三峽庫(kù)區(qū)消落帶落干期間土壤有機(jī)質(zhì)氮磷含量變化分析

郭松松，方 芳，郭勁松，杜立剛，周安興

（重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境工程學(xué)院，重慶400045）

消落帶是指江河、湖泊、水庫(kù)等水體水位因季節(jié)性漲落使土地被周期性淹沒(méi)和出露成陸形成的干濕交替的水陸銜接地帶［1］。三峽水庫(kù)作為中國(guó)特大型人工調(diào)蓄水庫(kù)，其反季節(jié)運(yùn)行的特點(diǎn)使庫(kù)區(qū)周?chē)纬闪舜怪备叨?0m，面積440km2的消落帶［2］。

氮和磷是限制藻類(lèi)生長(zhǎng)的主要因子［3－4］，而土壤有機(jī)質(zhì)是土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素，特別是氮磷的重要來(lái)源。消落帶落干期正值庫(kù)區(qū)光熱水資源的集中時(shí)期，人們會(huì)在消落帶進(jìn)行大量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，進(jìn)而會(huì)影響庫(kù)區(qū)消落帶土壤中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量。同時(shí)，落干期間消落帶具有濕地生態(tài)系統(tǒng)的性質(zhì)，對(duì)來(lái)自其上方的非點(diǎn)源污染物具有滯留、富集和降解的作用。而當(dāng)水庫(kù)蓄水后消落帶土壤會(huì)與水體直接發(fā)生物質(zhì)交換。土壤的氮磷濃度愈高，其對(duì)水體氮磷的吸附能力就越弱，而對(duì)水體釋放氮磷的能力就越強(qiáng)［5－6］。

目前對(duì)消落帶的研究主要集中在土壤對(duì)氮磷的吸附解吸能力以及干濕交替對(duì)吸附解吸作用的影響上［7－9］，而對(duì)落干期間土壤營(yíng)養(yǎng)物含量的變化關(guān)注甚少。落干期間消落帶土壤營(yíng)養(yǎng)物的積累越高，再次淹水后向水體釋放的潛力越大。本文選取長(zhǎng)江干流和幾條典型支流消落帶土壤為研究對(duì)象，對(duì)土壤在落干初期和落干后期有機(jī)質(zhì)（OM）、全氮（TN）和全磷（TP）含量進(jìn)行分析，了解庫(kù)區(qū)落干期對(duì)消落帶土壤OM、TN和TP含量的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

選擇了三峽庫(kù)區(qū)巫山－重慶主城區(qū)段長(zhǎng)江干流以及開(kāi)縣云陽(yáng)澎溪河流域，巫山大寧河流域，長(zhǎng)壽龍溪河流域，忠縣甘井河流域及南岸區(qū)廣陽(yáng)壩支流古河道5條主要支流的15個(gè)采樣點(diǎn)的消落帶土壤為研究對(duì)象。采樣點(diǎn)位置如表1所示。

1.2 土樣采集和分析方法

所有樣品均采集自三峽水庫(kù)落干后的消落帶土壤，采樣時(shí)間為2010年4月和2010年9月，2次采樣點(diǎn)相同，每個(gè)采樣點(diǎn)分別采集155～170m高程段土樣。使用洛陽(yáng)鏟采集表層土（0～20cm），在1m范圍內(nèi)采集4個(gè)不同土樣，混合后用四分法縮分至1kg左右，放在聚乙烯袋中、密封好。樣品運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，儲(chǔ)存在－20℃冰箱中。樣品采集時(shí)同時(shí)測(cè)定各采樣點(diǎn)的經(jīng)緯度。

表1 采樣點(diǎn)位置

土壤樣品經(jīng)冷凍干燥器低溫冷凍干燥處理后，再用瓷碾磨器碾磨，過(guò)100目不銹鋼篩。土壤樣品有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀－外加熱法測(cè)定，TN采用凱氏法測(cè)定，TP采用酸溶－鉬銻抗比色法測(cè)定。

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2007；繪圖采用Origin 8.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤OM分布特征

