室內模擬大橋水庫消落帶土壤中氮的釋放

彭 聰，文偉吉，唐 雪，王雪梅

(西昌學院資源與環(huán)境學院，四川 西昌 615000)

0 引言

大橋水庫位于四川省冕寧縣大橋鎮(zhèn),是安寧河干流上的一座大型水庫，工程任務以灌溉和工業(yè)城鎮(zhèn)生活供水為主[1]。因為汛前(5月)庫水位基本消落到死水，10月后庫水位逐步蓄至正常蓄2020.00m[2]，所以水位的落差形成消落帶。

水庫消落帶是指水利工程因防洪與發(fā)電需要而調節(jié)水位消漲，在水庫四周形成的漲水期最高水位線與枯水期最低水位線之間的水面消落區(qū)域[3]。劉宇[4]指出水庫消落帶是水庫生態(tài)系統(tǒng)和陸地生態(tài)系統(tǒng)相互聯(lián)系的橋梁和紐帶，它們之間存在著物質、能量和信息的交換。前人大量研究證實，氮素是引起水體富營養(yǎng)化的元素之一，并且土壤的氮素極易通過淹水脅迫等條件變化進入水體。因此，選用大橋水庫消落帶土壤作為室內模擬研究對象，在人為改變外部環(huán)境后，定期測定上覆水中的總氮，從而揭示大橋水庫消落帶土壤中氮的釋放規(guī)律，對以后研究大橋水庫水體富營養(yǎng)化有一定的幫助。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及預處理

大橋水庫生態(tài)修復區(qū)地表取0～10cm的土壤(未淹沒土壤、黃色土壤、砂石土壤、黑色淤壤)，樣品采集后裝入密封袋運回實驗室，采取自然風干的方法，過100目篩，進行密封保存；采集新鮮的大橋水庫水作為上覆水。

1.2 模擬實驗

取相同量的4種土壤混合均勻后，設置3個處理組，每個組混合土樣5g。注入500mL上覆水，連續(xù)13d測總氮，并用無氨水保持上覆水500mL。總氮(TN)測定采用GB LL894-89堿性過硫鉀消解紫外分光光度法，并平行測量3次。

(1) 控制溫度變量：利用恒溫培養(yǎng)箱控制水溫分別為5℃和25℃。

(2) 控制酸堿度變量：水溫為25℃，調節(jié)上覆水酸堿度，酸性條件(pH=5)、中性條件(pH=7)、堿性條件(pH=9)。

(3) 控制攪動變量：分別從早上8點開始，每隔4h(到晚上20點)以 60 r/min 的速度攪拌上覆水，每次攪拌 5 min。

不混合土樣，分別取5g土壤，放置在不同容器中，設置為1個處理組。注入500mL上覆水，連續(xù)13d測總氮，并用無氨水保持上覆水500mL?？偟?TN)測定采用GB LL894-89堿性過硫鉀消解紫外分光光度法，平行測量3次。

(4) 控制土壤變量：采集4種不同的大橋水庫消落帶土壤。

2 結果與分析

2.1 溫度對氮釋放的影響

由圖 1可見，第1～3d，兩個溫度下的c (TN)增量相差不大，此后4d，25℃下的c (TN)的增量明顯>5℃。在第7d時，c(TN)出現(xiàn)最大值，25℃下的c(TN)比5℃下增長了大約11.4%。經(jīng)統(tǒng)計分析，0.01

2.2 酸堿度對氮釋放的影響

由圖 2可見，實驗第2d，酸性條件下的c(TN)明顯大于中性條件下的c(TN)，并在2～3d的時間段內出現(xiàn)重合，但隨著時間變化，酸性條件下的c(TN)增長速率逐漸低于中性。在第7d c(TN)出現(xiàn)最大值時，以中性條件為參比，酸性條件下的c(TN)減少了11.4%，堿性條件下的c(TN)無明顯變化。經(jīng)統(tǒng)計分析，酸性與中性，堿性與中性，酸性與堿性，P均>0.05，即pH的變化對氮釋放無顯著性影響。

