彭 聰，文偉吉，唐 雪，王雪梅

(西昌學(xué)院資源與環(huán)境學(xué)院，四川 西昌 615000)

0 引言

大橋水庫(kù)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(kù)，工程任務(wù)以灌溉和工業(yè)城鎮(zhèn)生活供水為主[1]。因?yàn)檠辞?5月)庫(kù)水位基本消落到死水，10月后庫(kù)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(kù)消落帶是指水利工程因防洪與發(fā)電需要而調(diào)節(jié)水位消漲，在水庫(kù)四周形成的漲水期最高水位線(xiàn)與枯水期最低水位線(xiàn)之間的水面消落區(qū)域[3]。劉宇[4]指出水庫(kù)消落帶是水庫(kù)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(zhì)、能量和信息的交換。前人大量研究證實(shí)，氮素是引起水體富營(yíng)養(yǎng)化的元素之一，并且土壤的氮素極易通過(guò)淹水脅迫等條件變化進(jìn)入水體。因此，選用大橋水庫(kù)消落帶土壤作為室內(nèi)模擬研究對(duì)象，在人為改變外部環(huán)境后，定期測(cè)定上覆水中的總氮，從而揭示大橋水庫(kù)消落帶土壤中氮的釋放規(guī)律，對(duì)以后研究大橋水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化有一定的幫助。

1 材料與方法

1.1 樣品采集及預(yù)處理

大橋水庫(kù)生態(tài)修復(fù)區(qū)地表取0～10cm的土壤(未淹沒(méi)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(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，采取自然風(fēng)干的方法，過(guò)100目篩，進(jìn)行密封保存；采集新鮮的大橋水庫(kù)水作為上覆水。

1.2 模擬實(shí)驗(yàn)

取相同量的4種土壤混合均勻后，設(shè)置3個(gè)處理組，每個(gè)組混合土樣5g。注入500mL上覆水，連續(xù)13d測(cè)總氮，并用無(wú)氨水保持上覆水500mL?？偟?TN)測(cè)定采用GB LL894-89堿性過(guò)硫鉀消解紫外分光光度法，并平行測(cè)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(diào)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(dòng)變量：分別從早上8點(diǎn)開(kāi)始，每隔4h(到晚上20點(diǎn))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(shè)置為1個(gè)處理組。注入500mL上覆水，連續(xù)13d測(cè)總氮，并用無(wú)氨水保持上覆水500mL?？偟?TN)測(cè)定采用GB LL894-89堿性過(guò)硫鉀消解紫外分光光度法，平行測(cè)量3次。

(4) 控制土壤變量：采集4種不同的大橋水庫(kù)消落帶土壤。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度對(duì)氮釋放的影響

由圖 1可見(jiàn)，第1～3d，兩個(gè)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(shí)，c(TN)出現(xiàn)最大值，25℃下的c(TN)比5℃下增長(zhǎng)了大約11.4%。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，0.01

2.2 酸堿度對(duì)氮釋放的影響

由圖 2可見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)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(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)重合，但隨著時(shí)間變化，酸性條件下的c(TN)增長(zhǎng)速率逐漸低于中性。在第7d c(TN)出現(xiàn)最大值時(shí)，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(wú)明顯變化。經(jīng)統(tǒng)計(jì)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(duì)氮釋放無(wú)顯著性影響。

2.3 攪動(dòng)對(duì)氮釋放的影響

由圖 3可見(jiàn)，攪動(dòng)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(dòng)條件下增長(zhǎng)了6.5%，在為期13d的周期實(shí)驗(yàn)中，攪動(dòng)與靜置條件下上覆水中c(TN)在不同時(shí)間點(diǎn)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(shì)也幾乎相同。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，P>0.05，即攪動(dòng)對(duì)大橋水庫(kù)消落帶土壤氮釋放無(wú)顯著性影響。

2.4 土樣對(duì)氮釋放的影響

由圖 4可見(jiàn)，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(duì)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(jì)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(gè)不同區(qū)域中，淤壤對(duì)氮釋放有極顯著性影響，黃土與砂石對(duì)氮釋放均無(wú)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(duì)氮釋放無(wú)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(jì)分析可知，溫度升高對(duì)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(jì)分析，酸性、堿性條件下對(duì)氮釋放均無(wú)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(shí)驗(yàn)中也得了相似的結(jié)論，即酸堿度對(duì)大橋水庫(kù)消落帶土壤中氮釋放無(wú)顯著性影響。

(3) 攪動(dòng)與靜置條件下相比，攪動(dòng)對(duì)氮釋放無(wú)顯著性差異(P>0.05)。姜永生等[7]研究表明，擾動(dòng)對(duì)沉積物中的氮釋放具有較大影響。該研究結(jié)果與姜永生等研究結(jié)果不同，可能是由于姜永生等[7]采用的攪動(dòng)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(nèi)部的攪動(dòng)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(dá)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(jié)果與此研究結(jié)果不同，可能是因?yàn)榇髽蛩畮?kù)消落帶形成過(guò)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(dòng)、土壤這幾類(lèi)環(huán)境因子的影響下，在第7d達(dá)到c(TN)的峰值，第8d出現(xiàn)回落，開(kāi)始形成釋放動(dòng)態(tài)平衡趨勢(shì)。研究最高峰值為0.5mg/L，即氮臨界濃度為0.5mg/L，第7dc(TN)達(dá)到臨界濃度，第8d土壤對(duì)氮進(jìn)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(dòng)態(tài)平衡。

4 結(jié)論

室內(nèi)模擬溫度變化和土壤樣品影響最大，溫度升高促進(jìn)大橋水庫(kù)消落帶土壤氮釋放，不同土壤類(lèi)型之間對(duì)氮釋放有極顯著性差異。

大橋水庫(kù)消落帶土壤氮釋放對(duì)上覆水的酸堿性變化不敏感，且攪動(dòng)對(duì)氮釋放影響不大，以及未淹土與消落帶土壤相比對(duì)氮釋放無(wú)顯著性差異。