三峡库区消落带水—沉积物界面磷干湿交替分布特征及转化机理研究

论文摘要

三峡水库消落带被认为是长江沿线生态最为脆弱的地带,区别于任何现有消落带或人工湿地。在综合三峡库区消落带磷研究现状的基础上,论文基于2008年秋三峡水库首次蓄水至172.5米的契机,以三峡库区消落带首次逆季节干湿交替为线索,以沿江13个典型新生消落带为对象,结合水库“蓄清排浊”完整调蓄周期,研究得到了首次干湿交替消落带表层土壤/沉积物中内源磷的赋存形态、时空分布特征,揭示了磷在水-土壤/沉积物界面的源汇转化规律,及吸附、释放、转化、累积机理,为三峡库区消落带生态系统逐步形成演化过程中持续研究消落带沉积物磷迁移转化积累背景参考数据,为库区新生消落带内源磷控制提供理论数据参考,为三峡库区库岸水体富营养化污染控制提供科学依据。结果表明:①三峡库区消落带上覆水总磷含量11月<5月<8月,覆水水位越高,库区上下游总磷含量波动越小,趋于平稳,出露期消落带上覆水总磷沿程分布呈现上游（滩涝至万州段）至下游（云阳至秭归段）含量逐渐降低,沿程波动逐渐减小的趋势。成库初期消落带逆季节干湿交替特征对上覆水总磷季节变化影响不明显。②消落带出露期沉积物总磷呈现以下规律,5月沉积物总磷（716.40mg/kg）>8月沉积物总磷（658.65mg/kg）,且覆水沉积物总磷>落干沉积物总磷,表明夏季水库开闸放水排沙,且消落带夏季出露期降雨资源丰富,致使出露消落带表层沉积物被冲刷排除,反映出三峡水库逆季节干湿交替调蓄模式有利于消落带表层沉积物内源磷素的排出,相对于本底土壤（TP 1006.26mg/kg）来说,从总磷水平上降低了沉积物再次覆水时潜在释磷风险,对控制消落带沉积物内源磷释放和防治库岸水体富营养化起到促进作用。③消落带逆季节干湿交替有利于相对稳定的闭蓄态磷、钙磷排出,有利于沉积物中活性较高的活性磷、有机磷累积,且累积量接近本底土壤中活性磷、有机磷含量水平,一定程度上增大了消落带再次覆水沉积物潜在释磷风险。④消落带本底土壤在2008年秋首次蓄水时,表现为以释放磷为主,覆水至11月则表现为吸附磷为主,表明成库初期,土壤主要呈现出由源到汇的转变。⑤原始沉积物、去除轻组有机质沉积物以及沉积物矿物质最大磷吸附量（Qm）随着有机质的逐步去除,逐渐降低,且干湿交替沉积物矿物质及本底土壤矿物质的Qm值（338.81mg/kg）基本处于一致水平,表明沉积物有机质特别是轻组有机质,控制着磷在表层沉积物上的释放。覆水沉积物、落干沉积物及本底土壤,除去轻组有机质后,Qm一致呈现出降低,且沉积物表现更为明显,表明干湿交替消落带表层沉积物固磷能力较本底土壤相比受轻组有机质影响更大,易解吸磷（RDP）随轻组有机质去除均呈现出升高的态势,表明沉积物轻组有机质去除对磷释放起促进作用。⑥模拟实验发现由于干湿交替过程中落干期有机磷、活性磷的累积,导致再次覆水时磷释放现象更为明显,且本底土壤较沉积物释放量更大。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 传统消落带的概况及特征
• 1.1.2 三峡库区新生消落带的概况及特点
• 1.1.3 三峡库区磷污染现状
• 1.1.4 三峡库区消落带磷研究现状及主要存在的问题
• 1.1.5 课题的学术和使用意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 水体、沉积物中磷形态分布及分级方法研究
• 1.2.2 水-沉积物界面磷的吸附释放机理及影响因素的研究
• 1.2.3 干湿交替环境对水-沉积物界面磷交换影响研究
• 1.3 三峡库区概况及特点
• 1.3.1 自然地理及生态环境
• 1.3.2 库区社会经济环境
• 1.4 论文主要研究内容与技术路线
• 1.4.1 课题的来源与提出
• 1.4.2 研究目的与内容
• 1.4.3 技术路线
• 1.4.4 论文创新点
• 2 样品采集和研究方法
• 2.1 样品的采集
• 2.1.1 采样点的设置
• 2.1.2 样品的采集与保存
• 2.2 实验研究方法
• 2.2.1 实地采集的环境样品监测实验
