三峡库区消落区周期性干湿交替环境对土壤磷释放的影响

以三峡库区消落区典型江段万州断面为试验基地,以释磷能力较强的紫色土为对象,根据三峡水库消落带的"干湿交替"空间和时间特征,进行万州断面土壤磷释放的实验室模拟试验,分析了周期性"淹水-落干"干湿交替对土壤磷释放的影响.研究发现,在"淹水-落干"干湿交替条件下各形态磷在水土界面释放的活性为:Ca2-P,Fe-P＞Cas-P,Al-P＞O-P＞Ca10-P;T-P在每次淹没时释放量递增,从第1次的15.4 mg·kg-1,到第3次26.5 mg·kg-1;磷在持续淹水状态下释放的主要动力为Ca2-P在水相的溶解和还原状态下Fe-P的释放,其中Ca2-P活性最高,由淹水初期的14 mg·kg-1降至5 mg·kg-1左右;而干湿交替条件下P的释放主要是氧化-还原条件变换下Fe-P的形态转换.淹水并不会使O-P释放,但可以使O-P活化,使其在落干氧化时转化为Fe-P,在下一次淹水时释放.研究发现每次淹水时土壤的有效磷水平都略有增加,每次落干时较上次落干时有效磷水平降低.     

Phosphorus utilization and microbial community in response to lead/iron addition to a waterlogged soil

Constructed wetlands have emerged as a viable option for helping to solve a wide range of water quality problems. However, heavy metals adsorbed by substrates would decrease the growth of plants, impair the functions of wetlands and eventually result in a failure of contaminant removal. Typha latifolia L., tolerant to heavy metals, has been widely used for phytoremediation of Pb/Zn mine tailings under waterlogged conditions. This study examined e ects of iron as ferrous sulfate (100 and 500 mg/kg) and lead as lead nitrate (0, 100, 500 and 1000 mg/kg) on phosphorus utilization and microbial community structure in a constructed wetland. Wetland plants (T. latifolia) were grown for 8 weeks in rhizobags filled with a paddy soil under waterlogged conditions. The results showed that both the amount of iron plaque on the roots and phosphorus adsorbed on the plaque decreased with the amount of lead addition. When the ratio of added iron to lead was 1:1, phosphorus utilized by plants was the maximum. Total amount of phospholipids fatty acids (PLFAs) was 23%–59% higher in the rhizosphere soil than in bulk soil. The relative abundance of Gram-negative bacteria, aerobic bacteria, and methane oxidizing bacteria was also higher in the rhizosphere soil than in bulk soil, but opposite was observed for other bacteria and fungi. Based on cluster analysis, microbial communities were mostly controlled by the addition of ferrous sulfate and lead nitrate in rhizosphere and bulk soil, respectively.     

洞庭湖平原典型水稻土氮素固持动态及氮的残留形态

以洞庭湖平原2个典型水稻土（红黄泥和紫潮泥）为对象,采用¹⁵N示踪技术,研究了淹水培养条件下稻草+硫铵配施（S+¹⁵NA）和单施硫铵（¹⁵NA）土壤微生物和粘土矿物对化肥氮的固定与释放及氮的残留形态.结果表明,淹水培养条件下B_N（SMBN）总体变化趋势是在培养前期达到峰值,而后逐渐下降,最后趋于稳定.固定态铵在整个试验期间变化相对较小,但也随培养时间的延长而减少.淹水培养条件下, B_N 以原有B_N为主.标记底物B_N的比例红黄泥为0.30%～6.67%;紫潮泥为1.00%～3.47%.微生物同化的标记底物硫铵氮的比例红黄泥为0.15%～20.65%,紫潮泥为2.06%～15.93%;有机无机配施处理(S+¹⁵NA)均大于单施化肥(¹⁵NA),红黄泥S+¹⁵NA处理平均为6.78%,高于红黄泥¹⁵NA处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（10.78%）也高于紫潮泥¹⁵NA处理.粘土矿物对标记底物氮的固定率,红黄泥为2.48%～10.57%,紫潮泥为12.55%～30.04%.红黄泥S+¹⁵NA处理平均为7.14%,低于红黄泥¹⁵NA 处理;紫潮泥S+¹⁵NA处理（21.53%）也低于紫潮泥¹⁵NA处理.淹水培养条件下底物硫铵氮的残留率均大于30%,有机无机配施处理提高了无机氮的残留率.红黄泥底物氮的残留形态主要为酸解有机氮（>72%）,而紫潮泥以酸解有机氮(44.0%～53.2%)和固定态铵(35.2%～37.5%)为主,两种土壤底物氮矿质氮形态残留在10%～20％之间.研究表明土壤对外源无机氮的固定与释放是一个动态的过程,施肥方式和土壤粘土矿物组成对该过程有重要影响.化肥和秸秆配合施用能增强微生物对无机氮的同化,降低土壤粘土矿物对无机氮的固持.有机无机配施处理在降低化肥氮损失的同时提高了酸不溶性氮态的残留率,降低了无机氮形态(固定态铵和矿质氮)的残留.     

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.      

