三峡库区兰陵溪消落带土壤磷分布特征及生物可利用性评价

库区消落带在反复淹水条件下,会引起土壤磷含量和形态发生改变。本研究以三峡库区兰陵溪小流域消落带为研究对象,分析了不同高程消落带土壤总磷和不同形态磷的变化。结果表明,兰陵溪消落带总磷平均含量为508.48 mg·kg-1,低于背景区,表明淹水导致消落带土壤磷含量总体降低。不同形态的磷表现出碎屑磷灰石闭蓄态磷铁结合态磷铝结合态磷有机磷钙结合态磷弱吸附态磷的特征,碎屑磷灰石和闭蓄态磷是兰陵溪消落带主要形态的磷。生物可利用磷平均含量为204.12 mg·kg-1;当水位上升,土壤淹没水面之下时,消落带土壤具有一定的磷释放潜力。     

三峡库区消落带典型植物根际土壤磷形态特征

三峡库区消落带生态系统演变对水库安全具有重要影响,其中植物群落演变与土壤氮磷形态转化及释放等广受关注。然而,消落带植物根际效应与土壤磷形态关系及潜在影响并不清楚。选择三峡库区澎溪河消落带为研究对象,分别在冲积潮土、紫色土和水稻土分布的消落区采集典型草本植物(狗牙根、香附子、苍耳)和农作物(玉米)根际、非根际土壤,分析无机磷和有机磷的形态特征,探讨了消落带典型植物生长对土壤磷形态的根际效应及潜在影响。结果表明,土壤类型对土壤磷含量及磷赋存形态具有显著影响,紫色土磷含量最高,且活性磷含量低于冲积潮土和水稻土,表现出磷库稳定性较高;4种植物根际土壤全磷、有效磷及不同形态无机、有机磷(弱吸附态磷WA-P、潜在活性磷PA-P、铁铝结合态磷Fe/Al-P、钙结合态磷Ca-P、残渣态磷R-P)含量均高于非根际,表现出明显的根际富集效应;不同植物根际土壤全磷和有效磷表现为狗牙根苍耳香附子玉米,但磷形态在不同植物根际富集水平不同:活性较高的WA-P、PA-P含量在玉米和苍耳覆盖区均高于狗牙根和香附子,而较稳定Ca-P_i、R-P_i、Fe/Al-P_o、Ca-P_o含量在狗牙根和香附子覆盖区更高,表明玉米和苍耳生长有利于稳定性磷的活化,提高消落带土壤磷流失风险。不同植物根际对不同形态磷富集率差异明显,且玉米根际对活性磷形态的富集率最高,表明农业活动可能加速土壤稳定性磷的活化。pH、土壤有机质、土壤容重与无机磷的赋存形态关系密切,而有机磷赋存形态受pH影响显著,植物根际有机质积累和有机酸分泌等是影响土壤磷形态变化的主要因素。消落带植物群落演变及恢复对土壤磷形态转化具有重要影响。     

干湿交替条件下三峡水库消落带土壤汞形态变化

对三峡水库消落带干湿交替条件下土壤汞赋存形态变化、影响因素和生物可利用性进行了模拟研究.结果表明: 干湿交替条件下土壤汞会发生形态转化和释放,总汞含量逐渐降低,两次“淹水-落干”后总汞含量降低了28.9%.土壤中不同汞形态所占比例分别为:水溶态汞(Hg-w)6.1%～16.8%;交换态汞(Hg-e)5.8%～12.9%;碳酸盐结合态汞(Hg-c)4.5%～17.7%;腐植酸结合态汞(Hg-h)12.5%～29.9%;有机质结合态汞(Hg-o)5.3%～12.8%,残渣态汞(Hg-r)34.5%～51.6%.土壤中汞形态以残渣态(Hg-r)为主,干湿交替条件下其所占比例有降低的趋势,腐植酸结合态汞(Hg-h)则逐渐增加,生物可利用态汞(Hg-w、Hg-e、Hg-c和Hg-h之和)总体呈增加趋势,易被水生生物利用并进入食物链,可能会增加水库生态系统的汞生态风险.     

