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有机酸对三峡库区消落区土壤—水界面磷释放的影响及机理研究

唐海燕  
【摘要】:水体富营养化是当今世界所面临的重大环境问题,磷是水体富营养化的主要控制因素,也是限制植物生长的主要因子之一,尽管国内外对磷在土-水界面的迁移机制及其影响因素有了比较全面的认识,但对于三峡库区消落区土壤磷在土-水界面迁移释放的报道很少。从保护水环境角度,针对有机酸对三峡库区消落区农业土壤磷在土-水界面迁移的在国内研究报道较少,选择三峡水库消落区紫色潮土、灰棕潮土、黄壤3种类型土壤,采用室内模拟的研究方法,模拟自然淹水过程中环境(水体和土壤)有机酸组成及水体pH对土壤磷迁移的影响,研究提出了有机酸影响下磷释放动力学的动力学模型,并探讨了在释放迁移过程中土壤磷的形态转化及土壤、水性质和组成的影响。研究结果显示: 水体初始酸度对土壤磷的迁移释放有重要的影响,当初始pH7时,磷的释放量随pH的降低呈线形增加;当pH=7时,磷释放量最小;当pH7时,磷的释放量又开始上升。尽管水体初始酸度差别很大,但土-水体系在淹水后酸度迅速趋于一致。值得注意的是尽管土-水体系pH趋于一致,但水体初始酸度对土壤磷的释放的影响并未因此而消除,酸性或碱性处理淹水过程中都有利于土壤磷的释放。因此,向水体中排放酸性或碱性废水均可能促进磷由底泥或土壤向水体的释放,增加水体富营养化的风险。 水体中含有低分子有机酸会增加土壤或底泥磷向水体的释放量。比较施磷与不施磷处理,水体中加入草酸、柠檬酸、酒石酸3种低分子有机酸,淹水期间施磷处理上覆水累积磷浓度明显高于不施磷处理。与无有机酸的对照(CK)相比,水体中3种有机酸的存在均能明显促进土壤磷的释放,其作用能力大小为OACATA,与添加的外源磷无关。土壤磷的释放与水体中加入的有机酸初始水平呈显著正相关,可用一次线性方程来描述,植物源和其它外源低分子有机酸通过各种途径进入土壤后,明显促进土壤在淹水过程中磷向水体的迁移释放。紫色潮土在淹水条件下,上覆水累积磷浓度与土壤中添加的外源有机酸和淹水时间的关系可用曲线方程Q_(RP0.45=α_1·e~(β_1·O_i)·t~(λ_1),(O_i≤20mmol/kg)来表征,参数α_1、β_1与土壤对有机酸的吸附能力有关、λ_1与有机酸的酸解离常数Logk_(Al)呈显著正相关。 水体中的有机酸和土壤中存在的有机酸对土壤淹水过程中磷释放动力学的影响有很大差异。其原因可能是促进土壤磷释放的机制不同。在水体中加入有机酸,影响淹水土壤磷释放的主要原因是酸溶解作用,而在土壤中加入有机酸起决定作用的是竞争专性吸附。同时,等浓度有机酸加入水中比直接加入土壤对于土壤磷释放迁移的作用要高出10倍以上,这说明了水体中遭到有机酸的污染对磷的迁移风险比土壤中遭受有机酸污染的风险要高。因此,控制水体有机酸污染是防止淹水土壤磷迁移污染水体的关键。 土壤在土-水界面的迁移释放与土壤类型关系密切,在整个淹水期间3种类型土壤磷释放能力大小为紫色潮土灰棕潮土黄壤,这主要是由土壤本身的基本性质决定。通常,土壤酸性越强,粘粒、铁铝氧化物含量越高,特别是无定形氧化物含量越高,土壤吸附磷的能力


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