九龍江上游河岸植被緩沖帶土壤對總磷吸附解吸特征研究

文章編號：1674-6139（2025）06-0173-04

中圖分類號：X53文獻標志碼：B

Adsorption and Desorption Characteristics of Total Phosphorus by Soil in Vegetation Buffer Zone Along Upper Reaches of Jiulong River

Ren Tongxuan1，XiLizongl，Luo Han2，Liu Ying'，Shen Binglu1 （1.Gansu Provincial Office of Weather Modification，Lanzhou 73Oooo，China; 2.Nanjing University of Information Science amp; Technology，Nanjing 210044，China）

Abstract：Duetothelackofin-depthexplorationonthelatermigratioandtransformationprocessofpolutantsfterinterception currentpololotltodsosfspusilfteaio buferzonesinJulogRivereeconductedtosudythdsortionaddesorptiocharacteristicsofposporusinsoilofdfrentvege tationriverbankbuferzonesinteupperreachsofulongRiver，inodertoprovidetheoreticalbasisandpracticalrefereneforon pointsourcepolutioncontrolandtheconstructionofriverbankvegetationbufferzonsinJulongRiverBasin.Teresultsindicatethate absorptionanddesorptionofphosphorusbylandgenerallincreasewiththeincreaseofinitialphosporuscontentDiferentvegetation typesfbuferzneshavealaginposporusdesopionheriparianegetationbuferzonesthatcanabsorbalargeamountofpospor us also have a relatively large amount of desorption after a certain period of accumulation.

KeyWords：JulongRiverBasin；riparianvegetationbuffrzone；Langmuirequationfiting；dsorptionanddesorptioncharacteristics

前言

自2000年以后，九龍江流域梯級水電站大量修建，植被景觀被轉為建設用地[1]，導致流域營養(yǎng)化問題初現(xiàn)。隨著全球變暖加劇和水體富營養(yǎng)化日益嚴重[2]，藻類可以從空氣中獲取C、N來激活原始的生長，即使是在缺乏P的情況下，也可以通過補充這些營養(yǎng)物質來改善原始的生長速度。如果采取措施削減P的輸入，可以起到改善水質的作用[3]，因此對磷采取削減措施是首要任務。

張成蘭等人[4分析2011年、2016年、2020 年土壤磷吸附解吸特征變化趨勢及其與土壤理化性質之間的關系。孫曉東等人[5]測定復墾土壤磷最大吸附量，最大緩沖容量，吸附飽和度，解吸率，并分析影響磷吸附解吸的關鍵因素。韋金菊等人[通過土壤磷等溫吸附試驗與解吸試驗，結合土壤磷吸附相關性質，評價不同粒徑生物炭對土壤磷吸附－解吸特性的影響。湯家喜等人[以河岸植被緩沖帶土壤作為研究對象，室內模擬凍融環(huán)境，探究凍融條件下，土壤對磷素吸附行為。

河岸緩沖帶中的污染物可能會進人河流和湖泊的緩沖區(qū)域[8]。當前，對河岸緩沖帶寬度、植被及其結構的研究，旨在加速減少污染物排放，但對攔截后污染物的后續(xù)遷移轉化了解不足。為此，此試驗選擇在九龍江北溪流域上游開展植被緩沖帶不同植被類型土壤對總磷吸附解吸特征研究。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

龍津河河岸 （25^°10^′35.52^′′N，117^°05^′09.14^′′E） 是福建龍巖市新羅區(qū)東郊鐵山鎮(zhèn)的重點區(qū)域，也是九龍江的重要支流。其中梯級水電站在九龍江流域分布圖如圖1所示。這里處在亞熱帶的陸海性季風天氣中，平均每天的氣溫在 16^°C～20^°C ，平均每天的降雨量在1 500～1900mm ，平均每年有291天的無霜天。研究區(qū)原有植被繁雜多樣，主要有早熟禾、羊蹄、鬼針草、田野水蘇在這個區(qū)域，大部分的土壤都是紅色的，具有沙礫狀的特征。研究區(qū)栽培的植被依次是雜交狼尾草、紅花木和紅葉石楠。

1.2樣品采集與預處理

在這項研究中，將研究區(qū)域劃分為8個實驗小區(qū)，具體的平面圖如圖2所示。每個小區(qū)的坡度大約為 5^° ，根長 20m ，根寬 2.5m 。其中，6個實驗小區(qū)分別種植了雜交狼尾草、紅花木和紅葉石楠，而剩余的2個小區(qū)則沒有進行任何處理，用作雜草對照樣地。在這些對照樣地中，主要使用了菊和空心蓮子草。在每個實驗小區(qū)內隨機采集表層 0～ 10cm 的土樣，共八份。采樣后將土壤置于自封袋內帶回實驗室，自然風干后，揀去雜物研磨過篩。將同一個實驗小區(qū)內的土樣分別分成2份裝袋密封，其中一份用于測定土壤的理化性質，另一份用于測定土壤對磷的吸附-解吸特征。

1.3 研究方法

1.3.1土壤基本理化性質測定方法

采用 pH 值儀來衡量土壤的 pH 值，粒度儀來檢測粒度，根據(jù)國家標準將其分類為粘粒、粉粒以及超出 4～63μm 的砂粒；而CN元素分析儀則可以檢測出土壤中的全氮、全碳），而總磷則需要在濃硫酸與高氯酸的混合液中進行溶解，然后再經由連續(xù)流動注射分析儀進行檢驗。通過連續(xù)流動注射分析儀和鹽酸-氟化銨法，可以對土壤中銨態(tài)氮和硝態(tài)氮進行準確的檢測，同時，還可以通過電導儀來精確地檢驗其中的速效磷和EC含量。最后，通過測量溶液中的 P0₄^- 濃度，可以反映出土壤對 PO₄^- 的吸附能力。當土壤與含有 PO₄^- 的溶液接觸時，土壤中的吸附位點會與 PO₄^- 發(fā)生相互作用使 PO₄^- 濃度的降低。從而直接反映了土壤對 PO₄^- 的吸附量。

