三峡库区澎溪河回水区库湾消落带土壤氮磷分布及其通量研究

来源 :重庆三峡学院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:beige0801
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消落带经历周期性涨落,既是营养盐的源也是营养盐的汇。受水库水位调动的影响,物质交换在消落带土-水界面十分活跃、其包括了迁移转化、吸附释放等复杂过程。目前干湿交替条件下氮磷素形态的时空变化和源汇关系还不够清楚,因此本论文研究了三峡库区典型支流库湾氮磷形态及其源汇变化情况,以期为三峡库区整个消落带氮磷研究奠定理论基础,为三峡水库水安全保障提供科技支撑,同时为三峡库区支流水体富营养化的预防和治理提供参考。选取典型支流澎溪河库湾回水区消落带土壤为对象,分析落干-淹水条件和不同高程的氮、磷形态含量分布特征。同时,将本论文的研究期(2018-2019年)调查的库湾小流域的落干期-淹水期氮磷形态含量与本课题组在10年前(2010-2011年)所调查的澎溪河流域落干期-淹水期所调查的氮磷形态含量进行对比,分析水库调度运行下十年前后氮磷含量及形态分布变化。此外,利用简化的通量模型分别估算落干和淹水条件下消落带土壤的交换通量,并通过开展室内土壤柱状样模拟实验,分析不同的因素对消落带水-土界面氮磷交换通量的影响。本论文的主要结果如下:(1)研究区消落带土壤pH值整体上处于中性偏弱碱性水平;土壤有机质(Soils organic matter,SOM)含量超过40 mg/g,且SOM在145-155m高程段含量最高,表明淹水有利于SOM的累积;碳氮比(C/N)的大于25,土壤有机碳腐殖化程度低、氮矿化程度低,且SOM来源可能是陆源植物残体。(2)本研究中,有机氮(Organic nitrogen,ON)均为主要氮素形态,2018年和2019年各无机氮(Inorganic nitrogen,IN)含量的占比排序分别为:硝态氮(NO3--N)>铵态氮(NH4+-N)>亚硝态氮(NO2--N)和NO2--N>NH4+-N>NO3--N。2018-2019年淹水期全氮(Total nitrogen,TN)和NO2--N呈增加的趋势,而NH4+-N和NO3--N呈极显著下降(p<0.01)。在2019年落干期,TN含量呈极显著降低(p<0.01),而NO3--N含量呈极显著增加(p<0.01),NH4+-N和NO2--N无明显变化。与10年前的数据对比,发现TN含量均呈先增加后降低的趋势,但两年间TN增长和降低的幅度差异较大。随着高程的升高,消落带土壤TN呈递增的趋势,NO3--N和NH4+-N含量均呈递减的趋势,而NO2--N的含量无明显变化规律。与175m以上土壤对比,NH4+-N和NO3--N含量低于对照土壤,这可能与受干湿交替影响的土壤环境因素改变有关。相关分析表明,在某种程度上,SOM的输入、pH值和C/N可能会影响氮形态的分布。(3)本研究中,无机磷(Inorganic phosphorus,IP)占全磷(Total phosphorus,TP)中占比最大,钙结合态磷(Calcium bound phosphorus,Ca-P)在IP中占比最大。消落带土壤TP、IP、Ca-P含量在2018年落干期呈降低趋势,这与淹水期和2019年落干期的变化规律相反。有机磷(Organic phosphorus,OP)、铁铝结合态磷(Iron-aluminum bound phosphorus,Fe/Al-P)、生物有效磷(active phosphorus,BAP)含量在2019年落干期有降低趋势外,其余时期均无明显变化。与10年前数据对比,发现消落带土壤TP及各磷形态呈截然不同的规律,这可能与干湿交替的频次、土壤的背景值、植被生长状况等有关。不同高程水平上,消落带土壤磷形态含量为Ca-P>OP>Fe/Al-P。消落带土壤TP、IP、Ca-P含量随高程降低呈递减趋势,而Fe/Al-P、BAP含量呈递增趋势,OP含量无明显变化,其中TP、Ca-P含量在消落带各水位高程均无明显差异,这说明频繁干湿交替会增加活性磷含量,且再次覆水会增加活性磷释放风险。相关分析表明,研究区消落带土壤TP含量主要来自Ca-P,且SOM和C/N在一定程度上可以影响Fe/Al-P的含量。(4)2018年落干期消落带土壤氮磷通量表示为FN落干期2018(28)-2.92t,全磷通量FP落干期2018(28)2.15t;2019年落干期氮磷通量为FN落干期2019(28)5.85t,全磷通量FP落干期2019(28)-1.68t。2018-2019年淹水期消落带土壤氮磷通量为:全氮通量FN淹水期(28)-2.2t,全磷通量FP淹水期(28)-6.75t。在经历一个淹水期两个落干期后,消落带全氮通量减少了0.73 t,全磷通量增加了6.28 t。(5)通过影响因素分析可得,随着温度的升高,硝态氮和无机氮的交换通量表现为由源到汇再到源;铵态氮的交换通量始终表现为汇;磷酸盐的交换通量始终表现为汇。随pH值的增加,硝态氮和无机氮的交换通量始终表现为源,铵态氮表现为由源到汇;磷酸盐的交换通量始终表现为汇。硝态氮、铵态氮和无机氮及磷酸盐的交换通量均随上覆水浓度的增加表现为由源转汇。
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