土壤OM是土壤中各種營(yíng)養(yǎng)元素的重要來(lái)源，是表征土壤質(zhì)量與肥力的重要指標(biāo)［10］。消落帶土壤淹水后，土壤OM礦化過(guò)程會(huì)耗氧，同時(shí)會(huì)釋放C，N，P，S等營(yíng)養(yǎng)鹽，可以造成水體惡化［11］。

研究區(qū)域內(nèi)消落帶土壤樣品OM含量如圖1所示。消落帶土壤含量為5.70～15.38g·kg－1，均值為9.87g·kg－1，遠(yuǎn)低于王曉榮等［12］于2008年測(cè)得的三峽庫(kù)區(qū)消落帶回水區(qū)土壤OM含量16.54g·kg－1。研究區(qū)域內(nèi)，巫山縣周家灣和涪陵區(qū)白濤采樣點(diǎn)消落帶土壤OM含量較高，分別為13.66g·kg－1和15.38g·kg－1。南岸區(qū)廣陽(yáng)壩干流和長(zhǎng)壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤OM含量較低，僅為5.70、6.41g·kg－1。

圖1 研究區(qū)域土壤OM含量

對(duì)比消落帶落干初期和落干后期土壤OM含量可知，落干初期消落帶土壤OM含量為1.01～17.27g·kg－1，均值為9.81g·kg－1；落干后期消落帶土壤OM含量變化范圍為4.96～15.65g· kg－1，均值為9.94g·kg－1，落干期間消落帶土壤OM含量均值變化不大。比較不同采樣點(diǎn)2次采樣消落帶土壤OM含量變化發(fā)現(xiàn)，豐都縣汶溪村和開(kāi)縣漢豐湖2采樣點(diǎn)落干期間消落帶土壤OM含量增加幅度較大，分別增加了8.45、11.83g·kg－1。巫山縣大昌和洋溪河河口采樣點(diǎn)土壤OM含量則降低較多，分別降低了9.81g·kg－1和7.50g·kg－1。

2.2 三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤TN分布特征

土壤氮素含量是土壤有效氮肥的供應(yīng)庫(kù)，是土壤質(zhì)量和肥力評(píng)價(jià)的重要因子［13］。消落帶土壤中的氮素含量也反映了土壤淹水后對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的潛在貢獻(xiàn)能力。

圖2 研究區(qū)域土壤TN含量

研究區(qū)域內(nèi)消落帶土壤樣品TN含量如圖2所示，消落帶土壤TN含量為0.36～1.19g·kg－1，均值為0.70g·kg－1，低于郭勁松等［14］2008年研究的三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶消落帶土壤TN含量1.32g· kg－1。其中忠縣共和村和開(kāi)縣白家溪采樣點(diǎn)消落帶土壤TN含量較高，分別為1.19和1.01g·kg－1。而南岸區(qū)廣陽(yáng)壩干流和廣陽(yáng)壩古河道等為河灘地，土壤TN含量相對(duì)較低，僅為0.22和0.41g·kg－1。

對(duì)比消落帶落干初期和落干后期土壤TN含量可知，落干初期消落帶土壤TN含量為0.28～1.05 g·kg－1，均值為0.68g·kg－1；落干后期消落帶土壤TN含量為0.12～1.43g·kg－1，均值為0.73 g·kg－1，落干期間消落帶土壤TN含量增加了7.6%，表明消落帶土壤TN含量在落干期間會(huì)有一定的增加，詹艷慧等［15］指出消落帶土壤落干期吸納大量來(lái)自農(nóng)田地表徑流的氮素，再淹水向水體中釋放出大量的氮素，增加了庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。比較不同采樣點(diǎn)落干期間消落帶土壤TN含量變化可以看出，忠縣共和村和開(kāi)縣漢豐湖2落干期間消落帶土壤TN含量增加最多，分別增加了0.47、0.62g·kg－1。巫山縣大昌和洋溪河河口采樣點(diǎn)消落帶土壤TN降低較多，分別降低了0.50、0.31 g·kg－1。

