三峡水库蓄水对消落带土壤Cu、Zn、Cr、Cd含量的影响

为揭示水位涨落形成系列淹水梯度对消落带土壤重金属含量的影响,论文采集三峡水库忠县消落带土壤,分析了不同淹水深度土壤Cu、Zn、Cr、Cd含量,并探讨了这些重金属元素物质来源及其与三峡水库水位涨落关系。结果表明：1）不同淹水深度下消落带土壤重金属含量差异较大,长期淹水土壤Cu、Zn、Cd含量远远高于短期淹水和未淹水土壤,Cr则在不同淹水深度略有变化;2）除Cr相对独立外,不同淹水深度下土壤SOM、pH与土壤Cu、Zn、Cd含量密切相关,但pH、SOM间仅有微弱的相关关系;3）因子分析中因子1和因子2对Cu、Zn、Cr、Cd的累计贡献率为93.47%,Cu、Zn、Cd在第一轴载荷值为0.962、0.967、0.925,Cr在第二轴载荷值为0.998。研究发现：1）重金属输入来源和流向异质性是决定不同淹水深度Cu、Zn、Cr、Cd含量差异的重要原因,长期淹水显著增加了土壤Cu、Zn、Cd含量,但对Cr效应并不明显;2）区域土壤内Cr主要来源为自然源的土壤侵蚀和母岩风化,Cu、Zn、Cd来源于人为输入的库岸输入和长江上游来水悬浮颗粒沉积,应引起足够重视。     

三峡水库消落带土壤与优势植物淹水后对土-水系统汞形态的影响

三峡库区消落带落干期植被生长茂盛,蓄水后消落带被淹没,土壤-植物系统在长时间淹水情况下,随着体系内物理化学性质的改变,汞形态也会发生变化,从而对库区水生生态系统中汞含量以及形态带来一定的影响.为此,本研究选取三峡库区4种优势植物室内栽培,再进行室内模拟淹水试验,研究淹水后土壤、水体中甲基汞(Me Hg)以及其他形态汞的变化.结果表明,淹水过程中植物的存在有利于土壤Me Hg的生成,同时对上覆水不同形态汞浓度影响显著.狗牙根作为消落带优势种,由于其体内总汞及甲基汞含量较高,淹水后对土壤以及上覆水系统中甲基汞以及其他汞形态的影响最为明显.淹水第90 d,狗牙根+土+江水(B1)处理土壤Me Hg的含量最高,为(1 135.86±113.84)ng·kg~(-1),是不加植物的对照处理土+江水(CK2)中土壤Me Hg含量的2倍左右;上覆水总甲基汞(TMe Hg)、溶解态甲基汞(DMe Hg)、总汞(THg)、溶解态汞(DHg)和活性汞(RHg)均呈峰值偏左的抛物线状变化,在第30 d时达到峰值,其中B1处理上覆水TMe Hg、THg和DHg最高,分别为(2.88±0.06)、(40.29±2.42)和(35.51±3.77)ng·L~(-1),三者中溶解态汞是其主要存在形式.因此可以推测三峡库区消落带植物淹水后将增加水库汞污染负荷.     

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。     

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.     

水位波动和植被恢复对三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构的交互影响

水库消落带是典型的生态脆弱敏感区.水位波动是影响消落带土壤环境的主要因素,植被恢复是消落带土壤保育的重要手段.然而,在水库消落带中,水位波动和植被恢复对土壤微生物群落结构的交互影响尚不清楚.为此,选取三峡水库消落带中不同水位高程的撂荒草地和人工林地为研究对象,利用16S rRNA高通量测序技术探究土壤原核微生物群落组成和多样性,并探讨驱动土壤原核微生物群落结构的主要环境因子.结果表明,消落带的低水位高程中土壤原核微生物α多样性最高,其中163 m高程的Pielou_e指数、Shannon指数和Simpson指数显著高于168 m高程,Chao1指数和Shannon指数显著高于173 m高程.但撂荒草地和人工林地的土壤菌群α多样性并无显著差异.同时,水位波动和植被恢复均对土壤原核微生物的群落组成产生显著影响,不同样地中生物标志物类别具有明显差异.值得注意的是,植被恢复模式差异对土壤原核微生物群落结构的影响强于水位波动.此外,层次分割结果显示土壤pH是三峡水库消落带土壤原核微生物群落结构变化的主要驱动因子.以上结果可深化对水库消落带土壤微生物群落结构的认识,并为水库消落带生态系统的恢复重建提供科学参考.     

