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.     

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.       

有机质对三峡库区消落区沉积物磷释放的影响

以三峡库区丰都消落区沉积物为研究对象,通过分析沉积物中磷的赋存形态,以及去除轻组有机质沉积物和沉积物矿物质对磷的吸附等温曲线,揭示了磷的赋存形态及释放与有机质的关系. 结果表明:消落区本底土壤较沉积物w(总磷),w(有机磷)及w(活性磷)更高,首次覆水时更具潜在释磷风险,夏季出露期有利于沉积物有机质和有机磷积累,沉积物有机质矿化分解对磷释放起促进作用,沉积物中w(有机质)与w(有机磷)呈显著正相关,与w(无机磷)呈负相关.      

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。     

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.     

土壤组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响——基于三峡库区消落带落干期土壤

通过选择性去除土壤组分的方法,探讨了三峡库区消落带落干期3种典型土壤中有机质、铁氧化物组分对磷形态和磷吸附-解吸的影响.结果发现,三峡库区消落带落干期3种典型土壤去除的有机质以易氧化组分为主,去除有机质后,土壤中各种磷形态的含量变化较小.然而,去除游离铁氧化物后,土壤中各种磷形态的含量均发生明显降低.同时,去除有机质、游离铁氧化物组分后并未改变土壤中各种磷形态的相对大小顺序,均为：钙结合磷（Ca-P） > 有机磷（OP） > 铁/铝结合磷（Fe/Al-P）.此外,黄壤（FJ）、紫色潮土（KX）和灰棕紫泥（FL）去除有机质后对磷的吸附能力较原始土壤仅分别降低0.5%、2.3%、6.5%（P=0.017<0.05,显著性差异）,表明3种土壤中有机质组分对磷吸附的影响较小;而去除游离铁氧化物后对磷的吸附能力分别降低45.6%、51.7%、43.9%（P=0.004<0.05,显著性差异）,表明土壤中游离铁氧化物组分是决定磷吸附大小的重要因素.另外,3种土壤去除游离铁氧化物后较原始土壤吸附磷的解吸能力明显增加,表明游离铁氧化物组分是控制3种土壤吸附磷的解吸的重要因素.FL土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力略有降低,而KX和FJ土壤去除有机质组分后较原始土壤吸附磷的解吸能力无明显差异,表明有机质组分对土壤吸附磷的解吸的影响与土壤类型有关.     

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.      

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.     

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).     

春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性

为研究春季敏感时期三峡水库典型支流沉积物-水界面氮释放特性,于2016年4月采集香溪河库湾上覆水和沉积物样品,分析香溪河库湾沉积物-水系统不同氮形态营养盐浓度的分布特征,计算沉积物-水界面不同氮形态的扩散通量并与环境因子进行相关性分析.结果表明,香溪河库湾上覆水和沉积物间隙水中ρ(TN)的变化范围分别为1.10~6.90 mg·L-1和6.19~32.57 mg·L-1;上覆水和沉积物间隙水中氮质量浓度在沿程和垂向上有一定的变化规律:各采样点上覆水中氮质量浓度在沿程和垂向上没有明显的变化趋势,上游区域的沉积物间隙水中氮质量浓度明显大于下游区域,沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)明显大于上覆水,沉积物间隙水ρ(NO-3-N)略小于上覆水;香溪河沉积物总体上表现为NH_4~+-N的"源",NO-3-N的"汇";NH_4~+-N的扩散通量范围为2.70~4.72 mg·(m2·d)-1;NO-3-N的释放通量范围为-1.61~-0.62 mg·(m2·d)-1;香溪河库湾沉积物氮主要以铵态氮的形态存在:沉积物中ρ(NH_4~+-N)范围为69.97~1 185.97 mg·kg-1,ρ(NO-3-N)范围为2.78~38.17mg·kg-1,沉积物ρ(NH_4~+-N)与沉积物间隙水ρ(NH_4~+-N)在表层0~8 cm的变化趋势一致.     