底栖藻类对消落带土壤中各形态磷的影响

为揭示底栖藻类对三峡库区消落带淹没初期土壤中不同形态磷的影响作用,开展了相关的模拟实验。结果表明,在模拟的底栖藻类影响条件下,消落带土壤中铝磷（Al-P）的含量在实验期间处于波动状态,Al-P相对于其余形态的磷更易于被藻类吸收利用,且与藻类生长存在密切相关,即底栖藻类生长状态较好时,土壤中Al-P呈现下降趋势;而生长状态较差时,土壤中Al-P又出现略微上升的趋势。在实验后期土壤中Al-P含量上升,可能是其余形态的磷转化而来。底栖藻类的生长对不同深度土壤中铁磷（Fe-P）的影响不同,其生长对2-4 cm层土壤的影响较大,而对其余层影响不大。不同深度土壤中闭蓄态磷（O-P）和钙磷（Ca-P）含量差异不明显。实验后期Fe-P、O-P和Ca-P含量一直呈现下降的趋势,只有Al-P在后期出现上升的趋势,说明在淹水条件和底栖藻类生物膜共同作用下,土壤磷的有效性提高,土壤中难溶性磷向易溶性磷转化。       

环境因子对杭州西湖沉积物各形态磷释放的影响

对西湖沉积物的磷形态、粒径组成、化学组成进行了分析, 模拟研究了上覆水磷含量、光照、pH、温度、水动力条件等不同环境因子对西湖沉积物各形态磷释放的影响。结果表明, 上覆水为蒸馏水时的最大释磷量约为底泥-湖水系统的1.15倍, 且释放形态均以IP中的Fe/Al-P为主。在蔽光条件下的最大TP释放量约为光照条件下最大TP释放量的1.35倍。pH 是影响磷释放的重要因素, 在碱性条件下, 促进Fe/Al-P的释放; 在酸性条件下, 促进Ca-P 的释放。在高温条件下沉积物的释磷量会高于低温条件下的释磷量。沉积物各形态磷的释放量在15h后逐渐趋于平衡扰动状态达到平衡时TP释放量是静态释放平衡状态的1.61倍。研究结果旨在探讨不同环境因子对湖泊沉积物磷迁移转化的生态环境效应, 预测西湖内源磷释放的发展趋势, 为控制沉积物内源污染提供理论基础。     

三峡水库泄水期消落带土壤微生物活性

以三峡库区香溪河消落带土壤为对象,研究泄水期(5-8月)消落带不同海拔土壤理化性质及微生物活性,旨在揭示三峡库区消落带土壤质量变化趋势.结果表明:随着海拔降低、淹水强度增强,消落带土壤含水量增加,pH值上升,土壤微生物生物量和微生物熵逐渐降低,土壤代谢熵显著增加,干湿交替区165 m以下土壤代谢熵显著高于未淹没区175 ～185 m.表明香溪河消落带低海拔土壤受江水淹没胁迫,pH值趋于碱性,土壤环境质量降低,不适宜微生物的生长.消落带各海拔土壤SOC、TN和C/N无显著差异;但干湿交替区土壤SOC、TN和C/N的变异系数降低,表明干湿交替是影响库区消落带土壤碳、氮分布的重要因子.相关分析显示,土壤C/N与SOC呈极显著正相关,说明香溪河消落带C/N的变化主要由SOC决定.     

北方土壤中Mn的形态及其与活性Mn的关系

用逐步连续分级浸提法研究了我国北方主要土壤中Mn的存在形态及其与活性Mn的关系.碱性土壤中Mn的形态分布特征为氧化锰态Mn>残留态Mn>有机质结合态Mn>无定形铁结合态Mn>晶形铁结合态Mn>代换态Mn,与酸性土壤的排列顺序明显不同.碱性上壤条件导致土壤中的Mn更多地向生物无效态转化,使得土壤的活性Mn主要以氧化锰态和代换态存在.     

