三峡库区消落带土壤磷的有效性及磷的固定研究

【摘要】三峡水库自2003年运行后,采用“非汛期拦蓄清水发电、汛期泄洪排沙”的“蓄清排浑”的年水位调度方式,每年十月开始蓄水,十二月到一月达到最高水位值175m,六到九月为水位最低值145m,这样一年内在三峡库区就形成垂直落差达30m,面积达437～446km2(5月底至9月底)的反复经历淹水-落干-淹水的十壤带一消落带,消落带处于水陆生态系统的过渡地带,是一类特殊的湿地生态系统,周期性水位涨落及人为因素的作用,造成了消落带土壤性质的改变以及一系列生态问题的出现,这些问题不仅影响了三峡水库的安全运行,而且直接影响到长江中下游经济发达地区的水环境安全。以往研究较多着重于对消落带土地的高效利用,淹水-落干-淹水后的十壤性质变化以及消落带适生植物的筛选等方面,但对消落带土壤磷的生物有效性及有效磷的固定方法研究较少。因此,本文以三峡库区消落带土壤为研究对象,采用盆栽试验研究了消落带土壤磷的生物有效性,通过室内模拟方法研究了不同pH、温度、扰动等条件下土壤磷的释放,以及通过添加石灰、硅渣、生物质灰渣、铁盐(三氯化铁)研究了外源物质对消落带土壤有效磷的固定及形态变化特征。旨在降低三峡库区消落带土壤有效磷含量,降低水体富营养化发生机率,从而为保障三峡水库生态环境安全提供理论依据。主要结论如下①盆栽试验表明,施磷水平在30～210mg/kg范围内,莴笋产量随施磷量的增加显著增加,较处理2(NPOK)增产78%-174%,表明在施用相同氮、钾肥的基础上,增施磷肥可提高莴笋产量；不同施磷水平下,植株全磷含量表现为茎>叶,茎全磷含量随施磷水平增加而逐渐增大,其中处理9(NP210K)含量(13.3g/kg)最高,高出处理2(NPOK)60%,而各处理间叶全磷含量无明显差异：不同施磷处理,叶的磷吸收量均大于茎,且茎、叶磷吸收量均明显高于处理2(NPOK),表明施磷有助于莴笋吸磷。与对照相比,土壤Ca2-P、Ca8-P、Al-P及Fe-P含量随施磷水平的增加,其变化幅度较大,整体有增大的趋势,其中以处理9的Ca2-P、Ca8-P、Al-P及Fe-P含量最高,而各处理间O-P和Ca10-P的差异不大；通过不同处理下土壤各形态无机磷含量与莴笋茎、叶磷吸收量的相关分析可知,莴笋茎磷吸收量与Fe-P及Ca2-P达极显著水平,相关系数r分别为0.946、0.874,与A1-P达到显著水平,r=0.673,而莴笋叶磷吸收量仅与Fe-P含量呈显著相关,r=0.674。通过不同施磷水平下,各形态无机磷与莴笋磷吸收量及莴笋株高、产量的相关性分析表明,各形态无机磷的生物有效性表现为Fe-P>Ca2-P>Al-P>Ca8-P>O-P、Ca10-P。②淹水条件下,不同pH、温度、扰动处理对土壤磷的释放影响有较大的差异,pH=3,pH=9,pH=11处理下土壤磷的总释放量分别比对照(pH=6)高62%,333%及669%,与对照相比,中性条件(pH=7)及酸性条件(pH=5)处理下释放量较低,分别低于对照的6%,36%；不同温度条件处理下,表现为随着温度的升高土壤磷的释放量显著增加,35℃处理磷的释放总量比20℃处理高10%,5℃处理磷的释放总量比20℃处理低46%；扰动情况下,磷的总释放量比不扰动的低18%,但25天后扰动处理下土壤磷释放量逐渐高于对照。因此,过酸过碱,相对高温及长时间的扰动,土壤磷的释放量会加大。③不同pH、温度及扰动处理对土壤无机磷的形态有较大的影响。与CK相比,不同pH处理土壤无机磷总量均增加,其中碱性(pH=9)处理的土壤无机磷总量最高,比对照高21%,酸性(pH=3、pH=5)和中性(pH=7)处理的土壤无机磷总量分别增加了16%和8%；对土壤中各形态无机磷而言,酸性条件(pH=3、pH=5)有利于Fe-P和O-P累积,中性条件(pH=7)有利于A1-P和O-P累积,而碱性条件(pH=9、pH=11)有利于Ca2-P、Al-P和O-P的累积。在不同温度梯度处理下,35℃处理的土壤无机磷总量最高,较对照高24%,且以Ca2-P、Al-P、O-P及Ca10-P的增加为主。外界扰动使土壤无机磷总量增加了16%,各形态无机磷也相应增加。④添加外源物质可降低土壤有效磷含量,通过室内模拟试验可知,添加三氯化铁和石灰能明显降低土壤中有效磷的含量,其中三氯化铁较对照降低明显,T1(土：外源物=1：0.25),T2(1：0.5),T3(1：0.75)分别降低了92%,96%和98%：添加石灰S3(1：0.75)和硅渣G3(1：0.75)同样降低了土壤有效磷含量,较对照分别降低了17%和5%,而添加中低比例硅渣增加了土壤有效磷含量；随生物质灰渣(锯木灰渣)添加比例的增大,并没有达到固磷的预期效果,反而使土壤有效磷大量增加,其中H1、H2、H3处理的有效磷含量高达516.6mg/kg、648.3mg/kg和691.4mg/kg。在添加比例相同的条件下,三氯化铁处理较石灰、硅渣和锯木灰渣而言,固磷效果较好,特别在高比例条件下,效果更加明显。⑤添加不同外源物质对土壤无机磷形态的影响不同。三氯化铁T1、T2、T3处理的无机磷总量明显降低,与对照相比分别减少了26%,46%,46%,且各形态无机磷中以Ca2-P、Al-P、Calo-P的降低最为明显；对硅渣而言,G1、G2、G3处理的土壤无机磷总量分别较对照降低33%,39%和35%,可见G2处理效果较好,其主要抑制了Ca10-P、Fe-P和Ca2-P三种形态磷的累积；石灰S1、S2、S3处理能抑制各无机磷的累积量,以S3处理效果最为明显,对各形态无机磷的抑制效果为：Al-P>Fe-P>Ca8-P>O-P,其中A1-P较对照相比降低103%；锯木灰渣不能有效抑制无机磷累积,反而增加了土壤无机磷含量。可见三氯化铁主要以固定减少Ca2-P、Al-P、Ca10-P为主,石灰主要以固定Al-P、Fe-P、Ca8-P及O-P为主,硅渣主要以固定Calo-P,Fe-P、Ca2-P、O-P为主。综上所述,四种外源添加物中,以三氯化铁处理效果最好,但考虑到高含量FeCl3对底泥及其微生物群落的影响,应依据具体的水体环境特点选取介于对照与T1或T1与T2之间的三氯化铁含量。
【作者】张雅蓉；
【导师】高明；
【作者基本信息】西南大学，土壤学，2014，硕士
【关键词】消落带；有效磷；无机磷形态；磷固定；

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