三峽庫區(qū)消落帶典型土壤鐵還原行為對磷釋放的影響.pdf

1、消落帶作為庫區(qū)徑流的匯集地帶，既有可能成為水體磷匯又有可能成為磷源。受水庫周期性的淹沒、沖刷、淤積，土壤理化性質(zhì)不斷發(fā)生變化，例如pH、Eh、電導率、微生物、有機質(zhì)等性質(zhì)將發(fā)生一系列變化，鐵氧化物是消落帶土壤淹水后最易引起化學行為變化的元素之一，而土壤磷的有效性在很大程度上受鐵形態(tài)轉(zhuǎn)化的制約因此研究氧化鐵對消落帶磷素化學行為的影響，對于深入了解庫區(qū)消落帶磷素遷移，水體富營養(yǎng)化防治具有重要理論和實踐意義。
　　三峽水庫消落帶存在著一

2、個復(fù)雜的反季節(jié)干濕交替淹水環(huán)境，隨著季節(jié)的變化，溫度、光照隨之變化，同時消落帶土壤是庫區(qū)水域生態(tài)系統(tǒng)和岸上陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要交錯地帶，人類活動與消落帶相互作用影響最為頻繁與強烈，有機質(zhì)的積累、分解、轉(zhuǎn)化及光照、溫度的變化勢必對鐵的還原產(chǎn)生重要影響，從而制約磷的遷移與釋放。據(jù)此，本研究以采自重慶開縣和涪陵的庫區(qū)消落帶典型土壤紫色潮土和灰棕紫泥作為研究對象，通過室內(nèi)模擬實驗，探討溫度、光照、腐殖酸處理下，消落帶土壤鐵還原行為及其對磷釋放的影

3、響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):
　　(1)不同溫度（15℃、25℃和35℃）作用下，厭氧淹水培養(yǎng)使兩種典型消落帶土壤（底泥）中的磷均向上覆水體遷移釋放，隨著淹水時間的延續(xù)，上覆水體中總磷(TP)濃度表現(xiàn)為先增加后逐漸降低，并最終趨于動態(tài)平衡的過程。兩種土壤均表現(xiàn)為隨溫度的升高，磷的釋放增加，上覆水體中TP濃度增大。紫色潮土60d淹水后土壤懸浮液中有效磷濃度在15℃、25℃和35℃處理下分別達到峰值35.0、48.7和50.3mg/L，灰棕紫泥60

4、d淹水后土壤懸浮液中有效磷濃度15℃、25℃和35℃處理下分別達到峰值49.9、86.4和88.9mg/L，均表現(xiàn)出隨著溫度的升高土壤懸浮液中有效磷的濃度增大。同時發(fā)現(xiàn)淹水土壤懸浮液中有效磷與無機磷各形態(tài)之間的相關(guān)性主要表現(xiàn)為與鐵磷酸鹽之間呈顯著負相關(guān)(p＜0.05，n=14)，與其他幾種無機磷形態(tài)相關(guān)性不顯著?？梢娧退寥懒子行缘脑黾邮芡寥乐需F氧化物影響。
　　溫度增加促進了淹水土壤中鐵的還原，土壤懸浮液中Fe2+和無定形鐵的

5、濃度表現(xiàn)為隨溫度的升高而增大。采用MINTEQ模型計算不同溫度作用下紫色潮土和灰棕紫泥主要鐵礦物固相界面的飽和系數(shù)(SI)，發(fā)現(xiàn)Fe(OH)2膠體、磁鐵礦和藍鐵礦在不同溫度處理下均從開始就已飽和，其余幾種鐵礦物主要表現(xiàn)出隨溫度的升高飽和系數(shù)降低。比較不同溫度處理下兩種土壤Fe2+和無定形鐵與有效磷的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)紫色潮土和灰棕紫泥均表現(xiàn)為隨溫度的升高二價鐵與有效磷的正相關(guān)性越來越顯著，無定形鐵與有效磷的相關(guān)性也隨著溫度的變化而變化，15℃

6、下相關(guān)性不顯著，25和35℃下達到顯著相關(guān)(P＜0.05，n=14)?？梢姕囟鹊纳哂欣阼F氧化物還原及活化，促進了電子的傳遞過程。
　　鐵還原菌是化能異養(yǎng)微生物，以土壤有機質(zhì)為其碳源，有機質(zhì)是土壤中電子的主要來源和有效的絡(luò)合劑，而CO2和CH4的變化可以表征土壤中有機質(zhì)的分解過程。在淹水初期，CH4產(chǎn)量較低，以CO2生成為主導，同時發(fā)現(xiàn)溫度的升高使灰棕紫泥的CO2和CH4最大生成量的時間提前，且25℃和35℃條件下CO2和CH4

7、產(chǎn)量明顯高于15℃處理。隨著溫度的升高土壤有機碳氣態(tài)轉(zhuǎn)化效率提高，相關(guān)性分析表明，鐵的還原與CO2和CH4的產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05，n=14)，進一步證明溫度的升高促進有機質(zhì)的分解，加快電子傳遞，促進鐵的還原，進而引起磷的釋放。
　　(2)光照對淹水土壤磷釋放存在一定程度的抑制作用，光照條件下紫色潮土和灰棕紫泥淹水后上覆水體中TP濃度達到的最大峰值分別為0.033和0.045mg/L，而避光處理峰值分別達到0.057和0.