三峡库区香溪河消落带植被群落特征与土壤环境相关性

土壤环境是影响植被群落结构的关键因素。为揭示三峡库区消落带植被群落的空间分布与土壤环境间的相关规律,本文运用聚类分析法分析了三峡库区香溪河消落带调查的30个样带群落属性,并利用冗余分析(RDA)分析了11个土壤理化因子与消落带植被空间分布及多样性的相关关系。聚类分析结果显示,香溪河消落带草本群落可划分为7种类型,其中一年生植物群落占据优势;RDA排序轴与环境因子的相关性分析显示,RDA第1排序轴与土壤含水量(SWC)呈显著正相关,与消落带高程(Ele)呈极显著负相关(P0.01);第二轴主要与pH、Fe-P、土壤有机质(SOM)和O-P呈负相关(P0.05)。植被多样性指数与土壤理化因子的相关性分析表明,物种丰富度指数(R)与Ele、pH和SOM相关关系最为显著;优势度指数(D)与Ele呈极显著负相关(P0.01),而与SWC呈显著性正相关;香农多样性指数(H)与Ele、SOM、TP呈显著正相关,与SWC、pH呈显著性负相关;物种均匀度指数(E)除与Ele和SWC存在显著相关性外,均与其他环境因子间不存在显著性(P0.05)。综上,消落带高程、土壤含水量、土壤有机质、土壤pH及土壤TP和无机磷中O-P和Fe-P是影响香溪河消落带植被群落格局的主要因素。     

海拔和植被对三峡库区梨香溪消落带土壤酶活性的影响

消落带土壤生态环境对水库水质及坡岸稳定性具有较大影响，土壤酶活性具有驱动土壤物质循环进而影响生态系统的功能。本文以三峡库区梨香溪消落带土壤为研究对象，研究了四个海拔梯度和五种植被样地的土壤蔗糖转化酶、脲酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性及相关环境因子。结果表明，在不同海拔样地中，表层土壤的有机质、总氮、总磷和有效磷的含量均高于土壤下层，并且有效磷和总磷含量随海拔高度的增加而增大。四种土壤酶活性随高程的增加均总体呈现出增大的趋势。除脲酶外，167~180 m样地的下层土壤的土壤酶活性均高于165 m样地。在不同植被样地中，苔藓结皮样地的表层土壤中，蔗糖转化酶、碱性磷酸酶和蛋白酶的活性均为最大。有植被覆盖的样地土壤酶活性和土壤有机质、总氮、总磷和有效磷含量均高于裸地，其中虎杖和藻结皮植被对土壤的养分和土壤酶活性影响作用高于狗压根和苔藓结皮。四种土壤酶的酶活性与土壤总氮、总磷、有效磷和有机质含量大体都呈现正相关关系。以上结果表明，消落带土壤酶活性和土壤肥力供给能力受水淹影响，藻类结皮和苔藓结皮对消落带土壤肥力具有促进作用。     

洱海湖滨带与湖中心带表层沉积物磷的形态对比分析与环境学意义

采用连续提取方法对洱海湖滨带和湖中心带表层沉积物磷的形态及其分布特征进行了分析。结果表明湖滨带TP的含量为741.35-1061.36 mg·kg^-1, 平均为872.61 mg·kg^-1, 显著高于湖中心带(含量范围576.38-722.98 mg·kg^-1, 平均值663.67 mg·kg^-1)。两区域均以IP 为主赋存形态, 分别占TP 的79.70-84.97%(湖滨带)和78.1-92.28%(湖中心带), 而IP 中以Ca-P 为主, 分别占IP 的26.76-63.38%(湖滨带)和28.67-55.16%(湖中心带)。从各形态磷的含量分布特征来看, 湖滨带的TP、IP、OP、Ads-P、Fe-P 和Ca-P 均显著高于湖中心带, 而De-P 则相反, 反映了磷在迁移过程中与环境因子变化之间响应关系。相关分析表明湖滨带TP 与IP、OP、Ads-P 均呈显著的正相关关系, 而在湖中心带这种关系则仅存于TP 与IP 之间, 说明湖滨带磷具有较强的释放潜力, 而湖中心带则更多的体现了洱海区域的地质特点。该研究对于正确认识环境因子与沉积物中磷的形态之间的内在联系与响应关系, 揭示高原湖泊磷的地球化学特征与环境效应具有重要意义。     

