周期性淹水-落干和施用秸秆对白云石改良棕壤磷素流失风险的模拟研究

农田土壤磷累积及潜在的磷素流失风险在中国受到广泛的关注。施用白云石是降低土壤磷流失风险的有效措施之一,但常见农田管理措施(秸秆还田、交替灌溉以及它们的组合措施等)如何影响白云石改良后土壤的磷素流失风险及其相关机制目前还不清楚。采用培养试验,探究施用秸秆、周期性淹水-落干、周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理对白云石改良土壤活性磷含量、磷吸附/解吸特性、连续浸提磷组分和土壤理化性质的影响。结果表明:与仅施用白云石的对照(CK)相比,施用秸秆(S)和周期性淹水-落干处理(FW)使土壤不稳定磷(CaCl_(2)-P)分别增加62.3%和15.9%;并同时降低土壤磷最大吸附容量(6.26%-12.5%)和Na HCO_(3)-P_(i)(6.97%-19.2%)。秸秆本身含有的磷和易解吸态磷(Na HCO_(3)-P_(i))的释放分别是上述处理土壤活性磷增加的主要原因。周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理(FWS)使土壤CaCl_(2)-P和Bray-P分别降低43.4%和23.2%。这一处理也显著提高了土壤非晶质铁质量分数(21.6%),增强土壤对磷的吸附,并抑制吸附态磷的解吸,进而降低土壤活性磷质量分数。此外,周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理也显著提高了土壤Fe^(2+)(423%)和铁活化度(18.8%),促进了土壤Fe/Al-P向稳定态磷转化,使HCl-P增加26.9%。土壤磷吸附能力的提高、非晶质铁对活性磷的固定和稳定态磷(HCl-P)质量分数的增加是周期性淹水-落干和施用秸秆联合处理中磷流失风险降低的重要原因。结构方程模型表明,土壤非晶质铁和有机质是影响磷素流失的关键因素。研究表明,适当的淹水-落干措施配合秸秆还田能增强白云石改良土壤中磷素的固持,降低磷素流失风险,可为胶东半岛高磷土壤的管理提供科学依据。

淹水-落干条件下FeMnMg-LDH对污染底泥中砷迁移转化的调控研究

水库消落带因受到交替淹没与暴露的问题,其底泥As释放、迁移和转化受到影响,此外,腐殖酸(HA)作为底泥的主要有机成分,其对As的作用机制尚存在争议,因此通过钝化剂来稳定底泥中的As,对底泥资源化利用具有重要意义。采用改进的共沉淀法制备FeMnMg-LDH,在人工培养的As(Ⅴ)污染底泥上模拟淹水和落干试验,同时考虑HA的影响,以FeMnMg-LDH作为钝化剂对消落带地区的底泥进行稳定化处理,研究As的形态转化特征及浸出毒性变化,并分析两者的相关性。结果表明:淹水条件下HA促进As向上覆水体释放且HA水平越高释放量越多,60 mg·kg^(−1)和250 mg·kg^(−1)污染底泥向上覆水体释放的As质量浓度最高分别可达4.81×10^(3)μg·L^(−1)和1.22×10^(4)μg·L^(−1),添加FeMnMg-LDH后有效抑制As由底泥向上覆水体释放;随FeMnMg-LDH添加水平的增加,淹水和落干条件下60 mg·kg^(−1)污染底泥中弱酸提取态砷(MASF-As)百分比降至0.06%和0.07%,250 mg·kg^(−1)污染底泥中MASF-As百分比均降至0.13%,MASF-As向更稳定的形态转变;随FeMnMg-LDH添加水平的增加,底泥中As的浸出质量浓度逐渐降低,稳定化效率逐渐升高,60 mg·kg^(−1)和250 mg·kg^(−1)污染底泥在淹水期稳定化效率高达到76.0%和74.1%,在落干期高达75.9%和73.3%;落干期底泥中As的浸出毒性风险高于淹水期;淹水及落干条件下HA的添加影响FeMnMg-LDH对污染底泥中As的稳定化作用,表现为正效应。相关性分析结果表明,由于淹水过程中底泥向上覆水体释放As,部分底泥As的浸出毒性与MASF-As和可还原态砷(RF-As)的相关性不显著;落干条件下底泥As的浸出毒性与MASF-As呈正相关,与RF-As呈负相关。综上所述,FeMnMg-LDH材料在消落带As污染底泥钝化修复工作中,具有一定的实践意义。

