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《西南大学》 2013年
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紫色土侵蚀泥沙磷素释放特征

霍洪江  
【摘要】:磷是水体富营养化的限制性因子,水体富营养化已经成为中国水环境面临的最大挑战之一。紫色土地区非点源磷的迁移淋失已成为长江上游水体养分的重要来源。紫色土母质疏松,在降雨径流冲刷下,土壤侵蚀严重。被侵蚀的土壤和养分随径流通过沟渠迁移到小型塘库,后中转迁移进入长江各支流,并最终排入长江干流和三峡水库,加大了长江流域特别是三峡库区水环境压力。农业小型塘库作为非点源污染源与水体之间的中转站和过渡带,能够通过侵蚀泥沙吸附水体中磷素,降低水体中磷浓度。但是,当泥沙对磷的吸附逐渐变得饱和时,磷积累引起的释放风险就越来越大,当释放量达到一定限度时就会产生农业非点源磷污染现象。因此,为了制定对农业和环境都合理的土壤磷素管理措施,需要查明紫色土磷素向水体释放的机制。本文选择长江上游和库区中部地段具有代表性的、侏罗纪发育的沙溪庙组紫色土侵蚀泥沙为对象,选取不同泥沙来源和使用方式的塘库侵蚀泥沙。采用室内模拟与分析等方法,研究侵蚀泥沙对磷的吸附-解吸特征、侵蚀泥沙磷素形态分配特征以及其转化特征。以查明紫色土侵蚀泥沙的磷素释放特征。 研究的主要结果如下: (1)紫色土侵蚀泥沙粒径组成主要是砂粒和粉粒,粒径组成主要受土地利用方式及侵蚀泥沙来源的影响。北碚塘库侵蚀泥沙中砂粒较多,而忠县侵蚀泥沙中粉粒含量较大;侵蚀泥沙pH主要呈中性或碱性,仅个别塘库(ZX001)侵蚀泥沙呈酸性;侵蚀泥沙中CaCO3、有机质、无定形Fe、A1氧化物含量受到粒径大小的影响,主要表现为粒径越小含量越高。同时受到酸碱性影响较大,其中CaCO3与pH呈正相关,无定形Fe、A1氧化物与pH呈负相关。 (2)紫色土侵蚀泥沙的磷吸附容量变异幅度较大,在263-2000mg/kg之间。北碚地区塘库侵蚀泥沙对磷的吸附容量较低,在263~926mg/kg之间,忠县地区的磷吸附容量高于北碚,吸附容量达到417~2000mg/kg。侵蚀泥沙磷吸附容量与其组成特征具有密切关系,粘粒含量、侵蚀泥沙不同粒径组分对磷的吸附容量从小到大依次为砂粒(263~417mg/kg)、粉粒(333~1111mg/kg)、粘粒(411~2000mg/kg).pH、CaCO3等侵蚀泥沙理化性质通过无定形Fe、Al氧化物间接影响磷的吸附,酸性侵蚀泥沙中活性无定形Fe、A1氧化物是吸附磷的主要基质,而侵蚀泥沙颗粒中活性无定形Fe、A1氧化物的含量随着粒径减小而增加。中性和石灰性紫色土侵蚀泥沙的磷在各粒级间分布的差异不大,因为除了无定形Fe、A1氧化物外,CaCO3(在粗颗粒中也有大量分布)对磷的吸持有重要的影响。 (3)紫色土侵蚀泥沙磷的解吸随吸附量增加呈线性增加。侵蚀泥沙磷解吸模式基本为直线。吸附能量低的紫色土侵蚀泥沙其解吸曲线为一直线。吸附能量高的紫色土侵蚀泥沙磷解吸曲线为一幂函数曲线(Qt=k.ta,0a1)。侵蚀泥沙磷解吸分为快速、慢速和动态平衡三个阶段。侵蚀泥沙磷解吸率与侵蚀泥沙pH、CaCO3和砂粒含量呈正相关,而与粘粒、有机质和无定形Fe、A1氧化物含量呈显著负相关。 (4)侵蚀泥沙中磷(TP)主要是由非磷灰石无机磷(NAIP)、磷灰石无机磷(AP)和有机磷(OP)三部分组成;NAIP具有生物有效性和水溶性,是可释放磷源,在酸性紫色土条件下中含量较高,占TP的21.34%-38.26%,AP和OP都是稳定态磷,不易被释放分别占总磷含量的37.40%~68.78%、9.88%~25.75%。各形态磷素含量与侵蚀泥沙中其吸附基质呈正相关。侵蚀泥沙磷素赋存状态受到侵蚀泥沙理化性质的制约,其中NAIP含量与无定形Fe、A1氧化物含量存在显著性正相关(1-=0.56,p0.05),AP含量受到pH,水分影响的同时与侵蚀泥沙中CaCO3含量呈显著性正相关(r=0.53,p0.05)。有机磷含量与有机质含量存在极显著正相关(r=0.93,p0.01)。不同粒径侵蚀泥沙总磷含量总体表现为砂粒(285.53~511.27mg/kg)粉粒(294.68~525.13mg/kg)粘粒(308.36~632.95mg/kg)。 (5)侵蚀泥沙吸附磷过后非磷灰石无机磷(NAIP),磷灰石无机磷(AP)增加,而有机磷(OP)含量基本不变。侵蚀泥沙对磷的吸附量约等于无机磷(IP)增加量。这说明侵蚀泥沙在磷吸附过程中,磷主要被无定形Fe、Al氧化物所吸附生成NAIP、被钙化合物吸附生成AP,表明侵蚀泥沙吸附的磷主要转化为NAIP、AP。侵蚀泥沙磷解吸过程中,侵蚀泥沙总磷减少主要与NAIP减少有关,主要是无定形Fe、Al氧化物结合的NAIP释放出来,而AP和OP在解吸过程中释放不明显。这表明侵蚀泥沙解吸的磷主要是NAIP,而AP和OP在短时间内很难被释放出来。可以推断出长江三峡库区上游(北碚)以及中游(忠县)紫色土区域水体磷素富营养化的最主要诱导因子为与无定形Fe、Al氧化物结合的NAIP。以后的库区农业生产中以控制无定形Fe、Al氧化物含量与活性来间接控制磷素水体富营养化。
【学位授予单位】:西南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X144;X52

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