外源水溶性有机物及温度对红壤铜形态的影响

利用模拟培养试验研究了外源水溶性有机物（DOM）添加量和培养温度对红壤中Cu形态的影响. 结果表明: 与不添加DOM比较, 添加不同量的DOM均可提高土壤中交换态Cu的含量、降低铁锰结合态Cu含量; 随着培养时间的延长,不同DOM添加量下土壤交换态Cu含量呈逐渐下降趋势;至试验结束时,DOM添加量为250 mg·L^-1时土壤交换态和碳酸盐结合态Cu含量最高, 添加量为500 mg·L^-1时铁锰结合态Cu含量最高;不同DOM添加量下, 土壤中有机结合态Cu含量较CK增加10.67%～23.66%. 在25 ℃和45 ℃温度条件下, 添加DOM后土壤交换态和铁锰结合态Cu含量均随培养时间的延长呈下降趋势, 但在5 ℃下变化趋势相反; 3种温度下添加DOM后土壤碳酸盐结合态Cu含量有随培养时间延长而增加的趋势. 随着培养温度的升高,土壤有机结合态Cu含量增加, 但在温度较低(5 ℃)时土壤残渣态Cu含量下降.     

土壤翻耕影响坡地磷流失试验研究

以黄绵土为试验材料,通过模拟降雨试验研究了翻耕与压实(分别代表大田条件下土壤翻耕与免耕两种休闲方式)条件下坡地土壤中不同形态P的流失特征。结果表明,翻耕条件下,由于坡面产流产沙量增加,流失径流中溶解态磷(DP)、泥沙浸提态磷(SEP)以及泥沙全磷(STP)的含量与流失量均明显增加,增幅达10倍以上,P的流失形态以泥沙结合态为主,压实条件下,DP／生物有效磷(BAP)与BAP／径流总磷(TP)比率分别为15％和2．4％;而翻耕条件下DP／BAP与BAP／TP比率分别为12％和2．6％,在黄土高原地区实行免耕或者夏季留茬休闲,可有效降低坡地土壤与养分的流失量,有效遏制土壤退化,对于保护下游水环境具有重要意义。     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响 Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Zn形态分布。结果表明,单淹水使土中各形态Zn一定程度上向生物有效性较低的Zn形态转化,有效态Zn降低。土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Zn变化。种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Zn亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Zn富集。根际Zn形态转化强度大于非根际,其有效态Zn量接近临界值并高于非根际。有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Zn的转化,低盐土壤根际更强烈。随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Zn向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Zn转化,低盐土壤较明显。     

有机物料对滨海盐渍土重金属根际效应的影响Ⅰ.土壤内源Zn形态分布

研究了排水条件下施用腐熟有机物料、种稻改良滨海盐渍土内源Ｚｎ形态分布．结果表明,单淹水使土中各形态Ｚｎ一定程度上向生物有效性较低的Ｚｎ形态转化,有效态Ｚｎ降低．土壤盐分量不同,明显影响无定形氧化铁结合态、紧结有机态以及硅酸盐矿物态Ｚｎ变化．种稻不施有机物料,根际交换态和硅酸盐矿物态Ｚｎ亏缺;碳酸盐结合态、氧化锰结合态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ富集．根际Ｚｎ形态转化强度大于非根际,其有效态Ｚｎ量接近临界值并高于非根际．有机物料利于根际内外土壤中硅酸盐矿物态Ｚｎ的转化,低盐土壤根际更强烈．随有机物料用量增加,促使根际硅酸盐矿物态、碳酸盐结合态及氧化锰结合态Ｚｎ向交换态、紧结有机态和无定形氧化铁结合态Ｚｎ转化,低盐土壤较明显．     

