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...     

淹水落干下三峡水库消落带土壤无机磷形态转化特征

为探讨三峡水库消落带土壤无机磷的转化规律,通过布置原位浮台,将装有土壤的塑料盆悬挂在不同水深(0、2、5、15m)处,分别淹没30、60、180 d,落干180 d,研究淹没水深和时长对消落带土壤的理化性质及无机磷形态的影响.结果表明,淹水-落干循环中,土壤pH、有机质、全磷和有效磷含量均呈现先降低后升高的趋势.落干180 d后,土壤pH、有机质和全磷含量降低,有效磷含量升高.土壤淹水后,各形态无机磷占全磷的比例大小为Fe-PAl-PCa8-PCa2-P.淹水0 m、2 m时Ca2-P、Ca8-P随淹水时间持续下降,淹水5 m、15 m时随淹水时间先降低后升高.落干180 d后无机磷含量显著增加,随淹水深度的增加无机磷含量呈降低趋势;Al-P含量随淹水时间先降低后持续升高,随淹水深度变化趋势不明显;Fe-P含量随淹水时间和淹水深度变化无明显规律.     

三峡库区消落带甲基汞变化特征的模拟

为探寻三峡水库消落带在干湿交替条件下甲基汞的变化规律,以库区典型消落带土壤为研究对象,采用模拟试验,研究了干湿交替条件下消落带土壤和水体甲基汞含量和动态变化趋势及其影响因素.结果表明:淹水过程会促进土壤无机汞向有机汞转化,土壤甲基汞含量在淹水和落干过程均呈现先增加后减少的趋势;随着干湿交替周期的增加,土壤甲基汞含量增加,第二次淹水后土壤甲基汞平均含量比第一次淹水增加了22.13%,第二次落干后土壤甲基汞平均含量比第一次落干增加了58.17%.第二次淹水过程土壤甲基汞占总汞的比例明显高于第一次淹水,土壤中汞的甲基化主要与干湿交替循环有关.土壤淹水后会迅速向水体释放甲基汞,水体中甲基汞含量明显增加,两次淹水过程增幅分别为119.42%和334.72%,水体甲基汞和土壤甲基汞之间无显著相关.干湿交替环境土壤甲基汞含量主要受pH值、有机质含量、Eh和土壤含水量等因素的影响;水体中甲基汞含量的影响因素则主要有水体pH值、DO、DOM、水温等.     

三峡库区消落带甲基汞变化特征的模拟

为探寻三峡水库消落带在干湿交替条件下甲基汞的变化规律,以库区典型消落带土壤为研究对象,采用模拟试验,研究了干湿交替条件下消落带土壤和水体甲基汞含量和动态变化趋势及其影响因素.结果表明:淹水过程会促进土壤无机汞向有机汞转化,土壤甲基汞含量在淹水和落干过程均呈现先增加后减少的趋势;随着干湿交替周期的增加,土壤甲基汞含量增加,第二次淹水后土壤甲基汞平均含量比第一次淹水增加了22.13%,第二次落干后土壤甲基汞平均含量比第一次落干增加了58.17%.第二次淹水过程土壤甲基汞占总汞的比例明显高于第一次淹水,土壤中汞的甲基化主要与干湿交替循环有关.土壤淹水后会迅速向水体释放甲基汞,水体中甲基汞含量明显增加,两次淹水过程增幅分别为119.42%和334.72%,水体甲基汞和土壤甲基汞之间无显著相关.干湿交替环境土壤甲基汞含量主要受pH值、有机质含量、Eh和土壤含水量等因素的影响;水体中甲基汞含量的影响因素则主要有水体pH值、DO、DOM、水温等.     

