閩江福州下游段水體N含量季節(jié)變化及對濕地土壤N含量的影響

吳耀建，張永勛，黃佳芳，林賢彪，曾從盛，4，仝 川，4，王維奇，4

（1.國家海洋局 第三海洋研究所，福建 廈門361005；2.福建師范大學(xué) 地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州350007；3.福建師范大學(xué) 亞熱帶濕地研究中心，福建 福州350007；4.福建師范大學(xué) 濕潤亞熱帶生態(tài)—地理過程省部共建教育部重點實驗室，福建 福州350007）

大量研究表明，隨著科技的發(fā)展、化肥農(nóng)藥在農(nóng)業(yè)中的廣泛使用以及工業(yè)化和城市化進程的不斷加快，不同區(qū)域水體質(zhì)量呈現(xiàn)出不同程度的下降［1－5］。水體質(zhì)量問題主要表現(xiàn)在農(nóng)藥污染、重金屬污染和水中N，P和K等營養(yǎng)元素不斷增加導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)等方面［6－9］，其中水體中N和P含量增加導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化問題十分普遍，也越來越受到廣泛的關(guān)注［10－11］。河流作為連接陸地和海洋的主要通道，承擔(dān)著?！懳镔|(zhì)循環(huán)紐帶的重要角色。一般來說，河流穿越的地區(qū)較多，河流水環(huán)境的影響因素也就越多，其不僅直接受農(nóng)業(yè)、工業(yè)和人類生活等排放的廢水，而且隨著工業(yè)化和城市化進程的不斷加速，大氣中的氮氧化物含量也不斷增加，這些物質(zhì)以干、濕沉降的方式進入河流，也可能導(dǎo)致河流水體的N含量增加，從而導(dǎo)致水體的富營養(yǎng)化。河流水體的富營養(yǎng)化除水質(zhì)惡化影響人類用水外，也會影響河流沿岸的濕地等生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)失衡，如物種入侵、生物多樣性減少，改變C和N循環(huán)規(guī)律以及溫室氣體排放等。加強河流水質(zhì)監(jiān)測、掌握河流水質(zhì)時間尺度上的變化規(guī)律和探索影響河流水質(zhì)的因素，具有重要的社會價值和現(xiàn)實意義。

河口濕地是陸地水注入海洋的重要交接地，擔(dān)負著凈化陸地和海洋水體的重要角色［12－13］。由于河口地區(qū)地形平坦，土壤肥沃，往往是城市密集區(qū)和主要的農(nóng)業(yè)基地，是受人類活動影響最為劇烈的場所之一。閩江河口區(qū)地處福州市，是海西經(jīng)濟區(qū)核心區(qū)之一，大量農(nóng)田廢水、工業(yè)和居民生活污水排入，使河水養(yǎng)分含量豐富，濕地生態(tài)系統(tǒng)受到較大的影響。本研究在春、秋季以大潮到小潮半個潮汐周期為研究時段，分別對閩江福州下游感潮河段河水和潮間帶濕地土壤水的NH4＋—N，NO－3—N和NO－2—N進行監(jiān)測，以揭示春、秋季閩江水體N含量的變化，以及在潮汐作用下它們對濕地土壤N素含量的影響。

