三峡库区消落带受淹土壤氮和磷释放的模拟实验

三峡库区消落带形成后,消落带土壤淹水初期将向上覆水释放氮和磷. 将消落带土壤样品进行加肥处理后与原始土壤进行模拟淹水实验.对原始土壤进行每日换水浸泡实验.结果表明:消落带进入淹水期10～15 d后,其上覆水中营养物含量趋于平衡,水体扰动对上覆水中ρ(TP)和ρ(TN)有正影响. 未经施肥处理的消落带土壤在江水浸泡下,对TP有吸附作用,使得浸泡结束后ρ(TP)下降33.4%. TN的溶出速率变化能较好地符合一级动力学方程,TP江水静态浸泡实验数据对一级动力学方程的拟合性较差;TP和TN的绝对溶出速率对一级动力学方程的相关性均较好.       

农业耕作对三峡水库支流库湾消落带土壤氮、磷含量及流失的影响

三峡水库低水位运行时,消落带由于落干期与作物生长期重叠,常被近岸农民开垦利用,然而传统的农业种植可能会影响库区水环境.为对比农耕和弃耕的水环境效应,选择一级支流澎溪河库湾消落带为研究区域,以玉米、土豆和花生地为研究对象,选择农耕期(2018年3～9月)和退耕期(2019年3～9月)对农耕地和弃耕地土壤各氮、磷形态含量进...     

三峡库区消落带土壤邻苯二甲酸二丁酯静态释放特征

为了解特大型水库消落带优先有机污染物迁移转化规律,以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为代表性优先污染物,采用静态淹水法研究了土壤中DBP浓度、上覆水离子强度、有机质含量等因素对三峡库区消落带土壤中DBP静态释放规律的影响.结果表明,消落带土壤中DBP在淹水前期由土壤向上覆水中迁移释放,该过程分为短暂但是释放速率较快的快速释放阶段和释放时间较长但释放速率较慢的慢速释放阶段,此过程可以很好地用二室一级动力模型拟合.随着土壤中添加的DBP浓度的增大,DBP向上覆水快速释放速率加快,而快速释放比例则减小;慢释放速率和慢速释放比例则正好相反.随着上覆水离子强度的增加,快速释放比例增加,使DBP向上覆水释放量增加.上覆水高浓度的DBP在淹水初期会抑制土壤DBP的释放而且使DBP释放达到最大值的时间延迟.上覆水添加腐殖酸后,快速释放速率、慢速释放速率和快速释放比例均增大,从而使DBP向上覆水的释放量也增加.     

三峡库区消落带土壤汞形态分布与风险评价

为了解三峡库区消落带土壤中汞污染现状和环境风险,选择重庆14个区县的消落带,采集了192个土壤样品,分析其土壤总汞和汞形态分布,探讨其生物可利用性,对比研究和评估土壤总汞与汞赋存形态的污染水平和生态风险.结果表明,三峡库区消落带土壤中汞含量差异较大,土壤汞含量为22.4~393.5μg·kg-1,平均值为(84.2±54.3)μg·kg-1,76.6%的采样点土壤汞含量超过了三峡库区土壤汞背景值.土壤中的汞以残留态为主,不同汞形态所占比例为:水溶态汞4.1%、酸溶态15.5%、碱溶态汞18.3%、过氧化氢溶态汞10.9%、残留态汞51.3%.各区县土壤中生物可利用性汞(水溶态汞、酸溶态汞与碱溶态汞之和)平均含量为19.7~36.6μg·kg-1,生物可利用态汞占总汞的比例达到22.1%~51.6%.地累积指数和潜在生态危害指数评价结果均表明,三峡库区消落带土壤中汞赋存形态的污染水平和生态风险都较低,由生物可利用态汞带来的生态风险也很小;而对土壤总汞含量评价的结果明显偏大.因此,采用汞赋存形态进行污染现状和生态危害评价更能反映消落带土壤汞的环境风险.     

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.     

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.     

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.     

模拟三峡库区消落带土壤有机磷酸酯淹水释放特征

本研究以三峡库区消落带典型土壤作为研究对象,通过室内模拟实验,探讨了有机磷酸酯(OPEs)的含量、环境温度、土壤有机质含量、微生物因素的变化对土壤中常见OPEs单体迁移释放的影响.结果表明,土壤中OPEs含量越低,其迁移释放量越低;有机质含量升高,土壤向上覆水释放的OPEs减少,预示土壤添加有机质后对OPEs的释放产生了一定的抑制作用,有机质对OPEs的吸附起主要作用,但当有机质含量(以干重计)高于30 g·kg~(-1)时,对OPEs释放的抑制作用并未显著增强;在环境温度为27℃时,三类OPEs的平均释放量为1 077. 3 ng·m L~(-1),高于7℃的释放量,说明高温对OPEs的释放起促进作用.微生物对其作用并不明显.氯类的OPEs包括磷酸三(2-氯乙基)酯(TCEP)、磷酸三(1-氯-2-丙基)酯(TCPP)和磷酸三(1,3-二氯异丙基)酯(TDCP)为最主要的释放单体,主要原因可能是氯类OPEs的辛醇水分配系数(Kow值)和有机碳分配系数(Koc值)比烷烃类和芳烃类OPEs低,更易溶于水体,不易被土壤中的有机质吸附,因此氯类OPEs更易从土壤中迁移释放到上覆水中,成为三峡库区上覆水中主要的OPEs单体.     

