【摘 要】
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降雨过程中,降雨溅蚀和径流冲刷导致表层土壤中磷在固相和液相充分混合,土壤中的磷通过解吸的方式向水体释放,造成农业非点源污染。土壤磷向水体的释放是一个受多因素影响的复杂过程,与降雨径流特性、土壤基本性质及吸附特性密切相关。通过土壤磷水溶释放试验模拟地表径流条件下磷向水体的释放,有助于进一步了解土壤磷流失机理。因此,本研究以丹江口水源地不同质地土壤为研究对象,通过在不同水土比、振荡时间和初始磷含量条件
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“坡面侵蚀泥沙磷富集率对降雨—径流—土壤混合深度的响应”(项目编号 42077067);
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降雨过程中,降雨溅蚀和径流冲刷导致表层土壤中磷在固相和液相充分混合,土壤中的磷通过解吸的方式向水体释放,造成农业非点源污染。土壤磷向水体的释放是一个受多因素影响的复杂过程,与降雨径流特性、土壤基本性质及吸附特性密切相关。通过土壤磷水溶释放试验模拟地表径流条件下磷向水体的释放,有助于进一步了解土壤磷流失机理。因此,本研究以丹江口水源地不同质地土壤为研究对象,通过在不同水土比、振荡时间和初始磷含量条件下土壤磷释放特征的对比研究,探明不同地表径流条件下土壤磷释放的变化规律,并结合土壤基本理化性质和土壤磷吸附特征,探究磷释放的影响因素。主要结论如下:(1)丹江口水源地20个土样在水土比25:1和振荡时间2 h条件下的磷释放量受到黏粒、粉粒、砂粒、p H、全磷和有效磷含量的影响,表现为与黏粒、粉粒和p H呈负相关关系,与砂粒、全磷和有效磷呈正相关关系。其中有效磷含量和砂粒含量是影响土壤磷释放量的关键因子。(2)对于砂质壤土、壤土、黏壤土和粉质黏土这四个质地差异的土样,磷等温吸附曲线呈现一致的变化规律,磷吸附量随平衡浓度的增加而增加。利用Langmuir、Freundlich和Temkin三种模型拟合吸附试验数据,其中Langmuir方程拟合效果最好。四个土样中砂质壤土的吸附饱和度DPS最大,说明其磷流失风险最大,其次为壤土、黏壤土,粉质黏土最小。零点吸持平衡浓度EPC0大小顺序为:砂质壤土>壤土>黏壤土>粉质黏土,范围在0.047-2.318 mg/L之间,远超出引发水体富营养化的临界值0.02 mg/L,说明四个土样均对水环境具有潜在的威胁。(3)水土比和振荡时间对磷释放量有显著影响。在设定的任一水土比(100:1-500:1)和振荡时间(5 min-240 min)条件下,四个土样的磷释放量大小呈现一致的规律:砂质壤土>壤土>黏壤土>粉质黏土。四个土壤磷释放量随时间的变化趋势一致,均呈现出前60 min快速解吸,60 min-240 min缓慢解吸的趋势,随时间的增加土壤磷释放量增大,释放量的对数与振荡时间的对数之间呈显著线性相关。四个土样的磷释放量随水土比的变化趋势一致,水土比在10:1-200:1之间时释放量快速增长,水土比在200:1-500:1之间时释放量缓慢增加。磷释放量随水土比的增加而增大,且释放量的对数与水土比的对数之间具有显著的线性相关性。可知在降雨径流条件下,随着地表径流量和径流时间的增加,水分在土壤中滞留时间增长,土壤磷和径流的相互作用更加充分,磷向水体的释放量明显增加。(4)磷释放量随初始磷含量的增加而增大。砂质壤土、壤土、黏壤土和粉质黏土分别经三个磷浓度培养后,在水土比25:1,不同时间条件下有效磷与释放量之间具有显著的线性相关性。基于以上磷释放量(Pd)与初始磷含量(P0)、振荡时间(t)和水土比(W)之间的关系,得到四个土样磷释放量的预测方程,砂质壤土为Pd=0.533P0t0.068W0.437,壤土为Pd=0.465P0t0.099W0.584,黏壤土为Pd=0.285P0t0.181W0.638,粉质黏土为Pd=0.280P0t0.179W0.614,可以用于在时间5-240min,水土比10:1-500:1条件下土壤磷释放量的预测。
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