三峡水库消落区土壤理化特征及磷赋存形态研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT)对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤磷的赋存形态进行了分级测定,并分析了各形态磷之间,以及各形态磷与样品理化特征(如全氮(TN)、有机质(SOM)、酸碱性(pH)、氧化还原电位(ORP))之间的相关性.结果表明,研究区域内,淹没消落区土壤全磷含量在0.28～1.32g·kg-1之间,平均值为0.63g·kg-1;无机磷和有机磷平均含量分别为0.46g·kg-1和0.13g·kg-1,占全磷百分比分别为72.3%和21.7%,淹没消落区土壤中的磷以无机磷为主,有机磷为辅,从各形态磷含量及相对含量的变化范围来看,表现为钙结合态磷>有机磷>铁铝结合态磷,土壤全磷含量增加主要来自钙结合态磷部分,其次是有机磷.淹没消落区土壤活性磷组分(铁铝结合态磷和有机磷之和)含量分布范围在0.04～0.39g·kg-1之间,平均值为0.20g·kg-1,占全磷比例达到33.0%,消落区土壤活性磷组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,淹没消落区土壤磷对水体富营养化的潜在影响不容忽视;淹没消落区土壤全磷与无机磷和钙结合态磷,有机磷与铁铝结合态磷、全氮及有机质有显著相关性,表明钙结合态磷为无机磷和全磷的主要赋存形态,有机磷、铁铝结合态磷、全氮和有机质同源;有机磷同土壤酸碱性呈显著正相关,同氧化还原电位呈显著负相关,表明土壤酸碱性和氧化还原电位的变化可影响有机磷的含量与分布.     

贵州百花湖消落区土壤磷赋存形态初步研究

应用磷形态标准测试程序(SMT)对百花湖(水库)消落区土壤磷赋存形态进行了分级测定,分析了各形态磷之间与样品理化性质如有机质、pH、总氮和含水率的相关性。结果表明,百花湖消落区1区全磷含量平均为1239.9mg/kg,2区为1097.4mg/kg,3区为1041.5mg/kg;各形态磷中有机磷占全磷的百分比1区为58.7%,2区为55.1%,3区降至54.7%;消落带土壤中的磷以有机磷为主,无机磷为辅。铁铝结合态磷则是无机磷的主要组分,其中1区为77.1%,2区为66.7%,3区为61.4%;全磷、有机磷和铁铝结合态磷含量的总体变化趋势为1区>2区>3区;而钙结合态磷含量却呈现出3区>2区>1区。有机磷与全磷显著性相关,是土壤中磷素增加的主要因素;无机磷与铁铝结合态磷和钙结合态磷显著性相关,二者的增加和减少对无机磷的含量具有显著影响;全磷与有机质、酸碱性显著相关;有机磷与有机质,钙结合态磷与酸碱性之间均呈现出显著性相关,表明土壤的有机质和酸碱性影响磷的含量和分布。     

三峡澎溪河流域消落区与岸边土壤磷形态特征

选取了落干期澎溪河流域6个消落区点位,分析了消落区土壤磷形态分布特征,并探讨了各形态磷之间的相关性.结果表明,(1)采用SMT法测定了消落区土壤总磷、无机磷和有机磷含量,其总磷TP含量均值为575.29 mg·kg~(-1),有机磷OP含量均值为91.23 mg·kg~(-1).(2)采用Hedley法分析了消落区土壤磷的5种赋存形态,其中WA-Pi、PA-Pi、Fe/Al-Pi等3种易迁移的无机磷形态之和占可提取Pi的11.61%,且低于岸边土壤;WA-Po、PA-Po两种生物可利用性较高的有机磷形态含量之和占可提取Po的22.28%,而中活性有机磷Fe/Al-Po占可提取Po的66.30%,且消落区土壤各形态Po含量均低于岸边土壤,又以Fe/Al-Po含量差异最大.(3)消落区土壤TP与活性较强的WA-Pt、PA-Pt呈显著相关,表明消落区土壤活性磷含量主要受TP影响;各形态磷之间不具有显著相关性,表明不同形态磷的来源可能不同;消落区土壤Fe/Al-Pt与土壤有机质OM呈显著相关,表明土壤有机质的含量可能影响铁铝结合态磷含量.在淹水条件下,消落区土壤磷组分的释放对上覆水体的潜在影响不容忽视.     

