有机酸对三峡库区典型土壤磷素释放的影响及机理研究

发布时间：2020-05-08 05:19

【摘要】：三峡库区成库运行后的生态环境问题备受国内外广泛关注,尤其是水体富营养化问题。磷是水体富营养化的主要限制因素,库区消落带土壤受库水周期性淹没-出露的影响,土壤磷素的迁移释放对水体磷素负荷具有重要影响。尽管国内外关于低分子量有机酸对于土壤中磷的的活化与淋失已有不少研究,但对于三峡库区消落带周期性淹水和出露条件下,土壤磷的迁移淋溶特征及有机酸的影响尚未见报道。三峡库区消落带出露期常有大量植被生长,植被根系分泌及淹水腐解均可能产生低分子量有机酸,势必对后续淹水过程中磷的释放产生重要影响,同时库区周边降雨径流及工业和生活排放废水中也可能含有简单有机酸及螯合剂等,可通过影响消落带土壤磷素形态及迁移活性,从而对水体磷素负荷产生重要影响。本文以三峡库区分布最广的紫色潮土和灰棕紫泥为对象,通过室内间歇式土柱淋洗试验,研究了淋溶液酸碱度、三种低分子量有机酸(草酸、柠檬酸、酒石酸)和螯合剂EDTA对土壤磷迁移淋失的影响,分析了无机酸碱度、简单有机酸以及EDTA影响下土壤无机磷的形态转化特征,探讨了土壤磷素形态及有效磷变化与其迁移淋出的关系。研究结果显示：(1)Ca10-P和O-P是紫色潮土和灰棕紫泥两种本底土壤中磷的主要存在形式,Ca10-P分别占两种土壤无机磷总量的48.93%和28.20%,活性磷(Al-P、Fe-P、 Ca8-P、Ca2-P)总量分别占两种土壤无机磷总量的13.12%和36.91%。添加50mg/kg的外源无机磷经转化平衡后,土壤中各形态磷的绝对含量均增加,以A1-P增加幅度最大,两种土壤中A1-P分别增加了1.49和0.71倍,A1-P增加量分别占外源磷添加量的26.36%和33.27%。活性磷总量占无机磷总量的比例也明显增加,分别为19.53%和43.51%,说明外源磷能在土壤中保持较高的活性。外源磷在土壤中转化平衡后,土壤无机磷单一形态绝对含量仍然以Calo-P和O-P为主,其中Ca10-P含量分别占无机磷总量的42.39%和25.95%。(2)淋溶液无机酸碱度对磷的溶出具有显著影响,溶液偏酸或偏碱均促进了磷的淋出。经pH分别为5、8、9的淋溶液处理后,紫色潮土淋出液中可溶性总磷(DTP)和钼酸盐反应磷(MRP)的淋出总量较对照(pH7.13, DTP-0.197mg,MRP-0.155mg)处理分别增加了43%-62%和45%-70%,而灰棕紫泥淋出液DTP和MRP较对照(DTP-0.344mg, MRP-0.310mg)分别增加了12%-26%和6%-11%。两种土壤磷的淋出能力差异较大,与对照处理相比,pH5、8、9处理下紫色潮土中的磷更易淋出。对于紫色潮土和灰棕紫泥,pH 5、8、9处理均对O-P和Calo-P有较强的活化能力。两种土壤均以pH9处理下磷的淋出量最大。两种土壤经pH5、8、9淋溶处理后,淋出液和土壤pH分别维持在8和8.65左右,与对照相比淋出液及土壤pH未发生明显变化,表明尽管无机酸碱对土壤pH的影响仍在其缓冲范围内,但对土壤磷素的淋出释放已经产生了明显影响。形态分析表明,淋溶液偏酸或偏碱均促进了土壤中O-P和Calo-P的活化。(3)淋溶液中的简单有机酸(草酸、柠檬酸和酒石酸)可显著促进灰棕紫泥土壤磷的淋失,且促进能力大小顺序为：柠檬酸酒石酸草酸,但对紫色潮土磷淋出的促进作用不如灰棕紫泥明显。溶液中有机酸浓度在5mmol～100mmol/L范围内,紫色潮土淋出液中DTP和MRP淋出总量较对照处理分别增加了8%-176%和1%-137%。对于灰棕紫泥,有机酸对磷淋出的促进作用随着其浓度的增加而增强,有机酸浓度10mmol/L,促进作用显著增加。有机酸浓度为1001nmol/L的处理,草酸处理下灰棕紫泥淋出液DTP和MRP的淋出总量较对照(0.344mg和0.310mg)处理分别增加了4.40和2.94倍,而柠檬酸处理下则较对照处理分别增加了15.32和11.76倍,酒石酸处理下较对照处理分别增加了10.17倍和9.58倍,差异均达统计极显著(P0.01)水平。当草酸、柠檬酸和酒石酸浓度≥50mmol/L时,灰棕紫泥土壤pH均从8左右降到了4以下,相应地土壤磷的淋出释放量也显著增加。而对于紫色潮土,在5-100 mmol/L有机酸浓度范围内,土壤pH仍然维持在6.84～8.71左右,相应地土壤磷的淋出量增加幅度较小。说明有机酸的酸解作用是灰棕紫泥土壤上磷素活化的重要机制。另一重要机制是络合作用。(4)淋溶过程中,有机酸的存在对于土壤无机磷形态转化具有显著影响,有机酸促进了土壤磷向高活性形态转化,从而增加了土壤磷的淋出风险。紫色潮土上,草酸添加量同Fe-P和Ca8-P、柠檬酸添加量同O-P以及酒石酸添加量同Fe-P和Calo-P均呈极显著负相关(r=-0.764,P0.01,N=12)。而对于灰棕紫泥,草酸、柠檬酸和酒石酸添加量均同Fe-P和Calo-P呈极显著负相关关系(r(Fe-P)=-0.938,-0.865,-0.935, r(Calo-P)=-0.933,-0.896,-0.916, P0.01,N=12),有机酸对Fe-P和Calo-P的活化效应显著。两种土壤有机酸对无机磷的活化能力为灰棕紫泥紫色潮土。灰棕紫泥上,草酸和酒石酸处理下土壤有效磷与Fe-P和Ca1o-P之间呈极显著负相关(r-0.795, P0.01, N=12),而柠檬酸处理下灰棕紫泥有效磷与各形态无机磷之间的相关性规律不明显。(5)EDTA对磷素溶出具有显著影响,其促进作用与EDTA浓度有关。EDTA浓度≤0.5mmol/L时,TP、DTP和MRP总淋出量均随着EDTA浓度的增大显著增加,当EDTA浓度0.5mmol/L时,TP总淋出量随着EDTA浓度的增大逐步增加,DTP和MRP总淋出量增加幅度不大。EDTA浓度为0.5mmol/L时,TP、DTP和MRP总淋出量较对照处理分别增加了102.35%、56.70%、56.03%(紫色潮土)和41.95%、43.17%、26.81%(灰棕紫泥)；EDTA浓度为5mmol/L时则为174.81%、86.45%、78.18%(紫色潮土)和92.59%、55.44%、44.97%(灰棕紫泥)。相关性分析表明,EDTA添加量仅同紫色潮土Ca10-P呈极显著负相关,(r=-0.781,P0.01,N=12),同其他几种磷的相关性不显著。对于灰棕紫泥,EDTA添加量同Al-P、Fe-P和Ca2-P均呈极显著负相关(r-0.746,P0.01,N=12)。EDTA对灰棕紫泥磷素促进作用较紫色潮土大。EDTA处理下有效磷与各形态无机磷之间的相关性并不显著。
【图文】：