1.3.2土壤吸附/解吸實驗

1.3.2.1 等溫吸附實驗

取一系列 100mL 離心管，放置 2.5g 土樣和50mL不同質量濃度的 NaH₂P0₄ 溶液，初始濃度（以P計）設定為 0，5，10，30，50，100mg?L^-1 。將離心管放入 （25±1）^eC 的恒溫振蕩器中，經過24小時的振動，使得 PO₄^- 的吸收達到穩(wěn)態(tài)，然后將它們移至3000r/min 的離心機中，經過 30min 的離心處理，從中提煉出的上清液，使用連續(xù)流動注射分析儀（Netherlands）加以測量。

1.3.2.2 等溫解吸實驗

將經過等溫吸附實驗后的離心液傾去，用蒸餾水清洗兩次，再加入濃度為 0.04mol?L^-1 的 CaCl₂ 溶液 20mL ，在溫度為 （25±1）^°C 的條件下連續(xù)恒溫振蕩24h ，平衡后以3 3000r/min 的速度離心 30min 后使其分離，分離出的上清液為解吸液，用連續(xù)流動注射分析儀（SKALAR SAN+Ω+ ，Netherlands）測定 PO₄^- 濃度。該實驗同樣作平行樣，相對誤差應 lt;5% 。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理方法

利用Excel2013、Origin9.0軟件進行吸附解吸方程擬合、繪制統(tǒng)計圖，運用SPSS20.0軟件進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1不同植被河岸緩沖帶土壤對P的吸附特征

如圖3所示，雜草吸附量明顯低于其他植被土壤，對輸入磷吸附能力較差，試驗中很快就達到吸附平衡濃度且范圍較低（ Ω30～40mg?L^-1 之間）。其次為紅葉石楠和雜交狼尾草，二者緩沖帶土壤的吸附能力相當，均在平衡濃度為 50mg?L^-1 左右出現(xiàn)拐點，最終平衡濃度均達到 110～120mg?L^-1 之間。

紅花木緩沖帶土壤的吸附能力較其他三種植被較強，當達到平衡濃度時吸附量最大為 500mg?L^-1 當四種不同的土壤的磷含量開始增加時，它們的等溫吸收線的斜率也會相應變得更陡，表明它們處于一個迅猛的吸收過程。當它們的含水量開始增加時，它們的吸收過程就會變得更加平穩(wěn)，從而導致它們的吸收量也會減少，最終回歸一個穩(wěn)定的狀態(tài)。當磷的含量逐步提高，吸附速率也會逐步減慢，此時，土壤的吸收將以物理性質或者化學性質的吸收為主。結果顯示，與傳統(tǒng)的植被覆蓋的土地形態(tài)不同，雜草覆蓋的土地具有更強的抗逆性和抗病能力。

由圖4可示，不同植被對土壤磷的解吸量隨平衡濃度的增加而增加。結果表明，供試土壤所吸附的磷都能在一定程度上被解吸下來，吸附量越大解吸量也會相應增大，在最初的濃度較低的情況下，四種植物緩沖帶中，紅花檐木、紅葉石楠和雜交狼尾草的等溫解吸曲線顯示出更陡的特征，表明這三種土壤的磷解吸速率更快，磷的釋放更容易解吸出來，相反雜草本身對磷的吸附能力較差，故解吸量也相對較低。

3討論

根據(jù)不同植被緩沖帶土壤吸附解吸參數(shù)率與雜草的比值可以得出：對于紅花木，其 Xm 比值為6.984，MBC比值為1.3813，SPR比值為1.0052，解吸率比值為6.272。這些數(shù)據(jù)表明紅花木在土壤吸附解吸特征上與雜草相比有顯著的提高。對于雜交狼尾草，其Xm比值為3.6951，MBC比值為0.9523，SPR比值為1.1504，解吸率比值為5.503。這些數(shù)據(jù)表明雜交狼尾草在土壤吸附解吸能力上也有所提升，但相比紅花木，吸附能力稍弱。最后，紅葉石楠的Xm比值為4.185，MBC比值為1.0771，SPR比值為1.6030，解吸率比值為6.318。紅葉石楠在土壤吸附解吸能力上同樣有所提升，但SPR比值相比雜草有所下降。綜上所述，三種河岸植被緩沖帶中紅花木河岸緩沖帶土壤對P的吸附能力強、緩沖量大，有利于固持磷，是較好的一種緩沖帶植被選擇。

4結束語

不同植被類型的河岸緩沖帶土壤對P的吸附能力隨初始P濃度的增加而線性增強，其中紅花木展現(xiàn)出優(yōu)于紅葉石楠、雜交狼尾草及雜草地的最大吸附量（MBC），這一特性顯著提升了緩沖容量。同時，土壤的P解吸量與初始P濃度及吸附量均呈正相關，但解吸增幅小于吸附增幅，表明紅花檐木在吸附后能更有效地保持P的固持狀態(tài)。綜合考慮，紅花檐木是較好的一種緩沖帶植被選擇，因為能在短期內高效截留P并具備長期固持能力。然而，河岸植被緩沖帶截留P的過程復雜，因此需重視后期管理，以確保緩沖凈化功能的持續(xù)有效性，防止功能衰減。

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