三峽庫區(qū)消落帶土壤氮磷分布特征

三峽庫區(qū)消落帶土壤氮磷分布特征

流域是指河流、湖泊、水庫等水體水位隨著季節(jié)變化而逐漸淹沒，并隨地形而變化的干旱地區(qū)。三峽水庫作為中國特大型人工調(diào)蓄水庫,其反季節(jié)運(yùn)行的特點(diǎn)使庫區(qū)周圍形成了垂直高度30m,面積440km2的消落帶。氮和磷是限制藻類生長的主要因子,而土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素,特別是氮磷的重要來源。消落帶落干期正值庫區(qū)光熱水資源的集中時(shí)期,人們會在消落帶進(jìn)行大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動,進(jìn)而會影響庫區(qū)消落帶土壤中營養(yǎng)物質(zhì)含量。同時(shí),落干期間消落帶具有濕地生態(tài)系統(tǒng)的性質(zhì),對來自其上方的非點(diǎn)源污染物具有滯留、富集和降解的作用。而當(dāng)水庫蓄水后消落帶土壤會與水體直接發(fā)生物質(zhì)交換。土壤的氮磷濃度愈高,其對水體氮磷的吸附能力就越弱,而對水體釋放氮磷的能力就越強(qiáng)。目前對消落帶的研究主要集中在土壤對氮磷的吸附解吸能力以及干濕交替對吸附解吸作用的影響上,而對落干期間土壤營養(yǎng)物含量的變化關(guān)注甚少。落干期間消落帶土壤營養(yǎng)物的積累越高,再次淹水后向水體釋放的潛力越大。本文選取長江干流和幾條典型支流消落帶土壤為研究對象,對土壤在落干初期和落干后期有機(jī)質(zhì)(OM)、全氮(TN)和全磷(TP)含量進(jìn)行分析,了解庫區(qū)落干期對消落帶土壤OM、TN和TP含量的影響。1材料和方法1.1研究區(qū)域的確定選擇了三峽庫區(qū)巫山-重慶主城區(qū)段長江干流以及開縣云陽澎溪河流域,巫山大寧河流域,長壽龍溪河流域,忠縣甘井河流域及南岸區(qū)廣陽壩支流古河道5條主要支流的15個(gè)采樣點(diǎn)的消落帶土壤為研究對象。采樣點(diǎn)位置如表1所示。1.2樣品采集與測定所有樣品均采集自三峽水庫落干后的消落帶土壤,采樣時(shí)間為2010年4月和2010年9月,2次采樣點(diǎn)相同,每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集155~170m高程段土樣。使用洛陽鏟采集表層土(0~20cm),在1m范圍內(nèi)采集4個(gè)不同土樣,混合后用四分法縮分至1kg左右,放在聚乙烯袋中、密封好。樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后,儲存在-20℃冰箱中。樣品采集時(shí)同時(shí)測定各采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度。土壤樣品經(jīng)冷凍干燥器低溫冷凍干燥處理后,再用瓷碾磨器碾磨,過100目不銹鋼篩。土壤樣品有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀-外加熱法測定,TN采用凱氏法測定,TP采用酸溶-鉬銻抗比色法測定。數(shù)據(jù)分析采用Excel2007;繪圖采用Origin8.0。2結(jié)果與分析2.1土壤om含量土壤OM是土壤中各種營養(yǎng)元素的重要來源,是表征土壤質(zhì)量與肥力的重要指標(biāo)。消落帶土壤淹水后,土壤OM礦化過程會耗氧,同時(shí)會釋放C,N,P,S等營養(yǎng)鹽,可以造成水體惡化。研究區(qū)域內(nèi)消落帶土壤樣品OM含量如圖1所示。消落帶土壤含量為5.70~15.38g·kg-1,均值為9.87g·kg-1,遠(yuǎn)低于王曉榮等于2008年測得的三峽庫區(qū)消落帶回水區(qū)土壤OM含量16.54g·kg-1。研究區(qū)域內(nèi),巫山縣周家灣和涪陵區(qū)白濤采樣點(diǎn)消落帶土壤OM含量較高,分別為13.66g·kg-1和15.38g·kg-1。南岸區(qū)廣陽壩干流和長壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤OM含量較低,僅為5.70、6.41g·kg-1。