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.     

三峡库区消落带土壤镉环境风险研究

以三峡库区重庆段消落带土壤为研究对象,通过采样、分析重金属含量,评价土壤潜在环境风险和健康风险。结果表明,消落带土壤中镉平均含量0.18 mg/kg,为重庆市土壤平均背景值(0.13 mg/kg)的1.4倍,表明消落带土壤具有一定的镉富集趋势。通过单因子评价、地累积指数评价和生态潜在污染指数评价,除个别地方受中等影响外,其它地方的镉的环境影响都在安全范围。通过健康风险评价,表明消落带土壤镉含量对人体基本不会产生危害。     

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.     

水环境条件对三峡库区消落带狗牙根氮磷养分淹水浸泡释放的影响

三峡库区消落带会经历周期性的淹水-出露循环过程,消落带在出露期大量植物生长,淹水期植物体淹没腐解并释放氮磷养分,可能加剧三峡水库水环境压力.狗牙根[Cynodon dactylon(Linn.)Pers.]是三峡库区分布最广泛的优势植物之一.针对三峡水库水环境条件(温度、p H和光照)变化对狗牙根淹水条件下矿化分解及养分释放过程的影响进行了研究.结果表明,狗牙根淹水后,植物残体矿化分解,干重下降,全氮和全磷含量减少.狗牙根浸泡200 d后,25℃和15℃时总氮(TN)释放量分别为(2.66±0.29)g·kg~(-1)和(3.76±0.04)g·kg~(-1),总磷(TP)释放量分别为(0.79±0.03)g·kg~(-1)和(1.40±0.02)g·kg~(-1);上覆水p H为5.0、7.0、9.0时,TN释放量分别为(3.76±0.08)、(2.66±0.29)、(2.55±0.12)g·kg~(-1),TP的释放量分别为(1.53±0.04)、(0.79±0.03)、(1.70±0.07)g·kg~(-1);避光时上覆水TN和TP的释放量为(3.87±0.14)g·kg~(-1)和(1.78±0.08)g·kg~(-1).氮的释放以颗粒态氮(PN)为主,占80%以上,而颗粒态磷(PP)占比在50%左右.随三峡水环境条件变化,如温度降低,狗牙根的氮磷浸泡释放量增大;而酸、碱性水体较中性条件有利于氮磷释放;避光时狗牙根的氮磷释放得到促进.研究结果表明三峡水库冬季蓄水或污水排放导致的水环境变化将进一步促进消落带植物淹水分解及养分释放,从而可能加剧三峡库区水体富营养化.     

三峡库区消落带草本植物碳氮磷释放及影响因素

以三峡库区消落带优势草本植物狗牙根(Cynodon dactylon)、牛鞭草(Hemarthriaaltissima)、稗草(Echinochloacrusgalli)、狗尾草(Setariaviridis)和马唐(Digitariasanguinalis)为试验植物,在室内进行了为期60 d的淹水模拟试验,并对消落带优势草本植物淹水后TOC、TN和TP的释放特征及影响因素进行了研究. 结果表明:5种优势草本植物淹水后均可导致水中pH降低,TOC、TN和TP的U_max(最大单位累积释放量)分别为21.03~43.65、0.50~3.23和0.54~2.69 mg/g,U_max出现在淹水第15~20天,并且TOC、TN和TP的R(释放速率)差异显著;水体中微生物、水体温度和上覆水中ρ(TOC)、ρ(TN)、ρ(TP)对植物淹水后TOC、TN和TP的释放均有一定影响. 在对消落带植被调查研究的基础上,根据淹水试验植物的U_max,对蓄水后三峡库区消落带植被TOC、TN、TP的释放量进行了估算,在蓄水后20 d内,消落带植被可向水体释放大量的TOC、TN和TP,蓄水初期可能会引起库区局部水域水质恶化,影响水库的水环境安全.      

