水位涨落对三峡水库消落带土壤生源要素及重金属含量影响

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生源要素C、N、P和重金属是土壤生态系统生物地球化学循环核心元素,其生态分布及元素间比值直接或间接地指示土壤生态环境质量。三峡水库消落带是因三峡水库“蓄清排浑”运行方式下水位涨落而使得周边的土地周期性地淹水和出露的水陆衔接地带。研究三峡水库消落带土壤生源要素C、N、P和重金属含量及其与水位变化关系对这一特殊区域面源污染防治和生态恢复具有重要现实意义。  本文以三峡水库忠县消落带为研究对象,分析了土壤SOM、TN(全氮)、AN(速效氮)、TP(全磷)、AP(速效磷)、Cu、Zn、Cr含量在不同淹水深度或出露期间动态变化,评估了Cu、Zn、Cr、Cd、As、Hg潜在生态危害风险,并在全球尺度上探讨了植物生活型和消落带植被宽度对土壤N素截留去除能力影响。结果表明:  (1).水位涨落增加了三峡水库消落带生态系统土壤SOM的矿化、N的转运、P的贮存能力。随着水位梯度变化,土壤SOM、TN、AN、C∶P、N∶P有随淹水深度增加而逐渐下降趋势,TP、AP、C∶N有随淹水深度增加而逐渐上升的趋势。长期淹水土壤SOM、TN、AN含量明显低于短期淹水。SOM与TN有极显著正相关关系(P<0.001)、但与TP仅有微弱统计学相关系数(P>0.05)。TP较SOM、TN对C∶N、C∶P、N∶P有更大的Person相关系数(P<0.001)。  (2).水位涨落影响了三峡水库消落带土壤Cu、Zn、Cr相对赋存形态及其生物有效性,进而改变消落带土壤对Cu、Zn、Cr富集能力。长期淹水土壤Cu、Zn含量远远高于短期淹水和未淹水土壤,但Cr在不同淹水深度则略有变化。从更长时间尺度来看,土壤Cu、Zn、Cr含量有随三峡水库运行而逐渐增加的趋势。  (3).水位涨落使三峡水库消落带土壤SOM、TP、AP、Cu、Zn、Cr含量在出露期间具有明显季节变化。出露后不同时期Cu变异较大,并呈现出显著的统计学差异;SOM、Zn在出露中期远远高于出露初期和出露末期;TP、AP含量在出露末期明显低于出露中期,Cr在出露初期也显著高于其它时期;TN、AN则在整个出露期间略有变化。  (4).水位涨落增加了三峡水库消落带土壤Cd、As、Hg交叉污染风险。位于内梅罗单因子污染指数、地累积指数、潜在生态危害指数前3位重金属为Cd、As、Hg,7种重金属元素内梅罗综合污染指数显示污染等级为重度污染,潜在生态风险指数结果为中等生态危害。  (5).以草本植被为优势群落三峡水库消落带能有效实现消落带生态系统N素截留和转化。不同植被构成消落带土壤N素截留去除能力没有明显变化,但单一木本或草本植物群落对N素截留和转化效率有随植被宽度增加而上升的趋势。植被宽度是消落带土壤N素截留去除关键因子。
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