华侨城湿地土壤总氮、总磷的垂直分布研究

2020-08-21丁苏丽韩锦辉

广州化工 2020年15期

丁苏丽，韩锦辉

(1 重庆川仪环境科技有限公司，重庆 401121；2 重庆大学建筑规划设计研究总院有限公司两江院区，重庆 401121)

湿地作为一种常年或季节性积水或过湿的独特生态系统，具有重要得生态功能和较高的生态价值[1]。而海滨湿地因地理位置特殊，同时受到陆地和潮水的作用，在具有景观经济价值的同时，承载着城市一定的工农业和生活废水[2]。

土壤是氮磷元素的重要储存库，氮磷元素的含量在一定程度上反映了土壤的营养状况，土壤营养的流失往往伴随着水体的污染[3-4]。因此，对土壤营养盐的研究至关重要。

华侨城湿地地处深圳市腹地，具有很大的经济价值和生态旅游价值。已有学者研究表明，由于旅游开发、外来物种入侵等因素已经使得华侨城湿地生态环境遭到破坏[5]，但目前对华侨城湿地总氮、总磷分布情况的研究较少。本文通过对华侨城湿地柱状土壤中总氮和总磷含量的测定，分析了总氮和总磷的垂直分布特征，以期了解华侨城湿地的污染状况，为相关研究提供基础数据。

1 实验

1.1 研究区域

深圳市华侨城湿地(E 113°58′，N 22°53′)北连世界之窗、锦绣中华两大著名旅游景点，南接欢乐海岸购物中心。华侨城湿地为半人工湿地，通过位于欢乐海岸的人工河道与深圳湾相连，通过人工泵水完成与近海水体的交换[6]。

本实验沿湿地人工湖北岸，自东向西选取了三个柱状样品采样点，其编号依次为S1、S2、S3(图1)。采样点S3靠近华侨城湿地景区西入口，附近有一些人为制造的垃圾，采样点S1临近华侨城湿地与深圳湾通道的水阀。采样点S2处有人工种植的幼小秋茄，并有一观景用的人工栈道，采样点S1、S3周围生长的植物多为芦苇，并稀疏地分布着一些水蔗草等草本植物。

图1 华侨城人工湿地地形图及采样点的分布

1.2 样品采集与处理

1.2.1 样品的采集和预处理

2015年11月，采用PVC管(直径5 cm)在华侨城湿地西入口自东向西每隔200 m、250 m，垂直采集了3根未受扰动的柱状样，S1、S2、S3柱状样长度分别为23 cm、24 cm、21 cm。柱状样带回实验室每隔1 cm进行切割，混匀后将每一份土样在55 ℃烘干箱中干燥24 h后取出，去除树根、落叶等杂质，用研钵研磨后过100目尼龙筛保存备用，此外对每根柱状样随机抽取15%的土样做平行实验。

1.2.2 总氮、总磷的测定

每份样品称取0.1～0.2 g于消解管内，加入5 mL浓H2SO4，在375 ℃下消煮至液体澄清，待冷却至室温后用高纯水定容。吸取适量消煮液至容量瓶中并用高纯水稀释，用NaOH溶液中和后定容，每一批同时做空白实验。总氮(Total Nitrogen，TN)和总磷(Total Phosphorus，TP)的含量应用湿化学分析法，采用营养盐分析仪(CleverChem3800)测定。营养盐TN、TP的标准偏差分别为0.71 mg/g、0.09 mg/g。

2 结果与讨论

2.1 总氮、总磷数据的统计

表1 总氮、总磷统计数据

华侨城湿地三个采样点位中，TN和TP的含量基本上遵循着S3>S1>S2的规律。S3采样点的TN的含量最高，平均值为7.45 mg/g，含量变化范围为1.20～12.47 mg/g；S1采样点的TP含量最高，平均值为2.11 mg/g ，变化范围为0.73～4.66 mg/g。营养盐的含量大小则为TN>TP。从各元素的变异系数来看，S2的营养盐TN的变异系数最大，为0.70，这表明TN的空间分布相对不均匀，离散性相对较大[7]，可能因为此处经过人为种植秋茄等植物，受影响较大。

2.2 总氮、总磷的垂直分布特征

华侨城三个采样点的总氮、总磷和氮磷比的垂直分布情况如图2所示，TN的垂直分布可以分为两个阶段，第一个阶段是0～17 cm，此阶段三个采样地的总氮含量一直在减少，分别从11.99 mg/g、9.52 mg/g、11.51 mg/g降到3.49 mg/g、1.63 mg/g、9.69 mg/g。第二个阶段是17 cm往下，此阶段的TN含量基本不变，且S1、S2和S3的含量都很接近。TP的垂直分布跟TN不同，S2和S3在表层(0～3 cm)含量变化明显，3 cm以下递减得比较缓慢，分别从1.55 mg/g、1.46 mg/g降低到0.47 mg/g、0.63 mg/g，含量最大值都出现在表层，分别为3.40 mg/g和3.53 mg/g。S1的总磷含量也随深度增加而减少，但呈明显的“S”型变化，最大值也出现在表层为4.66 mg/g。

图2 总氮、总磷含量和氮磷比的垂直分布

从华侨城湿地土壤的氮磷比变化规律来看，S2的表层土壤(0～2 cm)N/P值最大为12.46，其次是S3和S1，中层(3～18 cm)S3的N/P值大于S2，S1最小，底层则相差不大。S1和S3的N/P值都有先增大后减小的规律，最大值分别出现在12 cm和9 cm处，为7.28 mg/g和9.43 mg/g。

3 讨论

湿地土壤氮、磷元素作为植物生长的必需元素，不仅间接地反映了水体富营养化状况，而且是衡量湿地土壤环境质量的重要指标之一[8-9]。为研究华侨城湿地总氮、总磷两种营养盐的历史分布状况，本文分析了其含量的垂直分布情况，结果显示：华侨城湿地中总氮、总磷的含量随深度增加而减小，上层明显高于下层，总磷的垂直分布比总氮稳定。李卫华[10]在研究潮白河湿地沉积物的营养盐空间分布特征中发现，潮白河湿地TN的表层含量明显高于底层；刘文龙等[11]研究胶州湾芦苇潮滩土壤氮磷分布时也发现，土壤总氮、总磷的含量在表层波动较大，且TP含量分布情况较TN相对稳定，这与本研究相似。李卫华在其研究中解释，由于流入湿地的污水中氮磷含量高，湿地表层具有截留沉淀作用，含氧量高且微生物活跃，而底层植物根系较少且植物残体释放营养物质少，因此表层总氮含量明显高于底层；而胶州湾由于芦苇植被根系的影响，也使得营养盐的含量随深度的增加而减少，而大气沉降以及微生物的硝化、反硝化和生物固氮作用则使得TP含量较TN相对稳定。本研究中华侨城湿地同潮白河湿地相似，周围的小沙河污水，其它排污口的生活污水以及深圳湾等外源污水的输入可能是导致营养盐污染的主要因素，大气沉降以及微生物作用使TN的垂直变化比TP大；且华侨城湿与胶州湾湿地一样，主要岸边植物多为芦苇和水蔗草等草本植物，其根系不发达导致上层的营养盐含量比下层低。