1 研究區(qū)概況

閩江河口地處中亞熱帶與南亞熱帶過渡區(qū)，氣候暖濕，水量豐富，沿途分布城鎮(zhèn)較多。試驗地選擇在距福州約25km的下游感潮河段閩江口南部梅花水道，是閩江河水流經(jīng)福州市區(qū)注入海洋的主要通道，其沿岸的潮間帶鱔魚灘濕地（26°00′36″—26°03′42″N，119°34′12″—119°40′40″E）是閩江河口區(qū)沿岸面積最大的天然洲灘濕地，面積約3 120hm2。區(qū)內(nèi)年均氣溫19.3℃，年降水量約1 346mm，降水多發(fā)生在3—9月，潮汐屬正規(guī)半日潮［14］。據(jù)多年觀測，夏秋季潮位高（9月最高，大潮日到小潮日高潮時試驗地皆可淹水），冬春季潮位低（3—4月最低，僅大潮日高潮時試驗地才可淹水），由于河水受到潮汐的作用，試驗地有規(guī)律的被河水淹沒與排干。試驗地植物建群種主要有短葉茳芏（Cyperus malaccensis var.brevifolius）、蘆葦 （Phragmites australis）、藨草 （Scirpus triqueter L.）和互花米草（Spartina alterniflora）等挺水植物。水樣采集點選擇在鱔魚灘濕地中部（119°37′31″E，26°01′46″N），位于高潮與中潮帶過渡區(qū)的短葉茳芏濕地。

2 研究方法

2.1 試驗設(shè)計及樣品測定

河水和短葉茳芏濕地土壤水的采樣時間選擇在2011年9月26日至10月2日（農(nóng)歷8月29至9月初6，大潮月）和2012年3月23日至3月27日（農(nóng)歷3月初2至3月初6，小潮月）進行。根據(jù)白天漲落潮時間及天氣變化情況，秋季和春季高潮采樣點可淹水時，在漲潮淹水前2h和落潮排水后2h，分別采集短葉茳芏濕地土壤水，在高潮時采集短葉茳芏濕地上覆河水；春季高潮短葉茳芏濕地?zé)o淹水時，分別在高潮前2h、高潮時和高潮后2h采集濕地土壤水樣，每次采樣設(shè)置3個重復(fù)。用自制陶管—真空棒抽取濕地表層0—15cm土壤水，抽取的樣品注入容積為100 ml的乳白色塑料瓶密封保存。

采集的濕地土壤水和河水中的NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N含量在實驗室采用荷蘭SKALAR公司生產(chǎn)的SAN＋＋連續(xù)流動分析儀測試。

2.2 數(shù)據(jù)處理方法

運用Execl數(shù)據(jù)分析中的描述統(tǒng)計功能對實驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計，運用單因素方差分析功能對潮汐不同階段河流水體NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N的含量與濕地土壤水NO－3—N，NO－2—N和NH＋4—N的含量分別進行差異性分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 河水和濕地土壤水NH＋4－N含量變化及關(guān)系

秋季，河水NH＋4—N含量范圍為0.263 3～0.970 0mg／L，平均含量為0.451 9mg／L；短葉茳芏濕地土壤水NH＋4—N含量范圍為0.206 7～1.916 7 mg／L，平均含量為0.959 5mg／L。春季，河流水NH＋4—N含量范圍為0.133 3～0.366 7mg／L，平均含量為0.250 0mg／L，濕地在高潮被水淹沒時，其土壤水NH＋4—N含量范圍為0.216 7～0.603 3mg／L，平均含量為0.396 7mg／L，高潮無水淹沒時，土壤水NH＋4—N含量范圍為0.136 7～0.516 7mg／L，平均含量為0.253 0mg／L?？梢?，秋季河流水NH＋4—N含量明顯高于春季，濕地土壤水NH＋4—N含量也明顯高于春季。

春、秋季潮間帶短葉茳芏濕地在高潮期間被水淹沒時，其土壤水NH＋4—N含量在不同觀測日的漲潮前和落潮后的數(shù)值各不相同，沒有呈現(xiàn)明顯的差異性規(guī)律（圖1）。多日觀測平均值，秋季漲潮前（0.950 0 mg／L）略低于落潮后（0.970 0mg／L），但差異性不顯著（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日與土壤水接近，其它觀測日均明顯低于土壤水，總體上，秋季河流水NH＋4—N含量低于漲、落潮前后的土壤水含量；春季，3月23—24日河流水和短葉茳芏濕地土壤水NH＋4—N含量的差異性明顯減小，隨著潮水位的逐漸降低，高潮無淹水時（3月25日）土壤水NH＋4—N含量高于漲潮前和落潮后，且3者的差異性較大，3月26—27日高潮時、高潮前和高潮后3個時間點的表層土壤水NH＋4—N含量十分接近。這是因為3月25日高潮時水位低于濕地表面在10cm以內(nèi)，采集的表層土壤水NH＋4—N含量仍然會受到河流水的影響，而3月26—27日高潮時水位低于濕地表面在20cm以下，采集的表層土壤水NH＋4—N含量基本不受河流水的影響。

