三峡水库消落区、河岸带土壤和植被特征差异及其影响因素分析

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:ln466985609
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为了达到防洪、发电、灌溉和航运等目的,人们在河流上构筑了70000多座大坝。大坝对生境和生物多样性的累积影响逐渐凸显,受到广泛关注。三峡水库2010年达到正常蓄水位175 m,在形成221.5亿m3防洪库容的同时,在库周形成了面积为300余km2消落区。与世界范围内众多河流上大坝一样,水库蓄水运行显著改变了河流的水文节律,对沉积物、土壤生境和植物群落结构产生了重大影响。三峡水库消落区土壤类型繁多,生境异质性高,沉积物复杂,人类活动影响大,全面掌握消落区土壤和沉积物理化特性的空间变化规律尚需更多的数据支撑,而且大多数文献仅仅研究沉积物,或者消落区,不同研究采用的测试方法和调查样点不同,其结果可比性差。本文将20092017年的野外调查分析和水淹-落干-再水淹原位试验结合,从横向(沉积物、消落区及邻近高程区域)和纵向(从回水末端至三峡大坝)角度,研究三峡工程周期性蓄水条件下,消落区与河岸带土壤生境差异、植被特征差异及其影响因素,分析土壤氮、磷和重金属形态及其变化规律。研究结果表明:(1)周期性水淹-出露改变了消落区与河岸带的土壤理化性质。20092017年间,高程150 m区域土壤pH均值变化不大,有机质和全氮、碱解氮和全磷含量下降,而有效磷含量呈增加趋势。高程170 m区域,土壤pH、有机质、全氮、碱解氮含量随年际变化呈下降趋势,但有效磷含量呈上升趋势。高程160 m区域土壤理化性质没有明显的变化规律。消落区土壤pH低于河岸带土壤,而土壤容重、有效磷和有效钾含量均值大于河岸带。(2)周期性水淹-出露改变了消落区与河岸带植物群落组成、生活型、优势种分布特征。三峡水库蓄水后,小江消落区有维管束植物146种,隶属于116属38科,其中菊科种类最多(占总物种数的17.12%),禾本科(16.43%)、豆科次之(6.85%),生活型以一年生草本为主(53.42%),多年生草本次之(38.36%),优势种主要有苍耳、香附子、狗牙根等,影响消落区植物重要值的主要环境因子为高程和土壤碱解氮。河岸带有维管束植物171种,隶属于155属、69科,其中禾本科种类最多(11.11%),菊科(9.36%)和蔷薇科次之(5.26%),生活型以多年生草本为主(42.69%),一年生草本次之(25.73%),优势种主要有金发草、枫杨、小梾木和苦楝等,影响河岸带植物重要值的环境因子主要是高程和土壤有机质。(3)水淹-落干-再水淹期间,消落区土壤氮形态及含量发生了显著变化。与未水淹处理的土壤相比,全氮和酸解全氮含量均值增加,而氨基糖态氮含量均值下降。随着水淹深度的增加,土壤全氮、酸解全氮含量呈增加趋势,氨基糖态氮、铵态氮和硝态氮含量呈下降趋势。土壤脲酶与全氮、氨基酸态氮,酸解氨态氮,硝态氮显著正相关,与非酸解氮显著负相关。硝酸还原酶与全氮、酸解全氮显著负相关。亚硝酸还原酶活性与酸解全氮、氨基酸氮和酸解氨态氮显著正相关,羟胺还原酶活性与硝态氮显著正相关。(4)水淹-落干-再水淹,改变了消落区土壤磷形态及含量。与未水淹土壤相比,淹水处理的土壤TP、Ca8-P含量下降,Ca8-P占全磷的百分比均值下降了16.05%,但Ca2-P,Fe-P占全磷的百分均值反而增加了3.91%和8.50%。无机磷形态占TP的百分比从大到下排序为Fe-P>Al-P>Ca2-P>Ca8-P。(5)从三峡水库回水区末端至三峡坝前,沉积物全磷(TP)、NaOH-P含量呈增加趋势,HCl-P呈下降趋势,而消落区土壤和邻近高程区域(180-200 m)土壤各形态磷含量没有呈现出明显的空间变化规律。沉积物中各种形态磷含量均值最高,消落区土壤次之,邻近高程区域土壤最低。沉积物、消落区土壤和邻近高程区域土壤中HCl-P是最主要的磷形态,占总磷的50.00%以上。邻近高程区域土壤各形态磷的变异系数最高,具有较高的空间异质性。(6)三峡水库沉积物重金属沉积物金属Cd、Cu、Cr、Zn、As、Pb全量均值最高,分别为1.06±0.31、60.87±25.55、106.18±11.64、157.96±40.30、13.21±3.3、68.19±25.34 mg·kg-1。从上游至下游,沉积物样品Cd、Cu全量呈增加-下降趋势,Zn全量呈增加趋势,Cd、Cu、Zn可氧化态含量呈下降趋势。消落区土壤和邻近高程区域土壤样品金属Cu和Zn全量呈下降趋势,Cd、Cu、Zn可氧化态含量呈下降趋势,Cr呈增加-下降趋势。从横向分布格局看,沉积物金属Cd、Cu、Cr、Zn全量均值最高,消落区次之,邻近高程最低,而可交换态、可还原态、可氧化态含量均表现出了相同的分布格局。风险评价结果表明金属Cd的潜在风险系数远大于其它金属。总之,本研究阐明了三峡水库消落区、河岸带土壤生境及植被特征差异及其影响因素,揭示了消落区土壤、邻近高程区域土壤以及沉积物磷、重金属形态及其分布规律,为全面、客观评价三峡水库消落区土壤及沉积物理化特性的演变趋势及其累积与释放风险,科学认知大型水库消落区的生态演变过程提供了科学依据。
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