冬季淹水稻田CH_4产生、氧化和排放规律及其影响因素研究

采用静态箱/气象色谱法——田间原位观测和室内培养试验连续一年研究了冬季淹水稻田的CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量,以探讨冬季淹水稻田CH4产生、氧化和排放的季节变化规律及其影响因素。结果表明：0~251 d（d表示淹水后天数）,CH4产生潜力逐渐增大,到251 d达最大值,之后逐渐减小;0~204 d,CH4氧化潜力变化较小,但到235 d急剧增至最大值,随后逐渐减小;0~169 d,稻田几乎没有CH4排放,192 d才开始有较明显的CH4排放,到230 d达最大值,为80.2 mg.m-2.h-1,随后逐渐减小,331 d出现一个CH4排放高峰。全观测期内CH4排放量为69.9 g.m-2,其中非水稻生长期排放6.7 g.m-2,占总量的9.5%。全观测期内CH4产生潜力与土温及土壤Eh均无显著相关性;全观测期内CH4氧化潜力与土温极显著正相关（P〈0.01）,水稻生长期CH4氧化潜力与土壤中氨氮含量呈极显著正相关（P〈0.01）;全观测期内稻田CH4排放与土温和CH4产生潜力两个因素均显著正相关（P〈0.05）而与土壤Eh呈显著负相关（P〈0.05）。     

淹水对酸性红壤磷吸附解吸特性的影响——以江西省旱地红壤和水稻土为例

采用室内培养法研究了淹水对2种酸性红壤（旱地红壤、水稻土）磷吸附解吸特性及草酸可提取态P的影响。淹水培养实验中,2种土壤分别淹水0（对照）,1、2、3、4、8周,淹水培养结束后进行P吸附解吸实验,解吸实验结束后测定土样中草酸可提取态P。结果表明：与氧化状态相比,淹水后旱地红壤P吸附量减少,水稻土淹水1、2、3周P吸附量高于氧化状态,继续淹水4和8周后P吸附量减少。淹水前后旱地红壤P吸附量均大于水稻土。用简单Langmuir方程拟合P等温吸附曲线,除淹水4周外,P最大缓冲容量（MBC）随淹水时间延长而降低。结合能常数（K）淹水前后的变化规律性差。2种土壤P解吸量随加入P量增加而增加。氧化、还原状态下,2种土壤酸性草酸铵可提取P均远远大于CaCl2解吸P,虽然水稻土吸附P量低于旱地红壤,但P解吸量无论是CaCl2解吸P还是酸性草酸铵可提取P均大于旱地红壤,主要原因在于水稻土全P及速效P含量大于旱地红壤。淹水后草酸可提取态P增加,吸附P的释放和被新近形成的铁氧化物再吸附是淹水后草酸可提取态P增加的主要原因。     

淹水过程不同土层磷的释放研究

采用土槽模拟实验研究了淹水土壤不同土层磷释放特征及影响因素。实验结果表明:淹水土壤不同土层磷释放呈锯齿状交替变化,但释放量有很大差异,中层释放量最低,上和下层释放量较高,最大磷浓度分别为0.0336mg/L和0.0517mg/L;而不同土层溶液中的亚铁和总铁量正好与之相反,中层铁释放量最大,上层次之,下层最低,且中层释铁量明显高于上层和下层;不同土层溶液随淹水时间pH趋于中性,Eh降低,其中中层溶液Eh下降的幅度大;淹水土壤溶液中各种不同形态铁的氧化物,如因水解和氧化形成的水铁矿以及蓝铁矿在一定程度上影响了土壤磷的释放;同时淹水增加了磷的扩散,地下水有一定量的磷累积。     

外加氮源对滇池沉积物氮矿化影响的研究

采用连续培养法,在淹水条件下研究了添加外源氮对滇池沉积物氮矿化过程的影响.结果表明,在本研究条件下,添加水生植物残体或无机氮,均未改变沉积物氮矿化的总体趋势,表现为培养前期矿化量迅速升高并达到峰值,之后逐渐下降.各处理累积氮矿化量最大值为722.34~625.67mg/kg,约占总氮的10.5%~20.3%,与土壤相比,具有较大的矿化潜能.外加水生植物(孤尾藻,芦苇)残体的处理约在21d达到累积氮矿化量的峰值,比原沉积物分别增加了15.9%和9.3%.外加水生植物(孤尾藻,芦苇)残体和无机氮的处理比仅添加水生植物残体的处理累积氮矿化量达到峰值的时间晚一周,其最大累积氮矿化量分别减少了7.5%,9.8%和8.3%.运用Two–pool模型对试验结果进行了非线性回归拟合,通过参数和实际应用可能性剖析,Two–pool模型能较为准确地描述沉积物氮矿化过程.     

淹水条件下种植水稻对氮元素渗漏的影响

为了探明淹水植稻条件下氮元素在土层中的垂直移动、渗漏情况，设置了模拟土柱培养试验。试验以淹水种植水稻为处理，以淹水不种水稻为对照，探讨植稻对模拟土柱（40cm埋深处）渗漏水硝态氮、铵态氮的淋出数量的影响。结果表明：硝态氮与铵态氮相比，硝态氮极易流失；在试验整个过程中，淹作种植水稻硝态氮总流失量流失远大于不种水稻，铵态氮则与之相反；从绝对数量看，种植水稻与不种植水稻氮的渗漏都以硝态氮为主。