池塘水华与底层磷营养状态的关系

比较了武汉东郊相邻池塘间隙水、上覆水与沉积物中磷形态、水相中与不同大小颗粒相联系的碱性磷酸酶活性 (APA)、溶解态与沉积物APA动力学参数及沉积物有机质的含量。铜绿微囊藻 (Microcystisaeruginosa)出现或繁盛的池塘上覆水中正磷酸盐 (O—P)或间隙水中不同形态磷的浓度较高 ,而底层水相不同形态磷浓度较低的池塘叶绿素的浓度亦低 ,且未见铜绿微囊藻 ,故水华与底层磷营养之间联系紧密。各塘沉积物磷主要以铁结合态形式存在 ,铜绿微囊藻繁盛的池塘沉积物中铁结合态磷含量较低 ,而有机质含量较高 ,底层APA亦表现出较高的底物亲和能力 (较小的Km 值 )和反应速度 (较大的Vmax值 ) ,上述结果说明 ,有机质可能在上覆水、间隙水与沉积物诱导具不同动力学特征的高APA ,同时引发厌氧状态 ,这双重因素均有利于O—P的迅速释放 ,从而促进水华的形成     

不同土地利用方式对三峡库区消落带土壤细菌和真菌多样性的影响

旨在为三峡消落带选择适合的生态恢复方式提供参考依据。以三峡库区重庆忠县汝溪河流域典型消落带为研究区域,于2015年6月进行原位取样,利用末端限制性片段长度多态性(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,T-RFLP)方法,对消落带的耕地、林地、弃耕地土壤细菌和真菌群落多样性进行研究。研究发现:(1)除容重和密度外,不同用地类型对土壤各理化特性均产生显著影响,林地的含水量、有机质(OM)、全氮(TN)、全磷(TP)、速效氮(AN)、速效钾(AK)、速效磷(AP)的含量显著高于耕地和弃耕地(P0.05)。(2)在三峡库区消落带不同土地利用方式下细菌和真菌多样性均有显著性差异。(3)耕地和林地的细菌多样性无显著性差异,均显著高于弃耕地;不同用地方式中,土壤全磷(TP)和速效磷(AP)显著影响细菌群落结构(P0.05)。(4)真菌群落的Shannon-Weiner指数和辛普森指数在耕地中均为最低,但均匀度指数在3种用地类型之间没有显著性差异;在不同用地方式的土壤中,土壤有机质(OM)、全氮(TN)含量和p H显著影响真菌群落结构(P0.05)。结论:与弃耕地和耕地相比,林地可固持、滞留和保有更多的土壤养分,有较高的细菌多样性和真菌多样性。在三峡消落带165—175 m海拔高程,林地为最适宜的用地方式,建议限制耕作,推广人工生态修复林地建设。     

干湿循环对消落带狗牙根磷释放的影响

为探讨干湿循环对三峡消落带狗牙根磷释放的影响, 以三峡典型支流—澎溪河为例, 选取上游(渠口镇)和下游(双江镇)两个水文断面, 150、160、170 m 三个水位高程调查了狗牙根分布特征, 并于干湿循环和持续淹水两种水文情势, 15—25—35—25—15℃连续温度变化下进行培养, 测定了水—土(W-S)、水—狗牙根(W-C)和水—土—狗牙根(W-S-C) 三种体系下水中磷含量随时间变化。结果表明: 狗牙根生物量随消落带水位高程降低而下降, 表现为170 m (1.62 kg·DW·m-2) >160 m (0.85 kg·DW·m-2) >150 m (0.19 kg·DW·m-2)。在整个培养阶段, 三种体系水中磷含量均随培养时间的延长而增加, 表现为W-S-C>W-C>W-S体系, 其释放动力学过程符合y=axb幂函数模型。与持续淹水相比, 干湿循环影响下W-S-C体系中狗牙根磷释放量较低, 可见, 干湿循环有利于降低消落带狗牙根磷释放, 降低三峡支流水体富营养化风险。     

