三峡库区消落带土壤磷的有效性及磷的固定研究

摘要

三峡水库自2003年运行后，采用“非汛期拦蓄清水发电、汛期泄洪排沙”的“蓄清排浑”的年水位调度方式，每年十月开始蓄水，十二月到一月达到最高水位值175m，六到九月为水位最低值145m，这样一年内在三峡库区就形成垂直落差达30m，面积达437～446 km2（5月底至9月底）的反复经历淹水-落干-淹水的土壤带—消落带，消落带处于水陆生态系统的过渡地带，是一类特殊的湿地生态系统，周期性水位涨落及人为因素的作用，造成了消落带土壤性质的改变以及一系列生态问题的出现，这些问题不仅影响了三峡水库的安全运行，而且直接影响到长江中下游经济发达地区的水环境安全。以往研究较多着重于对消落带土地的高效利用，淹水-落干-淹水后的土壤性质变化以及消落带适生植物的筛选等方面，但对消落带土壤磷的生物有效性及有效磷的固定方法研究较少。因此，本文以三峡库区消落带土壤为研究对象，采用盆栽试验研究了消落带土壤磷的生物有效性，通过室内模拟方法研究了不同pH、温度、扰动等条件下土壤磷的释放，以及通过添加石灰、硅渣、生物质灰渣、铁盐（三氯化铁）研究了外源物质对消落带土壤有效磷的固定及形态变化特征。旨在降低三峡库区消落带土壤有效磷含量，降低水体富营养化发生机率，从而为保障三峡水库生态环境安全提供理论依据。主要结论如下:
　　①盆栽试验表明，施磷水平在30～210 mg/kg范围内，莴笋产量随施磷量的增加显著增加，较处理2(NP0K)增产78％～174％，表明在施用相同氮、钾肥的基础上，增施磷肥可提高莴笋产量;不同施磷水平下，植株全磷含量表现为茎＞叶，茎全磷含量随施磷水平增加而逐渐增大，其中处理9(NP210K)含量（13.3 g/kg）最高，高出处理2(NP0K)60％，而各处理间叶全磷含量无明显差异;不同施磷处理，叶的磷吸收量均大于茎，且茎、叶磷吸收量均明显高于处理2(NP0K)，表明施磷有助于莴笋吸磷。与对照相比，土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P及Fe-P含量随施磷水平的增加，其变化幅度较大，整体有增大的趋势，其中以处理9的Ca2-P、Ca8-P、Al-P及Fe-P含量最高，而各处理间O-P和Ca10-P的差异不大;通过不同处理下土壤各形态无机磷含量与莴笋茎、叶磷吸收量的相关分析可知，莴笋茎磷吸收量与Fe-P及Ca2-P达极显著水平，相关系数r分别为0.946、0.874，与Al-P达到显著水平，r=0.673，而莴笋叶磷吸收量仅与Fe-P含量呈显著相关，r=0.674。通过不同施磷水平下，各形态无机磷与莴笋磷吸收量及莴笋株高、产量的相关性分析表明，各形态无机磷的生物有效性表现为Fe-P＞Ca2-P＞Al-P＞Ca8-P＞O-P、Ca10-P。
　　②淹水条件下，不同pH、温度、扰动处理对土壤磷的释放影响有较大的差异，pH=3，pH=9，pH=11处理下土壤磷的总释放量分别比对照(pH=6)高62％，333％及669％，与对照相比，中性条件(pH=7)及酸性条件(pH=5)处理下释放量较低，分别低于对照的6％，36％;不同温度条件处理下，表现为随着温度的升高土壤磷的释放量显著增加，35℃处理磷的释放总量比20℃处理高10％，5℃处理磷的释放总量比20℃处理低46％;扰动情况下，磷的总释放量比不扰动的低18％，但25天后扰动处理下土壤磷释放量逐渐高于对照。因此，过酸过碱，相对高温及长时间的扰动，土壤磷的释放量会加大。
　　③不同pH、温度及扰动处理对土壤无机磷的形态有较大的影响。与CK相比，不同pH处理土壤无机磷总量均增加，其中碱性(pH=9)处理的土壤无机磷总量最高，比对照高21％，酸性(pH=3、pH=5)和中性(pH=7)处理的土壤无机磷总量分别增加了16％和8％;对土壤中各形态无机磷而言，酸性条件(pH=3、pH=5)有利于Fe-P和O-P累积，中性条件(pH=7)有利于Al-P和O-P累积，而碱性条件(pH=9、pH=11)有利于Ca2-P、Al-P和O-P的累积。在不同温度梯度处理下，35℃处理的土壤无机磷总量最高，较对照高24％，且以Ca2-P、Al-P、O-P及Ca10-P的增加为主。外界扰动使土壤无机磷总量增加了16％，各形态无机磷也相应增加。
　　④添加外源物质可降低土壤有效磷含量，通过室内模拟试验可知，添加三氯化铁和石灰能明显降低土壤中有效磷的含量，其中三氯化铁较对照降低明显，T1（土∶外源物=1∶0.25），T2(1∶0.5)，T3(1∶0.75)分别降低了92％，96％和98％;添加石灰S3(1∶0.75)和硅渣G3(1∶0.75)同样降低了土壤有效磷含量，较对照分别降低了17％和5％，而添加中低比例硅渣增加了土壤有效磷含量;随生物质灰渣（锯木灰渣）添加比例的增大，并没有达到固磷的预期效果，反而使土壤有效磷大量增加，其中H1、H2、H3处理的有效磷含量高达516.6 mg/kg、648.3 mg/kg和691.4 mg/kg。在添加比例相同的条件下，三氯化铁处理较石灰、硅渣和锯木灰渣而言，固磷效果较好，特别在高比例条件下，效果更加明显。
　　⑤添加不同外源物质对土壤无机磷形态的影响不同。三氯化铁T1、T2、T3处理的无机磷总量明显降低，与对照相比分别减少了26％，46％，46％，且各形态无机磷中以Ca2-P、Al-P、Ca10-P的降低最为明显;对硅渣而言，G1、G2、G3处理的土壤无机磷总量分别较对照降低33％，39％和35％，可见G2处理效果较好，其主要抑制了Ca10-P、Fe-P和Ca2-P三种形态磷的累积;石灰S1、S2、S3处理能抑制各无机磷的累积量，以S3处理效果最为明显，对各形态无机磷的抑制效果为:Al-P＞Fe-P＞Ca8-P＞O-P，其中Al-P较对照相比降低103％;锯木灰渣不能有效抑制无机磷累积，反而增加了土壤无机磷含量。可见三氯化铁主要以固定减少Ca2-P、Al-P、Ca10-P为主，石灰主要以固定Al-P、Fe-P、Ca8-P及O-P为主，硅渣主要以固定Ca10-P，Fe-P，Ca2-P、O-P为主。综上所述，四种外源添加物中，以三氯化铁处理效果最好，但考虑到高含量FeCl3对底泥及其微生物群落的影响，应依据具体的水体环境特点选取介于对照与T1或T1与T2之间的三氯化铁含量。