不同类型氮输入对三峡库区消落带紫色潮土氮赋存形态的影响

陆源氮输入是三峡水体富营养化的主要原因之一,外源氮在消落带土壤中的赋存形态是决定其进一步向三峡水体释放的关键.为此,以三峡典型土壤-紫色潮土为研究对象,进行4种氮输入〔分别添加NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄、CO (NH₂)₂〕和淹水-落干两个水文条件处理,利用连续分级提取法测定土壤氮赋存形态含量,分析氮添加类型及水文条件对消落带紫色潮土氮赋存形态的影响.结果表明:NaNO₃、NH₄NO₃、(NH₄)₂SO₄和CO (NH₂)₂添加下,土壤培养结束后,离子交换态氮(IEF-N)含量在落干期分别为93.88、79.42、59.02和46.80 mg/kg,在淹水期分别为65.60、56.95、42.46和32.94 mg/kg;有机及硫化物结合态氮(OSF-N)含量在落干期分别为122.18、126.21、137.53和148.19 mg/kg,在淹水期分别为142.22、149.09、156.43和161.76 mg/kg;IEF-N含量变化占比在落干期分别为45.20%、35.56%、21.96%和13.82%,在淹水期分别为36.57%、30.80%、16.21%和7.26%;OSF-N含量变化占比在落干期分别为12.33%、15.02%、22.57%和29.68%,在淹水期分别为16.76%、21.84%、26.73%和30.29%.落干期和淹水期,IEF-N含量及其变化在氮添加总量中的占比均表现为NaNO₃添加下最高、CO (NH₂)₂添加下最低,且落干期大于淹水期;OSF-N含量及其变化占比则与IEF-N表现相反.落干期和淹水期,外源氮主要表现为向OSF-N转化,此外,外源氮在落干期还存在向铁锰氧化物结合态氮转化的过程.研究显示,控制落干期消落带土壤氮输入(特别是硝态氮)是预防三峡水库富营养化的有效途径.      

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...     

天津蓟运河故道消落带土壤种子库特征与土壤理化性质分析

为确定蓟运河故道消落带土壤种子库特征与土壤理化性质之间的关系,开展土壤萌发试验并测定了土壤理化性质. 结果表明:①土壤物种呈3个聚类组,聚类组1分布在土壤含水率为50%~100%、w(全盐)为0.8~1.4 g/kg的区域,聚类组2分布在土壤含水率为40%~50%、w(全盐)为0.4~0.8 g/kg的区域,聚类组3分布在土壤含水率为25%~40%、w(全盐)为0.2~0.4 g/kg的区域;②土壤w(有机质)、w(全盐)和含水率对土壤种子库物种的分布影响较大,而w(速效K)、w(速效N)、w(速效P)和pH对其影响不大;③随着土壤w(全盐)、含水率的增加及w(有机质)的减少,土壤种子库物种中一年生植物所占比例呈增加趋势,二年生植物比例先减少后增加,多年生植物比例先增加后减少;④随着土壤w(全盐)、含水率的增加以及w(有机质)的减少,消落带土壤种子库的Shannon-Wiener指数和Margalef丰富度指数呈下降趋势,而生态优势度和Pielou均匀度指数随着水位的降低有增大的趋势. 研究得出天津蓟运河故道消落带土壤种子库特征与土壤理化性质有重要关系,适当地进行人为管理和调控对土壤环境的改善及土壤种子库多样性增加有积极作用.      

大气氮沉降对三峡库区消落带土壤呼吸的影响

以三峡库区消落带落干期土壤为研究对象,采用室内模拟培养的方法,探讨了大气氮沉降通量及其组成对土壤呼吸的影响.结果表明,土壤呼吸速率对氮添加的响应为短期效应.1倍当前大气氮沉降添加下,无机氮和有机氮对土壤累积CO₂释放分别表现为无影响和抑制作用.除NH₄⁺-N在2倍氮沉降添加下表现为抑制作用外,2、3倍氮沉降添加均促进了土壤累积CO₂释放.与硝态氮相比,2、3倍氮沉降添加的铵态氮对土壤累积CO₂释放具有抑制作用.     

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.     

三峡消落带适生植物根系活动调控土壤养分与细菌群落多样性特征

植物通过根系分泌修饰根际土壤微环境.从植物根系-土壤-微生物三者密切关联的根际土壤微环境角度,研究三峡消落带植被修复重建后根部土壤微生态动态特征,对于认识和评估消落带退化土壤环境的生态修复工作具有重要意义.从三峡库区忠县石宝寨汝溪河消落带植被修复示范基地采集人工植被中4种优势植物落羽杉(Taxodium distichum)、立柳(Salix matsudana)、狗牙根(Cynodon dactylon)和牛鞭草(Hemarthria altissima)的根际与非根际土壤,探究其根际与非根际土壤的养分含量与酶活性差异,同时通过高通量测序进行细菌群落多样性分析,以阐明三峡消落带不同物种逆境胁迫下的生长适应性以及养分利用策略.结果表明:①三峡库区消落带4种适生植物根系活动导致根际与非根际土壤养分含量产生显著差异,主要表现为根际土壤有机质、全氮、碱解氮以及有效磷的显著富集,而钾素在不同物种间的根际效应变化趋势并不一致;②蔗糖酶、脲酶以及酸性磷酸酶在4种适生植物中均表现出正向根际效应(R/S>1),但由于不同物种生理特征的差异,不同物种根系活动对3种土壤酶的激活效应存在差异;③高通量...     