三峡库区支流库湾消落带土壤磷形态赋存特征及其释放风险

三峡库区消落带经历反复的淹水-落干循环影响,消落带土壤磷迁移转化过程加快,可能加剧支流库湾水体富营养化.采集了三峡库区腹心支流库湾典型消落带土壤,测定磷赋存形态与磷素饱和度(DPS)等,分析磷释放风险.结果表明,(1)消落带土壤ω[总磷(TP)]、ω[无机磷(IP)]和ω[有机磷(OP)]均值分别为771.80、485.33和166.30 mg·kg^-1,IP和OP均以非活性形态磷为主.(2)消落带土壤形态磷的赋存格局受落干-淹水方式影响,Ex-P和NaHCO₃-Po含量显著高于对照土壤,Fe-P、HCl-Po和Fulvic-Po含量沿高程下降而显著降低(P<0.05),反复的干湿交替促进了消落带土壤活性磷的生成和中等活性磷的释放和积累.(3)消落带土壤生物ω[有效磷(Bio-P)]为49.19～148.78 mg·kg^-1,占TP的质量分数为7.71%～24.78%,磷素饱和度(DPS)为5.85%～22.00%.目前,支流库湾消落带土壤整体磷释放风险较低,170 m高程土壤需要重点关注.Fe-P、HCl-Po和...     

三峡库区淹没消落区土壤氮素形态及分布特征

利用分级浸取分离法对三峡水库腹心地带(巫山-重庆主城区段)淹没消落区土壤中的不同形态氮含量进行了测定,并对各形态氮之间及氮形态与土壤理化特征之间的相关性进行了分析.结果表明:研究区域内,淹没消落区土壤全氮(TN)含量在676.0~1769.7 mg·kg^-1之间,均值为1182.3 mg·kg^-1,TN主要由可转化态氮(TF-N)和非可转化态氮(NTF-N)组成,占TN的百分比分别为46.3%、53.7%;消落区土壤中TF-N组分在适宜的环境条件下会成为水体的二次污染源,其对水体富营养化的影响不容忽视.淹没消落区土壤弱酸可浸取态氮(WAEF-N)、有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)在TF-N中占的比例较高,分别为47.3%、33.9%,表明WAEF-N和OSF-N直接影响着淹没消落区土壤TF-N的含量;从各形态氮含量及相对含量的变化范围来看,均表现为WAEF-N>OSF-N>铁锰氧化态氮(IMOF-N)>离子交换态氮(IEF-N).相关性分析结果表明,TN与NTF-N的相关性显著(p<0.01),与IMOF-N及OSF-N含量之间也具有显著相关性(p<0.05),表明TN的增加主要来自NTF-N,其次是IMOF-N及OSF-N;TF-N与WAEF-N、OSF-N之间显著正相关(p<0.01), 与IMOF-N也具有显著相关性(p<0.05),表明TF-N的增加主要来源于这3种形态的氮.TN与有机质(SOM)之间显著正相关(p<0.01),TF-N、OSF-N与SOM之间也呈正相关关系(p<0.05),表明它们可能具有相似的来源或SOM的输入对消落区土壤氮形态的分布有一定的影响.     

三峡库区干支流落干期消落带土壤可转化态氮含量及分布特征

为探明三峡支流水体富营养化频发与库岸消落带土壤氮素"源-库"关系转化之间的内在关系,采用分级浸提法,分析了三峡库区长江万州段干流、苎溪河支流、密溪河支流消落带落干期土壤可转化态氮含量和分布特征.结果表明,与三峡库区万州段干流相比,支流消落带落干期土壤有机质和总氮含量较高,而阳离子交换量(CEC)和p H值较低.三峡干支流消落带土壤可转化态氮(TF-N)以OSF-N(有机态和硫化物结合态)为主,且含量上OSF-NIMOF-N(铁锰氧化物结合态氮)IEF-N(离子交换态氮)CF-N(碳酸盐结合态氮);而空间分布上,TF-N表现为:密溪河苎溪河长江干流,4种TF-N形态中IEF-N和OSF-N在干支流间无显著差异,而CF-N和IMOF-N分布与TF-N相反,是造成干支流消落带TF-N差异的主要因素.     

