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.     

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.     

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.     

水位对密云水库消落区土壤磷通量影响的模拟研究

南水北调来水引起的水库水位变化导致消落区幅带变化,这直接会影响土壤中磷的转化及通量.本研究采集了陆相和水相分别离水界面1 m和2 m处的4种土柱样品,分别用来模拟消落区淹水和落干情景.在实验室内逐步模拟水位上升或下降,模拟期为9个月,并在每隔3个月的期间收集样品进行分析测试,以研究土壤中无机磷的转化规律.结果表明,密云水库受人为干扰相对较小,与三峡库区相比消落带土壤中总磷含量偏低.模拟过程中,土壤中的无机磷含量始终占总磷含量的50%以上,即无机磷为主要形态.淹水模拟过程中,不同土柱及不同深度的土壤中铁磷的变化复杂,反映了铁磷的含量易受pH、氧化还原电位、有机质等多因素影响.落干模拟过程中,土壤中铁磷和钙磷的变化最为明显,9个月的模拟期后,铁磷的含量较初始值下降了53%~71%,钙磷在土柱表层样品中的含量逐渐减小,而在中层和下层中的含量有所上升.无论是淹水还是落干过程,离水界面1 m内的陆相和水相消落区土壤中磷的转化最为活跃.在模拟的9个月期间,水库淹水期陆相1 m内消落带土壤总磷通量为82.3 kg,铁磷通量为-30.7 kg,铝磷通量为-44.8 kg,钙磷通量为222.6 kg,总无机磷通量为126.5 kg,即消落带土壤中铁磷和铝磷有所释放或转化,而钙磷、总无机磷和总磷皆有所增加.     

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.     

三峡库区新生消落区沉积物磷形态分析

通过分析三峡库区新生典型消落区上覆水及沉积物中磷的赋存形态,揭示消落区沉积物中磷的分布特征和释放规律. 结果表明,不同类型的新生消落区沉积物磷的分布特征与消落区类型、原有使用背景、临时性使用情况等因素有关. 消落区类型对消落区上覆水ρ(总磷)的影响较弱. 消落区沉积物w(活性磷)与淹没状态相关,由露出到淹没状态活性磷逐渐减少,沉积物中w(钙磷)和w(闭蓄态磷)相对较恒定. 受水陆交替非稳态环境因素的影响,水陆交替沉积物w(总磷)相对较低. 消落区沉积物与上覆水中磷的迁移、转化主要以活性磷的释放和沉积为主.      

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...     

贵州百花湖水库浮游植物群落结构与季节变化

为揭示水库浮游植物群落结构对放养鲢、鳙鱼控藻的响应特征,分四季对百花湖的水质及浮游植物进行了调查和分析。浮游植物种类较多,共检出浮游植物147种,绿藻在种类组成上占绝对优势,共计76种,其次为硅藻31种、蓝藻27种、隐藻、甲藻和裸藻各4种,金藻仅1种。浮游植物丰度在9.69×106～150.89×106 cells/L之间,生物量在3.57～16.80mg/L之间;蓝藻在丰度上占优势,其主要物种类群是假鱼腥藻属;硅藻则在生物量上占优势。浮游植物组成随季节变化而不同,冬季以蓝藻、硅藻和绿藻为优势类群;春季硅藻和绿藻减少而蓝藻增加;夏季以蓝藻、硅藻和隐藻为优势类群;秋季以蓝藻、硅藻、隐藻和绿藻为混合优势类群。百花湖浮游植物形成以假鱼腥藻占绝对优势的群落结构可能与放养鲢、鳙鱼有关。     

三峡库区澎溪河流域消落带土壤有机磷生物有效性研究

选取了澎溪河流域六个点位消落带土壤和岸边土壤,以NaOH-EDTA提取土壤中有机磷,并采用酶水解技术表征有机磷生物有效性。结果表明：①消落带土壤NaOH-EDTA提取液中总磷含量为74.55～140.54 mg/kg,无机磷含量为49.91～104.23 mg/kg,有机磷含量为14.61～36.31 mg/kg。消落带土壤有机磷含量低于岸边土壤。②消落带土壤有机磷中总可酶解有机磷（EHP）含量均值为6.23 mg/kg,占土壤有机磷含量的26.7%。消落带土壤EHP含量与有机磷含量呈极显著正相关（n=6,p<0.01）。③消落带土壤EHP含量、活性单酯磷含量与土壤有机质含量呈显著正相关（n=6,p<0.01）,土壤有机质含量是影响有机磷生物有效性的重要因素。④消落带土壤与岸边土壤EHP组分特征相同,含量由高到低依次为类植酸磷、活性单酯磷、二酯磷,但消落带土壤EHP含量显著低于岸边土壤。周期性的干湿交替会造成消落带土壤有机磷向库区水体释放,消落带土壤有机磷地球化学循环对库区水体的潜在影响不容忽视。     

三峡水库干流沉积物及消落带土壤磷形态及其分布特征

三峡水库完全运行后,水文节律发生了变化(水位在145~175 m波动),沉积物和消落带土壤磷的空间分布也有可能发生变化.2016年6月采集了11个样点的沉积物及消落带样品,利用沉积物中磷形态的标准测试程序(SMT),对比研究了三峡水库干流表层沉积物及消落带土壤磷形态,分析了磷形态特征及其在横向(沉积物和消落带土壤)和纵向(回水区末端至三峡大坝)的空间分布特征.结果表明,三峡水库回水区末端至三峡坝前,干流沉积物样品总磷(TP)、Na OH-P含量呈增加趋势,HCl-P呈下降趋势,而消落带土壤磷的各形态含量纵向变化规律不明显.沉积物TP、有机磷(OP)、HCl-P和NaOHP均值依次为(859.6±106.8)、(224.6±113.9)、(435.3±77.7)和(101.5±31.6)mg·kg~(-1),均高于消落带土壤含量均值.HCl-P为沉积物和消落带土壤磷的主要形态,占TP的质量分数分别为51.3%和58.2%,Na OH-P占TP的质量分数分别为11.7%和8.1%.与沉积物相比,消落带土壤各形态磷含量变异系数高,具有较高的空间异质性.     

