论文部分内容阅读
土壤中磷素淋失会导致土壤磷库损失,也是土壤磷进入水体途径之一,进而诱发水体富营养化。滇池是我国重要的高原湖泊,在其周边分布数个富磷区,富磷区土壤磷流失可能对滇池水体磷输入有影响。因此,研究滇池流域富磷区土壤磷淋失对探明滇池水体磷来源,提出针对性水体污染防治措施具有重要意义。 本研究选取滇池流域典型富磷区-柴河流域作为研究区,采取103个表层(0-20cm)土壤样品,应用31P-NMR(Nuclear Magnetic Resonance,核磁共振)技术分析了土壤各形态磷及CaCl2浸提土壤水溶磷形态,评估了研究区土壤无机磷与有机磷的磷淋失风险,探讨了土壤磷淋失与土壤性质、土地利用之间的关系;并选取典型林地和农田土壤,通过吸附试验研究供试土壤对有机磷(膦酸盐、磷酸单脂、磷酸二脂、有机多聚磷)和无机磷(正磷酸盐、焦磷酸盐、无机多聚磷)吸附特征及机理,探讨了土壤磷吸附与磷淋溶之间关系。主要结论总结如下: (1)研究区土壤全磷为0.33-18.74 mg g-1(平均4.87 mg g-1),有效磷(Bray-P)为ND(低于检测限)-1.54 mg g-1(平均0.47 mg g-1),从平均值来看,研究区土壤存在磷富集特征。0.01 mol L-1 CaCl2浸提总磷、无机磷和有机磷含量平均值分别为0.52 mg kg-1、0.25 mg kg-1和0.28 mg kg-1,有机磷含量平均占浸提总磷58.6%。XRD与FT-IR揭示农田和林地土壤矿物都以石英、高岭石、高山石、钠长石、蒙脱石为主。土壤矿物或有机质中主要的基团有O-H、糖类C-O基、芳香族C=C基、磷酸盐与硅酸盐耦合基团以及Si-O-Mg、 Si-O-Al基等。 (2)31P-NMR土壤分析结果表明,在富磷区典型土壤中,正磷酸盐是最重要的无机磷组分,而磷酸单脂与磷酸二脂是最重要的有机磷组分。农田土壤正磷酸盐比重高于林地土壤,但是磷酸单脂、磷酸二脂低于林地土壤。CaCl2浸提农田和林地土壤磷中主要形态为正磷酸盐、磷酸单脂,而磷酸二脂、多聚磷含量较低。CaCl2浸提林地土壤中正磷酸盐低于农田土壤,但磷酸单脂高于农田土壤。 (3)滇池流域富磷区土壤对正磷酸盐最大吸附量依次为,农田高磷土壤>农田低磷土壤>林地高磷土壤>林地低磷土壤;农田土壤和林地土壤对典型磷化合物(PBTCA,2-膦酸基-1,2,4-三羧酸丁烷钠盐,代表膦酸盐;OrthoP,磷酸氢二钠,代表正磷酸盐;BGP,甘油磷酸钠,代表磷酸单脂;DNA,脱氧核糖核酸,代表磷酸二脂;TSPP,焦磷酸钠,代表焦磷酸盐;TPP,三聚磷酸钠,代表无机多聚磷;ATP,腺苷-5-三磷酸二钠盐,代表有机多聚磷)最大吸附量依次为:PBTCA>BGP>TPP>OrthoP>ATP>TSPP>DNA,表明土壤对PBTCA吸附容量最大。农田土壤和林地土壤对典型磷化合物吸附的常数(k)值依次为DNA> ATP> BGP>TSPP> OrthoP> TPP> PBTCA,表明土壤对DNA具有更强的吸附力。 (4) XRD(X射线粉末衍射)与FT-IR(傅里叶变换-红外光谱)土壤分析结果表明,滇池流域富磷区土壤中的主要矿物(石英、高岭石、高山石、蒙脱石)都能吸附正磷酸盐,BGP主要吸附在高山石和蒙脱石上,土壤矿物吸附其他供试磷化合物强度与磷化合物种类有关。FT-IR分析吸附试验土壤样品揭示,磷化合物主要通过与土壤有机质、土壤矿物表面O-H交换而吸附。 (5)土柱淋洗试验揭示土壤无机磷、有机磷淋溶量与0.01 mol L-1 CaCl2浸提土壤无机磷、有机磷之间呈显著线性正相关,因此,可以用0.01 mol L-1 CaCl2浸提磷来评估土壤磷淋溶风险。滇池流域富磷区林地土壤总水溶磷、土壤水溶无机磷、土壤水溶有机磷发生淋溶土壤有效磷“突变点”(临界值)分别为42 mg kg-1、46 mg kg-1、46 mg kg-1;而露地农田土壤有效磷“突变点”分别为48 mg kg-1、85 mgkg-1、48 mg kg-1。研究区农田66个样点,林地37个样点为基础,采用地统计法揭示,99.1%的林地土壤有效磷超出无机磷淋溶“突变点”,显示其无机磷淋失风险;99.9%的林地土壤有效磷超出有机磷淋溶“突变点”,显示有机磷淋失风险。全部的露地农田土壤都发生了无机磷淋失,98.8%的露地农田发生了有机磷淋失。31P-NMR分析的0.01 mol L-1 CaCl2浸提农田土壤和林地土壤水溶有机磷以磷酸单脂为主,其可能是土壤有机磷淋失主要形态。 (6)本文研究结果证实,滇池富磷区土壤磷淋溶风险很高,磷淋失不仅来自无机磷,而且有机磷淋失也是重要途径。因此,应研发和应用兼顾控制无机磷和有机磷淋失的技术,防止滇池流域富磷区土壤磷淋失对滇池水体质量的负面影响。