退耕还湿条件下土壤团聚体中磷的赋存及释放特征研究

发布时间：2020-05-05 02:22

【摘要】：湿地属于陆生生态系统和水生生态系统之间的过渡性生态带,是土壤与生物相互作用所形成的地理综合体,具有涵养水源、调节气候、降解污染、保护生物多样性和维持生态系统稳定等功能。但受工农业污水的排放、水利工程的修建、水陆交措带垦植和旅游景观开发等人类活动的影响,我国湿地正面临着植被严重退化、面积迅速萎缩和生态系统生产力急剧下降等生态风险。随着人们对湿地生态功能重要性认识的提高,退耕还湿已成为保护湿地资源的一项重要措施。磷是水体浮游植物生长和提供细胞动能的必需营养元素,以广泛多样的形式参与有机体的代谢过程,是光合、呼吸等重要生命活动的参与者,在能量储存、迁移和转化过程中发挥关键性作用。目前,关于磷的研究多集中于其在农田和湿地中的含量变化和形态转化,而较少关注磷组分在恢复湿地土壤团聚体中的赋存特征和释放风险。土壤团聚体结构和化学性质影响着湿地生态系统营养元素的生物地球化学循环过程,湿地恢复过程中,土壤团聚体结构稳定性和磷的释放能力究竟发生怎样的改变?同时,土壤团聚体对磷的滞留-释放过程也起着物理-化学-生物等多种作用,而具体作用机制有待于进一步深入研究。此外,东北地区独特的地理位置、气候特征和耕种方式,导致土壤磷的赋存形态和释放机制有别于南方地区,且季节性冻融区该方面的研究相对缺乏。本研究选取三江平原恢复湿地(退耕年限:1、2、3、5、13和19年)为研究对象,以土壤团聚体为基本单元,采用扫描电镜能谱仪(SEMEDS)先进技术手段,探讨湿地恢复过程土壤团聚体结构稳定性的动态变化和表面元素分布特征;运用磷连续化学分级提取法和Langmuir、Freundlich吸附等温线模型,分析土壤磷组分在团聚体中的赋存特征和吸附-解吸行为;借助冗余分析(RDA)和通径分析(PA)多元统计分析法,识别影响磷在团聚体中再分配过程和土壤对磷固持能力的主控环境因子。主要结论如下:(1)恢复湿地土壤团聚体稳定性均高于农田,且随湿地恢复年限的延长呈先升高后降低趋势。粗粒径团聚体结构优于细粒径团聚体。湿地恢复0-5年内,细粒径团聚体(0.25 mm)先胶结成粗团聚体;随后,粗粒径团聚体破碎成细粒径团聚体,直至湿地恢复第5年达到相对稳定水平。(2)湿地恢复过程中,土壤酸碱度(pH)、铁(Fe)和锰(Mn)呈先升高后降低趋势;电导率(EC)则持续降低;总氮(TN)和有机质(SOM)呈双峰变化趋势。TN主要富集于1 mm粒径团聚体中;土壤SOM和Mn含量随团聚体粒径的减小而降低;0.25-1 mm和0.053-0.25 mm粒径团聚体Fe含量略高于1mm和0.053 mm粒径团聚体。(3)各粒径团聚体不稳定无机磷(L-Pi)含量呈波动降低趋势;总磷(TP)、不稳定有机磷(L-Po)、中度不稳定有机磷(Ml-Po)、铁铝结合态磷(Fe.Al-P)、钙镁结合态磷(Ca.Mg-P)、腐殖态磷(Hu-P)和残渣态磷(Re-P)含量呈先升高后降低趋势。土壤TP、L-Pi、L-Po和Re-P含量随团聚体粒径的减小而降低;Ml-Po主要赋存于0.25-1 mm和0.053-0.25 mm粒径团聚体中;Fe.Al-P和Ca.Mg-P在0.25-1 mm粒径团聚体中的含量相对较高;Hu-P在各粒径团聚体中无明显赋存特征。(4)1 mm和0.25-1 mm粒径团聚体对内源磷的固持和外源磷的截留能力较0.053-0.25 mm和0.053 mm粒径团聚体高。此外,1 mm和0.25-1 mm粒径团聚体对磷的固持能力随湿地恢复年限的延长呈先降低后升高趋势,而0.053-0.25 mm和0.053 mm粒径团聚体对磷的固持能力随湿地恢复年限的延长则持续降低。(5)恢复湿地影响磷组分在团聚体中再分配过程和土壤对磷固持能力的环境因子依次为:TNSOMpHFeMnEC。(6)湿地恢复初期,Fe.Al-P和Hu-P的含量相对较高,且受水文条件影响显著。特别是三江平原雨季(6-8月份),需重点关注其释放风险。
【图文】：

关键技术路线框图
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X171;S152

【参考文献】