• 2.2.2 沉积物对磷的吸附释放实验
• 2.2.3 实验室模拟磷转化释放实验
• 3 三峡库区消落带水-沉积物界面磷的赋存形态及分布特征
• 3.1 三峡库区消落带上覆水总磷变化规律
• 3.1.1 消落带上覆水总磷时间分布特征
• 3.1.2 消落带上覆水总磷空间分布特征
• 3.2 三峡库区消落带沉积物总磷的分布特征
• 3.2.1 水库丰水期（145m 水位）消落带沉积物总磷沿程分布特征
• 3.2.2 水库平水期（155m 水位）消落带沉积物总磷沿程分布特征
• 3.2.3 水库枯水期（175m 水位）消落带沉积物总磷沿程分布特征
• 3.2.4 消落带本底土壤总磷沿程分布
• 3.2.5 干湿交替消落带沉积物总磷变化趋势
• 3.3 三峡库区消落带沉积物无机磷的形态分布特征
• 3.3.1 水库丰水期（145m 水位）消落带沉积物无机磷形态沿程分布特征
• 3.3.2 水库平水期（155m 水位）消落带沉积物无机磷形态沿程分布特征
• 3.3.3 水库枯水期（175m 水位）消落带沉积物无机磷形态沿程分布特征
• 3.3.4 消落带本底土壤无机磷形态沿程分布特征
• 3.3.5 干湿交替消落带沉积物无机磷变化趋势
• 3.4 三峡库区消落带沉积物有机磷的分布特征
• 3.4.1 水库丰水期（145m 水位）消落带沉积物有机磷沿程分布特征
• 3.4.2 水库平水期（155m 水位）消落带沉积物有机磷沿程分布特征
• 3.4.3 水库枯水期（175m 水位）消落带沉积物有机磷沿程分布特征
• 3.4.4 消落带本底土壤有机磷沿程分布特征
• 3.4.5 干湿交替消落带沉积物有机磷变化趋势
• 3.5 三峡库区消落带沉积物有机质的分布特征
• 3.5.1 水库丰水期（145m 水位）消落带沉积物有机质沿程分布特征
• 3.5.2 水库平水期（155m 水位）消落带沉积物有机质沿程分布特征
• 3.5.3 水库枯水期（175m 水位）消落带沉积物有机质沿程分布特征
• 3.5.4 消落带本底土壤有机质的沿程分布特征
• 3.5.5 干湿交替消落带沉积物有机质变化趋势
• 3.6 讨论
• 3.6.1 干湿交替沉积物与本底土壤各形态磷相关性分析
• 3.6.2 干湿交替沉积物与本底土壤各形态磷差异显著性分析
• 3.6.3 覆水初期本底土壤释磷程度与本底土壤磷含量的关系
• 3.6.4 周期性干湿交替消落带磷的累积与释放
• 3.6.5 消落带沉积物中有机质含量与不同形态磷的关系
• 3.7 本章小结
• 4 三峡库区消落带沉积物磷吸附释放特征
• 4.1 干湿交替消落带沉积物磷的吸附释放特征
• 4.1.1 干湿交替消落带沉积物对磷的等温吸附及拟合
• 4.1.2 干湿交替消落带沉积物对磷的吸附释放特征
• 4.1.3 干湿交替消落带沉积物磷的源汇转化
• 4.2 有机质对消落带沉积物磷吸附释放的影响
• 4.2.1 去除轻组有机质沉积物对磷吸附释放特征
• 4.2.2 沉积物矿物质对磷的吸附释放特征
• 4.3 讨论
• 4.3.1 干湿交替沉积物生物可利用磷（BAP）与源汇转化关系
• 4.3.2 消落带沉积物不同形态磷与吸附特征的相关性分析
• 4.3.3 三峡库区消落带内源磷自然调节作用
• 4.4 本章小结
• 5 实验室模拟沉积物磷转化释放特性研究
• 5.1 连续覆水与干湿交替环境沉积物间隙水、上覆水总磷变化趋势
• 5.1.1 连续覆水环境沉积物间歇水、上覆水总磷变化趋势
• 5.1.2 干湿交替环境沉积物间歇水、上覆水总磷变化趋势
• 5.2 连续覆水与干湿交替环境沉积物有机质变化趋势
• 5.2.1 连续覆水环境沉积物有机质变化趋势
• 5.2.2 干湿交替环境沉积物有机质变化趋势
• 5.3 连续覆水与干湿交替环境沉积物主要磷形态变化趋势
• 5.3.1 连续覆水环境沉积物主要磷形态的变化过程
• 5.3.2 干湿交替环境沉积物主要磷形态的变化过程
• 5.4 本章小结
• 6 结论及展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间主研和参与的科研成果目录