合，擬合度均在90%以上。蒙脫石、高嶺土和針鐵礦均提高了土壤磷素最大吸附量 Xm，而胡敏酸和富里酸則降低了Xm；紫色潮土中，蒙脫石、高嶺土和針鐵礦降低了磷素吸附強(qiáng)度，

14、k值較對(duì)照土壤均有所下降，而胡敏酸和富里酸則提高了磷素吸附強(qiáng)度，k值較對(duì)照增加?；易刈夏嘀谢钚哉{(diào)控劑的影響與紫色潮土不同，蒙脫石、高嶺土、HA和FA均使k值增大，而針鐵礦降低了k值。
　　添加活性調(diào)控劑的土壤其磷素解吸量受活性調(diào)控劑的影響。蒙脫石和高嶺土能夠抑制土壤磷素解吸，HA、FA和針鐵礦能夠促進(jìn)土壤磷素解吸；初始磷濃度為200mg/L時(shí)，添加蒙脫石、高嶺土的紫色潮土和灰棕紫泥其磷素解吸率較對(duì)照土壤磷素解吸率有所降低，分別由2

15、0.73%、20.20%（對(duì)照）降至17.74%、18.25%（蒙脫石）和19.57%、19.02%（高嶺土）。添加胡敏酸、富里酸和針鐵礦的紫色潮土和灰棕紫泥其磷素解吸率較對(duì)照土壤磷素解吸率均有所增加，其解吸率分別由20.73%、20.20%（對(duì)照）增至24.19%、26.42%（HA）；27.37%、32.75%（FA）和22.85%、20.56%（針鐵礦）。添加活性調(diào)控劑的土壤其磷素解吸量與吸附量間可用指數(shù)方程擬合，擬合度在90%以

16、上。
　　5、添加0-100% Qm外源磷經(jīng)30天轉(zhuǎn)化平衡后，土壤淹水釋放量及其占外源磷施加量的比例隨著外源磷施加量的增加而增加，土壤淹水向上覆水體釋放磷素的能力因土壤類型不同而異，灰棕紫泥釋放量更大且所占比例更高（8.03~21.02%），而紫色潮土釋放量占外源磷施加量的比例只有2.97-3.71%；不同磷添加量對(duì)土壤上覆水磷濃度達(dá)平衡的時(shí)間影響不大，不同飽和度土壤上覆水磷濃度均在淹水40 d左右達(dá)平衡。淹水40 d時(shí)，添加0-

17、100% Qm外源磷的紫色潮土和灰棕紫泥上覆水TP濃度為0.13-4.60 mg/L和0.15-19.24 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高出富營(yíng)養(yǎng)化水體磷素閾值0.02 mg/L。
　　在初始磷為50% Qm（紫色潮土500 mg/kg；灰綜紫泥454.5 mg/kg）條件下，添加活性調(diào)控劑對(duì)土壤淹水磷素釋放能力的影響與土壤類型、調(diào)控劑種類有關(guān)。除添加針鐵礦的紫色潮土外，所有處理土壤在淹水過程中上覆水溶解性磷酸鹽含量和TP含量隨時(shí)間的變化均可用

18、Elovich方程擬合，擬合度均在90%以上。蒙脫石能夠抑制土壤磷素釋放，而高嶺土、胡敏酸、富里酸和針鐵礦均能在不同程度上促進(jìn)了磷素釋放。其中高嶺土對(duì)紫色潮土磷素釋放的促進(jìn)作用較灰棕紫泥更為明顯，另外三種活性調(diào)控劑在兩種土壤上促進(jìn)磷素釋放的能力大小順序?yàn)椋横樿F礦>富里酸>胡敏酸。針鐵礦、高嶺土能縮短土壤上覆水溶解性磷酸鹽濃度達(dá)平衡的時(shí)間，使兩種土壤上覆水溶解性磷酸鹽濃度分別在在淹水15、22 d左右趨于穩(wěn)定；蒙脫石、胡敏酸和富里酸對(duì)上覆