【摘 要】
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消落带土壤在库区水位调节的影响下,经历周期性的淹水和出露,土壤氧化还原环境也发生周期性变化。氧化铁作为消落带土壤的组成成分之一,具有表面电荷易变、羟基位点数量多以及比表面积较大的特性,易随氧化还原环境的变化而变化,对消落带土壤磷素的赋存形态和吸附释放具有重要的影响,但目前尚缺少铁氧化物对消落带土壤磷素的影响研究。因此,研究氧化铁对消落带土壤磷素的影响,对全面认识消落带土壤和库区水体之间的磷素循环具
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消落带土壤在库区水位调节的影响下,经历周期性的淹水和出露,土壤氧化还原环境也发生周期性变化。氧化铁作为消落带土壤的组成成分之一,具有表面电荷易变、羟基位点数量多以及比表面积较大的特性,易随氧化还原环境的变化而变化,对消落带土壤磷素的赋存形态和吸附释放具有重要的影响,但目前尚缺少铁氧化物对消落带土壤磷素的影响研究。因此,研究氧化铁对消落带土壤磷素的影响,对全面认识消落带土壤和库区水体之间的磷素循环具有重要意义。论文对三峡库区澎溪河流域的消落带土壤进行室内模拟试验,探究了添加外源氧化铁和去除土壤氧化铁对消落带土壤磷形态及吸附和解吸的影响,并分析了不同氧化还原条件淹水时消落带土壤氧化铁及磷形态的变化,阐释了淹水时氧化铁对土壤磷形态及释放的影响。论文获得如下主要结论:(1)添加外源氧化铁后消落带土壤Olsen-P含量下降了12.89~56.69%,Olsen-P含量随氧化铁添加量的增加而减小,但下降趋势逐渐减缓。土壤氧化铁含量较高时,被氧化铁固定的磷较多,土壤磷活性和释放风险降低。添加氧化铁后消落带土壤总IP含量保持不变,Fe-P与氧化铁添加量呈正相关,占总IP百分比随添加量的增加而增大,因Ex-P、Al-P和Ca-P向Fe-P转化,其与氧化铁添加量呈负相关。磷最大吸附量Qmax和最大缓冲容量MBC与氧化铁添加量呈正相关,表示解吸能力大小的斜率a与氧化铁添加量呈负相关。消落带土壤氧化铁含量的增加能提高土壤对磷的吸附能力,抑制磷的解吸,降低磷的释放风险。因此,库区消落带土壤氧化铁含量的差异可导致土壤磷形态及磷吸附能力不同。(2)去除氧化铁后游离氧化铁(Fed)和无定形氧化铁(Feo)含量分别下降了88.31%、90.20%,土壤氧化铁被大量去除。去除氧化铁后氧化铁结合的磷被释放,使得土壤Olsen-P含量增加,因氧化铁含量减少导致土壤Fe-P、Oc-P占总IP百分比分别减少了4.66%、10.92%,氧化铁结合的磷被释放后再吸附使得Ex-P和Ca-P占比分别增加了1.68%、14.74%。去除氧化铁后,因氧化铁含量降低导致土壤的固磷能力下降,使得消落带土壤磷吸附强度因子K、磷最大吸附量Qmax和最大缓冲容量MBC分别下降了66.70%、39.26%、79.80%。XRD分析和土壤颗粒比表面积分析表明去除氧化铁后消落带土壤除氧化铁减少外,其他物相组成基本不变,消落带土壤比表面积下降了27.07%,故氧化铁是影响土壤比表面积和磷吸附解吸能力的重要因素。去除氧化铁后,土壤磷吸附指数PSI下降了73.50%,磷吸附饱和度DPS增加了31.70%,土壤磷的流失风险增大,易释放到上覆水体中。(3)淹水后消落带土壤Eh、pH、OM、Fed含量下降,Feo含量增加,土壤理化性质变化引起上覆水体Eh和pH下降。与淹水前相比,因消落带土壤中的磷向上覆水体释放,使得充氮气组上覆水TP含量升高了0.14~0.20 mg/L,高于未充氮气组的0.08~0.12 mg/L。与淹水前相比,充氮气组Fed含量减少了29.52%,降幅大于未充氮气组的20.47%,Feo含量增加了10.07%,增幅小于未充氮气组的47.42%,淹水后结晶态铁向无定形铁转化。还原淹水环境下消落带土壤中Fe3+氧化物还原溶解使得淹水后充氮气组Fe-P和Oc-P含量减少了14.95%、1.88%,降幅大于未充氮气组的13.62%、1.36%,同时,氧化铁结合的磷释放使得充氮气组Olsen-P含量增加了15.68%,增幅高于未充氮气组的13.28%。淹水后土壤磷活性和释放风险增加,土壤无机磷形态发生变化。相对于未充氮气组,充氮气组较强的还原淹水环境下,淹水后土壤Fed、Olsen-P、无机磷形态变化更大,释放到上覆水体的TP含量更高,揭示了低海拔淹水时长较长的消落带土壤可能因淹水环境还原性较强而导致淹水条件下磷的释放风险更大。
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