三峡库区消落带土壤磷吸附特性及淹水—落干周期下的变迁

摘要

三峡水库自建成后，在库区形成落差30m的消落带，由于消落带土壤受到周期性的淹水-落干作用，其理化性质等随之发生变化，使土壤吸附特性也发生相应改变，沿岸较高肥力水平的消落带土壤在淹水后可能持续释放磷到上覆水体中而产生面源污染。本文以2010-2011年不同月份采自三峡小江沿岸7个监测点的不同海拔(5个海拔)消落带土壤为研究对象，研究了土壤的基本理化性质、非晶形氧化铁、游离氧化铁、土壤磷最大吸附量(Qm)、水-土界面磷分离系数(Kp)、土壤本底磷吸附量(NAP)、磷零点吸附平衡浓度(EPC0)等的变化，从而揭示三峡库区消落带土壤磷素潜在的流失风险及其环境影响。主要结果如下：
　　 1)小江流域从上游到下游，土壤磷的最大吸附量(Qm)、水-土界面磷分离系数(Kp)有降低的趋势，分别从165.1mg/kg、236.1L/kg降低至130.7mg/kg、79.5L/kg，黄壤的Qm、Kp分别为151.3mg/kg、279.5L/kg，较紫色土均值132.0mg/kg、119.8L/kg大，紫色土坡地土壤的Qm、Kp较平坝土壤大，利用修正后的Langmuir方程的拟合效果较好，相关系数在0.95以上；
　　 2)消落带土壤淹水后，土壤pH、有机质及速效磷、全磷、非晶质铁、游离氧化铁、粘粒含量增加，土壤的本底磷吸附量(NAP)、磷最大吸附量(Qm)增加。双江坡、高阳桥监测点各海拔土壤的Qm分别增加了10～180mg/kg，且150m海拔土壤的增幅最为明显，分别达174.0和181.5mg/kg，说明淹水时间越长，增幅越显著；
　　 3)消落带土壤落干后，监测点各海拔土壤的有机质、速效磷、非晶形铁、游离氧化铁及粘粒含量、本底磷吸附量(NAP)、磷最大吸附量(Qm)较淹水期的值明显降低，各监测点土壤Qm的降幅在4％～60％；
　　 4)消落带土壤经过一个“淹水-落干”周期后，双江坡、高阳桥监测点各海拔土壤的Qm、NAP均值分别增加了40.4、3.76mg/kg，Kp均值则降低了9.49L/kg，两监测点170m、165m海拔土壤的铁活化度降低，而150m海拔土壤的铁活化度明显升高，增幅分别达12.4％和94.5％，说明消落带土壤经一个“淹水-落干”周期后，土壤磷吸附容量增加，但土壤中的磷较易进入水体，磷污染的环境风险增大；
　　 5)消落带土壤淹水后，尽管磷零点吸附平衡浓度(EPC0)较高，但仍明显低于同期上覆江水中磷浓度，可以从江水中吸附磷，发挥“磷汇”的作用，但经一个“淹水-落干”周期后，土壤的EPC0升高，消落带土壤磷向江水的再释放风险增加。
　　 从以上的研究结果可以看出，三峡库区消落带土壤尽管可以从江水中吸附磷，但仍存在较大的磷再释放风险，在水库“蓄清排浊”的运行方式下，这种风险增大，应引起重视。

目录

文摘

英文文摘

1 前言

1.1 三峡消落区的基本概况

1.2 消落带水体磷营养状况

1.3 影响磷吸附过程的主要因素

1.3.1 土壤理化性质对磷吸附的影响

1.3.2 土壤环境条件的影响

1.4 三峡库区磷素流失的环境风险

1.5 研究目的和意义

2 材料和方法

2.1 采样点概况及实验样品采集

2.1.1 采样点概况

2.1.2 样品采集

2.2 实验方法

2.2.1 土壤基本理化指标的测定

2.2.2 土壤无定形及游离氧化铁的测定

2.2.3 土壤对磷的等温动力学吸附

2.2.4 土壤对磷的等温吸附

2.2.5 磷吸附实验拟合方程

2.2.6 数据统计及分析

3 结果与分析

3.1 消落带土壤基本理化性质变化

3.1.1 消落带土壤落干后的pH、有机质等的变化

3.1.2 消落带土壤经落干-淹水－落干后pH、有机质等的变化

3.1.3 消落带土壤粘粒含量的变化

3.2 消落带土壤中铁含量变化

3.2.1 消落带土壤无定形氧化铁含量变化

3.2.2 消落带土壤游离氧化铁含量变化

3.2.3 消落带土壤铁活化度的变化

3.3 供试消落带土壤对磷的吸附

3.3.1 磷的等温动力学吸附

3.3.2 消落带土壤的磷等温吸附及参数计算

3.4 消落带土壤磷最大吸附量变化

3.4.1 消落带土壤落干后的磷最大吸附量变化

3.4.2 消落带土壤落干－淹水－落干后的磷最大吸附量变化

3.5 消落带土壤KP、EPC0等参数的变化

3.5.1 消落带土壤落干后Kp、EPC0等参数的变化

3.5.2 消落带土壤落干－淹水－落干后Kp、EPC0等的变化

4 讨论

5 结论

参考文献

致谢