闽江福州下游段水体N含量季节变化及对湿地土壤N含量的影响

吴耀建，张永勋，黄佳芳，林贤彪，曾从盛，4，仝 川，4，王维奇，4

（1.国家海洋局 第三海洋研究所，福建 厦门361005；2.福建师范大学 地理科学学院，福建 福州350007；3.福建师范大学 亚热带湿地研究中心，福建 福州350007；4.福建师范大学 湿润亚热带生态—地理过程省部共建教育部重点实验室，福建 福州350007）

大量研究表明，随着科技的发展、化肥农药在农业中的广泛使用以及工业化和城市化进程的不断加快，不同区域水体质量呈现出不同程度的下降［1－5］。水体质量问题主要表现在农药污染、重金属污染和水中N，P和K等营养元素不断增加导致的水体富营养等方面［6－9］，其中水体中N和P含量增加导致的水体富营养化问题十分普遍，也越来越受到广泛的关注［10－11］。河流作为连接陆地和海洋的主要通道，承担着海—陆物质循环纽带的重要角色。一般来说，河流穿越的地区较多，河流水环境的影响因素也就越多，其不仅直接受农业、工业和人类生活等排放的废水，而且随着工业化和城市化进程的不断加速，大气中的氮氧化物含量也不断增加，这些物质以干、湿沉降的方式进入河流，也可能导致河流水体的N含量增加，从而导致水体的富营养化。河流水体的富营养化除水质恶化影响人类用水外，也会影响河流沿岸的湿地等生态系统，导致当地生态系统失衡，如物种入侵、生物多样性减少，改变C和N循环规律以及温室气体排放等。加强河流水质监测、掌握河流水质时间尺度上的变化规律和探索影响河流水质的因素，具有重要的社会价值和现实意义。

河口湿地是陆地水注入海洋的重要交接地，担负着净化陆地和海洋水体的重要角色［12－13］。由于河口地区地形平坦，土壤肥沃，往往是城市密集区和主要的农业基地，是受人类活动影响最为剧烈的场所之一。闽江河口区地处福州市，是海西经济区核心区之一，大量农田废水、工业和居民生活污水排入，使河水养分含量丰富，湿地生态系统受到较大的影响。本研究在春、秋季以大潮到小潮半个潮汐周期为研究时段，分别对闽江福州下游感潮河段河水和潮间带湿地土壤水的NH4＋—N，NO－3—N和NO－2—N进行监测，以揭示春、秋季闽江水体N含量的变化，以及在潮汐作用下它们对湿地土壤N素含量的影响。

1 研究区概况

闽江河口地处中亚热带与南亚热带过渡区，气候暖湿，水量丰富，沿途分布城镇较多。试验地选择在距福州约25km的下游感潮河段闽江口南部梅花水道，是闽江河水流经福州市区注入海洋的主要通道，其沿岸的潮间带鳝鱼滩湿地（26°00′36″—26°03′42″N，119°34′12″—119°40′40″E）是闽江河口区沿岸面积最大的天然洲滩湿地，面积约3 120hm2。区内年均气温19.3℃，年降水量约1 346mm，降水多发生在3—9月，潮汐属正规半日潮［14］。据多年观测，夏秋季潮位高（9月最高，大潮日到小潮日高潮时试验地皆可淹水），冬春季潮位低（3—4月最低，仅大潮日高潮时试验地才可淹水），由于河水受到潮汐的作用，试验地有规律的被河水淹没与排干。试验地植物建群种主要有短叶茳芏（Cyperus malaccensis var.brevifolius）、芦苇 （Phragmites australis）、藨草 （Scirpus triqueter L.）和互花米草（Spartina alterniflora）等挺水植物。水样采集点选择在鳝鱼滩湿地中部（119°37′31″E，26°01′46″N），位于高潮与中潮带过渡区的短叶茳芏湿地。

2 研究方法

2.1 试验设计及样品测定

河水和短叶茳芏湿地土壤水的采样时间选择在2011年9月26日至10月2日（农历8月29至9月初6，大潮月）和2012年3月23日至3月27日（农历3月初2至3月初6，小潮月）进行。根据白天涨落潮时间及天气变化情况，秋季和春季高潮采样点可淹水时，在涨潮淹水前2h和落潮排水后2h，分别采集短叶茳芏湿地土壤水，在高潮时采集短叶茳芏湿地上覆河水；春季高潮短叶茳芏湿地无淹水时，分别在高潮前2h、高潮时和高潮后2h采集湿地土壤水样，每次采样设置3个重复。用自制陶管—真空棒抽取湿地表层0—15cm土壤水，抽取的样品注入容积为100 ml的乳白色塑料瓶密封保存。