8、084mg/L。光照與避光條件下，兩種土壤懸浮液中有效磷釋放量大小不同，但均表現(xiàn)出避光培養(yǎng)有效磷釋放高于光照培養(yǎng)，說明光照抑制淹水土壤磷的活化。淹水土壤中各無機磷形態(tài)與有效磷的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，光照作用下紫色潮土中鐵結(jié)合態(tài)磷與有效磷呈顯著負相關(guān)，避光作用下相關(guān)性不顯著，這一變化可能是光照抑制磷活化的重要原因。
　　光照作用下鐵氧化物的變化為:光照導致土壤中鐵礦物飽和程度降低、Fe2+和無定形鐵生成受阻。CO2和CH4反映淹水土壤有機

9、質(zhì)分解情況，光照降低有機碳的氣態(tài)轉(zhuǎn)化效率，加速土壤中有機電子受體的消耗，降低了對鐵氧化物的還原能力。可見光照對淹水土壤磷釋放的抑制與淹水土壤中鐵還原和有機質(zhì)分解密切相關(guān)。
　　(3)消落帶土壤添加外源腐殖質(zhì)淹水后，未添加外源腐殖質(zhì)（對照土壤）的上覆水體中TP明顯高于添加蒽醌-2，6-二磺酸鹽(AQDS)、Adamas土壤腐殖酸(AD-HA)和阿拉丁土壤腐殖酸(AL-FA)處理，而AQDS、AD-HA和AL-FA處理間磷釋放差異不顯

10、著(p＞0.05，n=14)。紫色潮土AQDS、AD-HA和AL-FA處理在淹水60d后土壤懸浮液中有效磷的濃度分別高出對照處理5.5、8.17和8.43 mg/kg。灰棕紫泥AQDS、AD-HA和AL-FA處理在淹水60d后有效磷的濃度分別高出對照處理5.52、6.99和8.1 mg/kg，可見腐殖質(zhì)的加入促進了體系中磷的活化。土壤無機磷形態(tài)與有效磷之間的相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)添加AQDS、AD-HA和AL-FA處理的紫色潮土和灰棕紫泥有效

11、磷與各無機磷形態(tài)除鋁磷外基本呈負相關(guān)，說明腐殖酸的加入促進了各無機磷形態(tài)向有效磷的轉(zhuǎn)換。發(fā)現(xiàn)外源腐殖酸的加入改變了主要由鐵磷變化引起磷釋放的機制。
　　兩種土壤對照試驗淹水過程中Fe2+和無定形鐵均呈先上升后降低的趨勢， AQDS、AD-HA和AL-FA處理淹水過程中Fe2+和無定形鐵變化不明顯，表明腐殖質(zhì)的加入抑制了鐵的還原和活化。MINTEQ模型計算的淹水土壤中幾種主要鐵礦物固相界面的飽和系數(shù)，F(xiàn)e(OH)2膠體、磁鐵礦和藍鐵

12、礦在添加外源腐殖質(zhì)處理下均從開始就已飽和，其余幾種鐵礦物主要表現(xiàn)出AQDS、AD-HA和AL-FA處理的飽和系數(shù)(SI)高于對照處理。比較不同處理下兩種土壤Fe2+和無定形鐵與有效磷磷的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)紫色潮土和灰棕紫泥AQDS、AD-HA和AL-FA處理無定形鐵與有效磷的負相關(guān)，進一步證實腐殖酸抑制無定形鐵的生成，減少了無定形鐵對磷的吸附。腐殖酸的加入使鐵的還原受到抑制，而土壤中有效磷依舊增加，表明該過程中磷的釋放源于鐵還原以外的其他機制

13、。
　　有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化和鐵氧化物的轉(zhuǎn)化密切相關(guān)，CO2和CH4的變化反映整個體系中厭氧環(huán)境演化過程，兩種土壤對照處理CO2濃度從淹水第3d開始遠遠高于AQDS、AD-HA和AL-FA處理，紫色潮土對照處理及添加AQDS、AD-HA和AL-FA處理淹水過程中CH4的生成在前30d均受到抑制，但30d后對照處理開始快速增長，增長率達到306.8％，在40d達到峰值781.7nmol/L后快速下降，而AQDS、AD-HA和AL-FA處理的

14、紫色潮土的CH4整個淹水過程中增長緩慢。60d淹水過程中CO2/CH4均大于1，表明在這個過程中腐殖酸主要作為電子受體存在。紫色潮土和灰棕紫泥的無定形鐵與CH4呈負相關(guān)，與CO2呈正相關(guān)，無定形鐵抑制CH4的形成。同時發(fā)現(xiàn)紫色潮土和灰棕紫泥AQDS、AD-HA和AL-FA處理Fe2+和CO2呈負相關(guān)，AQDS、AD-HA和AL-FA處理下腐殖酸較Fe3+更易作為電子受體，從而鐵的還原受到抑制。對于腐殖酸的加入抑制鐵還原、促進磷釋放的具體