３．１．１供试土样逡逑供试土样分别采自重庆两处典型消落带地区：开县和涪陵０－２０邋ｃｍ邋土壤表层逡逑（图３－１）。紫色潮土采集于高程１７０邋ｍ的^u县消落区（Ｅ＝１０８°２７’２ｒ’，逡逑Ｎ＝３１°ｉｒ２６’’）。灰棕紫泥土采集于高程１６０邋ｍ的涪陵消落区（Ｅ＝１０７°３ｒ３７’’，逡逑Ｎ＝２９°５１＇３０＂），两种土壤出落期生长植被均为野生草本。土壤样品经去除碌石及逡逑植物残体后自然风干、磨细、过２ｉｉ皿标准蹄。供试土壤的基本理化性质见表３－１逡逑及邋３－２。逡逑＂＂““：ｋ￣Ｉ、、、＿邋／逡逑图３－１采样点位置逡逑Ｆｉｇ邋３－１邋Ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｌｏｃａｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋Ｔｈｒｅｅ邋Ｇｏｒｇｅｓ邋ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ邋ａｒ

转化逡逑４．１消落带土壤无机碟赋存形态逡逑库区消落带紫色潮土及灰棕紫泥本底土壤（培养前）中无机磷组成见图４－１。逡逑从图４－１可以看出紫色潮土无机a愐裕茫幔椋铮�Ｐ为主，，占无机a愖芰康模矗福�９３％；邋０－Ｐ逡逑次之，占无机磷总量的３９．４７％。一般认为Ｏ－Ｐ和ＣａｉＧ－Ｐ是土壤中的非活性磷，逡逑而Ａ１－Ｐ、Ｆｅ－Ｐ、Ｃａ２－Ｐ及Ｃａ＾－Ｐ活性相对较高，称为活性磷。由图４－１可见，紫色逡逑潮土活性磷（Ａ１－Ｐ、Ｆｅ－Ｐ、Ｃａ２－Ｐ、Ｃａｇ－Ｐ）总量较低，仅占无机a愖芰康模保常�１２％。逡逑灰棕紫泥中无机磷以０－Ｐ和Ｃａｉｏ－Ｐ为主，分别占无机a愖芰康模常常�２３％和２８．２０％，逡逑活性a愖芰空嘉藁鷄愖芰康模常叮�９１％。灰棕紫泥中活性a愖芰空嘉藁鷄愖芰康谋壤�逡逑高于紫色潮土。逡逑１４０厂逦０紫色潮土逡逑？Ｔ逦１２０．４４逦□灰棕紫泥逡逑１：邋：逦Ｉ逡逑Ｉ邋：邋：邋＿邋１逡逑Ｉ邋：邋Ｊ邋．邋＿１邋．邋＿１邋９．８——．逡逑逦Ａｌ＾逦Ｆｅ＾Ｐ逦０－Ｐ邋ＣａｉＱ－Ｐ逦Ｃａｇ－Ｐ逦逡逑图４－１供试土壤无机播形态分布逡逑Ｆｉｇ邋４－１邋Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ邋ｆｒａｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｓｏｉｌ邋ｔｅｓｔｅｄ逡逑４．２外源碳在土壤中的形态分配逡逑添加５０ｍｇ／ｋｇ外源a惥�陈化平衡后紫色潮土和灰棕紫泥两种土壤无机a惡�量逡逑组成见图４－２。比较图４－１和图４－２可以看出，添加外源a惓禄�平衡后土壤中各形逡逑态无机磷的绝对含量均增�

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