三峡库区消落带周期性淹水-落干对硝化微生物生态过程的影响

【目的】明确三峡库区消落带周期性淹水-落干对土壤硝化过程及功能微生物的影响。【方法】在重庆段万州、丰都和长寿3个典型消落带区域,分别采集淹水-落干8次、淹水-落干5次、淹水-落干0次土壤样品,通过室内培养分析土壤硝化作用强度;利用实时荧光定量PCR研究不同淹水-落干周期土壤氨氧化古菌和细菌的数量变化规律;采用DGGE分子指纹图谱和克隆文库技术研究土壤氨氧化古菌和细菌的群落组成差异。【结果】万州、丰都和长寿3个消落带中,土壤有机质和pH含量随淹水-落干次数的增加而增加;除长寿消落带外,土壤硝化强度也随着淹水-落干次数的增加而增强;随着硝化作用的发生,氨氧化古菌和细菌数量呈上升趋势,DGGE条带数量、位置和亮度均发生明显变化;氨氧化功能基因amoA的系统发育分析表明:万州和丰都消落带氨氧化古菌均属于土壤类古菌Group 1.1b;而长寿消落带则检测到少量的海洋类古菌Group 1.1a;3个消落带的优势氨氧化细菌均属于Nitrosospira和Cluster 0类群。【结论】三峡库区独特的"冬蓄夏泄"管理方式,导致淹水-落干8次的土壤经历了周期性的淹水-落干水分胁迫,提升了土壤有机质含量和pH,增加了土壤硝化作用强度,并可能改变了土壤硝化微生物群落结构。

三峡库区消落带淹水—落干过程土壤磷吸附—解吸及释放研究

选取三峡库区消落带典型区土壤作为测试土壤，研究了淹水-落干对土壤磷的等温吸附解吸特性，以及土壤吸附一定的磷后再次淹水向上覆水体释磷的规律。研究表明：①三峡库区消落带土壤淹水-落干后吸磷能力增强，由淹水-落干前的256mg／kg增加到淹水-落干后的625mg／kg，磷零点吸持平衡浓度（EPC0）由淹水前的0．46mg／L增加到淹水后的1．47mg／L；②淹水-落干处理后土壤磷的解吸率降低，由淹水-落干前的73．3％～80．3％降低到67．3％～69．6％；③三峡库区消落带土壤吸附一定磷后，再淹水磷会再次逐渐释放到上覆水当中，且土壤吸附外源磷越多，磷淹水释放强度越大；④淹水-落干使吸附一定外源性磷的土壤淹水条件下释放更多的磷。

Effect of Flooding and Air-drying on Nutrition Content of Soil in Embankment WLFZ of Chaohu Lake

Organic matter （OM）, total nitrogen （TN）, organic phosphorous （OP） and total phosphorous （TP）content of soil in northwest water-level fluctuating zone （WLFZ） of Lake Chaohu under natural and different artificial conditions were ana- lyzed to study the variation of OM, TN, OP and TP. It showed： Flooding and air- drying help to increase soil OM content in study area. Process of flooding and air- drying is conducive to soil adsorption of nitrogen and it can enhance spatial hetero- geneity of soil OM, TN, OP, process of flooding and air-drying also can reduce the difference of TP contents among different points. Riprap embankment is not con- ducive to maintaining soil organic matter under flooded conditions, emergent plants are conducive to maintaining soil organic matter under flooded conditions. Soil with high nitrogen content will release nitrogen to overlying water under flooded condi- tions. Under drying after flooding conditions, demand for phosphorus of vegetation growth will reduce TP content in soil, bare area will enrich phosphorus, when the next flood cover up a greater release of phosphorus will happen