三峡库区消落带紫色潮土磷形态转化过程

磷形态转化过程是决定消落带土壤磷素向三峡水库释放的关键.以三峡库区消落带紫色潮土为研究对象,在落干和淹水条件下对土壤进行培养,采用修正的Hedley连续分级提取法分析土壤磷形态含量变化,探讨落干和淹水条件下消落带土壤磷形态转化速率及转化过程.结果表明:落干期,碳酸氢钠提取态有机磷（NaHCO₃-Po）和氢氧化钠提取态无机磷（NaOH-Pi）的转化速率分别由-6.27和-1.78 mg/（kg·d）逐渐增至-0.69和-0.21 mg/（kg·d）,其在非残渣态磷中的占比分别减少了21.58%和5.95%;相反,水溶态磷（H₂O-Pi）和碳酸氢钠提取态无机磷（NaHCO₃-Pi）的转化速率分别由2.07和1.74 mg/（kg·d）逐渐减至0.43和0.42 mg/（kg·d）,其占比分别增加了13.50%和13.41%.淹水期,NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po和氢氧化钠提取态有机磷（NaOH-Po）的转化速率分别由-1.84、-4.98和-1.72 mg/（kg·d）逐渐增至-0.26、-0.55和-0.12 mg/（kg·d）,其占比分别减少了9.12%、19.33%和4.03%;相反,H₂O-Pi、NaOH-Pi和盐酸提取态磷（HCl-Pi）的转化速率分别由4.51、2.00和0.47 mg/（kg·d）逐渐减至0.63、0.22和0.05 mg/（kg·d）,其占比分别增加了28.83%、2.46%和1.18%.可见,落干期NaHCO₃-Po和NaOH-Pi均向H₂O-Pi和NaHCO₃-Pi转化;淹水期NaHCO₃-Pi、NaHCO₃-Po和NaOH-Po均向H₂O-Pi、NaOH-Pi和HCl-Pi转化.落干期和淹水期,NaHCO₃-Po均是消落带H₂O-Pi的主要来源.因此,降低NaHCO₃-Po含量能够有效减小消落带土壤磷素在雨水淋溶及淹水条件下向三峡水库的释放.      

三峡库区消落带干湿交替表层沉积物磷分布特征

通过研究分析经历完整反季节干湿交替周期的三峡库区消落带沉积物中磷的赋存形态及含量变化,揭示了消落带沉积物磷的源/汇转化趋势。结果表明:三峡库区消落带本底土壤、覆水沉积物以及落干沉积物无机形态磷分布均呈现一致规律,即钙磷>闭蓄态磷>铝磷>铁磷>可交换态磷,反映出三峡库区短期反季节干湿交替对无机形态磷分布规律影响不大。消落带反季节干湿交替有利于表层沉积物中活性较高的有机磷、活性磷累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷、钙磷释放。     

三峡库区出露期消落带沉积物磷分布特征

为了揭示经历完整反季节干湿交替周期消落带沉积物磷的源汇转化趋势,分析了三峡库区出露期消落带沉积物中磷酸盐的分布特征及含量变化.结果表明,首次经历完整反季节干湿交替的消落带宏观上表现出沉积物总磷(TP)累积现象,但覆水沉积物TP>落干沉积物TP,表明夏季水库开闸放水排沙,且消落带夏季出露期降雨资源丰富,有利于出露消落带表层沉积物被冲刷排除.有机磷(Or-P)含量升高是导致首次经历完整反季节干湿交替的消落带沉积物总磷积累的主要原因.消落带反季节干湿交替有利于沉积物中活性较高的活性磷(Ac-P)、Or-P的累积,有利于相对稳定的闭蓄态磷(O-P)、钙磷(Ca-P)排出.     

丹江口水库典型消落区土壤氮磷赋存形态及释放特征研究

丹江口水库是南水北调中线工程水源地,调水工程使得水库蓄水并带来水库水位上升,新增淹没区不同土地利用类型土壤由于淹没浸泡可能使其中氮磷等营养物释放,对水库水质构成威胁.本文通过采集丹江口水库典型消落区5种土地利用类型(滩地、草地、荒地、耕地、果园)的表层土壤,选用磷形态标准测试方法(SMT)和氮形态分级浸取方法对消落区土壤氮磷赋存形态进行分析,同时进行土壤氮磷释放模拟实验来考察消落区土壤"淹没-落干"过程的氮磷释放特征.结果表明,东库湾消落区土壤磷素主要以钙结合态磷(Ca-P)存在,其占TP比例范围为54.7%~82.0%,平均值为69.1%.滩地、草地、荒地土壤生物可利用性磷(BAP)占TP比例也基本超过30%.土壤有机硫化物结合态氮(OSFN)含量在139.1~195.0 mg·kg-1之间,占TN比例范围为18.8%~27.0%,是土壤可转化态氮(TF-N)中主要的赋存形态.土壤释放模拟实验显示,耕地、果园这两类新增淹没区土壤在受淹后其更易向水体释放磷素,而消落区土壤氮素整体上呈现向水体缓慢释放的规律."淹没-落干"前后滩地、荒地的BAP含量下降超过20%,果园BAP含量也降低了16%,草地和耕地的BAP含量则维持相对稳定."淹水-落干"实验后耕地、果园土壤IEF-N含量分别下降22.6%、34.2%,这两类新增淹没区土壤在调水淹没后可能会向上覆水水体释放氮素.     

