三峽庫區消落帶落干期間土壤有機質氮磷含量變化分析

郭松松，方 芳，郭勁松，杜立剛，周安興

（重慶大學城市建設與環境工程學院，重慶400045）

消落帶是指江河、湖泊、水庫等水體水位因季節性漲落使土地被周期性淹沒和出露成陸形成的干濕交替的水陸銜接地帶［1］。三峽水庫作為中國特大型人工調蓄水庫，其反季節運行的特點使庫區周圍形成了垂直高度30m，面積440km2的消落帶［2］。

氮和磷是限制藻類生長的主要因子［3－4］，而土壤有機質是土壤中各種營養元素，特別是氮磷的重要來源。消落帶落干期正值庫區光熱水資源的集中時期，人們會在消落帶進行大量的農業生產活動，進而會影響庫區消落帶土壤中營養物質含量。同時，落干期間消落帶具有濕地生態系統的性質，對來自其上方的非點源污染物具有滯留、富集和降解的作用。而當水庫蓄水后消落帶土壤會與水體直接發生物質交換。土壤的氮磷濃度愈高，其對水體氮磷的吸附能力就越弱，而對水體釋放氮磷的能力就越強［5－6］。

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

1 材料與方法

1.1 研究區域

選擇了三峽庫區巫山－重慶主城區段長江干流以及開縣云陽澎溪河流域，巫山大寧河流域，長壽龍溪河流域，忠縣甘井河流域及南岸區廣陽壩支流古河道5條主要支流的15個采樣點的消落帶土壤為研究對象。采樣點位置如表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落干后的消落帶土壤，采樣時間為2010年4月和2010年9月，2次采樣點相同，每個采樣點分別采集155～170m高程段土樣。使用洛陽鏟采集表層土（0～20cm），在1m范圍內采集4個不同土樣，混合后用四分法縮分至1kg左右，放在聚乙烯袋中、密封好。樣品運回實驗室后，儲存在－20℃冰箱中。樣品采集時同時測定各采樣點的經緯度。

表1 采樣點位置

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

數據分析采用Excel 2007；繪圖采用Origin 8.0。

2 結果與分析

2.1 三峽庫區消落帶土壤OM分布特征

土壤OM是土壤中各種營養元素的重要來源，是表征土壤質量與肥力的重要指標［10］。消落帶土壤淹水后，土壤OM礦化過程會耗氧，同時會釋放C，N，P，S等營養鹽，可以造成水體惡化［11］。

研究區域內消落帶土壤樣品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，遠低于王曉榮等［12］于2008年測得的三峽庫區消落帶回水區土壤OM含量16.54g·kg－1。研究區域內，巫山縣周家灣和涪陵區白濤采樣點消落帶土壤OM含量較高，分別為13.66g·kg－1和15.38g·kg－1。南岸區廣陽壩干流和長壽區但渡采樣點消落帶土壤OM含量較低，僅為5.70、6.41g·kg－1。

圖1 研究區域土壤OM含量

對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2次采樣消落帶土壤OM含量變化發現，豐都縣汶溪村和開縣漢豐湖2采樣點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 三峽庫區消落帶土壤TN分布特征

土壤氮素含量是土壤有效氮肥的供應庫，是土壤質量和肥力評價的重要因子［13］。消落帶土壤中的氮素含量也反映了土壤淹水后對水體富營養化的潛在貢獻能力。

圖2 研究區域土壤TN含量

研究區域內消落帶土壤樣品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年研究的三峽庫區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縣白家溪采樣點消落帶土壤TN含量較高，分別為1.19和1.01g·kg－1。而南岸區廣陽壩干流和廣陽壩古河道等為河灘地，土壤TN含量相對較低，僅為0.22和0.41g·kg－1。

對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自農田地表徑流的氮素，再淹水向水體中釋放出大量的氮素，增加了庫區水體富營養化風險。比較不同采樣點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 三峽庫區消落帶土壤TP分布特征