對比消落帶落干初期和落干后期土壤OM含量可知,落干初期消落帶土壤OM含量為1.01~17.27g·kg-1,均值為9.81g·kg-1;落干后期消落帶土壤OM含量變化范圍為4.96~15.65g·kg-1,均值為9.94g·kg-1,落干期間消落帶土壤OM含量均值變化不大。比較不同采樣點(diǎn)2次采樣消落帶土壤OM含量變化發(fā)現(xiàn),豐都縣汶溪村和開縣漢豐湖2采樣點(diǎn)落干期間消落帶土壤OM含量增加幅度較大,分別增加了8.45、11.83g·kg-1。巫山縣大昌和洋溪河河口采樣點(diǎn)土壤OM含量則降低較多,分別降低了9.81g·kg-1和7.50g·kg-1。2.2不同采樣點(diǎn)消落帶土壤tn變化土壤氮素含量是土壤有效氮肥的供應(yīng)庫,是土壤質(zhì)量和肥力評價(jià)的重要因子。消落帶土壤中的氮素含量也反映了土壤淹水后對水體富營養(yǎng)化的潛在貢獻(xiàn)能力。研究區(qū)域內(nèi)消落帶土壤樣品TN含量如圖2所示,消落帶土壤TN含量為0.36~1.19g·kg-1,均值為0.70g·kg-1,低于郭勁松等2008年研究的三峽庫區(qū)腹心地帶消落帶土壤TN含量1.32g·kg-1。其中忠縣共和村和開縣白家溪采樣點(diǎn)消落帶土壤TN含量較高,分別為1.19和1.01g·kg-1。而南岸區(qū)廣陽壩干流和廣陽壩古河道等為河灘地,土壤TN含量相對較低,僅為0.22和0.41g·kg-1。對比消落帶落干初期和落干后期土壤TN含量可知,落干初期消落帶土壤TN含量為0.28~1.05g·kg-1,均值為0.68g·kg-1;落干后期消落帶土壤TN含量為0.12~1.43g·kg-1,均值為0.73g·kg-1,落干期間消落帶土壤TN含量增加了7.6%,表明消落帶土壤TN含量在落干期間會有一定的增加,詹艷慧等指出消落帶土壤落干期吸納大量來自農(nóng)田地表徑流的氮素,再淹水向水體中釋放出大量的氮素,增加了庫區(qū)水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。比較不同采樣點(diǎn)落干期間消落帶土壤TN含量變化可以看出,忠縣共和村和開縣漢豐湖2落干期間消落帶土壤TN含量增加最多,分別增加了0.47、0.62g·kg-1。巫山縣大昌和洋溪河河口采樣點(diǎn)消落帶土壤TN降低較多,分別降低了0.50、0.31g·kg-1。2.3土壤tp含量磷是大多數(shù)淡水水體富營養(yǎng)化的主要限制性因子。三峽水庫蓄水后,P成為其生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的限制性因素。消落帶土壤磷素釋放對水體富營養(yǎng)化有重要影響。研究區(qū)域消落帶土壤樣品TP含量如圖3所示,所有消落帶土壤TN含量為0.38~0.79g·kg-1,均值為0.59g·kg-1,低于郭勁松等2008年研究的三峽庫區(qū)腹心地帶消落區(qū)土壤TP含量0.68g·kg-1。其中豐都縣汶溪村和云陽縣養(yǎng)鹿采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量較高,均值均為0.78g·kg-1。開縣漢豐湖2和長壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量較低,均值僅為0.35和0.32g·kg-1。對比消落帶落干初期和落干后期消落帶土壤TP含量可知,落干初期消落帶土壤TP含量變化范圍為0.21~0.78g·kg-1,均值為0.56g·kg-1;落干后期土壤TP含量變化范圍為0.25~0.88g·kg-1,均值為0.62g·kg-1,落干期間消落帶土壤TP含量均值增加了10.8%。其中忠縣新政和巫山縣大昌采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量增加較多,分別增加了0.35,0.43g·kg-1。南岸區(qū)廣陽壩干流和長壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量降低較多,分別降低了0.16,0.15g·kg-1。