采集的湿地土壤水和河水中的NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N含量在实验室采用荷兰SKALAR公司生产的SAN＋＋连续流动分析仪测试。

2.2 数据处理方法

运用Execl数据分析中的描述统计功能对实验数据进行统计，运用单因素方差分析功能对潮汐不同阶段河流水体NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N的含量与湿地土壤水NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N的含量分别进行差异性分析。

3 结果与分析

3.1 河水和湿地土壤水NH＋4－N含量变化及关系

秋季，河水NH＋4—N含量范围为0.263 3～0.970 0mg／L，平均含量为0.451 9mg／L；短叶茳芏湿地土壤水NH＋4—N含量范围为0.206 7～1.916 7 mg／L，平均含量为0.959 5mg／L。春季，河流水NH＋4—N含量范围为0.133 3～0.366 7mg／L，平均含量为0.250 0mg／L，湿地在高潮被水淹没时，其土壤水NH＋4—N含量范围为0.216 7～0.603 3mg／L，平均含量为0.396 7mg／L，高潮无水淹没时，土壤水NH＋4—N含量范围为0.136 7～0.516 7mg／L，平均含量为0.253 0mg／L。可见，秋季河流水NH＋4—N含量明显高于春季，湿地土壤水NH＋4—N含量也明显高于春季。

春、秋季潮间带短叶茳芏湿地在高潮期间被水淹没时，其土壤水NH＋4—N含量在不同观测日的涨潮前和落潮后的数值各不相同，没有呈现明显的差异性规律（图1）。多日观测平均值，秋季涨潮前（0.950 0 mg／L）略低于落潮后（0.970 0mg／L），但差异性不显著（p＝0.916＞0.05）。

秋季河流水的NH＋4—N含量除9月28日、9月30日和10月2日与土壤水接近，其它观测日均明显低于土壤水，总体上，秋季河流水NH＋4—N含量低于涨、落潮前后的土壤水含量；春季，3月23—24日河流水和短叶茳芏湿地土壤水NH＋4—N含量的差异性明显减小，随着潮水位的逐渐降低，高潮无淹水时（3月25日）土壤水NH＋4—N含量高于涨潮前和落潮后，且3者的差异性较大，3月26—27日高潮时、高潮前和高潮后3个时间点的表层土壤水NH＋4—N含量十分接近。这是因为3月25日高潮时水位低于湿地表面在10cm以内，采集的表层土壤水NH＋4—N含量仍然会受到河流水的影响，而3月26—27日高潮时水位低于湿地表面在20cm以下，采集的表层土壤水NH＋4—N含量基本不受河流水的影响。

图1 春、秋季河流水与湿地土壤水NH＋4－N含量的变化

对比河水与土壤水NH＋4—N的含量，可以发现春、秋季土壤水中的含量皆高于河流水中的含量，差异性显著（p＝0.026）。春秋季河流水NH＋4—N含量与涨潮前的土壤水含量差异性显著（p＝0.014），而和落潮后土壤水含量差异性不显著（p＝0.071）。综上可知，河流水NH＋4—N含量对短叶茳芏湿土壤水NH＋4—N的含量有较明显的影响。

3.2 河水和湿地土壤水NO3－－N含量的变化及关系

河流水NO3－—N的含量范围在秋季为0.599 6～1.313 3mg／L，平均含量为1.001 9mg／L；短叶茳芏湿地土壤水NO3－—N的含量范围为0.030 0～1.232 3mg／L，平均含量为0.267 9mg／L。河流水NO3－—N的含量范围在春季为0.502 0～0.804 0 mg／L，平均含量为0.653 0mg／L，湿地在高潮可被水淹没时，土壤水NO3－—N的含量范围为0.112 7～0.881 0mg／L，平均含量为0.358 9mg／L，高潮无水淹时，土壤水NO3－—N的含量范围为0.066 3～0.145 3mg／L，平均含量为0.119 5mg／L。秋季河流水NO3－—N的含量明显高于春季，而在高潮有水淹没时，湿地土壤水NO3－—N含量低于春季，高于无水淹没时的土壤水NO3－—N含量。比较河流水与土壤水NO3－—N的含量，可以看出，与NH4＋—N相反，春、秋季土壤水的含量皆极显著低于河流水中的含量（p＝0.000 2＜0.05）。