磷是大多數淡水水體富營養化的主要限制性因子［16］。三峽水庫蓄水后，P成為其生態系統生產力的限制性因素［17］。消落帶土壤磷素釋放對水體富營養化有重要影響。

圖3 研究區域土壤TP含量

研究區域消落帶土壤樣品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年研究的三峽庫區腹心地帶消落區土壤TP含量0.68g·kg－1。其中豐都縣汶溪村和云陽縣養鹿采樣點消落帶土壤TP含量較高，均值均為0.78g· kg－1。開縣漢豐湖2和長壽區但渡采樣點消落帶土壤TP含量較低，均值僅為0.35和0.32g·kg－1。

對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。南岸區廣陽壩干流和長壽區但渡采樣點消落帶土壤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統計特征分析

由于三峽庫區消落帶土壤受三峽水庫周期性漲落影響，生態環境遭到很嚴重的破壞，加上人為因素的干擾使土壤營養物含量在空間分布上有較大的異質性。由表2可知，落干初期消落帶土壤OM、TN和TP變異系數分別為45.9%，47.3%，35.1%，落干后期分別為33.1，46.0%和27.6%。TP的變異系數較OM和TN的變異系數較小，表明三峽庫區消落帶土壤中OM和TN含量受環境和人為因素的干擾大，在空間分布上就有較大的異質性。另外土壤磷素主要與土壤本身性質、人為施肥措施和 損 耗 程 度 等有很大關系［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，其含量處在動態變化中，并且土壤微生物會同時作用于土壤有機質和土壤氮素。

表2 消落帶土壤營養物含量統計

3.2 落干期對消落帶土壤OM、TN和TP含量的影響

三峽庫區消落帶成陸期較長，與同期豐富的光熱水資源構成優勢組合，使消落帶土地具有較高的生產潛力［19］。在消落帶落干期發展種養殖，肥料、作物根系、動物糞便會成為垃圾，殘留于消落帶內，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，從而增加庫區水體富營養化風險。有研究表明，受淹土壤對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有關［20－21］。土壤的氮磷濃度越高，對水體氮磷的吸附能力就越弱，而對水體釋放氮磷的能力就越強［5－6］。結果表明，落干期間消落帶土壤TN和TP含量分別升高了7.6%和10.8%，說明落干期間消落帶土壤氮磷含量會有一定的積累，再次淹水會有向上覆水釋放的風險。

比較不同采樣點落干期間營養物含量變化發現，忠縣共和村、開縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點消落帶土壤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為某科研單位的實驗基地，落干期間種植了大量的狗牙根和牙鞭草等植物，對截留和阻礙氮磷營養流失具有較明顯的作用。開縣漢豐湖1和漢豐湖2采樣點為縣城遺址所在地，周圍人口密集，人類活動干擾強度大，使土壤營養物在此積累，受淹后釋放的風險也較大。南岸區廣陽壩干流和廣陽壩古河道等河灘地消落帶土壤營養物含量變化均較小。這可能是由于河灘地植被覆蓋量少，對污染物的截留量基本與其流失量相同。

研究范圍內大部分采樣點靠近農耕區，且淹沒前為農業用地，落干后也有少量的種植活動，受人為和自然因素影響較大，消落帶土壤營養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藥的泥沙經暴雨的沖刷會在消落帶沉積增大淹水后氮磷釋放的風險。袁輝等［5］研究指出，土壤加肥與否對其受淹后TP和TN的釋放量有顯著影響；未經施肥處理的消落帶土壤在江水浸泡下，對TP有吸附作用，使得浸泡結束后TP下降33.4%。馬利民等［6］研究也發現土壤添加外源磷后土壤有效磷水平增大，同時土壤對磷的吸持能力降低，添加外源磷將增大土壤磷釋放的風險。

另外，土壤對上覆水體中氮磷的釋放不僅與淹土本身的含量有關，還與土壤中氮磷形態有關［22］。因此，要進一步研究落干期對再次淹水后土壤氮磷的釋放潛力的影響，應對落干期間氮磷形態的變化進一步分析。

4 結論

（1）研究區域消落帶土壤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險。

（3）統計特征分析表明，消落帶土壤OM和TN變異系數較TP大，說明消落帶土壤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性。

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