3討論3.1消落帶土壤om、tn和tp的變異分析由于三峽庫區(qū)消落帶土壤受三峽水庫周期性漲落影響,生態(tài)環(huán)境遭到很嚴(yán)重的破壞,加上人為因素的干擾使土壤營養(yǎng)物含量在空間分布上有較大的異質(zhì)性。由表2可知,落干初期消落帶土壤OM、TN和TP變異系數(shù)分別為45.9%,47.3%,35.1%,落干后期分別為33.1,46.0%和27.6%。TP的變異系數(shù)較OM和TN的變異系數(shù)較小,表明三峽庫區(qū)消落帶土壤中OM和TN含量受環(huán)境和人為因素的干擾大,在空間分布上就有較大的異質(zhì)性。另外土壤磷素主要與土壤本身性質(zhì)、人為施肥措施和損耗程度等有很大關(guān)系,而土壤氮素受多種因素影響,如肥料投入及損耗程度、土壤微生物條件等,其含量處在動態(tài)變化中,并且土壤微生物會同時(shí)作用于土壤有機(jī)質(zhì)和土壤氮素。3.2不同采樣點(diǎn)消落帶土壤營養(yǎng)物變化三峽庫區(qū)消落帶成陸期較長,與同期豐富的光熱水資源構(gòu)成優(yōu)勢組合,使消落帶土地具有較高的生產(chǎn)潛力。在消落帶落干期發(fā)展種養(yǎng)殖,肥料、作物根系、動物糞便會成為垃圾,殘留于消落帶內(nèi),將大大增加污染物量。消落帶土壤再次淹水后,將向水體中釋放更多的污染物,從而增加庫區(qū)水體富營養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明,受淹土壤對水體中釋放的能力與土壤氮磷含量、吸附解析特征以及上覆水體的理化性質(zhì)有關(guān)。土壤的氮磷濃度越高,對水體氮磷的吸附能力就越弱,而對水體釋放氮磷的能力就越強(qiáng)。結(jié)果表明,落干期間消落帶土壤TN和TP含量分別升高了7.6%和10.8%,說明落干期間消落帶土壤氮磷含量會有一定的積累,再次淹水會有向上覆水釋放的風(fēng)險(xiǎn)。比較不同采樣點(diǎn)落干期間營養(yǎng)物含量變化發(fā)現(xiàn),忠縣共和村、開縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點(diǎn)消落帶土壤OM、TN和TP含量均有較大程度增加,再次淹水后釋放潛力較大。其中忠縣共和村采樣點(diǎn)為某科研單位的實(shí)驗(yàn)基地,落干期間種植了大量的狗牙根和牙鞭草等植物,對截留和阻礙氮磷營養(yǎng)流失具有較明顯的作用。開縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點(diǎn)為縣城遺址所在地,周圍人口密集,人類活動干擾強(qiáng)度大,使土壤營養(yǎng)物在此積累,受淹后釋放的風(fēng)險(xiǎn)也較大。南岸區(qū)廣陽壩干流和廣陽壩古河道等河灘地消落帶土壤營養(yǎng)物含量變化均較小。這可能是由于河灘地植被覆蓋量少,對污染物的截留量基本與其流失量相同。研究范圍內(nèi)大部分采樣點(diǎn)靠近農(nóng)耕區(qū),且淹沒前為農(nóng)業(yè)用地,落干后也有少量的種植活動,受人為和自然因素影響較大,消落帶土壤營養(yǎng)物含量落干期間有增有減。落干期間的施肥及上方大量含有化肥農(nóng)藥的泥沙經(jīng)暴雨的沖刷會在消落帶沉積增大淹水后氮磷釋放的風(fēng)險(xiǎn)。袁輝等研究指出,土壤加肥與否對其受淹后TP和TN的釋放量有顯著影響;未經(jīng)施肥處理的消落帶土壤在江水浸泡下,對TP有吸附作用,使得浸泡結(jié)束后TP下降33.4%。馬利民等研究也發(fā)現(xiàn)土壤添加外源磷后土壤有效磷水平增大,同時(shí)土壤對磷的吸持能力降低,添加外源磷將增大土壤磷釋放的風(fēng)險(xiǎn)。另外,土壤對上覆水體中氮磷的釋放不僅與淹土本身的含量有關(guān),還與土壤中氮磷形態(tài)有關(guān)。因此,要進(jìn)一步研究落干期對再次淹水后土壤氮磷的釋放潛力的影響,應(yīng)對落干期間氮磷形態(tài)的變化進(jìn)一步分析。4不同落干帶土壤om、tn和tp含量(1)研究區(qū)域消落帶土壤OM、TN和TP含量均值分別為9.87,0.70和0.59g·kg-1,與前人研究結(jié)果相比均較低。(2)落干初期消落帶土壤OM、