图2表明，春、秋季湿地在高潮淹水时，除9月26—27日湿地土壤水NO3－—N含量在涨潮前高于落潮后，其它观测日都低于落潮后。落潮后土壤水的波动性较大，而河流水NO3－—N总体上含量都较土壤水高。从多日观测平均值来看，秋季河流水NO3－—N含量（1.001 9mg／L）＞ 落潮后土壤水（0.324 4mg／L）＞高潮前土壤水（0.211 3mg／L），春季三者关系与秋季相同（分别为0.653 0，0.573 0，0.148 8mg／L），但分析表明，涨潮前与落潮后土壤水NO3－—N含量的差异性不大（p＝0.278＞0.05）；高潮湿地无淹水时，土壤水NO3－—N的含量变化不大。可见，河流水在潮汐顶托下，淹没湿地增加了土壤水NO3－—N的含量。

3.3 河水和湿地土壤水NO－2－N含量的变化及关系

秋季，NO2－—N在河水中的含量范围为0.009 8～0.093 3mg／L，平均含量为0.034 4mg／L；NO2－—N在短叶茳芏湿地土壤水中的含量范围为0.004 7～0.059 7mg／L，平均含量为0.022 6mg／L。春季，NO2－—N在河流水中的含量范围为0.024 3～0.048 0 mg／L，平均含量为0.036 2mg／L，湿地在高潮可被水淹没时，土壤水NO2－—N的含量范围为0.009 0～0.020 0mg／L，平均含量为0.014 0mg／L，高潮无水淹没时，土壤水NO－2—N的含量范围为0.004 7～0.026 0mg／L，平 均 含 量 为 0.010 0mg／L。与NH＋4—N和NO－3—N不同，秋季河流水NO－2—N的含量低于春季，而在高潮有水淹没时，秋季湿地土壤水NO－2—N含量高于春季，也高于无水淹没时的土壤水NO－2—N含量。比较河流水与土壤水NO－2—N的含量，可以看出，与NO－3—N一致，春季与秋季土壤水的含量皆低于河流水中的含量，但差异性不如NO－3—N显著（p＝0.199＞0.05）。

图2 春、秋季河流水与湿地土壤水NO－3－N含量的变化

图3表明，高潮在湿地淹水时，除9月26日落潮后土壤水NO－2—N的含量低于涨潮前土壤水，其它观测日皆高于涨潮前的土壤水中的含量，但差值不大。河流水NO－2—N的含量在9月26—30日期间，与湿地土壤水NO－2—N的含量之间没有明显规律，不同的观测日各有高低，10月1日至3月24日这几个观测日河流水NO－2—N的含量明显高于短叶茳芏湿地土壤水NO－2—N含量。高潮无淹水时，高潮前、高潮时和高潮后3次观测，湿地土壤水NO－2—N含量差异明显减少，随着潮水水位的降低，3月26—27日的3次观测值差异极小。河流水的NO－2—N含量对短叶茳芏湿地土壤NO－2—N含量的影响也十分明显。

图3 春、秋季河流水与湿地土壤水NO－2－N含量的变化

3.4 春、秋季河水3种形态N总含量的变化及对湿地土壤水N含量的影响

秋季，河水3种形态N总含量范围为0.914 3～2.178 3mg／L，平均含量为1.488 1mg／L；短叶茳芏湿地土壤水3种形态N总含量范围为0.443 3～2.164 0mg／L，平均含量为1.249 9mg／L。春季，河流水3种形态N总含量范围为0.893 0～0.985 3 mg／L，平均含量为0.939 2mg／L，湿地在高潮被水淹没时，土壤水3种形态N总含量范围为0.501 7～1.148 3mg／L，平均含量为0.767 9mg／L，高潮无水淹没时，土壤水3种形态N总含量范围为0.224 3～0.660 0mg／L，平均含量为0.400 4mg／L。由图4可知，除9月26—27日河流水3种形态N总含量低于土壤水中的含量，其它观测日都高于土壤水，而涨潮前和落潮后土壤水3种形态N总含量对比没有表现出明显的规律性，说明短期的河流水浸淹对湿地土壤的影响不明显。

