退耕还湖后菜子湖湿地土壤铁、铝形态特征变化

摘要

高效的生产力、丰富的生物多样性以及巨大的生态系统服务价值使得湿地生态系统成为地球上重要的生态系统，其土壤、水文、植被与生物特征也有别于其他生态系统，并在调节水量、净化水质、维持生物多样性和生物地球化学循环等方面发挥巨大的环境功能和产生丰厚的环境效益。湿地土壤Fe作为植物生长所必需的微量营养元素，其溶解性和有效性的提高可显著改善土壤养分状况，增加土壤肥力。湿地土壤铝的存在形态直接影响土壤的结构和性质，进而影响着湿地生物和整个湿地生态系统。本文选取安庆菜子湖区退耕3、5、7、9、11、21年的湿地土壤为研究对象，以仍耕作油菜地和原始自然湿地土壤为对照，对0-5cm土层、5-15cm土层土壤铁、铝的形态分布特征和生物有效性变化进行了研究，旨在阐明退耕后湿地土壤不同形态铁、铝的变化趋势及其环境效应变化，为退化湿地生态恢复的管理提供科学依据。主要结论如下：
　　1湿地土壤铁的分布特征：
　　（1）湿地土壤Tot-Fe含量在18.50-38.41g/kg之间，土壤铁形态中以RES-Fe为主，含量在17.09-30.84g/kg之间，占土壤铁形态总量的73.91％-85.42%；RED-Fe次之，含量在3.67-4.48g/kg之间，占形态总量的比例为10.13%-17.21%；OM-Fe含量在0.87-3.09g/kg，占形态总量的比例为3.30%-10.04%；EXC-Fe和CARB-Fe较少，含量分别在0.015-0.145g/kg和0.007-0.369g/kg之间，占形态总量的比例较低，分别为0.04-0.63%和0.02%-1.46%。
　　（2）湿地土壤Tot-Fe含量在退耕3a内有所下降，随后随退耕年限增加呈先增加后减少的趋势；湿地土壤EXC-Fe和CARB-Fe含量在退耕初期增加，在退耕3-21a呈先降低再升高的趋势；湿地土壤RED-Fe在退耕后含量变化幅度较小，总体上在缓慢升高；湿地土壤OM-Fe含量随着退耕年限的增加呈逐渐升高的趋势；湿地土壤RES-Fe含量在退耕3a内快速下降，随后的退耕3-21a先上升再下降，主导着土壤Tot-Fe的变化。
　　（3）退耕后湿地土壤EXC-Fe和CARB-Fe与pH的相关性达到极显著相关和显著相关，土壤OM-Fe和RED-Fe与黏粒和有机质均达到显著相关，说明退耕后植被恢复状况和周期性淹水所引起的土壤理化性质的变化是引起湿地土壤土壤铁各形态组分消长的重要因素。
　　（4）退耕后湿地土壤铁生物有效性较高，属于丰富和极富水平。作为生物可利用态的EXC-Fe含量在退耕后期升高，作为潜在可利用态的CARB-Fe和RED-Fe含量和所占比例均有所上升，提高湿地土壤铁的生物有效性。湿地土壤OM-Fe和RES-Fe性质稳定，不易释放被植物吸收和利用，生物可利用性不大。
　　2湿地土壤铝的分布特征：
　　（1）退耕后湿地土壤中全铝含量在22.87-57.05g/kg之间，活性铝含量在1699.94-3823.49mg/kg之间，占全铝含量的6.70-11.84%；土壤活性铝各形态含量大小顺序为：酸溶无机铝(Al(OH)30：904.65-1864.37mg/kg)>腐殖酸铝(Al-HA：667.47-1660.05mg/kg)>单聚体羟基铝(Al(OH)2+、Al(OH)2+：73.52-134.14mg/kg)>交换性铝(Al3+：16.73-93.97mg/kg)>可溶性铝(AlS：6.77-70.95mg/kg)，其中 Al(OH)30所占比例最大，为42%-53%，Al-HA次之，占39%-50%，Al(OH)30和Al-HA与活性铝均呈极显著相关，共同主导着活性铝的变化趋势。
　　（2）随着退耕年限的增加，湿地土壤全铝和活性铝含量均呈现先上升后下降的趋势，且除原始湿地外，0-5cm土层含量高于5-15cm土层；湿地土壤AlS和Al3+含量退耕后的变化趋势基本相同，0-5cm土层含量在退耕3-21a先上升后下降，5-15cm土层含量先下降后上升再下降；湿地土壤Al(OH)2+、Al(OH)2+、Al(OH)30和Al-HA含量总体随退耕年限的增加呈先上升后下降的趋势，且在退耕3-21a间0-5cm土层含量高于5-15cm土层。
　　（3）湿地土壤粘粒与全铝呈极显著相关，是影响全铝含量变化的重要因素。湿地土壤 pH、有机质、粘粒、有效磷等理化性质均与多种活性铝形态达到显著相关，说明退耕后湿地土壤周期性淹水条件和植被恢复状况对各活性铝形态的变化有着重要的影响。
　　（4）退耕后3-9a间，毒性较强的铝形态 Al3+和Al(OH)2+、Al(OH)2+含量和所占比例均有增加，对植物和水生生物的危害较大，湿地土壤此期间可能存在着铝毒释放的风险，因此应减少对湿地恢复过程的干扰，抑制土壤的酸化以及铝毒的产生。

