FACE條件下稻田PH3釋放規(guī)律及產(chǎn)生機(jī)制.pdf

1、磷化氫(PH3)是磷循環(huán)的氣相載體，已被證實(shí)是大氣中普遍存在的痕量氣體(pg ～ng級(jí))。環(huán)境中PH3主要來源于濕地、土壤、垃圾填埋場、污水處理廠等厭氧生態(tài)環(huán)境。我國大面積的稻田(人工濕地)是環(huán)境中PH3的主要產(chǎn)生場所，但有關(guān)稻田PH3的釋放規(guī)律及其產(chǎn)生機(jī)制研究報(bào)道甚少。
　　 由于人類活動(dòng)的影響，大氣中CO2濃度逐年升高。大氣CO2濃度升高條件下CH4、N2O等痕量氣體的釋放規(guī)律已成為研究熱點(diǎn)，PH3作為一種潛在的溫室氣體，其

2、在CO2濃度升高條件下的釋放規(guī)律尚未開展起來。FACE(free air carbon dioxide enrichment)系統(tǒng)是一個(gè)模擬未來大氣CO2濃度升高的微域生態(tài)環(huán)境。本文依托江都FACE平臺(tái)，采用野外實(shí)驗(yàn)與室內(nèi)模擬相結(jié)合的方法，運(yùn)用改進(jìn)的柱前二次冷阱富集和氣相色譜-氮磷檢測器(GC-NPD)聯(lián)用技術(shù)等分析手段，系統(tǒng)研究了大氣CO2濃度升高條件下，稻田游離PH3氣體和土壤吸附態(tài)PH3釋放規(guī)律及其與土壤磷形態(tài)的相關(guān)性，研究結(jié)果為

3、未來大氣CO2濃度升高條件下，稻田磷的遷移轉(zhuǎn)化及其環(huán)境行為有一定的貢獻(xiàn)，通過室內(nèi)鋼鐵腐蝕實(shí)驗(yàn)初步探討了環(huán)境中PH3的產(chǎn)生機(jī)制。主要研究結(jié)果如下：
　　 1.采用靜態(tài)箱法測定了水稻不同生長期FACE條件和正常大氣條件下稻田游離PH3的釋放通量及濃度變化，以及稻田PH3濃度和釋放通量日變化，探討了大氣CO2濃度升高及不同氮肥處理水平下稻田PH3的釋放規(guī)律。
　　 常氮(250kg/hm2)條件下，除揚(yáng)花期及成熟期外，F(xiàn)ACE

4、圈PH3釋放通量顯著大于對照圈，低氮(125kg/hm2)條件下，F(xiàn)ACE與對照圈PH3釋放通量差異不顯著；不同氮肥處理對PH3的釋放沒有顯著影響；水稻生長旺盛期，PH3凈通量和稻田上方PH3的濃度均較高，而在水稻成熟季，PH3的濃度和通量則較低；水稻田PH3凈釋放通量及濃度與溫度均呈顯著正相關(guān)；稻田水分管理是土壤PH3釋放的另一個(gè)影響因子。
　　 對成熟期稻田白天PH3濃度的測試表明，PH3凈通量最大值出現(xiàn)在中午，釋放與吸收同

5、時(shí)存在，溫度是稻田PH3的日釋放通量的影響因子；光照是影響稻田上方大氣中PH3濃度的主要因素，PH3濃度中午最低，上午最高。
　　 2. 采集水稻7個(gè)不同生長期的土壤樣品，分別測定了吸附態(tài)PH3(MBP)的濃度及總磷、無機(jī)磷、有機(jī)磷及有機(jī)質(zhì)含量，并分析了其相關(guān)性。對大氣CO2濃度升高條件下，稻田PH3的源和匯進(jìn)行了初步探討。
　　 水稻移栽期和成熟期土壤中MBP含量顯著高于水稻其他生長旺盛期；大氣CO2濃度升高及不同氮肥

6、水平對稻田MBP含量無顯著影響，土壤不同分層之間MBP均無顯著差異；稻田上方PH3濃度與土壤中吸附態(tài)PH3濃度顯著負(fù)相關(guān)，稻田上空PH3可能是由土壤吸附態(tài)PH3轉(zhuǎn)化而來的。不同深度土壤中總磷(TP)、無機(jī)磷(IP)、有機(jī)磷(OP)及有機(jī)質(zhì)含量均呈下降趨勢，除了OP外，其他不同分層均有顯著差異；大氣CO2濃度升高條件下，稻田IP顯著低于對照，有機(jī)質(zhì)含量顯著高于對照；氮肥處理對土壤磷形態(tài)及有機(jī)質(zhì)無顯著影響。
　　 土壤吸附態(tài)PH3含

7、量(x)與其相應(yīng)有機(jī)質(zhì)、IP含量(y)顯著正相關(guān)，其相關(guān)方程為：y=ax+b，R2>0.16(n=84)，與TP、OP相關(guān)性不顯著，表明在稻田濕地IP最有可能為PH3 形成的前體物，而有機(jī)質(zhì)在PH3的形成過程中有重要作用；FACE條件下，常氮區(qū)MBP含量與TP、IP、有機(jī)質(zhì)的相關(guān)性高于低氮區(qū)。
　　 3. 采用連續(xù)提取法對水稻拔節(jié)期及乳熟期FACE圈及對照圈稻田土壤的各種形態(tài)磷及部分總金屬含量進(jìn)行了檢測，并分析了金屬含量與土壤M

8、BP含量的相關(guān)性，詳細(xì)探討了各種磷形態(tài)、不同金屬對土壤MBP的影響。
　　 土壤中磷主要以鈣磷為主，鋁磷含量最少，閉蓄態(tài)磷含量差異最大；除閉蓄態(tài)磷外，大氣CO2濃度升高對磷形態(tài)沒有顯著影響；CO2濃度升高對稻田土壤中Fe和Ca含量產(chǎn)生顯著影響，而不同氮肥處理對土壤金屬含量影響較小。
　　 吸附態(tài)PH3和鈣磷、溶解態(tài)磷、可交換溶解磷呈顯著正相關(guān)性，與閉蓄態(tài)磷呈顯著負(fù)相關(guān)，與鐵磷、鋁磷無顯著相關(guān)性；土壤吸附態(tài)PH3含量與土壤

9、Ca含量顯著線性正相關(guān)，與其它幾種金屬元素?zé)o顯著線性；大氣CO2濃度升高下，稻田土壤MBP含量是多種環(huán)境因子共同作用的結(jié)果；FACE條件下，土壤吸附態(tài)PH3與金屬的相關(guān)性高于對照。
　　 4. 室內(nèi)模擬鋼鐵腐蝕實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，酸腐蝕鐵粉產(chǎn)生PH3的量比水腐蝕高3個(gè)數(shù)量級(jí)；頂空氣體不同，鐵粉腐蝕產(chǎn)生PH3的量不同(空氣>氮?dú)?；不同質(zhì)量鐵粉腐蝕后頂空氣體中PH3濃度隨鐵粉質(zhì)量增加而增加，但是腐蝕液中磷酸鹽的濃度卻沒有規(guī)律；在鐵粉剛加