圖1 春、秋季河流水與濕地土壤水NH＋4－N含量的變化

對比河水與土壤水NH＋4—N的含量，可以發(fā)現(xiàn)春、秋季土壤水中的含量皆高于河流水中的含量，差異性顯著（p＝0.026）。春秋季河流水NH＋4—N含量與漲潮前的土壤水含量差異性顯著（p＝0.014），而和落潮后土壤水含量差異性不顯著（p＝0.071）。綜上可知，河流水NH＋4—N含量對短葉茳芏濕土壤水NH＋4—N的含量有較明顯的影響。

3.2 河水和濕地土壤水NO3－－N含量的變化及關(guān)系

河流水NO3－—N的含量范圍在秋季為0.599 6～1.313 3mg／L，平均含量為1.001 9mg／L；短葉茳芏濕地土壤水NO3－—N的含量范圍為0.030 0～1.232 3mg／L，平均含量為0.267 9mg／L。河流水NO3－—N的含量范圍在春季為0.502 0～0.804 0 mg／L，平均含量為0.653 0mg／L，濕地在高潮可被水淹沒時，土壤水NO3－—N的含量范圍為0.112 7～0.881 0mg／L，平均含量為0.358 9mg／L，高潮無水淹時，土壤水NO3－—N的含量范圍為0.066 3～0.145 3mg／L，平均含量為0.119 5mg／L。秋季河流水NO3－—N的含量明顯高于春季，而在高潮有水淹沒時，濕地土壤水NO3－—N含量低于春季，高于無水淹沒時的土壤水NO3－—N含量。比較河流水與土壤水NO3－—N的含量，可以看出，與NH4＋—N相反，春、秋季土壤水的含量皆極顯著低于河流水中的含量（p＝0.000 2＜0.05）。

圖2表明，春、秋季濕地在高潮淹水時，除9月26—27日濕地土壤水NO3－—N含量在漲潮前高于落潮后，其它觀測日都低于落潮后。落潮后土壤水的波動性較大，而河流水NO3－—N總體上含量都較土壤水高。從多日觀測平均值來看，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），春季三者關(guān)系與秋季相同（分別為0.653 0，0.573 0，0.148 8mg／L），但分析表明，漲潮前與落潮后土壤水NO3－—N含量的差異性不大（p＝0.278＞0.05）；高潮濕地?zé)o淹水時，土壤水NO3－—N的含量變化不大。可見，河流水在潮汐頂托下，淹沒濕地增加了土壤水NO3－—N的含量。

3.3 河水和濕地土壤水NO－2－N含量的變化及關(guān)系

秋季，NO2－—N在河水中的含量范圍為0.009 8～0.093 3mg／L，平均含量為0.034 4mg／L；NO2－—N在短葉茳芏濕地土壤水中的含量范圍為0.004 7～0.059 7mg／L，平均含量為0.022 6mg／L。春季，NO2－—N在河流水中的含量范圍為0.024 3～0.048 0 mg／L，平均含量為0.036 2mg／L，濕地在高潮可被水淹沒時，土壤水NO2－—N的含量范圍為0.009 0～0.020 0mg／L，平均含量為0.014 0mg／L，高潮無水淹沒時，土壤水NO－2—N的含量范圍為0.004 7～0.026 0mg／L，平 均 含 量 為 0.010 0mg／L。與NH＋4—N和NO－3—N不同，秋季河流水NO－2—N的含量低于春季，而在高潮有水淹沒時，秋季濕地土壤水NO－2—N含量高于春季，也高于無水淹沒時的土壤水NO－2—N含量。比較河流水與土壤水NO－2—N的含量，可以看出，與NO－3—N一致，春季與秋季土壤水的含量皆低于河流水中的含量，但差異性不如NO－3—N顯著（p＝0.199＞0.05）。

