三峡库区澎溪河流域消落带土壤磷赋存形态及吸附特性研究

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三峡库区消落带是特大型、不稳定新生水陆交错带,严重的水土流失和频繁的反季节干湿交替使得消落带土-水界面物质交换活跃,界面过程复杂。磷素是水体富营养化的主要限制因素,目前消落带土壤磷素转化、迁移和释放过程不够清楚,特别是反复淹没-出露交替作用下磷的形态变化与源汇关系的转换机制尚未查明,因此明确消落带土壤磷赋存形态及源汇关系,对防止水体富营养化具有十分重要的意义。以三峡库区澎溪河消落带土壤为研究对象,采集2015年8月和2016年5月消落带土壤,测定消落带土壤及上覆水主要理化指标,采用SMT法和C-J法对磷赋存形态进行分级提取和测定,分析了不同高程和土壤深度的磷形态分布特征,开展了吸附动力学和吸附热力学实验,探索消落带土壤和上覆水磷的源汇关系。论文获得如下主要结果:1)澎溪河消落带土壤有机质含量范围为2.60~10.94mg/g,均值为7.22mg/g,总氮含量范围为0.27~0.39g/kg,均值为0.32g/kg,有机质和总氮含量均处于较低水平。消落带上覆水总磷均值为0.15mg/L,溶解性磷浓度均值为0.09mg/L,总氮均值为1.39 mg/L,TN/TP值为7~14,具有较高的水华风险。2)澎溪河消落带土壤TP含量范围为320.27~680.62mg/kg,均值为452.76mg/kg,显著低于岸边土壤TP含量585.16mg/kg。沿着高程175m降至145m,消落带土壤TP含量呈现递减趋势,可能与消落带土壤受到淹没时间的长短有关。随着深度从0cm增加至20cm,消落带土壤TP含量呈现递减趋势,可能与其在淹水状态下不断的沉积作用和污染物随地面径流下渗的影响有关。消落带土壤在淹水后TP含量显著下降,可能是因为淹水状态下磷元素迁移到上覆水中的缘故。消落带土壤无机磷含量均值为426.03 mg/kg,占TP的76.78%~94.7%,有机磷Or-P含量均值为82.05 mg/kg,占TP的5.3%~23.22%,磷形态以无机磷为主。采用C-J法提取的消落带土壤磷形态含量大小为Ca-P>Fe-P>Al-P>O-P>Ex-P,其中Ca-P含量均值为385.20 mg/kg,占TP的76.3~87.6%,为无机磷的主要形态。消落带土壤活性磷BAP包括Ex-P、Al-P、Fe-P和Or-P,含量均值为113.50mg/kg,占TP的8.5%~44.2%。由于BAP易发生迁移,因此消落带土壤具有一定的释磷风险。消落带土壤Ca-P含量随高程降低、以及土壤深度增加均呈现递减趋势。淹水可以导致消落带土壤中Ex-P和Al-P释放,但对O-P和Ca-P影响较小。相关性分析表明,消落带土壤Ca-P与TP、IP呈极显著正相关,表明Ca-P为TP和IP的主要来源,TP和IP含量的增加主要来自Ca-P的增加。BAP与Al-P、Or-P呈显著正相关,表明Al-P和Or-P为BAP的主要来源,BAP含量随Al-P和Or-P含量的增加而增加。TN与Al-P、BAP呈显著正相关,由于土壤BAP和Al-P测定方法复杂,而TN测定方法简单,表明一定程度上可用TN指示BAP值的大小。3)消落带土壤对磷的吸附在0~2h发生快吸附,2~24h发生慢吸附,24h达到吸附平衡,与准二级动力学模型拟合度最好。消落带土壤对磷的最大吸附量Qmax为137.79~603.92mg/kg,均值为305.05mg/kg,磷净吸附浓度值EPC含量介于0.045~0.120mg/L之间,均值为0.069mg/L。整体上消落带土壤EPC小于上覆水中的SRP值,表明消落带土壤经过长时间淹水后,此时呈现吸附磷状态,在没有外源磷流入的情况下,表现为土—水系统中磷的“汇”。
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