香溪河消落区及上缘土壤磷素的时空分布特征

采用修正的Hedley分级方法,对香溪河消落区及其上缘不同土层的土壤磷形态进行了动态监测,并分析其时空动态变化特征。结果表明,上缘(175 m上)土壤全年总磷(TP)含量在0.290~0.889 g/kg之间,总磷均值的总体趋势是春季(0.676 g/kg)夏季(0.595g/kg)秋季(0.530 g/kg)冬季(0.436 g/kg),春季与夏季间差异显著(P0.05);除残余磷(Res-P)外,其余形态磷在夏季有释放的现象。消落区及上缘的表层土壤中总磷含量(均值0.543 g/kg)及可利用磷形态(49.4%)显著高于下层土壤(TP均值0.492 g/kg;磷形态42.3%)。消落区上缘土壤总磷含量(0.636 g/kg)略高于消落区土壤总磷含量(0.567 g/kg)。消落区土壤全年(0.354~0.807 g/kg)及其上缘土壤全年(0.290~0.889 g/kg)的总磷含量除在WGS(样带3)点最低外,其余样点在香溪河沿程的分布规律均不明显;各形态磷在沿程上与总磷一样,空间异质性很大。该研究分析了香溪河磷素的时空变化特征,为三峡库区香溪河水体富营养化治理提供参考。     

太湖西部流域滨岸带土壤磷形态空间分布与影响因素比较

为了揭示不同流域滨岸带的生态功能,于2015年夏季采集太湖西部苕溪流域和天目湖流域不同滨岸带（林地、耕地、草地、荒地）土壤,利用连续顺序提取法获得无机磷形态,分析土壤磷形态的空间分布特征、影响因素以及土壤磷形态与地下水中TDP（总溶解性磷）的联系.结果表明:苕溪滨岸带的磷形态含量总体上高于天目湖滨岸带,但组成方面有所差异.滨岸带土壤的NH₄Cl-P（弱吸附态磷）、BD-P（还原态磷）、NaOH-P（金属氧化物结合态磷）含量随土壤深度的增加而降低,HCl-P（钙结合态磷）含量随土壤深度的增加而增加,耕地表现得最为明显.从高地到滨水带,草地和荒地的磷形态含量有略微增加的趋势,而林地和耕地的磷形态含量均降低,耕地同样表现得最为明显.苕溪滨岸带磷形态含量的水平变幅大于天目湖滨岸带.相关性分析表明,土壤NaOH-P对地下水中TDP的贡献较大,有机质、黏土矿物和碳酸盐对磷形态有明显的影响;苕溪滨岸带土壤性质对其磷形态的影响较弱,而天目湖滨岸带比较明显.因此,苕溪和天目湖流域不同滨岸带土壤磷形态的空间分布存在差异,影响因素也不同;土壤磷形态与地下水中TDP有明显关系,尤其是NaOH-P.      

三峡库区澎溪河底泥及消落区土壤磷的形态及吸附特性研究

沉积物是自然水域的重要生态组成部分,是形成湖泊、水库富营养化的关键因素之一.为研究三峡库区澎溪河流域沉积物中磷的赋存形态特征及迁移转化规律,采用连续提取法对澎溪河底泥3个断面及消落区3种土壤类型中磷赋存形态进行分析,并通过等温吸附实验研究了磷的吸附规律,确定了零净吸附磷浓度(EPC0).结果表明,澎溪河底泥中的总磷含量在0.80～1.45 g·kg-1之间,赋存形态以无机磷为主,其中钙结合磷和蓄闭态磷比例在80%以上,铁铝结合磷含量较低,该流域底泥受自然岩石状态及沉积环境的影响较大,而人为活动对其影响较小;消落区土壤总磷含量在0.65～1.16 g·kg-1之间,磷的赋存形态也以无机磷为主,冲积土和紫色土也以钙结合态磷和蓄闭态磷为主,水稻土中则以蓄闭态磷含量最高.澎溪河高阳、黄石和双江3个断面底泥的EPC0分别为0.08、0.13和0.11 mg·L-1,消落区冲积土、紫色土和水稻土的EPC0分别为0.08、0.09和0.04 mg·L-1.EPC0值与沉积物中总磷、pH、Ca-P、黏粒含量呈正相关性,其中与pH和Ca-P相关性显著.根据澎溪河上覆水中磷浓度的季节变化,初步判定底泥及消落区土壤在夏秋季节为磷的"汇",在冬春季节则成为其"源".EPC0高于水体富营养化临界值,底泥及消落区土壤中磷的释放依然是不可忽视的潜在问题.     