三峡水库蓄水至175 m后干流沉积物磷蓄积特征及释放潜力

为揭示三峡水库首次蓄水至175 m后,干流柱状沉积物磷的蓄积特征及其影响因素,于2010年10月下旬采集了三峡水库干流云阳至秭归等5个断面柱状沉积物样品,分析了沉积物粒径、有机质、矿物成分、总磷等理化特征,采用分级提取法分析了柱状沉积物各形态磷分布特征,并对三峡水库柱状沉积物磷的释放贡献率进行估算.结果表明,三峡水库干流柱状沉积物p H在7. 3～7. 8间,总体呈中性.沉积物组成以粉砂为主,含量为49. 4%～78. 6%,黏土为20. 6%～50. 6%,含砂量低于4. 4%,各断面中值粒径沿深度呈现出阶段性地增加或降低趋势.沉积物有机质含量为12. 94～53. 43 g·kg~(-1),从云阳至秭归断面沉积物有机质含量略有增加,碳氮比在4. 00～11. 64之间.三峡水库沉积物总磷为861. 86～1 024. 54 mg·kg~(-1),同一断面沉积物总磷垂向变化较小,且没有随深度变化呈现规律性变化趋势.三峡沉积物磷形态以钙磷为主,约占总磷含量的47. 83%～73. 90%,其余各形态磷所占比例较小.不同断面间磷形态垂向变化趋势差异较大.可交换态磷、铝磷及铁磷在个别断面表层0～4 cm范围内含量相对较高,而在16～20 cm处大部分断面沉积物各形态磷均不随深度发生变化.在同一深度下,不同断面生物可利用磷(可交换态磷、铁磷、铝磷之和,Bio-P)的含量及相对含量沿程分布趋势较为明显,从云阳至秭归断面均表现为沿程增加趋势. Bio-P相对含量为2. 78%～7. 05%,整体而言,三峡水库干流沉积物内源释放风险较小.沉积物生物可利用磷与有机质含量呈显著正相关(P 0. 05,N=50),有机质的分布和转化将影响三峡水库沉积物中磷的迁移和转化.     

蓄水前后三峡库区香溪河沉积物磷形态分布特征及释放通量估算

三峡库区汛末蓄水过程改变了支流库湾沉积物赋存环境,继而影响沉积物磷形态的分布特征和沉积物-水界面过程.本文通过对2016年8月(蓄水前)和10月(蓄水后)香溪河库湾沉积物和上覆水样品的采集分析,分析了蓄水前后库区干流和支流库湾底部沉积物磷形态分布特征及赋存的环境条件,估算了沉积物-水界面PO3-4-P交换通量.结果表明:蓄水后沉积物上覆水pH增加,碱性增强;Eh减少,还原性增强.沉积物中各形态磷相对含量由Na OH-PHCl-POP转变为HCl-POPNa OH-P,沉积环境的改变是磷形态变化的根本原因.沉积物中TP增加了1.3倍,上覆水ρ(PO3-4-P)是蓄水前3.7倍,间隙水ρ(PO3-4-P)是蓄水前8.3倍,增加了香溪河库湾沉积物营养盐释放风险.蓄水前后香溪河沉积物PO3-4-P总体均表现为"源",但PO3-4-P扩散通量由蓄水前的-0.002 9~0.005 9 mg·(m~2·d)~(-1)增加为蓄水后的0.006 7~0.107 1 mg·(m~2·d)~(-1),蓄水后香溪河库湾底部沉积物磷释放量增加.     

三峡水库成库初期营养盐与浮游植物分布特征

根据2003-09-08～2003-09-15航行11个点位测试数据,分析了三峡水库成库后营养元素及浮游生物量的分布特征,初步探讨了营养盐分布与Chla的关系.结果表明,调查区域营养盐浓度较高,其中TN各测点均超过国家地表水环境质量标准Ⅲ类水标准,含量范围为1.01～1.35 mg·L^-1.TP含量范围为0.028～0.054 mg·L^-1;K含量范围为2.80～3.44 mg·L^-1;TOC含量范围为1.92～2.59 mg·L^-1,Chla含量范围为1.58～7.35mg·m^-3,平均浓度为4.69 mg·m^-3.利用相关分析方法,分析了Chla与营养盐之间的关系,表明Chla与NO₃^--N成显著正相关(r=0.728 7);与浊度成显著负相关(r=-0.920 7).利用系统聚类方法分析三峡水库水体指标,随长江流向明显分为3类,即上游区(长寿、涪陵、丰都、忠县)、中游区(万州、云阳、奉节)和下游区(巫山).硅藻在4个测点均为优势种群,占总量的86%,平均为129 844个/L,浮游植物量沿水流方向有增高趋势.