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.      

常年淹水和干旱对三峡库区消落带菖蒲生长恢复的影响

菖蒲是三峡库区常见的一种湿生植物,本研究探讨了常年淹水对菖蒲生长恢复的影响,并分析了干旱对露水后菖蒲生长恢复的影响,为三峡库区消落带植被恢复物种的选择提供科学依据.分别于2009年9月和2010年9月前后2次将菖蒲(Acorus calamus L.)植株完全淹水,分别于翌年3、4、5月将植株露水(分别记为S1、S2和S3),2011年定期统计植株数和叶片数,测定叶长、叶宽.结果表明,淹水导致植株萌发数显著低于对照,且随着淹水时间增加植株萌发数呈显著降低趋势;淹水显著促进3月和4月露水植株叶片的伸长和形成,其叶长、叶片数、株叶长和总叶长显著高于对照,而5月露水植株的叶长、叶宽、叶片数、株叶长、总叶长和总叶片数均显著低于对照.随着淹水时间的增加露水后植株死亡数呈显著增大趋势,S1和S2组的叶长、叶宽显著增长,叶片数显著降低,而S3组植株叶长、叶宽、叶片数、株叶长、总叶长和总叶片数均显著降低.干旱导致对照、S1和S2组植株叶长、叶宽、株叶长、总叶长、叶片数和总叶片数均显著降低,植株存活数显著降低;干旱胁迫去除25 d后,对照、S1和S2组植株的叶片数分别增加了67.0%、66.7%和36.2%,且S1和S2组植株的株叶长、总叶长和总叶片数分别增加了48.2%、18.1%,66.7%、35.0%,75.0%、64.3%,差异显著(P<0.05).因此,菖蒲不仅对淹水的适应和耐受能力较强,而且露水后的生长恢复能力及对干旱的恢复能力也较强,可作为三峡库区消落带(特别是3月和4月露水区域)的恢复、重建物种.     

三峡库区消落带落羽杉人工林土壤细菌群落结构多样性及动态变化

消落带是连接陆地与水域的交错地带,具有重要的生态功能,其适生木本植物的种植对消落带土壤的生物地球化学循环起着重要的作用.为探究适生植物对三峡库区消落带环境的适应机制,采用高通量测序技术对消落带退水后适生植物落羽杉(Taxodium distichum)不同生长时期(T1:5月、 T2:7月和T3:9月)的土壤细菌群落组成及多样性进行研究,同时采用PICRUSt2对细菌功能进行预测.结果表明,土壤pH值、硝态氮、铵态氮、土壤蔗糖酶、磷酸酶和脲酶等理化指标随时间变化显著(P<0.05);土壤细菌多样性、丰富度和结构也随时间变化而变化,除Chao1以外,根际土壤细菌的α多样性均表现为：T1>T2>T3,非根际土壤细菌α多样性则表现为：T3>T1>T2. RDA分析表明,影响细菌群落的理化指标主要有土壤pH值、脲酶、铵态氮和硝态氮.所有土壤样本中共检测到细菌60门,其中以变形菌门和酸杆菌门为优势细菌门.根据PICRUSt2预测,代谢是落羽杉土壤细菌群落中普遍存在的基本功能,与C、 N和P有关的各代谢途径存在一定的时间差异.以上研究结果有助于加深对三峡消落带植被修复...     

邻苯二甲酸酯在三峡库区消落带非淹水期土壤中污染特征及健康风险

本研究利用超高效液相色谱飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF~-MS)分析了三峡库区8个消落带河段土壤样品中邻苯二甲酸酯(PAEs)的浓度水平,探讨了其组成特征,通过相关性分析和主成分分析阐明了其可能的来源,并且采用健康风险模型评价了PAEs在消落带土壤中的人群健康风险.结果表明,ΣPAEs在三峡库区消落带的含量(以干重计,下同)范围为322.0~737.3 ng·g~(-1),平均值为497.2 ng·g~(-1),处于文献报道的较低水平;DIBP是丰度最高的同系物单体,其次是DBP和DEHP,三者平均贡献率为94.5%,然而DEHP并不是主要污染物,这可能由于在淹水状态下消落带土壤向水体释放DEHP,但DEHP在土壤微生物中降解也不能完全排除;DMP、DEP、DBP和DIBP两两之间具有极显著正相关性,同时结合主成分分析,表明4种PAEs可能具有相同来源.人群暴露6种PAEs的日均摄入量均未超过美国EPA规定的参考剂量(Rf D),并且6种PAEs单体的致癌风险均远低于美国EPA规定的可接受致癌风险值,但是DBP的日均摄入量占总PAEs的60%~84%,因此,在三峡库区消落带耕作过程中应预防DBP带来的潜在健康风险.     

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.