三峡库区典型消落带草本植物氮磷养分浸泡释放实验

三峡库区消落带植被淹水后腐烂分解,可能成为影响库区水环境安全的重要营养源.以三峡库区6种消落带优势草本植物茎叶为材料,利用室内浸泡模拟实验,测定上覆水中氮磷浓度的变化,结合初始基质碳、氮、磷含量分析,力图查明消落带草本植物淹水后氮磷养分释放特征.结果表明:①消落带植物初始基质碳、氮含量差异显著,而磷含量彼此相近.②消落带植物淹水分解造成上覆水pH升高,氧化还原电位(Eh)降低,氮磷养分快速释放和上覆水氮磷浓度增加,总氮(TN)和总磷(TP)释放量分别为(3.85±2.53)、(1.33±0.73)mg.g-1.消落带植物淹水TN和氨氮(NH4+-N)的释放过程呈抛物线状,TP呈对数曲线状.TN、TP的释放峰值时间平均15 d,NH4+-N平均33 d.养分释放量和释放速率均呈TN>TP>NH4+-N的特点,消落带植被经过3个月的浸泡,TN、NH4+-N和TP的释放负荷分别为:22.4、8.9、4.5 kg.hm-2.③植物初始基质的C含量越低,N、P含量越高,植物淹水后氮磷养分的释放量和释放速率就越大.     

三峡水库初期蓄水对消落带植被及物种多样性的影响

通过对173 m蓄水后三峡水库消落带内植物群落的调查,运用CCA法对消落带植物群落进行排序,研究了消落带植物群落特征和物种多样性格局,分析了消落带植被的变化及其环境解释。结果表明:三峡库区消落带共记录58科175种植物。狗尾草、马唐、小蓬草、狼杷草、稗、酸模叶蓼、苍耳、双穗雀稗、狗牙根等为优势种。一年生植物为消落带优势生活型。共记录54个群落类型,其中灌丛群落5个,草本植物群落49个。CCA排序表明,三峡水库消落带植物主要分布在坡度平缓、底质较细、高程较高的消落带上部区域。在消落带内,物种多样性和一年生植物比例随高程上升而增加。消落带植物组成特征和物种多样性格局与水淹干扰强度在空间上的变化一致。长期的冬季水淹、剧烈的水位变动以及退水季节的高温伏旱等环境因素是影响消落带植被组成的重要因素。     

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.      

近10年来三峡消落带土壤氮、磷时空分布特征研究

消落带是位于水陆交错带的一种特殊生态系统.消落带土壤作为生态系统中氮、磷元素重要的“源”与“汇”,在生物地球化学循环研究中具有重要意义.该研究基于中国知网CNKI以及Web of Science数据库检索近10年三峡消落带土壤氮、磷研究文献,提取w（TN）、w（TP）数据并进行统计,从宏观尺度上分析w（TN）、w（TP）的时空分布特征.结果表明:①高程分布上,当高程高于155 m时,土壤w（TN）（0.75~1.17 g/kg）随着高程增加呈下降趋势,土壤w（TP）未发生显著变化（0.53~0.60 g/kg）;当高程低于155 m时,土壤w（TN）处于较低水平（0.66~0.86 g/kg）,但w（TP）维持较高水平（0.60~0.76 g/kg）.②时间分布上,消落带土壤w（TN）整体呈现逐年递减的趋势,Pearson相关系数为-0.64,但是w（TP）没有显著变化.③地区分布上,三峡上游库区消落带土壤w（TP）出现显著高值,下游库区w（TN）出现显著高值.研究显示:不同高程土壤受植物残体分解等因素影响,在落干期w（TN）上升,在浸没期向上覆水体释放TN;水位调节导致的淹没强度变化对消落带土壤中TN产生淋溶作用,而对TP的影响较小;对于消落带上游地区应更关注土壤中高w（TP）带来的环境风险,而对于消落带下游地区应更关注因水土流失和非点源输出导致的高w（TN）所致环境风险.      

三峡库区消落带优势草本植物淹水后汞的释放特征

为研究三峡库区消落带植物淹水后汞的释放特征,选取狗牙根、酸模叶蓼、空心莲子草这3种优势草本植物在库区现场进行原位淹水试验,研究这3种植物淹水后总汞(THg)含量动态变化特征,分析其释放通量与速率,估算其THg释放负荷.结果表明,3种植物在淹水过程中THg浓度的下降速率呈现先快后慢的趋势,表明淹水前期植物中THg随植物腐解快速释放,随后释放基本稳定.3种植物的THg释放量存在显著差异,且表现为酸模叶蓼空心莲子草狗牙根.3种植物的THg释放量可能受植物初始C/N和THg浓度的影响.植物初始C/N越高,单位质量THg释放量越小.而植物初始THg浓度越高,单位质量植物THg释放量越大.结合3种植物在三峡库区消落带的分布权重和生物量,估算出酸模叶蓼、空心莲子草、狗牙根完全分解后的THg释放负荷分别为167.31、78.13、88.33 mg·hm~(-2).