自然光照对淹水条件下三峡库区消落带典型土壤磷释放影响

为研究淹水条件下光照对土-水界面磷释放的影响,以三峡库区消落带典型土壤为对象,通过室内自然光照试验,讨论了铁还原及有机质降解对磷释放的影响,分析光照对淹水土壤磷释放的影响机制.结果表明,光照对淹水土壤磷释放存在一定程度的抑制作用,光照作用下淹水紫色潮土上覆水体中TP浓度范围为0.018~0.033 mg·L-1,避光处理为0.02~0.057mg·L-1,灰棕紫泥光照下TP浓度范围为0.028~0.045 mg·L-1,避光处理为0.04~0.084 mg·L-1.光照引起淹水土壤中铁氧化物的变化可能是光照抑制磷释放的重要原因.光照导致土壤中铁氧化物饱和程度降低,铁还原和无定形铁生成受阻进一步加深了光照对磷释放的抑制影响.CO2和CH4反映淹水土壤有机质分解情况,光照降低有机碳的转化效率,加速土壤中无机电子受体的消耗,解释了光照作用下铁氧化物的变化.由此可见,光照对淹水土壤磷释放的抑制与淹水土壤中铁还原和有机质分解密切相关.     

五大连池表层沉积物中不同形态磷的分布

选取东北地区典型湖泊五大连池为研究对象,采用连续提取方法测定了磷酸二钙(Ca2-P)、磷酸八钙(Ca8-P)、磷灰石(Ca10-P)、铝磷(Al-P)、铁磷(Fe-P)和闭蓄态磷(O-P),研究了表层沉积物中不同形态磷的含量及各形态磷之间的相关性.结果表明,沉积物中总磷含量在519 mg/kg～1 338.03 mg/...     

洱海沉积物中磷的赋存形态

利用磷连续提取方法浸提洱海沉积物弱吸附态磷、Fe P、Al P、Ca P和残渣磷,采用石灰性土壤无机磷形态分级法对Ca P进行了分级〔Ca2 P、Ca8 P和惰性钙磷(主要为Ca10 P)〕. 结果表明,洱海沉积物中w(TP)(710.30~1 961.23 mg/kg)较高,以无机磷(占64.44%~82.04%)为主,其中较易释放到上覆水中的弱吸附态磷含量〔占w(TP) 1%以下〕、w(Ca2 P)(14.63~29.66 mg/kg)和w(Ca8 P)(14.62~31.24 mg/kg)均较低,并且洱海目前环境条件不利于其沉积物中Al P和Fe P的释放. 沉积物中w(Ca P)及w(残渣磷)均较高,Ca P中惰性钙磷所占比例(＞85%)也较高,导致洱海沉积物磷不易被释放到上覆水中. 沉积物无机磷赋存形态是洱海目前水质较好的原因之一. 如果污染进一步加剧引起洱海水体pH增加和ρ(DO)降低等变化,其沉积物中Al P、Fe P的释放风险将可能增加. 近30年来,洱海沉积物w(Ca2 P)和w(Ca8 P)变化较小,但w(惰性钙磷)变化较大,Ca P各组分之间存在相互转化机制,这与洱海沉水植物的生长以及其对Ca P的吸收、转化有关.      