2.3 攪動對氮釋放的影響

由圖 3可見，攪動與靜置條件下上覆水中c (TN)的峰值分別為0.46 (mg/L)、0.49(mg/L)，靜置條件下c(TN)比攪動條件下增長了6.5%，在為期13d的周期實驗中，攪動與靜置條件下上覆水中c(TN)在不同時間點上值都是相差不大，且c (TN)值重合天數(shù)大約為8d，變化趨勢也幾乎相同。經(jīng)統(tǒng)計分析，P>0.05，即攪動對大橋水庫消落帶土壤氮釋放無顯著性影響。

2.4 土樣對氮釋放的影響

由圖 4可見，黃土、砂石、淤壤這三種消落帶不同區(qū)域的土壤樣品中，淤壤的c(TN)峰值最大，黃土的c(TN)峰值最低，且淤壤的c(TN)峰值比黃土的c(TN)峰值增加了約19.5%；未淹土與消落帶三種土壤相比，處于一種相對穩(wěn)定變化中，且未淹土的c(TN)峰值處于消落帶土壤c(TN)峰值的最大值與最小值之間。經(jīng)統(tǒng)計分析，黃土與淤壤，砂石與淤壤，P均<0.01；黃土與砂石，P>0.05，即消落帶三個不同區(qū)域中，淤壤對氮釋放有極顯著性影響，黃土與砂石對氮釋放均無顯著性影響。黃土與未淹土，淤壤與未淹土，砂石與未淹土，P均>0.05，即未淹土與消落帶土壤相比對氮釋放無顯著性影響。

3 討論

(1) 25℃條件下的上覆水中 c(TN)最高值比5℃條件下增加了11.4%，且經(jīng)統(tǒng)計分析可知，溫度升高對氮釋放有顯著性影響(0.01

(2) 酸性條件下，上覆水中c(TN)的峰值比中性條件下低0.05mg/L；堿性條件下，上覆水中c(TN)的峰值比中性條件下高0.01mg/L。且經(jīng)統(tǒng)計分析，酸性、堿性條件下對氮釋放均無顯著性影響(P>0.05)。代政等[6]研究表明,氮釋放情況基本不受pH的影響 。在本實驗中也得了相似的結論，即酸堿度對大橋水庫消落帶土壤中氮釋放無顯著性影響。

(3) 攪動與靜置條件下相比，攪動對氮釋放無顯著性差異(P>0.05)。姜永生等[7]研究表明，擾動對沉積物中的氮釋放具有較大影響。該研究結果與姜永生等研究結果不同，可能是由于姜永生等[7]采用的攪動裝置為六聯(lián)攪拌儀，而本研究則采用的是恒溫振蕩器，造成上覆水內部的攪動情況不同。

(4) 土壤樣品中淤壤含氮量是最大的，黃土是最小的，且峰值c(TN)相差最大，達到19.5%。即消落帶土壤中氮素分布是呈由高程向低程遞增的分布。孫紅波[8]研究表明，消落帶氮素呈正態(tài)分布，即頂部和底部的氮素含量較低，而中部的氮素含量較高。該研究結果與此研究結果不同，可能是因為大橋水庫消落帶形成過程中，受汛期與非汛期的周期性交替的影響，高程氮素隨地表徑流沖刷匯集到淤壤區(qū)域。

(5) 由圖1、圖2、圖3、圖4綜合分析可知，在溫度、pH、攪動、土壤這幾類環(huán)境因子的影響下，在第7d達到c(TN)的峰值，第8d出現(xiàn)回落，開始形成釋放動態(tài)平衡趨勢。研究最高峰值為0.5mg/L，即氮臨界濃度為0.5mg/L，第7dc(TN)達到臨界濃度，第8d土壤對氮進行快速吸附，造成第8d的急降，隨后出現(xiàn)土壤與上覆水之間的吸附—釋放的動態(tài)平衡。

4 結論

室內模擬溫度變化和土壤樣品影響最大，溫度升高促進大橋水庫消落帶土壤氮釋放，不同土壤類型之間對氮釋放有極顯著性差異。

大橋水庫消落帶土壤氮釋放對上覆水的酸堿性變化不敏感，且攪動對氮釋放影響不大，以及未淹土與消落帶土壤相比對氮釋放無顯著性差異。