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.     

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/...     

长期不同耕作方式对紫色水稻土重金属含量及有效性的影响

通过长期定位试验,研究了常规平作、水旱轮作、免耕冬水、垄作免耕和厢作免耕5种耕作方式对紫色水稻土剖面重金属(Fe、Mn、Cu、Zn、Pb、Cd)总量、有效量及水稻根、茎叶和糙米重金属含量的影响.结果表明,经过22 a的耕作,5种耕作方式对紫色水稻土剖面Fe、Cu、Zn、Pb、Cd总量的剖面分布状况影响不显著,而对土壤Mn的剖面分布状况影响显著,常规平作、水旱轮作及免耕冬水均导致表层土壤Mn向下层淋失.5种耕作方式下土壤Fe、Cu、Zn、Pb和Cd的有效量均随土层深度的增加呈降低趋势,而常规平作、免耕冬水、垄作免耕及厢作免耕土壤Mn有效量则表现出随土层深度的增加而增高的趋势.5种耕作方式下,表层土壤Fe、Mn有效量以水旱轮作最高,Zn、Pb有效量以常规平作最高,而Cu有效量受耕作方式的影响不显著.相关分析结果表明,表层土壤有效Fe与pH呈极显著的负相关关系,与有机质呈显著的负相关关系,有效Mn与pH和有机质均呈极显著的负相关关系,有效Zn与总Zn呈显著正相关关系.水旱轮作、垄作免耕及厢作免耕条件下水稻根部Fe、Mn含量,茎叶Fe、Mn、Cu、Cd含量,糙米Cu含量均高于常规平作和免耕冬水,水旱轮作能明显降低Cd向糙米的迁移系数,对降低糙米Cd含量有明显的效果,且水旱轮作条件下糙米Cd含量低于国家食品卫生标准.水稻根部Fe含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Fe呈极显著正相关关系,根部Mn含量与pH呈极显著负相关关系,与有效Mn呈极显著正相关关系,茎叶中Mn含量与pH呈显著的负相关关系,与总Mn及有效Mn呈显著的正相关关系,茎叶和糙米Cu含量与pH均呈极显著的负相关关系,糙米中Zn含量与pH呈显著负相关关系,与CEC呈极显著正相关关系.结果表明,耕作方式主要通过影响土壤pH而影响土壤重金属的有效量及水稻重金属的含量,水旱轮作可提高表层土壤Fe、Mn活性,降低土壤Zn、Pb和Cd活性,并能在一定程度上降低糙米Pb、Cd含量,但也应注意长期的水旱轮作可能会导致表层土壤Mn过度向下层淋溶.     

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.     

长期不同耕作方式下紫色水稻土和上覆水中汞及甲基汞的分布特征

为了解不同耕作方式对稻田中甲基汞的影响,在免耕冬水、垄作免耕、厢作免耕、水旱轮作和常规平作等5种耕作方式的长期定位试验地,分层采集土壤和上覆水样品,分析了汞及甲基汞的垂直分布特征.结果表明,免耕冬水、垄作免耕以及厢作免耕条件下土壤总汞含量在10~20 cm层最高,其中免耕冬水富集效果相对明显;而水旱轮作和常规平作处理则随土层加深呈下降趋势,其中水旱轮作更有利于汞的迁移转化.免耕冬水、厢作免耕、常规平作土壤甲基汞含量在剖面的分布规律与土壤总汞类似,除水旱轮作土壤汞甲基化能力在底层比表、中层较强外,其余4种处理则相反.5种耕作方式下稻田上覆水中溶解态汞(DHg)和溶解态甲基汞(DMe Hg)含量均随水深而增加,且水旱轮作和常规平作相对较高.各处理孔隙水中DHg含量与该层次土壤总汞含量有关,两者在土壤剖面上的波动趋势基本相同.免耕冬水、垄作免耕的孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均在10~20 cm层出现最大值.水旱轮作和常规平作的孔隙水DMe Hg含量则相反,在10~20 cm层有最低值,两种处理的DMe Hg占DHg比例随土壤深度增加而上升.不同处理孔隙水中DMe Hg含量及DMe Hg占DHg比例均大于对应处理上覆水的值.     

调理剂对磷镉富集土壤中两种元素交互作用的影响

以磷镉富集的农业土壤（总Cd：0.94mg·kg^-1和全P：0.86g·kg^-1）为研究对象,按照湖北地区中稻生育期及至下茬作物播种期的时长进行室内培养试验,探究生物质炭（BC）、钙镁磷肥（CMP）和粉煤灰（FA）影响下土壤磷与镉的生物有效性、二者形态变化及其耦合作用效应.结果表明：①培养至140d时,添加调理剂处理土壤有效磷含量与未添加调理剂的对照土壤相比均显著增加,有效磷水平可达22.47~37.81mg·kg^-1,在不额外施用磷肥条件下可满足水稻最适生长需求,且添加BC处理的效果最佳.②供试土壤中的磷主要为无机正磷酸盐,且不同形态无机磷含量在调理剂作用下均有所提高,并随着时间土壤中固定态的O-P和Ca₁₀-P逐渐向活性较高的Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P和Fe-P形态转变.③添加调理剂处理土壤有效态Cd含量在对照处理基础上显著降低8.74%~17.48%,这与3种调理剂对土壤pH的提高作用相关联.与此同时,添加调理剂的处理与对照相比,可交换态Cd显著降低,碳酸盐结合态Cd和残渣态Cd均有所提高,这与土壤有机质在BC的促进效应下,其表面富含的活性基团能够与Cd²⁺吸附螯合有关.结果初步证明,3种调理剂均能实现供试磷镉富集土壤中磷活化和镉钝化的双重功能,并以生物质炭和钙镁磷肥效果为佳,其效果可覆盖整个水稻生长时段并可延续至其下茬作物播种期.     

