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三峡库区消落带土壤对磷的吸附、磷素形态特征及其环境效应

作　者: 安然
导　师: 胡红青；万成炎
学　校: 华中农业大学
专　业: 土壤学
关键词: 磷吸附磷形态 Olsen-P CaCl2-P
分类号: S158
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

近年来磷肥施用量逐渐增加,土壤磷素逐年积累,磷素的流失所引起的水体环境污染问题也备受关注。三峡水库建成后在库区周边形成落差30m的消落带,由于消落带土壤受到周期性的淹水落干作用,水中的污染物可能逐年积累在消落带土壤中。同时部分消落带土地曾为农田用地,磷肥的逐年积累在淹水后可能持续释放到水体中,并产生面源污染。本课题以三峡库区消落带高阳平坝黄壤、高阳坡地紫色土为对象,研究了淹水期间土壤非晶形铁、晶形铁、草酸提取态磷的变化,着重比较了淹水前后土壤磷的等温吸附和形态的转化特征。通过合成几种含磷矿物来模拟土壤不同磷化合物之间的转化,研究Olsen-P和CaCl2-P、磷饱和率(PSR)和CaCl2-P之间的关系,及磷的释放动力学特征,从而揭示三峡库区消落带土壤磷素的流失风险。主要结果如下：1)供试土壤的非晶形铁(Feo)含量在淹水过程中有所增加,并且在第15天增幅最大,其中黄壤增幅达6.2%,紫色土增幅达10.2%。晶形铁(Fed-Feo)含量在淹水过程中有所下降,到淹水结束黄壤和紫色土降幅分别达13.1%和17.2%。草酸可提取态磷(P-ox)有所增加,与Feo含量正相关。2)高浓度磷在淹水前后土壤表面上的吸附曲线均为L型,Langmuir方程拟合结果表明,淹水后磷在土壤表面吸附的亲和力及最大吸附量均高于淹水前。与淹水前相比,磷在淹水后的黄壤上的吸附亲和力、最大吸附量都显著增强,增幅分别为116.4%和70.8%；而在紫色土的增幅分别为6.7%和16.9%。3)低浓度磷在供试土壤表面上的吸附曲线有所不同。淹水前后黄壤上磷的吸附曲线均为直线型,而在淹水前后紫色土壤的吸附曲线均为L型。用线性方程和Langmuir方程分别对其拟合结果表明,淹水后黄壤的本底吸附态磷(NAP)和EPC0(沉积物对磷的吸附解吸平衡浓度)均低于淹水前,降幅分别为23.6%和37.0%；与淹水前相比,而磷在淹水后高阳坡地土壤表面的最大吸附量、最大缓冲能力均有所增加。4)黄壤和紫色土Olsen-P在淹水过程中均有所下降,到淹水20天时降幅分别为36.0%和29.5%,达显著水平(p<0.05)。Fe-P均有所增加,在淹水15天时增幅分别为10.5%和33.8%；Al-P也表现为增加趋势,在淹水15天时增幅分别为30.9%和92.9%,达显著水平(p<0.05)；Ca2-P在淹水前后没有发生变化。5)用0.11mol·L-1CaCl2淹水培养的黄壤和紫色土,其Olsen-P均有所下降,在淹水15天时降幅分别为30.0%、32.8%,达显著水平(p<0.05)。Fe-P均有所增加,在淹水15天时增幅分别为5.5%、15.6%；Ca2-P均有所增加,最大增幅分别为84.7%和18.0%,Al-P变化不明显。6)用pH分别为5、7、9的0.1 mol·L-1K+、Ca2+、NH4+淹水培养15天黄壤。在pH分别为5、9时K+、Ca2+、NH4+培养后土壤Olsen-P均有所增加；pH为7时K+、Ca2+培养后Olsen-P未发生变化,NH4+培养后土壤Olsen-P有所增加。Fe-P和Al-P在培养后均呈增加的趋势。7) Olsen-P和CaCl2-P呈非线性Q/I (quantity-intensity)关系,随着Olsen-P的增加,CaCl2-P也增加,并存在一个明显的突变点,即土壤磷酸盐潜在淋失临界值。供试土壤均存在土壤磷酸盐潜在淋失临界值。在突变点处黄壤的Olsen-P为107.7mg kg-1,CaCl2-P为2.8mg·kg-1;紫色土Olsen-P为32.9mg·kg-1, CaCl2-P为2.5mg·kg-1。8)PSR值和CaCl2-P呈非线性的关系,随着PSR值的增加,CaCl2-P也增加。并存在一个明显的突变点,即土壤磷流失的风险阈值。供试土壤均存在这样的阈值,且黄壤的PSR值较高,存在磷流失的风险。9)合成结晶度较高的KFeH14(PO4)8·4H2O在1mol·L-1 AICl3和CaCl2溶液中可以转化为结晶度相对较低的KFe3H8(PO4)6·6H2O。合成Ca2-P在1 mol·L-1 FeCl3中可以转化为非晶形Fe-P；非晶形Al-P不能转化为Ca-P,Fe-P可能转化为Ca-P；Al-P和Fe-P之间可以相互转化。

