消落带淹水过程狗牙根氮磷的释放以及对沉积物中镉迁移的影响

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三峡库区周期性蓄水影响了消落带区域的土壤环境,也会导致植物腐烂分解,增加向水体释放氮、磷、重金属等物质的风险。同时沉积物环境的改变可能会影响沉积物中Cd的形态,从而影响沉积物中的Cd向水环境中的迁移能力。因此,研究消落带淹水期植物释放氮、磷、重金属物质的特征,明确水体-植物-土壤之间的物质迁移和交换过程,可为消落带的环境效应提供科学依据,制定适宜的库区消落带管理体系。本论文对香溪河库湾生态环境现状进行调查,选择消落带优势植物狗牙根进行淹水模拟实验,探讨狗牙根腐烂过程中氮、磷、Cd的释放特征,对上覆水和沉积物的影响,分析Cd形态变化的影响因素,并计算了狗牙根腐烂氮、磷释放对水体的贡献量。论文主要获得以下结论:(1)5年间消落带165m高程土壤监测结果表明:2017~2021年间,蓄水期后土壤中TN的含量并未发生很大的变化,TN的含量波动范围在334.08~936.99mg/kg。TP含量在不同年份、季节之间具有显著性的差异,消落带土壤的磷元素极易受周围环境变化的影响,主要波动范围在248.92~938.03mg/kg,淹没-落干对土壤中TP的含量有明显影响。同一季节不同空间TN、TP含量的变化以中等变异性为主,说明消落带中氮、磷含量的分布较为集中,来自人类活动的影响较大。Cd含量的均值在0.120~0.405mg/kg之间变化。相同季节不同空间消落带土壤中Cd的含量变化弱变异性,说明消落带土壤中Cd分布相对均衡。香溪河消落带生长的植物一年生或多年生的草本植物为主,其中狗牙根、苍耳、香附子、鬼针草的分布范围最广,狗牙根的生物量和生物密度最大,是香溪河消落带最大的优势物种,其对重金属Cd的富集能力最强,对Cr的富集能力最弱,而在植物体内对Cr的迁移能力最强。(2)狗牙根腐烂过程中向上覆水释放氮较明显,主要以非溶解态为主,初期上覆水体TN含量波动较大,后期水体中TN含量下降并趋于稳定。淹水初期狗牙根腐烂释放TP的速度高于后期,释放的磷以溶解性总磷(TDP)为主,土壤对狗牙根腐烂释放到水体中的TDP吸附明显。(3)在整个研究区域668571.61~1692882.75m~2的消落带范围内,狗牙根释放氮和磷的量分别为94.59~239.52kg、89.69~227.09kg,其中进入水体中氮的量是60.61~153.47kg、磷的量是58.85~149.01kg,底泥吸附氮的量是33.98~86.05kg、磷的量是30.84~78.09kg。(4)狗牙根释放到上覆水中的DOM作为重金属的载体,在一定程度上降低了土壤对上覆水中Cd的吸附,强化了土壤中Cd的析出。土壤中Fe-Mn氧化物结合态的Cd会向可交换态的Cd转化,转化的量随淹水时间的增加而增加,土壤中Cd向水体中释放的风险随淹水时间的增加而加大。土壤中含磷量小于557mg/kg,随着土壤磷含量的增高钝化效果最为显著。
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