2.3 三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤TP分布特征

磷是大多數(shù)淡水水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要限制性因子［16］。三峽水庫(kù)蓄水后，P成為其生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力的限制性因素［17］。消落帶土壤磷素釋放對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化有重要影響。

圖3 研究區(qū)域土壤TP含量

研究區(qū)域消落帶土壤樣品TP含量如圖3所示，所有消落帶土壤TN含量為0.38～0.79g· kg－1，均值為0.59g·kg－1，低于郭勁松等［14］2008年研究的三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶消落區(qū)土壤TP含量0.68g·kg－1。其中豐都縣汶溪村和云陽(yáng)縣養(yǎng)鹿采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量較高，均值均為0.78g· kg－1。開(kāi)縣漢豐湖2和長(zhǎng)壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量較低，均值僅為0.35和0.32g·kg－1。

對(duì)比消落帶落干初期和落干后期消落帶土壤TP含量可知，落干初期消落帶土壤TP含量變化范圍為0.21～0.78g·kg－1，均值為0.56g·kg－1；落干后期土壤TP含量變化范圍為0.25～0.88g· kg－1，均值為0.62g·kg－1，落干期間消落帶土壤TP含量均值增加了10.8%。其中忠縣新政和巫山縣大昌采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量增加較多，分別增加了0.35，0.43g·kg－1。南岸區(qū)廣陽(yáng)壩干流和長(zhǎng)壽區(qū)但渡采樣點(diǎn)消落帶土壤TP含量降低較多，分別降低了0.16，0.15g·kg－1。

3 討論

3.1 消落帶土壤OM、TN和TP統(tǒng)計(jì)特征分析

由于三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤受三峽水庫(kù)周期性漲落影響，生態(tài)環(huán)境遭到很?chē)?yán)重的破壞，加上人為因素的干擾使土壤營(yíng)養(yǎng)物含量在空間分布上有較大的異質(zhì)性。由表2可知，落干初期消落帶土壤OM、TN和TP變異系數(shù)分別為45.9%，47.3%，35.1%，落干后期分別為33.1，46.0%和27.6%。TP的變異系數(shù)較OM和TN的變異系數(shù)較小，表明三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤中OM和TN含量受環(huán)境和人為因素的干擾大，在空間分布上就有較大的異質(zhì)性。另外土壤磷素主要與土壤本身性質(zhì)、人為施肥措施和 損 耗 程 度 等有很大關(guān)系［18］，而土壤氮素受多種因素影響，如肥料投入及損耗程度、土壤微生物條件等，其含量處在動(dòng)態(tài)變化中，并且土壤微生物會(huì)同時(shí)作用于土壤有機(jī)質(zhì)和土壤氮素。

表2 消落帶土壤營(yíng)養(yǎng)物含量統(tǒng)計(jì)

3.2 落干期對(duì)消落帶土壤OM、TN和TP含量的影響

三峽庫(kù)區(qū)消落帶成陸期較長(zhǎng)，與同期豐富的光熱水資源構(gòu)成優(yōu)勢(shì)組合，使消落帶土地具有較高的生產(chǎn)潛力［19］。在消落帶落干期發(fā)展種養(yǎng)殖，肥料、作物根系、動(dòng)物糞便會(huì)成為垃圾，殘留于消落帶內(nèi)，將大大增加污染物量。消落帶土壤再次淹水后，將向水體中釋放更多的污染物，從而增加庫(kù)區(qū)水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，受淹土壤對(duì)水體中釋放的能力與土壤氮磷含量、吸附解析特征以及上覆水體的理化性質(zhì)有關(guān)［20－21］。土壤的氮磷濃度越高，對(duì)水體氮磷的吸附能力就越弱，而對(duì)水體釋放氮磷的能力就越強(qiáng)［5－6］。結(jié)果表明，落干期間消落帶土壤TN和TP含量分別升高了7.6%和10.8%，說(shuō)明落干期間消落帶土壤氮磷含量會(huì)有一定的積累，再次淹水會(huì)有向上覆水釋放的風(fēng)險(xiǎn)。