滇池草海沉积物磷形态、空间分布特征及影响因素

研究滇池草海沉积物中磷的分布特征、影响因素对研究草海水体富营养化具有重要的意义.研究表明:草海中各形态磷含量和空间分布特征呈现明显差异, O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P平均含量分别为804.08、768.35、167.29、63.01mg/kg.沉积物磷形态平均含量O-P>Ca-P>Al-P>Fe-P.沉积物总磷及各形态磷在空间上存在差异, 滇池草海西南部、北部和东部区域中全P、O-P、Ca-P、Al-P、Fe-P各形态磷都属于高含量区域.沉积物理化性质与上覆水性质是影响沉积物中磷形态的重要因素.其中沉积物全磷与O-P(R2=0.741*)、Ca-P(R2=0.678*)呈现显著性正相关关系;pH值与Al-P(R2=0.714*)、Fe-P(R2=0.664*)呈现显著负相关关系;沉积物有机质与O-P呈显著正相关性(R2=0.758*).沉积物上覆水DO与Fe-P呈显著负相关(R2=0.750*),上覆水中叶绿素a和Al-P存在显著正相关关系(R2=0.601*).表明沉积物磷形态释放与沉积物中有机质、pH值有关;同时上覆水中溶解氧制约沉积物Fe-P释放,叶绿素a含量促进沉积物Al-P的释放.     

长期保护性耕作制度下紫色土剖面无机磷变化特征

以1990年建立的耕作制定位试验田紫色土为研究对象,分析了常规中稻-冬水田平作(CF)、中稻-冬水田垄作免耕1(RNT1)、中稻-小麦或油菜垄作免耕2(RNT2)和中稻-小麦或油菜水旱轮作(CR)等耕作方式对紫色土剖面不同形态无机磷分布演变特征的影响.结果表明,与试验前土壤相比,长期不同耕作处理的土壤上下层全磷、有效磷和各形态无机磷均有不同程度的增加,各处理土壤中不同形态无机磷含量大小顺序为RNT2CFCRRNT1.除了Fe-P含量下层土壤高于上部耕层外,Ca_2-P、Ca_8-P、Al~-P、Ca_(10)-P、O-P都表现为耕层高于下层的特征.不同耕作措施对紫色土剖面各形态无机磷含量影响显著,对各形态无机磷有效性影响效果为CRRNTCF.长期水旱轮作更有利于作物对磷的吸收.相关分析表明各组分无机磷对紫色土有效磷的贡献为Ca_2-P(0.936 9)Al~-P(0.915 8)Ca_8-P(0.901 2)Fe-P(0.828 7)Ca_(10)-P(0.805 9)O-P(0.747 2).     

红枫湖流域枯水期土壤理化特征与磷素分异研究

对贵州省红枫湖枯水期流域土壤的理化性质、磷素含量与形态分布进行了初步研究。结果表明,土壤偏酸性,以粉砂粒为主,消落带土样含水率略高于林地和荒地。表土全磷和速效磷含量为99.6~679.5mg/kg和1.1~18.6mg/kg,低于我国土壤平均水平,属喀斯特地质性缺磷;最高值分布在受人类活动污染严重的管理处和后午,且随土层深度的增加而降低。土壤中不同磷形态的含量顺序为Residual-PNaOH-PHCl-PNaHCO3-PH2O-P。其中,耕作土壤中有机碳、全氮、全磷和速效磷含量,以及H2O-P、NaHCO3-P和总可提取态磷的比例均显著高于荒地和林地,表明耕作与施肥过程不仅提高了土壤全磷和生物活性磷含量,也加剧了水土流失的环境风险。     

淹水土壤土-水界面磷素迁移转化研究

通过室内PVC土槽实验,模拟了淹水条件下土壤上覆淹水和孔隙水中磷的释放及其影响因素Eh值、pH值、Fe2 、Fe3 和溶解有机质(DOC),以及土壤中无机磷组分的转化,并通过偏最小二乘主成分分析法分析影响磷迁移转化的因素,得到主要影响因子.实验结果表明,54d淹水期间,上覆淹水可溶性磷浓度大于孔隙水的磷浓度,前者累积释磷量是后者的16倍;土壤磷的释放主要以Fe-P、O-P和Al-P为主, Ca-P基本不变,其中以Fe-P的贡献最大,淹水期间比初始值减少了30.4%～72%;主成分分析表明, Eh值、Fe2 Fe3 和DOC是影响上覆淹水磷释放的主要因子, DOC络合Fe2 和Fe3 成水溶性三元复合体,释磷机制以络合增溶为主;DOC是影响土壤孔隙水磷释放主要因子,释磷机制以竞争吸附为主,高浓度铁离子的存在阻止了孔隙水中磷释放.     

