三峡库区澎溪河流域消落带土壤有机磷形态及淹水与落干的影响

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三峡库区消落带是库区水体和陆域生态系统间物质、能量转输的关键地带。消落带土壤在库区水位涨落的作用下经历周期性的淹水和落干,土壤所处的环境条件发生改变,从而对消落带土壤和库区水体之间磷素迁移转化产生重要影响。有机磷是消落带土壤磷的重要组成部分,但目前关于有机磷的研究较少。因此,研究消落带土壤有机磷形态以及淹水和落干的影响,对理解消落带土壤和库区水体之间磷素循环具有重要意义。本文以三峡库区澎溪河消落带土壤为研究对象,分别于2017年9月、2018年6月以及2018年9月三次采集土壤样品,分析了土壤pH值、有机质含量、粒径分布等理化性质;采用SMT法和hedley连续提取法对消落带土壤磷形态进行了表征,通过酶水解法分析了消落带土壤有机磷生物有效性,并研究了风干和淹水对土壤磷形态的影响。论文主要获得了以下结论:(1)不同高程消落带土壤总磷(TP)、无机磷(IP)含量均值分别为582.01 mg/kg、455.01 mg/kg,均显著低于沉积物和岸边土壤(p<0.05)。消落带土壤有机磷(OP)含量均值为128.63 mg/kg,显著低于沉积物OP含量(p<0.05)。145m高程消落带土壤H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi含量均显著低于沉积物(p<0.05),沉积物对无机磷的持有能力高于消落带土壤。145m高程消落带土壤NaHCO3-Po含量均值低于165m高程消落带土壤,NaOH-Po含量显著低于165m高程消落带土壤(p<0.05),145m高程消落带土壤淹水时间更长其有机磷释放更多。消落带土壤TP、IP含量在一个淹水落干周期后显著减少(p<0.05),OP含量无显著变化。淹水后H2O-Pi、NaOH-Pi和HCl-Pi含量分别显著(p<0.05)减少了3.10 mg/kg、3.30 mg/kg、10.80 mg/kg。落干后NaHCO3-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po含量分别显著(p<0.05)减少5.97 mg/kg、2.02 mg/kg和7.34 mg/kg,淹水和落干导致了消落带土壤磷释放。有机质和无定形铁含量是影响消落带土壤磷形态的重要因素。(2)消落带土壤NaOH-EDTA-Po含量均值为49.44 mg/kg,占消落带土壤OP含量的41.05%。145m高程消落带土壤NaOH-EDTA-Po含量及占OP含量的百分比显著低于岸边土壤(p<0.05)。消落带土壤EHP均值为23.83 mg/kg,占总OP的21.04%,消落带土壤有机磷生物有效性较高。消落带土壤活性单酯磷、二酯磷和类植酸磷含量分别为7.47 mg/kg、5.93 mg/kg、10.43 mg/kg,EHP含量主要受类植酸磷含量影响。145m高程消落带土壤EHP含量及占OP的百分比均低于165m高程消落带土壤,145m高程消落带土壤淹水时间更长,其EHP更容易被分解释放。消落带土壤NaOH-EDTA-Po含量与有机质含量呈显著正相关(p<0.05),与土壤pH值呈显著负相关(p<0.05),有机质含量和pH是影响有机磷含量的重要因素。消落带土壤NaOH-EDTA-Po、活性单酯磷、二酯磷、类植酸磷、EHP含量均与SUVA254值以及A253/A203呈极显著正相关(p<0.01),较高高程土壤有机质的芳香性和取代基团含量更高,可以有效防止消落带土壤有机磷被酶解释放。(3)风干处理后消落带土壤Olsen-Pt、Olsen-Pi、Olsen-Po分别显著(p<0.05)增加6.24 mg/kg、4.21 mg/kg、2.03 mg/kg。土壤pH值和无定形铁含量变化是影响风干后Olsen-Pi增加量的重要因素。风干后消落带土壤NaOH-Pi含量显著减少4.12mg/kg(p<0.05),NaHCO3-Pi含量显著增加4.75 mg/kg(p<0.05),风干处理促进部分NaOH-Pi向不稳定的NaHCO3-Pi转化。风干后H2O-Po含量显著增加了1.28 mg/kg(p<0.05),NaOH-Po含量均值减少了1.19 mg/kg,且NaOH-Po含量占总Po的百分比显著减少了3.21%(p<0.05),风干处理使得部分NaOH-Po向H2O-Po转化。风干处理可提高消落带土壤磷活性。淹水后植物残体分解可导致水体pH值下降、DO浓度降低。淹水期间植物分解释放的大部分DOPw被降解为无机磷。消落带土壤可有效吸附上覆水中无机磷,58.78%被吸附的无机磷转化为易迁移的H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi。淹水后土壤H2O-Po、NaHCO3-Po含量分别减少了1.89 mg/kg、10.82 mg/kg,NaOH-Po含量增加了3.23 mg/kg。淹水时植物残体分解可促进土壤中有机磷的释放。
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