比較不同采樣點(diǎn)落干期間營(yíng)養(yǎng)物含量變化發(fā)現(xiàn)，忠縣共和村、開(kāi)縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點(diǎn)消落帶土壤OM、TN和TP含量均有較大程度增加，再次淹水后釋放潛力較大。其中忠縣共和村采樣點(diǎn)為某科研單位的實(shí)驗(yàn)基地，落干期間種植了大量的狗牙根和牙鞭草等植物，對(duì)截留和阻礙氮磷營(yíng)養(yǎng)流失具有較明顯的作用。開(kāi)縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點(diǎn)為縣城遺址所在地，周?chē)丝诿芗祟?lèi)活動(dòng)干擾強(qiáng)度大，使土壤營(yíng)養(yǎng)物在此積累，受淹后釋放的風(fēng)險(xiǎn)也較大。南岸區(qū)廣陽(yáng)壩干流和廣陽(yáng)壩古河道等河灘地消落帶土壤營(yíng)養(yǎng)物含量變化均較小。這可能是由于河灘地植被覆蓋量少，對(duì)污染物的截留量基本與其流失量相同。

研究范圍內(nèi)大部分采樣點(diǎn)靠近農(nóng)耕區(qū)，且淹沒(méi)前為農(nóng)業(yè)用地，落干后也有少量的種植活動(dòng)，受人為和自然因素影響較大，消落帶土壤營(yíng)養(yǎng)物含量落干期間有增有減。落干期間的施肥及上方大量含有化肥農(nóng)藥的泥沙經(jīng)暴雨的沖刷會(huì)在消落帶沉積增大淹水后氮磷釋放的風(fēng)險(xiǎn)。袁輝等［5］研究指出，土壤加肥與否對(duì)其受淹后TP和TN的釋放量有顯著影響；未經(jīng)施肥處理的消落帶土壤在江水浸泡下，對(duì)TP有吸附作用，使得浸泡結(jié)束后TP下降33.4%。馬利民等［6］研究也發(fā)現(xiàn)土壤添加外源磷后土壤有效磷水平增大，同時(shí)土壤對(duì)磷的吸持能力降低，添加外源磷將增大土壤磷釋放的風(fēng)險(xiǎn)。

另外，土壤對(duì)上覆水體中氮磷的釋放不僅與淹土本身的含量有關(guān)，還與土壤中氮磷形態(tài)有關(guān)［22］。因此，要進(jìn)一步研究落干期對(duì)再次淹水后土壤氮磷的釋放潛力的影響，應(yīng)對(duì)落干期間氮磷形態(tài)的變化進(jìn)一步分析。

4 結(jié)論

（1）研究區(qū)域消落帶土壤OM、TN和TP含量均值分別為9.87，0.70和0.59g·kg－1，與前人研究結(jié)果相比均較低。

（2）落干初期消落帶土壤OM、TN和TP含量均值分別為9.81，0.68和0.56g·kg－1，落干后期分別為9.94，0.73和0.62g·kg－1，落干期間消落帶土壤OM、TN和TP含量分別升高了1.4%，7.6%和10.8%，落干期間消落帶土壤OM、TN和TP均有一定程度的積累，再次淹水具有向上覆水釋放的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）統(tǒng)計(jì)特征分析表明，消落帶土壤OM和TN變異系數(shù)較TP大，說(shuō)明消落帶土壤OM和TN受人為和自然因素影響較大，在空間分布上具有較大異質(zhì)性。

［1］ Wantzen KM，Rothhaupt KO，Cantonati M，et al.Ecological effects of water－level fluctuations in lakes：an urgent issue［J］.Hydrobiologia，2008，613（1）：1－4.

［2］ 牛志明，解明曙.三峽庫(kù)區(qū)水庫(kù)消落區(qū)水土資源開(kāi)發(fā)利用的前期思考［J］.科技導(dǎo)報(bào)，1998（4）：61－62.