目录

声明

论文说明

摘要

第1章 文献综述

1．1 三峡库区水体富营养化水平及其危害

1．1．1 污染现状

1．1．2 污染来源及主要污染形态

1．2 影响沉积物磷释放的环境因素

1．2．1 水体pH值

1．2．2 水体溶解氧(DO)

1．2．3 水体温度

1．2．4 光照

1．2．5 水体扰动

1．3 主要防治对策

1．3．1 外源性污染控制措施

1．3．2 内源性污染控制措施

1．4 增加外源性物质对土壤磷素的固定研究

1．4．1 石灰

1．4．2 灰渣

1．4．3 铁盐

1．4．4 硅渣

1．5 展望

第2章 绪论

2．1 研究目的和意义

2．2 研究目标

2．3 研究内容

2．4 技术路线

第3章 材料与方法

3．1 样品采集地概况

3．2 试验材料

3．2．1 供试土壤的基本性质

3．2．2 测定项目与方法

3．3 数据处理

第4章 土壤磷的生物有效性研究

4．1 材料与方法

4．2 结果与分析

4．2．1 不同施磷水平对莴笋产量的影响

4．2．2 不同施磷水平对莴笋茎、叶养分含量的影响

4．2．3 不同施磷水平对莴笋茎、叶养分吸收量的影响

4．2．4 不同施磷水平各形态无机磷含量与土壤有效磷的关系

4．2．5 不同施磷水平下土壤各形态无机磷含量的变化

4．2．6 不同施磷水平各形态无机磷与莴笋磷吸收量的关系

4．2．7 不同施磷水平各形态无机磷与株高、产量间的关系

4．3 小结

第5章 淹水条件下土壤磷释放影响因素及无机磷形态变化

5．1 试验方法

5．2 结果与讨论

5．2．1 上覆水体不同pH值对消落带土壤磷释放的影响

5．2．2 上覆水温度变化对消落带土壤磷释放的影响

5．2．3 扰动对消落带土壤磷释放的影响

5．2．4 不同处理土壤有效磷含量与磷的总释放量对应关系

5．2．5 不同处理下土壤各无机磷形态含量变化

5．3 小结

第6章 添加外源物质对土壤有效磷及磷形态的影响

6．1 材料与方法

6．2 添加外源物质对土壤有效磷含量的影响

6．3 添加外源物质对土壤无机磷组分含量的影响

6．4 淹水-落干-淹水过程土壤有效磷的变化

6．5 小结

第7章 结论与存在问题

7．1 结论

7．2 存在问题

参考文献

致谢

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