室内模拟大桥水库消落带土壤中氮的释放

彭 聪，文伟吉，唐 雪，王雪梅

(西昌学院资源与环境学院，四川 西昌 615000)

0 引言

大桥水库位于四川省冕宁县大桥镇,是安宁河干流上的一座大型水库，工程任务以灌溉和工业城镇生活供水为主[1]。因为汛前(5月)库水位基本消落到死水，10月后库水位逐步蓄至正常蓄2020.00m[2]，所以水位的落差形成消落带。

水库消落带是指水利工程因防洪与发电需要而调节水位消涨，在水库四周形成的涨水期最高水位线与枯水期最低水位线之间的水面消落区域[3]。刘宇[4]指出水库消落带是水库生态系统和陆地生态系统相互联系的桥梁和纽带，它们之间存在着物质、能量和信息的交换。前人大量研究证实，氮素是引起水体富营养化的元素之一，并且土壤的氮素极易通过淹水胁迫等条件变化进入水体。因此，选用大桥水库消落带土壤作为室内模拟研究对象，在人为改变外部环境后，定期测定上覆水中的总氮，从而揭示大桥水库消落带土壤中氮的释放规律，对以后研究大桥水库水体富营养化有一定的帮助。

1 材料与方法

1.1 样品采集及预处理

大桥水库生态修复区地表取0～10cm的土壤(未淹没土壤、黄色土壤、砂石土壤、黑色淤壤)，样品采集后装入密封袋运回实验室，采取自然风干的方法，过100目筛，进行密封保存；采集新鲜的大桥水库水作为上覆水。

1.2 模拟实验

取相同量的4种土壤混合均匀后，设置3个处理组，每个组混合土样5g。注入500mL上覆水，连续13d测总氮，并用无氨水保持上覆水500mL。总氮(TN)测定采用GB LL894-89碱性过硫钾消解紫外分光光度法，并平行测量3次。

(1) 控制温度变量：利用恒温培养箱控制水温分别为5℃和25℃。

(2) 控制酸碱度变量：水温为25℃，调节上覆水酸碱度，酸性条件(pH=5)、中性条件(pH=7)、碱性条件(pH=9)。

(3) 控制搅动变量：分别从早上8点开始，每隔4h(到晚上20点)以 60 r/min 的速度搅拌上覆水，每次搅拌 5 min。

不混合土样，分别取5g土壤，放置在不同容器中，设置为1个处理组。注入500mL上覆水，连续13d测总氮，并用无氨水保持上覆水500mL。总氮(TN)测定采用GB LL894-89碱性过硫钾消解紫外分光光度法，平行测量3次。

(4) 控制土壤变量：采集4种不同的大桥水库消落带土壤。

2 结果与分析

2.1 温度对氮释放的影响

由图 1可见，第1～3d，两个温度下的c (TN)增量相差不大，此后4d，25℃下的c (TN)的增量明显>5℃。在第7d时，c(TN)出现最大值，25℃下的c(TN)比5℃下增长了大约11.4%。经统计分析，0.01

2.2 酸碱度对氮释放的影响

由图 2可见，实验第2d，酸性条件下的c(TN)明显大于中性条件下的c(TN)，并在2～3d的时间段内出现重合，但随着时间变化，酸性条件下的c(TN)增长速率逐渐低于中性。在第7d c(TN)出现最大值时，以中性条件为参比，酸性条件下的c(TN)减少了11.4%，碱性条件下的c(TN)无明显变化。经统计分析，酸性与中性，碱性与中性，酸性与碱性，P均>0.05，即pH的变化对氮释放无显著性影响。

2.3 搅动对氮释放的影响

由图 3可见，搅动与静置条件下上覆水中c (TN)的峰值分别为0.46 (mg/L)、0.49(mg/L)，静置条件下c(TN)比搅动条件下增长了6.5%，在为期13d的周期实验中，搅动与静置条件下上覆水中c(TN)在不同时间点上值都是相差不大，且c (TN)值重合天数大约为8d，变化趋势也几乎相同。经统计分析，P>0.05，即搅动对大桥水库消落带土壤氮释放无显著性影响。

2.4 土样对氮释放的影响

由图 4可见，黄土、砂石、淤壤这三种消落带不同区域的土壤样品中，淤壤的c(TN)峰值最大，黄土的c(TN)峰值最低，且淤壤的c(TN)峰值比黄土的c(TN)峰值增加了约19.5%；未淹土与消落带三种土壤相比，处于一种相对稳定变化中，且未淹土的c(TN)峰值处于消落带土壤c(TN)峰值的最大值与最小值之间。经统计分析，黄土与淤壤，砂石与淤壤，P均<0.01；黄土与砂石，P>0.05，即消落带三个不同区域中，淤壤对氮释放有极显著性影响，黄土与砂石对氮释放均无显著性影响。黄土与未淹土，淤壤与未淹土，砂石与未淹土，P均>0.05，即未淹土与消落带土壤相比对氮释放无显著性影响。

3 讨论

(1) 25℃条件下的上覆水中 c(TN)最高值比5℃条件下增加了11.4%，且经统计分析可知，温度升高对氮释放有显著性影响(0.01

(2) 酸性条件下，上覆水中c(TN)的峰值比中性条件下低0.05mg/L；碱性条件下，上覆水中c(TN)的峰值比中性条件下高0.01mg/L。且经统计分析，酸性、碱性条件下对氮释放均无显著性影响(P>0.05)。代政等[6]研究表明,氮释放情况基本不受pH的影响 。在本实验中也得了相似的结论，即酸碱度对大桥水库消落带土壤中氮释放无显著性影响。

(3) 搅动与静置条件下相比，搅动对氮释放无显著性差异(P>0.05)。姜永生等[7]研究表明，扰动对沉积物中的氮释放具有较大影响。该研究结果与姜永生等研究结果不同，可能是由于姜永生等[7]采用的搅动装置为六联搅拌仪，而本研究则采用的是恒温振荡器，造成上覆水内部的搅动情况不同。

(4) 土壤样品中淤壤含氮量是最大的，黄土是最小的，且峰值c(TN)相差最大，达到19.5%。即消落带土壤中氮素分布是呈由高程向低程递增的分布。孙红波[8]研究表明，消落带氮素呈正态分布，即顶部和底部的氮素含量较低，而中部的氮素含量较高。该研究结果与此研究结果不同，可能是因为大桥水库消落带形成过程中，受汛期与非汛期的周期性交替的影响，高程氮素随地表径流冲刷汇集到淤壤区域。

(5) 由图1、图2、图3、图4综合分析可知，在温度、pH、搅动、土壤这几类环境因子的影响下，在第7d达到c(TN)的峰值，第8d出现回落，开始形成释放动态平衡趋势。研究最高峰值为0.5mg/L，即氮临界浓度为0.5mg/L，第7dc(TN)达到临界浓度，第8d土壤对氮进行快速吸附，造成第8d的急降，随后出现土壤与上覆水之间的吸附—释放的动态平衡。

4 结论

室内模拟温度变化和土壤样品影响最大，温度升高促进大桥水库消落带土壤氮释放，不同土壤类型之间对氮释放有极显著性差异。

大桥水库消落带土壤氮释放对上覆水的酸碱性变化不敏感，且搅动对氮释放影响不大，以及未淹土与消落带土壤相比对氮释放无显著性差异。