圖2 春、秋季河流水與濕地土壤水NO－3－N含量的變化

圖3表明，高潮在濕地淹水時，除9月26日落潮后土壤水NO－2—N的含量低于漲潮前土壤水，其它觀測日皆高于漲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日期間，與濕地土壤水NO－2—N的含量之間沒有明顯規(guī)律，不同的觀測日各有高低，10月1日至3月24日這幾個觀測日河流水NO－2—N的含量明顯高于短葉茳芏濕地土壤水NO－2—N含量。高潮無淹水時，高潮前、高潮時和高潮后3次觀測，濕地土壤水NO－2—N含量差異明顯減少，隨著潮水水位的降低，3月26—27日的3次觀測值差異極小。河流水的NO－2—N含量對短葉茳芏濕地土壤NO－2—N含量的影響也十分明顯。

圖3 春、秋季河流水與濕地土壤水NO－2－N含量的變化

3.4 春、秋季河水3種形態(tài)N總含量的變化及對濕地土壤水N含量的影響

秋季，河水3種形態(tài)N總含量范圍為0.914 3～2.178 3mg／L，平均含量為1.488 1mg／L；短葉茳芏濕地土壤水3種形態(tài)N總含量范圍為0.443 3～2.164 0mg／L，平均含量為1.249 9mg／L。春季，河流水3種形態(tài)N總含量范圍為0.893 0～0.985 3 mg／L，平均含量為0.939 2mg／L，濕地在高潮被水淹沒時，土壤水3種形態(tài)N總含量范圍為0.501 7～1.148 3mg／L，平均含量為0.767 9mg／L，高潮無水淹沒時，土壤水3種形態(tài)N總含量范圍為0.224 3～0.660 0mg／L，平均含量為0.400 4mg／L。由圖4可知，除9月26—27日河流水3種形態(tài)N總含量低于土壤水中的含量，其它觀測日都高于土壤水，而漲潮前和落潮后土壤水3種形態(tài)N總含量對比沒有表現(xiàn)出明顯的規(guī)律性，說明短期的河流水浸淹對濕地土壤的影響不明顯。

綜上可以看出，無論是春季還是秋季，河水3種形態(tài)N總含量均高于土壤水的含量，但是不顯著（p＝0.327＞0.05），這可能是由于不同觀測日觀測值差異較大造成的。當(dāng)高潮無淹沒時，土壤水3種形態(tài)N總含量明顯下降。秋季河流水N含量較高，土壤水的含量也較高，春季河流水N含量較低，土壤水N含量也較低，這可初步認為河流水是濕地土壤的主要N源，河流的浸淹對土壤養(yǎng)分的含量影響較大。河流水3種形態(tài)N含量及總含量的變化（性）大于土壤水的變化（性），這可能是由于潮汐頂托作用，河流水處于混合過程中導(dǎo)致的時空差異。