蒙脱石对有机物料施入土壤磷形态和有效性的影响

以冷砂黄泥和矿子黄泥为研究对象,猪粪沼渣为有机物料,分别添加0%、5%、7.5%和10%质量分数的蒙脱石,采用室内培养试验研究了蒙脱石对施有机物料土壤pH、磷形态和有效性的影响.结果表明,有机物料对两种土壤pH无显著影响,而蒙脱石使土壤pH显著提高.施加有机物料使两种土壤铝结合态磷(Al-P)含量和分布比例提高,铁结合态磷(Fe-P)含量培养后期提高、比例略有下降,闭蓄态磷(O-P)含量无明显变化、比例下降.有机物料对冷砂黄泥中钙结合态磷(Ca-P)的含量无明显影响、比例下降,却使矿子黄泥Ca-P含量和比例提高.在施加有机物料基础上添加蒙脱石后,冷砂黄泥Al-P和O-P含量和比例下降,Fe-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高;矿子黄泥Fe-P和O-P含量和比例下降,Al-P含量无明显变化、比例下降,Ca-P含量和比例大幅度提高.培养过程中,有机物料使冷砂黄泥和矿子黄泥有效磷含量分别提高了17.9%~38.0%和17.1%~33.7%,土壤磷的活化系数也显著提高,添加蒙脱石后使两种土壤有效磷含量分别降低8.8%~35.5%和1.1%~11.6%.相关分析结果表明,蒙脱石通过提高pH和Ca-P含量、降低Al-P含量降低冷砂黄泥磷的有效性,通过提高pH、降低Fe-P含量降低矿子黄泥磷的有效性,对冷砂黄泥磷有效性的影响较矿子黄泥大.     

电动脱除孔隙水削减底泥内源磷的效果研究

选择污染严重的底泥为研究对象,采用基于孔隙水脱除的电动修复装置,进行了底泥脱水排磷实验,探究了电动脱除孔隙水的底泥减磷效果,分析了底泥各形态磷在电动脱除孔隙水中的迁移转化过程.结果表明：电动脱水过程中阴极总脱水量为5740mL,远大于阳极（2121mL）,但脱水中总磷浓度为阳极大于阴极,80%以上的磷从阳极排出,电迁移在电动脱水排磷中起主要作用,通电使排磷总量增加了70%以上,其中在0.25V/cm的电压梯度下修复18d的条件下,排磷量最大;电动脱水排磷效率在通电48h内达到最高[0.73mg/（kW·h）],随后急剧减小;经过电动脱水排磷后,底泥含水率下降了14.07%,底泥总磷降幅最高可达231.92mg/kg,底泥中交换态磷（Ex-P）、铁结合态磷（Fe-P）、闭蓄态磷（Oc-P）、钙结合态磷（Ca-P）平均脱除率分别为80.01%、14.75%、40.65%和19.22%,其中阳极酸化导致氧化铁的溶解和Ca-P的释放,故阳极附近Oc-P、Ca-P降幅较大,而阴极碱化使Fe-P释放,故阴极附近Fe-P降幅较大.经计算可知,通过电动脱除孔隙水,底泥中生物可利用性磷（Ex-P+Fe/Al-P）平均下降了14.12%,底泥内源磷释放的风险得以降低.     

Fe和Al对湖泊沉积物中磷赋存形态的影响

利用连续提取法研究了东部平原4个富营养化湖泊沉积物中磷的赋存特征,探讨了Fe、Al对沉积物中磷形态的影响.结果表明,富营养化程度越重的湖泊,其w(TP)(527.35～1 432.80 mg/kg)较高,w(TFe)和w(TAl)(分别为8 496.63～23 071.35和6 219.20～14 164.46 mg/kg)也较高.w(Fe)与w(Al)对各形态磷含量及分布的影响有所不同,其中对w(Fe-P)和w(Al-P)及其分布影响较大.w(Fe-P)、w(Al-P)和w(BD-Fe)之间存在相关关系,这主要与Fe、Al吸附部分沉积物释放的磷有关;w(Fe)与w(Al)对NH4Cl-P的含量及分布影响较小,而对NaOH85-P的含量及分布影响较大,w(NaOH85-P)与w(NaOH85-Fe)和w(NaOH85-Al)显著相关(P<0.01),这可能与NaOH85-P的形成机理有关.沉积物中w(TFe)/w(TP)、w(TAl)/w(TP)、Fe/P和Al/P等比值可能与湖泊富营养化程度有关,比值越小,湖泊富营养化程度越重.