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.     

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.     

长期施磷的产量效应及其环境风险评价

基于太湖地区8 a的长期试验,应用常规化学分析法和数学统计方法,研究了不同施肥方式即单施化肥(NPK)、化肥配施稻麦全量秸秆还田(NPK+S)、无机肥配施鲜猪粪7.5 t.(hm2.a)-1(NPK+M7.5)及无机肥配施鲜猪粪15.0 t.(hm2.a)-1(NPK+M15)对稻麦轮作农田的作物产量、土壤各形态磷的累积及其潜在环境效应的影响.结果表明,在单施无机磷肥基础上,无论是秸秆全量还田还是配施不同量的猪粪,稻麦均没有显著增产;长期以常规无机磷肥用量配施猪粪,其土壤Olsen-P、Mehlich3-P、草酸盐磷(Pox)、CaCl2-P、水浸提磷(WEP)、总磷(TP)及土壤磷饱和度(degree of P saturation,DPS)等均显著增加,且配施猪粪量越大,各形态磷的累积量越大,土壤积累磷的环境风险越高;长期在常规无机磷肥用量基础上进行全量秸秆还田,与秸秆不还田处理相比,土壤各形态磷并无显著累积.综合考虑稻麦的产量效应、土壤磷库表观收支平衡、磷素长期累积的环境风险及经济效益等,在本研究区域目前的土壤环境条件下,常规磷肥施用量(45 kg·hm-2)基础上进行全量秸秆还田这一施肥方式是值得推荐的.     

溶磷细菌筛选及在复垦土壤上对难溶态磷的活化作用

为研究溶磷细菌在复垦土壤上对难溶态磷的活化作用,通过PVK平板法从石灰性土壤中分离筛选出7株溶磷细菌,7株菌株的溶磷能力在296.5～563.5 mg/L之间,菌株的溶磷能力与溶磷圈直径（D）与菌落直径（d）的比值呈显著正相关（p<0.01）;16sRNA序列分析表明,W1、W6属于Enterobacter sp.,W2、W4属于Burkholderia sp.,W3、W5属于Rahnella sp.,W7属于Fluorescent pseudomonas。选择W3、W4、W7作为试验菌株,以磷酸三钙、磷矿粉为难溶态磷源,研究单菌株及组合菌株在配施难溶态磷酸盐条件下对复垦土壤有效磷、各形态无机磷含量及油菜产量的影响。结果表明,同一底物下溶磷细菌各处理复垦土壤有效磷含量和油菜产量显著高于基质处理（p<0.05）,组合菌株处理优于单菌株处理,W3+W4+W7处理两项指标都最高;在溶磷细菌+磷酸三钙底物下,W3+W4+W7处理复垦土壤有效磷含量和油菜产量分别比单施溶磷细菌、溶磷细菌+磷矿粉两个底物下同一处理显著增加94.81%、40.25%和34.13%、9.43%;相同底物下溶磷细菌各处理复垦土壤Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P含量都高于基质处理,Ca₁₀-P含量小于基质处理,O-P含量与基质处理差异不显著。这一结果可为溶磷细菌在复垦土壤上应用技术的研发提供理论基础。     

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。     

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.      

牡蛎壳粉和石灰改良酸性水稻土对磷有效性、形态和酶活性的影响

我国南方粮食主产区土壤酸化治理是提升耕地地力促进粮食增产的重要内容,目的是探究酸化土壤改良剂牡蛎壳粉和石灰对水稻土酸度、磷有效性和形态以及酶活性和相关功能基因的影响.盆栽试验设计2种改良剂的3个施用量（0.05%、0.10%和0.15%）,以水稻为试验作物.结果表明：①牡蛎壳粉和石灰均显著提高土壤pH,降低土壤交换性酸,且改良效果随着改良剂用量增加而提高,相同用量下石灰对土壤酸性的改良效果高于牡蛎壳粉;② 4种有效磷提取剂提取的土壤有效磷测定结果表明,牡蛎壳粉和石灰显著提高H₂SO₄-P、Bray-1 P和Olsen-P含量,其中Olsen-P含量随改良剂用量的增加而提高.③土壤中不同形态无机磷含量表现为：Fe-P>Al-P>Ca-P,石灰和牡蛎壳粉显著提高Al-P和Fe-P含量,分别提高26.3%~37.4%和7.9%~23.7%;0.15%改良剂显著增加Ca-P含量;④石灰和牡蛎壳粉对土壤DHA、ALP、IPP活性和phoD基因拷贝数具有提高作用,而对土壤ACP活性、phoC和pqqC拷贝数表现为降低;⑤改良剂（0.10%和0.15%）显著提高水稻产量,0.15%用量的石灰和牡蛎壳粉分别提高水稻产量34.2%和46.8%,但对秸秆生物量无显著影响.相关分析表明,土壤无机磷和有效磷含量与pH和ALP活性呈显著正相关,改良剂通过消除土壤酸化和提高土壤磷酸酶活性来改善土壤磷营养状况,这对促进作物产量具有积极作用.     

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.