三峡库区消落带土壤氮磷分布特征

三峡库区消落带土壤氮磷分布特征

流域是指河流、湖泊、水库等水体水位随着季节变化而逐渐淹没，并随地形而变化的干旱地区。三峡水库作为中国特大型人工调蓄水库,其反季节运行的特点使库区周围形成了垂直高度30m,面积440km2的消落带。氮和磷是限制藻类生长的主要因子,而土壤有机质是土壤中各种营养元素,特别是氮磷的重要来源。消落带落干期正值库区光热水资源的集中时期,人们会在消落带进行大量的农业生产活动,进而会影响库区消落带土壤中营养物质含量。同时,落干期间消落带具有湿地生态系统的性质,对来自其上方的非点源污染物具有滞留、富集和降解的作用。而当水库蓄水后消落带土壤会与水体直接发生物质交换。土壤的氮磷浓度愈高,其对水体氮磷的吸附能力就越弱,而对水体释放氮磷的能力就越强。目前对消落带的研究主要集中在土壤对氮磷的吸附解吸能力以及干湿交替对吸附解吸作用的影响上,而对落干期间土壤营养物含量的变化关注甚少。落干期间消落带土壤营养物的积累越高,再次淹水后向水体释放的潜力越大。本文选取长江干流和几条典型支流消落带土壤为研究对象,对土壤在落干初期和落干后期有机质(OM)、全氮(TN)和全磷(TP)含量进行分析,了解库区落干期对消落带土壤OM、TN和TP含量的影响。1材料和方法1.1研究区域的确定选择了三峡库区巫山-重庆主城区段长江干流以及开县云阳澎溪河流域,巫山大宁河流域,长寿龙溪河流域,忠县甘井河流域及南岸区广阳坝支流古河道5条主要支流的15个采样点的消落带土壤为研究对象。采样点位置如表1所示。1.2样品采集与测定所有样品均采集自三峡水库落干后的消落带土壤,采样时间为2010年4月和2010年9月,2次采样点相同,每个采样点分别采集155~170m高程段土样。使用洛阳铲采集表层土(0~20cm),在1m范围内采集4个不同土样,混合后用四分法缩分至1kg左右,放在聚乙烯袋中、密封好。样品运回实验室后,储存在-20℃冰箱中。样品采集时同时测定各采样点的经纬度。土壤样品经冷冻干燥器低温冷冻干燥处理后,再用瓷碾磨器碾磨,过100目不锈钢筛。土壤样品有机质采用重铬酸钾-外加热法测定,TN采用凯氏法测定,TP采用酸溶-钼锑抗比色法测定。数据分析采用Excel2007;绘图采用Origin8.0。2结果与分析2.1土壤om含量土壤OM是土壤中各种营养元素的重要来源,是表征土壤质量与肥力的重要指标。消落带土壤淹水后,土壤OM矿化过程会耗氧,同时会释放C,N,P,S等营养盐,可以造成水体恶化。研究区域内消落带土壤样品OM含量如图1所示。消落带土壤含量为5.70~15.38g·kg-1,均值为9.87g·kg-1,远低于王晓荣等于2008年测得的三峡库区消落带回水区土壤OM含量16.54g·kg-1。研究区域内,巫山县周家湾和涪陵区白涛采样点消落带土壤OM含量较高,分别为13.66g·kg-1和15.38g·kg-1。南岸区广阳坝干流和长寿区但渡采样点消落带土壤OM含量较低,仅为5.70、6.41g·kg-1。对比消落带落干初期和落干后期土壤OM含量可知,落干初期消落带土壤OM含量为1.01~17.27g·kg-1,均值为9.81g·kg-1;落干后期消落带土壤OM含量变化范围为4.96~15.65g·kg-1,均值为9.94g·kg-1,落干期间消落带土壤OM含量均值变化不大。比较不同采样点2次采样消落带土壤OM含量变化发现,丰都县汶溪村和开县汉丰湖2采样点落干期间消落带土壤OM含量增加幅度较大,分别增加了8.45、11.83g·kg-1。巫山县大昌和洋溪河河口采样点土壤OM含量则降低较多,分别降低了9.81g·kg-1和7.50g·kg-1。2.2不同采样点消落带土壤tn变化土壤氮素含量是土壤有效氮肥的供应库,是土壤质量和肥力评价的重要因子。消落带土壤中的氮素含量也反映了土壤淹水后对水体富营养化的潜在贡献能力。研究区域内消落带土壤样品TN含量如图2所示,消落带土壤TN含量为0.36~1.19g·kg-1,均值为0.70g·kg-1,低于郭劲松等2008年研究的三峡库区腹心地带消落带土壤TN含量1.32g·kg-1。其中忠县共和村和开县白家溪采样点消落带土壤TN含量较高,分别为1.19和1.01g·kg-1。而南岸区广阳坝干流和广阳坝古河道等为河滩地,土壤TN含量相对较低,仅为0.22和0.41g·kg-1。对比消落带落干初期和落干后期土壤TN含量可知,落干初期消落带土壤TN含量为0.28~1.05g·kg-1,均值为0.68g·kg-1;落干后期消落带土壤TN含量为0.12~1.43g·kg-1,均值为0.73g·kg-1,落干期间消落带土壤TN含量增加了7.6%,表明消落带土壤TN含量在落干期间会有一定的增加,詹艳慧等指出消落带土壤落干期吸纳大量来自农田地表径流的氮素,再淹水向水体中释放出大量的氮素,增加了库区水体富营养化风险。