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中文摘要

英文摘要

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究进展

1.2.1湿地土壤研究进展

1.2.2湿地土壤铁研究进展

1.2.3湿地土壤铝研究进展

1.3学术构思、研究内容及技术路线

1.3.1学术构思

1.3.2研究内容

1.3.3技术路线

2研究区概况与样品采集、处理

2.1研究区概况

2.1.1研究区区域位置

2.1.2研究区自然环境

2.1.3安庆沿江湿地退田还湖概况

2.2土壤样品采集与预处理

2.2.1实验分析

2.2.2数据处理

2.2.3土壤样品基本理化性质

3退耕还湖后湿地土壤铁的变化特征

3.1退耕后湿地土壤铁形态含量变化特征

3.1.1退耕后湿地土壤可交换态铁(EXC-Fe)含量变化特征

3.1.2退耕后湿地土壤碳酸盐结合态铁(CARB-Fe)含量变化特征

3.1.3退耕后湿地土壤铁锰氧化物结合态铁(RED-Fe)含量变化特征

3.1.4退耕后湿地土壤有机结合态铁(OM-Fe)含量变化特征

3.1.5退耕后湿地土壤残渣态铁(RES-Fe)含量变化特征

3.2退耕后湿地土壤全铁(Tot-Fe)含量变化特征

3.3退耕后湿地土壤各形态铁含量变化分析

3.4退耕后湿地土壤铁生物有效性变化

4退耕还湖后湿地土壤铝的变化特征

4.1退耕后湿地土壤活性铝形态含量变化特征

4.1.1退耕后湿地土壤可溶性铝(AlS)含量变化特征

4.1.2退耕后湿地土壤交换性铝(Al3+)含量变化特征

4.1.3退耕后湿地土壤单聚体羟基铝(Al(OH)2+、Al(OH)2+)含量变化特征

4.1.4退耕后湿地土壤酸溶无机铝(Al(OH)30)含量变化特征

4.1.5退耕后湿地土壤腐殖酸铝(Al-HA)含量变化特征

4.2退耕后湿地土壤总活性铝(AlA)和全铝(AlT)含量变化特征

4.3退耕后湿地土壤铝形态变化分析

4.4退耕后湿地土壤铝生态效应分析

5结论与展望

5.1结论

5.1.1退耕湿地土壤铁的变化特征

5.1.2退耕湿地土壤铝的变化特征

5.2研究展望

参考文献

致谢

附录攻读硕士学位期间发表的相关学术论文和参加的科研项目