三峡库区澎溪河流域消落带土壤磷形态及转化特性研究

摘要

消落带作为陆地和水生生态系统的过渡区，是生态系统中营养物质转化的活跃场所。经历周期性的淹水和落干，消落带土壤理化性质和环境条件发生改变，进而对消落带土壤磷素循环过程有重要影响。因此，全面地研究不同高程、深度和时期消落带土壤磷形态分布及转化特性，对进一步了解消落带土壤磷素的转化及源汇转换具有积极意义。　　选取三峡库区澎溪河流域消落带土壤为研究对象，分析了消落带土壤理化性质，研究了不同高程、不同深度和不同时期消落带土壤磷形态，探讨了外源磷在消落带土壤中形态的转化特性，并采用薄膜扩散梯度（DGT）技术研究了消落带土-水界面磷释放特性。论文获得了以下主要结论：　　（1）不同高程消落带土壤TP含量为471.60~783.04 mg/kg。175 m岸边土壤Bio-P含量显著大于各高程消落带土壤，各高程消落带土壤Bio-P含量无显著差异，表明经历淹水和落干，消落带土壤Bio-P向上覆水体中释放。不同高程消落带土壤磷形态与pH和Feox含量呈极显著相关。不同高程消落带土壤经历的淹水时长不同，使得不同高程消落带土壤pH和Feox含量存在差异，进而影响了磷形态在高程上的分布。消落带0~5 cm表层土壤TP含量均值为667.39mg/kg，高于中下层土壤TP含量均值602.85 mg/kg。消落带表层土壤Ex-P、Al-P、Fe-P含量显著大于中下层土壤，消落带土壤各磷形态均具有表层富集特征。不同深度消落带土壤磷形态主要与粒径分布呈显著相关，表明主要是土壤粒径分布影响了不同深度消落带土壤磷形态，而泥沙沉积影响了消落带土壤粒径分布。淹水后消落带土壤 Al-P、Fe-P含量显著小于淹水前，表明经历淹水后消落带土壤Al-P、Fe-P向上覆水体中释放。不同时期消落带土壤各磷形态含量与粒径分布和 OM 含量呈显著相关。淹水和落干过程会改变消落带土壤理化性质，使得不同时期消落带土壤粒径分布和 OM 含量存在差异，进而影响了磷形态在不同时期的分布。　　（2）添加外源磷后消落带土壤Olsen-P、Ex-P、Al-P和Fe-P第一天达到最大值，随时间的推移，消落带土壤 Olsen-P、Ex-P、Al-P 和 Fe-P 含量逐渐降低，而Oc-P和Ca-P含量缓慢增加，表明外源磷加入到消落带土壤中，优先转化为活性较高的磷形态，随后向稳定的磷形态转化。30天后，Ex-P、Al-P、Fe-P线性拟合方程的斜率较小，而Oc-P、Ca-P线性拟合方程的斜率较大，表明外源磷加入消落带土壤中Ex-P、Al-P、Fe-P增加量较小，Oc-P和Ca-P含量增加量较大。随着时间的推移，外源磷在消落带土壤中主要转化为稳定的磷形态。风干后，消落带土壤Olsen-P含量显著增加，消落带土壤Olsen-P含量增加了10.53~172.93 mg/kg。同时，风干后消落带土壤Ex-P、Al-P和Fe-P含量显著增加，消落带土壤Oc-P含量显著减少，风干处理前后消落带土壤Ca-P含量相差不大，表明风干处理会导致较稳定的磷形态向活性较高的磷形态转化。　　（3）消落带表层土壤磷最大吸附量 Qmax 均大于中下层土壤磷最大吸附量Qmax。消落带土壤Qmax与粘粒占比和Feox含量呈显著正相关，说明消落带土壤粒径大小和 Feox 含量影响其对磷的吸附能力。不同深度消落带土壤 DGT-P 和DGT-Fe2+浓度分别为0.007~0.198 mg/L、0.014~1.915 mg/L。消落带土壤DGT-P和DGT-Fe2+呈显著正相关，表明消落带土壤DGT-P和DGT-Fe2+存在明显耦合关系。消落带土-水界面磷扩散通量Fd为0.0276~0.0821 mg/(m2·d)，表明消落带土壤向上覆水体中释放磷，表现为磷源。

目录

1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 土壤磷形态的提取

1.3 土壤磷的转化特性

1.4.1 土壤磷吸附特性

1.4.2 基于薄膜扩散梯度技术的土-水界面磷释放特性

1.5.1 研究目的与意义

1.5.2 研究内容

2 研究区域与方法

2.1 研究区域概况

2.2.1 采样点布置

2.2.2 消落带土壤采集

2.2.3 消落带上覆水采集

2.3.1 基本理化性质

2.3.2 磷形态

2.4 数据处理

3 消落带土壤磷素分布特征

3.1.1 供试土壤

3.1.2 测试方法

3.2.1 不同高程消落带土壤理化性质

3.2.2 不同高程消落带土壤磷含量

3.2.3 不同高程消落带土壤磷形态

3.2.4 相关性分析

3.3.1 不同深度消落带土壤理化性质

3.3.2 不同深度消落带土壤磷含量

3.3.3 不同深度消落带土壤磷形态

3.3.4 相关性分析

3.4.1 不同时期消落带土壤理化性质

3.4.2 不同时期消落带土壤磷含量

3.4.3 不同时期消落带土壤磷形态

3.2.4 相关性分析

3.5 本章小结

4 外源磷在消落带土壤中的转化特性

4.1.1 供试土壤

4.1.2 试验方案

4.2.1 消落带土壤Olsen-P的变化

4.2.2 消落带土壤磷形态的变化

4.3 风干对消落带土壤磷形态的影响

4.3.1 消落带土壤Olsen-P的变化

4.3.2 消落带土壤磷形态的变化

4.4 本章小结

5 不同深度消落带土壤磷的吸附与释放特性

5.1.1 供试土壤

5.1.2 吸附试验

5.1.3 基于薄膜扩散梯度技术的消落带土-水界面磷释放试验

5.2 上覆水磷浓度与消落带土壤理化性质

5.3 消落带土壤磷吸附特性

5.3.1 低磷浓度下消落带土壤对磷的吸附等温线

5.3.2 高磷浓度下消落带土壤对磷的吸附等温线

5.3.3 消落带土壤磷吸附特性与理化性质相关性分析

5.4 基于DGT技术的消落带土-水界面磷释放特性

5.4.1 消落带土壤不稳定性铁分布

5.4.2 消落带土壤不稳定性磷分布

5.4.3 消落带土壤不稳定性磷与铁相关性分析

5.4.4 消落带土-水界面磷扩散通量

5.5 本章小结

6 结论与建议

6.1 结论

6.2 建议

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读硕士学位期间参加的学术交流

C. 论文不同方法所表示的磷形态汇总

D. 学位论文数据集

致谢