论文部分内容阅读
太湖流域是我国经济最发达的地区之一,同时也是酸沉降最为严重的区域之一。此外,流域农业氮肥的大量使用也是导致土壤酸化的重要因素。在酸沉降和氮肥施用的双重作用下,流域酸化效应对流域水环境产生了显著影响。本研究在对太湖天然水化学变化研究的基础上,以钙、镁为主要研究对象,分析流域酸沉降和氮肥的酸化作用对流域碳酸盐岩的溶蚀,以及对太湖水体和沉积物Ca、Mg(硬度)的影响。为了揭示流域酸化作用对水体钙镁(硬度)的影响,对太湖流域酸沉降、土壤和太湖水质历史资料(1980-2018年)以及野外采样数据(2017-2018年)进行统计分析。结果表明:流域酸沉降作用加快碳酸岩盐的溶蚀,引起水体Ca2+、Mg2+的升高。同时流域酸沉降和氮肥的叠加作用能够进一步较快碳酸盐岩的溶蚀,但相比较流域酸沉降,酸化的叠加作用只影响农业土壤。通过对文献数据的收集分析发现,由于流域控制酸性气体排放以及减少氮肥的施用量,仅受酸沉降影响的林地土壤pH近20年来变化不明显,但受酸沉降和氮肥共同作用的农业土壤近40年来呈显著降低趋势(p<0.01)。通过采样对流域农业土壤(受酸沉降和氮肥酸化作用)和林地土壤(受酸沉降酸化作用)的理化性质、不同形态氮和Ca、Mg赋存形态的分析表明:农业表层(0-15 cm)土壤pH显著低于林地表层(0-15 cm)土壤pH(p<0.05),深层则相反;农业表层(0-15 cm)土壤铵态氮、硝态氮、总氮均显著高于林地表层(0-15 cm)土壤(p<0.05),而农业深层土壤硝态氮和总氮显著高于林地深层土壤,铵态氮则相反,是由于氮转化导致的结果。由于土壤在氮转化中产生硝化作用和反硝化作用,整个剖面上(0-51 cm),土壤pH与铵态氮、硝态氮、总氮呈显著负相关(p<0.05),土壤有机质与铵态氮、硝态氮、总氮呈显著正相关(p<0.05)。农业表层(0-15cm)土壤和深层(>15cm)土壤可交换态Ca、Mg、酸提取态Ca、Mg和总Ca、Mg均显著低于林地表层和深层(p<0.05),剖面上则无显著性差异,这是由于农业土壤酸化作用要强于林地土壤。进一步分析表层土壤(0-15 cm)酸化作用对Ca、Mg的影响发现,农业土壤Ⅰ层(0-9 cm)不同形态的Ca、Mg显著低于Ⅱ层(9-15 cm),林地土壤则无显著性变化。剖面上交换态Ca(27.01%-30.15%)>酸提取态(2.31%-3.52%),交换态Mg(5.34%-6.64%)>酸提取态(0.28%-1.66%),两种形态Ca、Mg占总量的比值基本不变。太湖水体Ca2+、Mg2+对流域酸化作用已经有所响应。近40年来,水体中Ca2+、Mg2+浓度呈现显著增长的趋势(p<0.01),年平均增长率分别为0.75 mg/(L·a)和0.16 mg/(L·a)。由Mann-Kendall突变分析可知,水体Ca2+、Mg2+浓度大致分为两个阶段:第一阶段为1996年以前,水体Ca2+、Mg2+浓度有所增长,平均值分别为22.45 ± 3.36 mg/L和6.47±0.47 mg/L;第二阶段为1996-至今,水体Ca2+、Mg2+浓度增长明显,平均值分别为36.68±6.97 mg/L和9.70±1.53 mg/L。通过计算可知,水体中Ca2+、Mg2+主要来源于流域碳酸盐岩,其次是污水排放,而大气降水的影响较小。沉积物对流域的酸化作用也表现出对应性,表现为表层沉积物(0-10 cm)Ca、Mg均显著高于深层沉积物(>10cm)。同时沉积物的理化性质对沉积物Ca、Mg也有所影响,结果为在整个剖面上(0-50 cm)沉积物Ca、Mg与pH呈负相关(p<0.05),与有机质呈正相关(p<0.05),这是由于有机质有利于吸附而酸性条件促进Ca、Mg的释放。流域酸沉降和氮肥这两种因素产生的酸化作用,对水体Ca2+、Mg2+具有重要影响。目前水体Ca2+、Mg2+(硬度)的仍持续增长并且水体电导率与水体Ca2+、Mg2+浓度呈现显著正相关(p<0.01),若不加以控制将会引起饮用水安全的问题和水体盐渍化风险。因此控制流域的酸化应该引起足够的重视。