比较不同采样点落干期间消落带土壤TN含量变化可以看出,忠县共和村和开县汉丰湖2落干期间消落带土壤TN含量增加最多,分别增加了0.47、0.62g·kg-1。巫山县大昌和洋溪河河口采样点消落带土壤TN降低较多,分别降低了0.50、0.31g·kg-1。2.3土壤tp含量磷是大多数淡水水体富营养化的主要限制性因子。三峡水库蓄水后,P成为其生态系统生产力的限制性因素。消落带土壤磷素释放对水体富营养化有重要影响。研究区域消落带土壤样品TP含量如图3所示,所有消落带土壤TN含量为0.38~0.79g·kg-1,均值为0.59g·kg-1,低于郭劲松等2008年研究的三峡库区腹心地带消落区土壤TP含量0.68g·kg-1。其中丰都县汶溪村和云阳县养鹿采样点消落带土壤TP含量较高,均值均为0.78g·kg-1。开县汉丰湖2和长寿区但渡采样点消落带土壤TP含量较低,均值仅为0.35和0.32g·kg-1。对比消落带落干初期和落干后期消落带土壤TP含量可知,落干初期消落带土壤TP含量变化范围为0.21~0.78g·kg-1,均值为0.56g·kg-1;落干后期土壤TP含量变化范围为0.25~0.88g·kg-1,均值为0.62g·kg-1,落干期间消落带土壤TP含量均值增加了10.8%。其中忠县新政和巫山县大昌采样点消落带土壤TP含量增加较多,分别增加了0.35,0.43g·kg-1。南岸区广阳坝干流和长寿区但渡采样点消落带土壤TP含量降低较多,分别降低了0.16,0.15g·kg-1。3讨论3.1消落带土壤om、tn和tp的变异分析由于三峡库区消落带土壤受三峡水库周期性涨落影响,生态环境遭到很严重的破坏,加上人为因素的干扰使土壤营养物含量在空间分布上有较大的异质性。由表2可知,落干初期消落带土壤OM、TN和TP变异系数分别为45.9%,47.3%,35.1%,落干后期分别为33.1,46.0%和27.6%。TP的变异系数较OM和TN的变异系数较小,表明三峡库区消落带土壤中OM和TN含量受环境和人为因素的干扰大,在空间分布上就有较大的异质性。另外土壤磷素主要与土壤本身性质、人为施肥措施和损耗程度等有很大关系,而土壤氮素受多种因素影响,如肥料投入及损耗程度、土壤微生物条件等,其含量处在动态变化中,并且土壤微生物会同时作用于土壤有机质和土壤氮素。3.2不同采样点消落带土壤营养物变化三峡库区消落带成陆期较长,与同期丰富的光热水资源构成优势组合,使消落带土地具有较高的生产潜力。在消落带落干期发展种养殖,肥料、作物根系、动物粪便会成为垃圾,残留于消落带内,将大大增加污染物量。消落带土壤再次淹水后,将向水体中释放更多的污染物,从而增加库区水体富营养化风险。有研究表明,受淹土壤对水体中释放的能力与土壤氮磷含量、吸附解析特征以及上覆水体的理化性质有关。土壤的氮磷浓度越高,对水体氮磷的吸附能力就越弱,而对水体释放氮磷的能力就越强。结果表明,落干期间消落带土壤TN和TP含量分别升高了7.6%和10.8%,说明落干期间消落带土壤氮磷含量会有一定的积累,再次淹水会有向上覆水释放的风险。比较不同采样点落干期间营养物含量变化发现,忠县共和村、开县汉丰湖1和汉丰湖2采样点消落带土壤OM、TN和TP含量均有较大程度增加,再次淹水后释放潜力较大。其中忠县共和村采样点为某科研单位的实验基地,落干期间种植了大量的狗牙根和牙鞭草等植物,对截留和阻碍氮磷营养流失具有较明显的作用。开县汉丰湖1和汉丰湖2采样点为县城遗址所在地,周围人口密集,人类活动干扰强度大,使土壤营养物在此积累,受淹后释放的风险也较大。南岸区广阳坝干流和广阳坝古河道等河滩地消落带土壤营养物含量变化均较小。这可能是由于河滩地植被覆盖量少,对污染物的截留量基本与其流失量相同。研究范围内大部分采样点靠近农耕区,且淹没前为农业用地,落干后也有少量的种植活动,受人为和自然因素影响较大,消落带土壤营养物含量落干期间有增有减。落干期间的施肥及上方大量含有化肥农药的泥沙经暴雨的冲刷会在消落带沉积增大淹水后氮磷释放的风险。袁辉等研究指出,土壤加肥与否对其受淹后TP和TN的释放量有显著影响;未经施肥处理的消落带土壤在江水浸泡下,对TP有吸附作用,使得浸泡结束后TP下降33.4%。马利民等研究也发现土壤添加外源磷后土壤有效磷水平增大,同时土壤对磷的吸持能力降低,添加外源磷将增大土壤磷释放的风险。另外,土壤对上覆水体中氮磷的释放不仅与淹土本身的含量有关,还与土壤中氮磷形态有关。因此,要进一步研究落干期对再次淹水后土壤氮磷的释放潜力的影响,应对落干期间氮磷形态的变化进一步分析。4不同落干带土壤om、tn和tp含量(1)研究区域消落带土壤OM、TN和TP含量均值分别为9.87,0.70和0.59g·kg-1,与前人研究结果相比均较低。(2)落干初期消落带土壤OM、