三峡入库河流大宁河回水区沉积物和消落带土壤磷形态及其分布特征研究

应用淡水沉积物中磷形态的标准测试程序（SMT）对三峡入库河流大宁河回水区表层沉积物、消落带土壤不同形态P进行了分级测定,分析了各形态磷之间以及各形态磷与样品理化性质如有机质、主要氧化物组成之间的相关性.结果表明,沉积物总磷含量在483.4～848.4 mg/kg之间,平均为569.0 mg/kg,与长江中下游浅水湖泊表层沉积物总磷含量相比,大宁河回水区表层沉积物TP含量处于中下游水平,而消落带土壤中总磷含量在488.9～1 487.7 mg/kg之间,平均含量为813.3 mg/kg,远远高于沉积物样品总磷含量,显示了人类活动对消落带土壤P含量的影响.各种形态P在河流沉积物与岸边消落带土壤中分布特点不同: ① 河流沉积物中IP/TP（平均值55.7%）略高于消落带土壤（平均值49.4%）;② 河流沉积物中IP以Ca-P为主（平均比例为83.5%）, Fe/Al-P占IP比例仅为15%;消落带土壤Ca-P占IP平均比例为73.9%, 而Fe/Al-P占IP比例上升至22%;③ 河流沉积物中活性磷组分（OP+Fe/Al-P）平均含量为261.8 mg/kg,在TP中所占比例平均值为49%,而消落带土壤活性磷组分（OP+Fe/Al-P）平均含量为405.7 mg/kg,在TP中所占比例平均达到54%.消落带土壤中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,因此消落带土壤P对水体富营养化的潜在影响不容忽视.     

三峡入库河流大宁河回水区浸没土壤及消落带土壤氮形态及分布特征

利用分级浸取分离法首次对三峡入库河流大宁河回水区表层浸没土壤、消落带土壤不同形态氮含量进行了测定,分析了各形态氮之间以及各形态氮与环境参数之间的相关性.结果表明,①浸没土壤总氮含量在436.0~921.6 mg/kg,消落带土壤总氮含量在1 253.5~2 439.8 mg/kg,与长江中下游浅水湖泊表层浸没土壤总氮含量相比,大宁河回水区表层浸没土壤总氮含量处于偏低水平.②浸没土壤可转化态氮含量在289.7~511.3 mg/kg,消落带土壤可转化态氮含量在271.6~595.1 mg/kg,有机态和硫化物结合态氮是可转化态氮的优势组分,离子交换态氮是可转化态无机氮的优势组分.③浸没土壤与消落带土壤中总氮、可转化态氮含量与有机态和硫化物结合态氮显著相关,表明样品中的可转化态氮含量的增加主要来源于有机态和硫化物结合态氮.     

三峡库区消落带土壤重金属Zn的形态分布特征及其影响因素

以位于三峡库区腹心地带的一级支流—小江消落带为研究区,通过野外采样和室内分析,对消落带上土壤重金属Zn及其化学形态的含量特征进行了分析,并采用相关分析和逐步回归法探讨了影响重金属化学形态的影响因素。结果表明,消落带土壤重金属Zn全量、酸溶态、可还原态、可氧化态、残渣态平均含量分别为126.03mg.kg-1,3.60mg.kg-1、5.44mg.kg-1、10.59mg.kg-1和106.40mg.kg-1。Zn全量及其化学形态含量在小江各区段的分布呈中游段最高,上游、中下游段较低的特征,这主要与小江流域消落带各区段的地质背景有关。Zn不同形态含量受Zn全量及土壤理化性质影响的显著性程度不同。可还原态主要受Zn全量的影响;可氧化态主要受泥粒含量的影响;残渣态受Zn全量和有机质含量的共同影响;酸溶态含量受Zn全量和土壤理化性质的影响均不显著。     

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.      

三峡库区澎溪河不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性分布特征

磷酸酶可将有机磷矿化为无机磷,对土壤有机磷转化具有重要作用,然而目前鲜见关于三峡库区消落带土壤磷酸酶及其与磷形态转化的相关报道.研究澎溪河流域落干期不同高程消落带土壤磷形态及磷酸酶活性的分布特征,分析了磷酸酶活性与磷形态之间的相关性及其对磷形态的影响.结果表明,不同高程消落带土壤的H₂ O-P_i、NaHCO₃-P_i和NaOH-P_i含量均高于岸边土壤,生物可酶解磷含量和NaOH-P_o含量随高程增加而升高.冗余分析显示有机质和无定形铁锰含量是影响不同高程土壤有机磷形态的主要原因.消落带土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、磷酸二酯酶（以p-NP计）和植酸酶（以P计）活性均值分别为1.40、2.60、0.44和11.43 μmol ·（g ·h）^-1,且消落带土壤各磷酸酶活性随高程增加而增大,植物量和微生物量差异是导致消落带磷酸酶活性空间分布差异的重要原因.整体上消落带土壤磷酸酶活性与各有机磷形态含量呈显著正相关,而与生物可利用磷含量呈负相关.较高高程消落带土壤磷酸酶活性较高而生物可利用磷含量较低,在淹水初期磷酸酶介导的矿化有机磷为无机磷速率相对较高,向上覆水体释放磷的风险也较大.研究成果有助于全面理解三峡库区消落带土壤磷的地球化学循环.