洞庭湖南荻腐解过程对水土环境影响研究

作     者：张儒涵 

作者单位：中南林业科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：蒋丽娟

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 08[工学] 0815[工学-水利工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：南荻 腐解过程 水土环境 氮磷释放率 

摘      要：南荻（Miscanthus lutarioriparius）是洞庭湖常见的挺水植物,也是洞庭湖湿地物质生产、洪水调节、生物多样性保护等生态功能的重要物质基础。近年来,环洞庭湖区以南荻为原料的造纸业全面退出,大面积的南荻被弃收,这将对洞庭湖湿地造成一定的生态影响。为了解南荻弃收对洞庭湖湿地水土环境产生的影响,本研究以南荻为研究对象,基于野外原位腐解与室内模拟腐解试验,通过分析南荻残体各组分在腐解过程中氮磷营养元素的释放特征及对水体、底泥主要理化指标的影响,探究南荻残体腐解过程中养分的释放规律和在水体-底泥中的迁移过程,为评价南荻弃收对洞庭湖湿地的影响与南荻资源的科学管理提供基础数据。主要结论如下: （1）南荻残体不同组分N、P元素含量及腐解速率存在差异。南荻残体初始TN含量表现为穗叶茎,初始TP含量表现为叶穗茎,各组分干物质的残留率为茎穗叶。用负指数模型拟合计算,南荻叶的分解系数为0.009 d-1,完全分解（95%）时间为332.86 d;茎的分解系数为0.002 d-1,完全分解（95%）时间为1497.87 d;野外原位腐解实验南荻残体的分解系数为0.003 d-1,完全分解时间（95%）为998.58 d。南荻残体不同组分N、P元素的释放速率存在差异且有明显的阶段性,均表现为腐解前期快、后期慢的特征。叶的TN和TP释放率均最高,在室内模拟腐解实验结束时其释放率分别为51.30%和65.11%;穗次之;茎均为最低。 （2）南荻残体腐解对水质的影响不显著。南荻残体室内模拟腐解实验前期（0-10d）,茎、叶、穗处理组上覆水TN、TP、NH4+-N、NO2-N和MI3PO4浓度均呈现快速上升的趋势,pH和DO浓度有所下降,表明南荻残体腐解前期上覆水的氮磷元素浓度均快速升高。在腐解20 d之后上覆水氮磷元素浓度逐渐下降恢复至初始浓度水平,pH和DO浓度有所回升。南荻弃收后,野外原位腐解实验所处样地水体的水质类别与南荻弃收前相比未发生改变,弃收后水体pH和CODMn浓度略微下降,TN、TP和NH4+-N浓度有小幅度上升,但整体差异较小。 （3）南荻室内模拟腐解实验期间,残体腐解所释放的氮磷元素明显向底泥迁移沉淀。茎、叶、穗处理组底泥的TN含量在腐解0-30 d期间内呈现小幅上下波动,之后TN含量均呈上升趋势,腐解实验结束时均较初始含量增加10%以上;茎、叶、穗处理组底泥TP含量均逐渐上升,增加比例均在30%以上。南荻弃收后,野外原位腐解实验样地土壤TP、TK、TN等含量较南荻弃收前均有所增加,但差异较小,有机质含量较弃收前增加48.32%。南荻弃收后样地土壤细菌物种多样性和真菌OTU数量较弃收前增加,而真菌物种多样性较弃收前降低;变形菌门、放线菌门相对丰度比例增加,子囊菌门和担子菌门等优势菌种在真菌物种组成中的相对丰度比例增加,物种分布更为均匀。 本研究表明:南荻残体腐解对水体的影响主要在腐解前期,水体氮磷元素浓度迅速增加,腐解后期氮磷元素逐渐迁移转化至底泥或空气中,水体氮磷元素浓度下降至腐解前水平;除有机质含量有所增加外,土壤氮磷元素含量与腐解前差异不显著。因此,南荻弃收后残体腐解对洞庭湖水体和土壤环境影响较小。