全文目录

摘要  6-8
ABSTRACT  8-11
第一章文献综述  11-24
  1.1 消落区的基本概况  11-14
    1.1.1 库区的特征及消落区的形成  11-12
    1.1.2 消落区的基本特征  12-13
    1.1.3 三峡水库水体富营养化的潜在趋势  13-14
  1.2 土壤中磷的化学行为  14-20
    1.2.1 土壤中磷的形态  14-16
      1.2.1.1 土壤中的无机磷  14-16
      1.2.1.2 土壤中的有机磷  16
    1.2.2 磷在土壤中的转化  16-20
      1.2.2.1 沉淀溶解过程  17
      1.2.2.2 吸附过程  17-20
        1.2.2.2.1 磷的吸附  17-19
        1.2.2.2.2 影响土壤吸附磷的因素  19-20
  1.3 淹水对土壤理化性质的影响  20-21
    1.3.1 淹水后土壤pH的变化  20
    1.3.2 淹水后土壤氧化还原电位的变化  20
    1.3.3 淹水还原条件下铁氧化物的变化  20
    1.3.4 淹水后土壤中磷的有效性  20-21
  1.4 土壤磷的流失途径  21-22
    1.4.1 土壤磷的地表径流  21-22
    1.4.2 土壤磷的淋失  22
  1.5 本研究的内容和意义  22-24
第二章淹水过程中三峡库区土壤对磷的吸附  24-33
  1 材料与方法  24-26
    1.1 土壤样品  24
    1.2 士样培养  24-25
    1.3 铁(Feo、Fed)和磷(P-ox)提取和测定  25
    1.4 磷的等温吸附  25
    1.5 磷的吸附模型  25-26
  2 结果与分析  26-31
    2.1 淹水前后草酸可提取态磷的变化  26
    2.2 淹水过程中非晶形铁和晶形铁含量的变化  26-27
    2.3 淹水前后黄壤和紫色土对磷的等温吸附  27-29
    2.4 淹水前后黄壤和紫色土对低浓度磷的等温吸附  29-31
  3 讨论  31-33
第三章三峡库区消落带土壤淹水前后磷形态的变化  33-40
  1 材料与方法  33-34
    1.1 土壤样品  33
    1.2 土样培养  33
    1.3 土壤无机磷分级的测定方法  33-34
  2 结果与分析  34-38
    2.1 淹水前后三峡库区消落带土壤磷形态的变化  34-35
    2.2 淹水前后两种磷分级过程中黄壤和紫色土磷形态的变化  35-37
    2.3 加入0.01mol·L~(-1)CaCl_2溶液淹水培养过程中磷形态的变化  37
    2.4 pH和不同离子存在条件下淹水培养过程中黄壤磷形态的变化  37-38
  3 讨论  38-40
第四章人工合成含磷矿物的磷转化  40-46
  1 材料与方法  40-41
    1.1 材料  40
    1.2 各形态磷转化实验  40-41
  2 结果与分析  41-45
    2.1 KFeH_(14)(PO_4)_8·4H_2O的合成及转化的XRD图谱  41-42
    2.2 非晶型铁磷合成及转化的XRD图谱  42-43
    2.3 CaHPO_4·2H_2O的合成及转化的XRD图谱  43-44
    2.4 非晶形磷酸铝的合成及转化的XRD图谱  44-45
  3 讨论  45-46
第五章磷的环境风险评价  46-53
  1 材料与方法  46-48
    1.1 土壤样品  46
    1.2 土壤培养试验  46
    1.3 土壤滤纸条磷的测定方法  46-47
    1.4 非晶型铁铝的测定  47
    1.5 磷的释放动力学方程  47
    1.6 临界值的计算  47
    1.7 PSR的计算  47-48
  2 结果与分析  48-51
    2.1 黄壤和紫色土的Olsen-P和CaCl_2-P之间的关系  48-49
    2.2 黄壤和紫色土的PSR和CaCl_2-P之间的关系  49
    2.3 土壤磷的释放动力学方程  49-51
  3 讨论  51-53
结论  53-55
参考文献  55-61
致谢  61

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