长江河口水库沉积物磷形态、吸附和释放特性

为了对长江河口青草沙水库沉积物磷形态分布、磷吸附特性和磷释放特性进行分析,2011年4月~2012年1月对沉积物进行实地调查分析.磷形态分析结果表明沉积物总磷含量范围为535.07~910.9 mg·kg-1,以无机磷为主,有机磷含量相对较低.无机磷主要以钙结合态的磷存在,钙结合态磷占总磷的75.57%.磷吸附特性结果表明沉积物磷的等温吸附特征符合修正的Langmuir模型,沉积物磷的最大吸附量为9.78~39.84 mg·kg-1,沉积物-水界面平衡浓度EPC0(equilibrium phosphorus concentration)范围为0.024~0.12 mg·L-1,均高于上覆水体中相应的磷含量,因此,沉积物有向上覆水体释放磷的趋势.磷的释放特性结果表明沉积物最大释放量为11.03 mg·kg-1,在6 h左右达到最大值.沉积物磷释放量来自沉积物的铁/锰结合态的磷、钙结合态磷和有机磷,其中,铁/锰结合态磷和沉积物释放量呈相关性(P0.01).总体上,青草沙水库沉积物呈现释放状态,影响水库水体磷含量.     

丹江口水库迁建区土壤PAHs的分布特征与来源及其生态风险评价

为评价丹江口水库迁建区土壤中PAHs的污染水平及该区域被淹没后的生态风险,采用GC/MS(气相色谱-质谱联用仪)分析技术,检测了该区域表层(0～20 cm)土壤中的w(PAHs),并探讨不同土地利用方式下PAHs的分布特征及来源. 结果表明:①研究区域表层土壤中w(PAHs)为4.04~181 ng/g,平均值为41.3 ng/g,在不同土地利用方式下表现为居住地>玉米地>菜地>其他耕地>养殖地>林地>果园. ②特征化合物指数法分析结果显示,菜地、居住地和其他耕地表层土壤中PAHs主要来自柴油燃烧,少部分属既有燃料燃烧又有石油污染的混合源,养殖地和玉米地表层土壤中PAHs主要来自燃料燃烧,说明土地利用方式对表层土壤中PAHs的质量分数、组成及其来源等均产生一定影响. ③与国内其他地区湖泊和水库沉积物相比,研究区域表层土壤中w(PAHs)较低,属于清洁无污染等级. 迁建区表层土壤被淹没成为沉积物后,由于PAHs污染程度较小,因此潜在生态风险较低.      

丹江口水库新增淹没区农田土壤潜在风险评估

通过野外调查与室内模拟实验,采用综合评价指数法对丹江口水库新增淹没区农田土壤进行了潜在风险评估,结果表明:新增淹没区土壤背景总氮为0.3~3.8g/kg,平均值1.1g/kg;总磷为0.2~2.4g/kg,平均值0.8g/kg,入库支流区域土壤背景氮磷含量较高,新增淹没区的含量较低;土壤模拟淹水浸泡的溶出总氮为0.2~11.8mg/L、总磷为0.006~2.2mg/L,平均值分别为4.1,0.3mg/L.空间分布上,土壤溶出氮磷与新增淹没区土壤氮磷背景值变化相似.新增淹没区潜在风险评估等级由低到高的面积分别占整个新增淹没区总面积的3.3%、21.2%、56.9%、15.9%、2.7%,表明大部分新增淹没区处于中低风险等级,其中高风险区域主要集中在入库支流区域.     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

密云水库小流域土地利用方式与氮磷流失规律

在密云水库石匣小流域对农田、林果地、荒草坡、村庄等4种不同类型的非点源污染发生区，进行降雨、径流量、径流水质同步监测，分析不同土地利用类型小区地表径流和泥沙中氮磷污染物的流失情况。结果表明，径流中总磷的浓度以村庄最高，其次为坡耕地、林果地和荒草坡。村庄径流的溶解态磷浓度为荒草坡径流的10倍。不同地表径流中的溶解态氮浓度的差别较大，村庄最高，其次是耕地、荒草坡、林果地。在降雨初期，随着径流量的增大，径流中总氮的浓度迅速降低，呈线性递减，此后随着径流的减少，总氮的浓度下降速度极其缓慢。不同土地利用类型中吸附态磷占总磷的比重都在90％以上，与泥沙结合的吸附态磷的浓度远大于溶解态磷的浓度，吸附态磷是磷流失的主要形态。     