圖4 春、秋季河流水與濕地土壤水3種形態(tài)N總含量的變化

4 結(jié)果討論

閩江福州下游段河水NH＋4—N含量在春、秋季皆低于短葉茳芏濕地土壤水。這是因為NH＋4—N為正價，易受土壤膠體的吸附［15］。當(dāng)河水浸淹濕地時，河流水中的NH＋4—N受土壤膠體吸附作用束縛［3］，在土壤中運移速度急劇下降，最終在土壤中累積［16］，從而導(dǎo)致濕地土壤水中NH＋4—N的含量高于河流水的含量。而NO－3—N和NO－2—N在土壤中運移的主要動力為硝態(tài)氮的濃度梯度、干濕土壤之間的水勢梯度等［17］，濕地土壤在潮汐的周期性淹沒下，土壤水含量高，基本處于水飽和狀態(tài)，退潮時NO－3—N和NO－2—N被又潮水帶走［18］，所以濕地土壤水中硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮含量較河水中的含量低。隨著潮水水位的降低，春季中、小潮時濕地不被河水淹沒，無法受到河水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的補給，同時春季短葉茳芏正處萌發(fā)生長期，吸收大量的N，加之濕地土壤在非淹水狀態(tài)下，硝化、反硝化作用加強，部分硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化成銨態(tài)氮或部分銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，在這兩個轉(zhuǎn)化過程中，部分N轉(zhuǎn)化成N2O排放到大氣中［19］，因而非淹水時濕地土壤N含量慢慢降低。

秋季，河流水和濕地土壤水N含量較春季高，這可能是由于9—10月份植物處于逐漸枯萎期，其生長需要的養(yǎng)分較少，同時這個季節(jié)也是二季稻排水曬田的季節(jié)，沿江農(nóng)田排水可能是閩江下游河流水體N含量上升的一個重要的原因。而同樣短葉茳芏也正逐漸轉(zhuǎn)入枯萎期，生命活力降低，養(yǎng)分需求較少；春季3月份植物正處萌發(fā)生長季節(jié)，需要吸收大量的養(yǎng)分維持生長，河流水中的N被土壤吸附使其含量相對降低。此外，這一時期是福建沿海的大潮月，潮間濕地土壤不斷被河流水淹沒，最終導(dǎo)致濕地土壤的N含量較高。河流水體N含量還會受工業(yè)、人類生產(chǎn)生活規(guī)律等因素影響，具體影響機制還需進一步研究。

本研究的觀測結(jié)果與鄭小宏［20］2007—2008年對閩江河口水質(zhì)觀測結(jié)果相比，春、秋季閩江口河流水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量均有很大幅度的上升（表1），說明伴隨著閩江沿途經(jīng)濟的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥的大量使用，工業(yè)化程度的提高和人口向沿江地區(qū)集中，大量含N營養(yǎng)物質(zhì)的排放，導(dǎo)致閩江水體富營養(yǎng)化的程度在加劇，需要相關(guān)部門的監(jiān)管控制。

表1 不同年份閩江口河水N含量對比 mg／L

5 結(jié)論

（1）閩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；秋季短葉茳芏濕地土壤水NH＋4—N和NO－2—N的含量也明顯高于春季，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的含量皆明顯低于河水中的含量。河流水NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量對潮間帶短葉茳芏濕地NH＋4—N，NO－3—N和NO－2—N的含量影響形式不同。

（2）閩江福州下游感潮段春、秋季河水3種形態(tài)N總含量均高于土壤水的含量，當(dāng)高潮無河流淹沒時，土壤水3種形態(tài)N總含量明顯的下降。秋季河水N含量較高，土壤水的含量也較高，春季河水N含量較低，土壤水N含量也較低，表明河流水是濕地土壤的主要N源，河流水的浸淹對土壤養(yǎng)分的含量影響較大。

（3）閩江福州下游段河水的3種形態(tài)N含量秋季大于春季含量，存在較明顯的季節(jié)差異。

（4）與2007—2008年的觀測值相比，2011—2012年閩江河口河流水體N含量有很大幅度的上升，水體富營養(yǎng)化加劇。

致謝：本研究在野外觀測階段，得到何清華、章文龍、馬永躍和張子川等同學(xué)的熱心幫助；室內(nèi)樣品測定階段，得到楊平和高君穎同學(xué)、楊柳明和彭園珍老師的指導(dǎo)和幫助，在此一并感謝！

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