三峡水库峡谷地貌区消落带土壤氮磷钾、有机质含量和pH值的时空动态

基于三峡水库巫山段和秭归段消落带海拔155～172 m区段经历水库水位涨落前(2008年)和经历1次(2009年)、4次(2012年)、7次(2015年)水库水位涨落后土壤化学性质的长期定位监测,研究峡谷地貌区消落带土壤氮(N)、磷(P)、钾(K)、有机质(OM)含量和pH值的时空动态变化规律,并对其养分状态进行评价.结果表明: 随着经历水库水位涨落次数的增多,消落带土壤全氮(TN)、速效氮(AN)、速效钾(AK)和OM含量减少,全磷(TP)、全钾(TK)、速效磷(AP)含量和pH值增加;经历水库水位涨落前和经历1次水库水位涨落后,消落带各土层的TP、TK和AP含量为巫山样地>秭归样地,经历4次和7次水库水位涨落后,变为秭归样地>巫山样地;随着经历水库水位涨落次数的增多,消落带大多数土壤化学指标含量在土层间的差异减小.对照全国第二次土壤普查养分分级标准,经历7次水库水位涨落后,秭归样地土壤TP和AP含量达到极高等级,巫山样地土壤AP含量为高等级,其他指标为中等及以下等级.三峡水库的水文特征、人为活动的干扰,以及不同土壤化学指标性质的差异,是峡谷地貌区消落带土壤N、P、K、OM含量和pH值时空变化的主要驱动因素.     

长江中下游部分湖泊沉积物碱性磷酸酶分布及其作用研究

沉积物磷负荷在湖泊富营养化的发生与恢复过程中具有关键作用,其释放受物理、化学与生物机制调节,而碱性磷酸酶催化有机磷的矿化,故当为促进沉积物磷循环的重要因素。本文讨论了长江中下游部分湖泊沉积物碱性磷酸酶分布及其在磷释放过程中的作用。五里湖疏浚与未疏浚区以及太湖、巢湖、龙感湖、东湖、月湖、龙阳湖、莲花湖等不同湖泊的不同区域表层沉积物碱性磷酸酶活性(APA)明显不同,这种空间异质性与湖泊富营养化程度相联系。此外,APA随沉积物的深度递减,或在中间与较深层次出现峰值,且具明显的季节性。上述事实以及APA对抑制剂的不同响应方式暗示酶存在形态的多样性(同工酶)。苯丙氨酸(Phe)明显提高月湖与五里湖沉积物APA,沉积物与Phe相互作用并静置一天之后,生物可利用性磷(SRP)的释放量明显增加。再者,Phe可抑制月湖沉积物APA,沉积物与Phe相互作用并静置一天之后,SRP释放量无明显变化,溶解有机磷(DOP)的释放量则明显增加。因此,释放的SRP部分来自某些活跃的有机磷的酶促水解,沉积物碱性磷酸酶在内源磷的释放以及富营养化过程中具有重要作用。     

三峡库区消落带初期土壤养分特征

对三峡库区消落带回水区内2种主要植被类型土壤养分特征进行了研究。结果表明,除有效磷外,次生灌丛土壤养分含量均高于弃耕地,且其他养分指标变异系数在50%左右,而有效磷的变异系数达到91%。随海拔的升高,土壤养分未表现出明显差异性。与对照样带相比较,消落带内全磷、全钾、有效磷、速效钾含量增加,表明水淹和清库等人为活动对土壤母质风化影响严重,导致消落带内土壤磷和钾含量增高,而速效钾在水淹后则大量流失;随着土壤层次的加深,除了有效磷外,其他养分都表现出逐渐降低的趋势。消落带处于幼年时期,尚未形成明显的水分梯度,其养分和水分没有显著的相关性。