丹江口库区新生消落带不同土地利用酶活性比较

随着南水北调中线工程的建成,丹江口水库水位上涨形成了大量新生消落带,消落带生态环境变化对水库水质具有较大影响,土壤酶活性和土壤养分的改变在一定程度上能反映土壤生态环境的变化.基于此,以丹江口水库新生消落带为研究区域,选取库周从未经历淹没的区域作为对照,采用裂区试验设计方法,以样地类型（新生消落带和对照区）为主处理,以3种不同土地利用类型（林地、农田和草地）为副处理,研究了土壤酶（脲酶、转化酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶）活性与土壤养分之间的关系.结果表明:①新生消落带土壤中w（TN）、w（NO₃--N）和w（OM）均显著低于对照区（P < 0.05）,而农田、草地的w（NH₄+-N）与林地的w（TP）显著高于对照区（P < 0.05）.②与对照区相比,新生消落带农田和草地的脲酶、转化酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性均降低,其中,农田和草地脲酶活性分别降低了79%和54%,而林地脲酶与过氧化氢酶显著增加,林地脲酶活性升高了133%,林地碱性磷酸酶与转化酶活性变化不显著.③不同土地利用类型的土壤理化性质对酶活性的影响不同,新生消落带农田土壤含水量、w（NH₄+-N）的升高及w（TN）、w（TP）、w（OM）的降低是导致酶活性降低的主要影响因素,新生消落带林地土壤pH、w（TP）、w（TN）对酶活性的增加有主要影响,新生消落带草地土壤含水量、w（NH₄+-N）、w（TN）、w（TP）、w（OM）对酶活性的降低有主要影响.研究显示,消落带林地在淹没期间能够吸附固定土壤及水体中的氮磷,水落后土壤酶活性的升高有利于土壤中养分的分解,减少氮磷对库区水体的污染.      

三峡库区不同土地利用类型氮磷流失特征及其对环境因子的响应

农业面源污染治理是库区生态环境建设亟待解决的问题.通过对三峡库区退耕还林后不同土地利用类型养分流失的监测,分析不同退耕还林模式氮磷流失特征及其对环境因子的响应.结果表明:①不同土地利用类型养分流失浓度的变异性较强,速效养分浓度的变异性远高于全养分;②退耕还林后各土地利用类型磷的年流失负荷降低了84.53%～91.61%,氮的年流失负荷则只有乔木林和板栗显著降低,各土地利用类型的氮素流失负荷是磷素流失负荷的4.85～38.62倍;③不同土地利用类型的磷主要以颗粒态流失,而硝态氮则是氮流失的主要形态;④茶园与竹林的养分流失负荷与降雨量呈较好的相关性,磷素与降雨量的相关性优于氮素,养分流失负荷与降雨强度没有明显的相关性;⑤植被的总盖度、乔木层盖度以及凋落物层盖度对TN流失的影响程度较大.NO3--N的流失负荷受土壤表层NH4+-N含量影响程度较高.土壤TP含量和沙粒含量则是磷素流失的主要影响因素.     

三峡水库消落区土壤、植物汞释放及其在斑马鱼体的富集特征

利用室内模拟试验,探讨了三峡水库消落区淹没后土壤、植物汞释放特征及其在斑马鱼体的富集水平.结果表明,随淹水时间的延长,淹没土壤中总汞(THg)含量下降;水体THg浓度总体明显升高.淹没土壤及水体中甲基汞(MMHg)含量总体明显上升,其中稗草+土壤处理水体中增加尤为明显,淹水21 d后,其浓度是土壤处理的2.52倍.表明消落区土壤、植物是水库水体汞的一个重要来源.供试稗草淹水分解造成水体pH及溶解氧(DO)含量下降、溶解性有机碳(DOC)含量上升,对土壤MMHg含量无明显影响,对水体MMHg影响较大.供试斑马鱼头部、内脏及肌肉中THg含量总体明显上升,与水体中THg浓度具有显著相关性(P<0.01).鱼体头部、内脏及肌肉中均出现不同程度的MMHg富集现象,以头部与肌肉最为明显.淹水21 d后,添加土壤处理的鱼体头部、内脏及肌肉MMHg增加的含量分别是对照的1.75~6.25、3.53~8.38、2.22~3.36倍;稗草+土壤处理的分别是土壤处理的3.57、2.37、1.52倍.可见,淹没土壤是鱼体MMHg增加的重要来源,淹没植物改变原水环境条件影响其向水体释汞过程能提高鱼体中MMHg含量.