［3］ Johnson MW，Heck KL，F(xiàn)ourqurean JW.Nutrient content of seagrasses and epiphytes in the northern Gulf of Mexico：Evidence of phosphorus and nitrogen limitation［J］.Aquatic Botany，2006（85）：103－111.

［4］ 王洪杰，李憲文，史學(xué)正.不同土地利用方式下土壤營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分布及其與土壤顆粒組成關(guān)系［J］.水土保持學(xué)報(bào)，2003，17（2）：44－46.

［5］ 袁 輝，王里奧，胡 剛，等.三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)受淹土壤氮和磷釋放的模擬試驗(yàn)［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2008，21（1）：103－106.

［6］ 馬利民，張 明，劉 叢，等.外源磷對(duì)消落區(qū)土壤性質(zhì)及磷釋放的影響［J］.環(huán)境化學(xué)，2008，27（1）：73－76.

［7］ 胡 剛，王里奧，袁 輝.三峽庫(kù)區(qū)消落帶下部區(qū)域土壤氮磷釋放規(guī)律模擬實(shí)驗(yàn)研究［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2008，17（5）：122－126.

［8］ 賈海燕，雷阿林，葉 閩，等.三峽庫(kù)區(qū)水位消落區(qū)典型土壤磷釋放特征及其環(huán)境效應(yīng)［J］.水科學(xué)進(jìn)展，2007，18（3）：432－438.

［9］ 馬利民，張 明，滕衍行，等.三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)周期性干濕交替環(huán)境對(duì)土壤磷釋放的影響［J］.環(huán)境科學(xué)，2008，29（4）：1035－1039.

［10］ 張世熔，黃元仿，李保國(guó)，等.黃淮海沖積平原區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)時(shí)空變異特征［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2002，22（12）：2041－2047.

［11］ Angelo EM，Reddy KR.Diagenesis of organic matter in a wetland receiv in ghypereutrophic lake－water：I.D is tribution of dissolved nutrients in the soil and watercolumn［J］.J Environ Qual，1994，23（5）：928－936.

［12］ 王曉榮，程瑞梅，肖文發(fā)，等.三峽庫(kù)區(qū)消落帶初期土壤養(yǎng)分特征［J］.生態(tài)學(xué)雜志，2010，29（2）：281－289.

［13］ 楊瑞吉，楊祁峰，牛 俊.表征土壤肥力主要指標(biāo)的研究進(jìn)展［J］.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，39（1）：86－91.

［14］ 郭勁松，賀 陽(yáng)，付 川，等.三峽庫(kù)區(qū)腹心地帶消落區(qū)土壤氮磷含量調(diào)查［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，2010，19（3）：311－316.

［15］ 詹艷慧，王里奧，焦艷靜，等.三峽庫(kù)區(qū)消落帶土壤氮素吸附釋放規(guī)律［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2006，29（8）：10－13.

［16］ Schindler DW.The evolution of phosphorus limitation in lakes［J］.Sci，1997，195（3）：260－262.

［17］ 張 遠(yuǎn)，鄭丙輝，劉鴻亮，等.三峽水庫(kù)蓄水后氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽的特征分析［J］.水資源保護(hù)，2005，21（6）：23－26.

［18］ 王慶仁，李繼云.論合理施肥與土壤環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展［J］.環(huán)境科學(xué)進(jìn)展，1999，7（2）：116－124.

［19］ 刁承泰，黃京鴻.三峽水庫(kù)水位漲落帶土地資源的初步研究［J］.長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境，1999，8（1）：75－80.

［20］ 馬利民，唐燕萍，滕衍行，等.三峽庫(kù)區(qū)消落區(qū)土壤磷釋放的環(huán)境影響因子［J］.地學(xué)前緣，2008，15（5）：235－241.

［21］ 高 麗，周健民.磷在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊沉積物—水界面的循環(huán)［J］.土壤通報(bào)，2004，35（4）：512－515.

［22］ 宋春雷，曹秀云，劉兵欽，等.池塘水華與底層磷營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)系［J］.水生生物學(xué)報(bào).2004，28（1）：7－11.