综上可以看出，无论是春季还是秋季，河水3种形态N总含量均高于土壤水的含量，但是不显著（p＝0.327＞0.05），这可能是由于不同观测日观测值差异较大造成的。当高潮无淹没时，土壤水3种形态N总含量明显下降。秋季河流水N含量较高，土壤水的含量也较高，春季河流水N含量较低，土壤水N含量也较低，这可初步认为河流水是湿地土壤的主要N源，河流的浸淹对土壤养分的含量影响较大。河流水3种形态N含量及总含量的变化（性）大于土壤水的变化（性），这可能是由于潮汐顶托作用，河流水处于混合过程中导致的时空差异。

图4 春、秋季河流水与湿地土壤水3种形态N总含量的变化

4 结果讨论

闽江福州下游段河水NH＋4—N含量在春、秋季皆低于短叶茳芏湿地土壤水。这是因为NH＋4—N为正价，易受土壤胶体的吸附［15］。当河水浸淹湿地时，河流水中的NH＋4—N受土壤胶体吸附作用束缚［3］，在土壤中运移速度急剧下降，最终在土壤中累积［16］，从而导致湿地土壤水中NH＋4—N的含量高于河流水的含量。而NO－3—N和NO－2—N在土壤中运移的主要动力为硝态氮的浓度梯度、干湿土壤之间的水势梯度等［17］，湿地土壤在潮汐的周期性淹没下，土壤水含量高，基本处于水饱和状态，退潮时NO－3—N和NO－2—N被又潮水带走［18］，所以湿地土壤水中硝态氮和亚硝态氮含量较河水中的含量低。随着潮水水位的降低，春季中、小潮时湿地不被河水淹没，无法受到河水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的补给，同时春季短叶茳芏正处萌发生长期，吸收大量的N，加之湿地土壤在非淹水状态下，硝化、反硝化作用加强，部分硝态氮转化成铵态氮或部分铵态氮转化为硝态氮，在这两个转化过程中，部分N转化成N2O排放到大气中［19］，因而非淹水时湿地土壤N含量慢慢降低。

秋季，河流水和湿地土壤水N含量较春季高，这可能是由于9—10月份植物处于逐渐枯萎期，其生长需要的养分较少，同时这个季节也是二季稻排水晒田的季节，沿江农田排水可能是闽江下游河流水体N含量上升的一个重要的原因。而同样短叶茳芏也正逐渐转入枯萎期，生命活力降低，养分需求较少；春季3月份植物正处萌发生长季节，需要吸收大量的养分维持生长，河流水中的N被土壤吸附使其含量相对降低。此外，这一时期是福建沿海的大潮月，潮间湿地土壤不断被河流水淹没，最终导致湿地土壤的N含量较高。河流水体N含量还会受工业、人类生产生活规律等因素影响，具体影响机制还需进一步研究。

本研究的观测结果与郑小宏［20］2007—2008年对闽江河口水质观测结果相比，春、秋季闽江口河流水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量均有很大幅度的上升（表1），说明伴随着闽江沿途经济的发展，农业生产中化肥的大量使用，工业化程度的提高和人口向沿江地区集中，大量含N营养物质的排放，导致闽江水体富营养化的程度在加剧，需要相关部门的监管控制。

表1 不同年份闽江口河水N含量对比 mg／L

5 结论

（1）闽江福州下游感潮河段秋季河流水NH＋4—N和NO－3—N的含量高于春季，NO－2—N的含量低于春季；秋季短叶茳芏湿地土壤水NH＋4—N和NO－2—N的含量也明显高于春季，土壤水NO－3—N含量低于春季；春、秋季土壤水NH＋4—N的含量皆高于河水中的含量，而NO－3—N和NO－2—N的含量皆明显低于河水中的含量。河流水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量对潮间带短叶茳芏湿地NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量影响形式不同。

（2）闽江福州下游感潮段春、秋季河水3种形态N总含量均高于土壤水的含量，当高潮无河流淹没时，土壤水3种形态N总含量明显的下降。秋季河水N含量较高，土壤水的含量也较高，春季河水N含量较低，土壤水N含量也较低，表明河流水是湿地土壤的主要N源，河流水的浸淹对土壤养分的含量影响较大。

（3）闽江福州下游段河水的3种形态N含量秋季大于春季含量，存在较明显的季节差异。

（4）与2007—2008年的观测值相比，2011—2012年闽江河口河流水体N含量有很大幅度的上升，水体富营养化加剧。

致谢：本研究在野外观测阶段，得到何清华、章文龙、马永跃和张子川等同学的热心帮助；室内样品测定阶段，得到杨平和高君颖同学、杨柳明和彭园珍老师的指导和帮助，在此一并感谢！

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