北方河流湿地土壤NO-N 和NH-N 的空间变化特征研究

陈寒 白洁 张国平 潘美霞 李海燕

（1. 辽宁石油化工大学，辽宁 抚顺 113001；2. 辽宁省环境科学学会，辽宁 沈阳 110161；3. 老秃顶子国家级自然保护区抚顺管理站，辽宁 抚顺 113208；4. 辽宁绿管家环保科技有限公司，辽宁 沈阳 110179）

1 引言

流域内河流水体受到工业废水和城镇生活废水的影响，在排放的污水中含氮化合物是主要的污染物之一，其中无机氮（NO－N，NH－N）是引起水体富营养化并导致水体水质变化的重要因素，已经引起了广泛的关注［1-2］。流域内河流湿地是指围绕自然河流水体而形成的河床、河滩、洪泛区、冲积而成的水陆交错区［3］，具有削减污染、涵养水源、保持水土、保护生物多样性等生态服务功能。在北方地区，河流湿地具有独特的生物－物理－化学特征，并呈现典型的脆弱性和反应敏感性［4］，对于湿地生态系统中无机氮的动态分布特征分析是湿地污染物削减阻控方面的研究热点。关于河流湿地土壤NO－N 和NH－N 的空间分布研究，是揭示北方地区河流湿地水质净化功能的重要组成部分。本文通过对我国北方地区河流湿地土壤NO－N 和NH－N 空间分布变化特征进行分析，揭示河流湿地土壤NO－N 和NH－N 的空间分布规律，并分析湿地无机氮变化的影响因素，为河流湿地构建和功能提升提供科学依据。

2 材料和方法

2.1 研究区域概况

研究样地位于辽河七星湿地，地处沈阳沈北新区西北部，主要以辽河水面景观为主。湿地属于温带半湿润大陆性气候，年平均气温6.2～9.7 ℃，年降水量600～800 mm，受季风影响，降水集中在夏季。

2.2 样品采集和储存

样地位于沿七星湿地辽河主干河流方向，其采集12 个点位湿地土壤样品，其中，1～4 号采样点位于七星湿地上游区，5～9 号采样点位于中游区，10～12 号采样点位于下游区。采集的湿地土壤样品用样品袋装好，在实验室内冷冻保存。按照实验要求，一部分土壤鲜样用于测定土壤含水量。另外取出1 500 g的湿地土壤样品风干，去除土壤中的石砾、草根等杂物后过筛备用，用于测定土壤NO－N，NH－N 含量和土壤pH。每个点位土壤样品做3 组平行样。

2.3 指标测定和分析

2.4 数据处理和分析

采用Excel 软件进行数据计算和统计分析，运用Origin2018 软件进行数据图的绘制。

3 结果与分析

3.1 湿地土壤含水量和pH 的变化

在空间分布上，中游区、上游区和下游区湿地土壤含水量有所不同，见图1。其中，9 号采样点湿地土壤含水量较高，显著高于其他11 个采样点，10 号采样点土壤含水量较低。

图1 湿地土壤含水量空间变化

湿地土壤的pH 变化在空间上也有所差异，从上游到下游呈现出递减变化趋势，见图2。土壤pH值在5.63～7.63 之间变化。

图2 湿地土壤pH 空间变化

3.2 湿地土壤NO－N 和NH－N 含量变化

4 讨论

4.1 湿地土壤NO－N 含量和NH－N 含量空间分布

4.2 湿地土壤pH 和含水量对NO－N 含量与NH－N含量空间分布的影响

湿地土壤的pH 变化在河流湿地上、中、下游整体呈下降趋势。从采样点上看，湿地土壤的pH 呈现的规律为弱碱性到弱酸性再到弱碱性。NO－N 由硝化过程产生，硝化过程由硝化细菌完成。硝化细菌进行硝化反应的最佳pH 值范围在7.50～8.50，pH 值低于7.00 时硝化反应将受到抑制［12］，偏酸性土壤环境条件限制了硝化细菌的数量和活性。反硝化过程的pH 值范围为6.50～7.50，NH－N 除了转化为NO－N，还可转化为氨而挥发损失。综合对比图2、图3 和图4 可以看出，NO－N 含量明显较高的采样点，其pH值在7.50 以上，NH－N 转化为NO－N，NO－N 含量增加。NH－N 含量明显较高的采样点，其pH 值低于7.50，反硝化过程中NH离子生成，使NH－N 含量增加，NO－N 的含量减少，NO－N 和NH－N 含量在湿地土壤不同pH 下有所不同。

河流湿地土壤含水量相对稳定，湿地土壤通过地表径流将地表水转化到土壤底层［13］。NO－N 和NH－N 为无机态水溶性，主要在土壤溶液中存在，具有很大的移动性，容易被植物所吸收利用，也易随水流移动流失。湿地土壤含水量影响NO－N 和NH－N 等可溶态氮素的迁移以及氮各个形态之间的互相转化率［11，14］。综合对比图1、图3 和图4 可以看出，含水量高的采样点NO－N 含量比含水量低的采样点高，土壤胶体负离子和NO离子电荷相斥，NO－N 不能够完全进入土壤胶体结构，在土壤水分接近饱和的条件下借助渗流的驱动在土壤溶液中迁移［15］。在湿地水分饱和的情况下，NH－N 带正电荷容易被土壤胶体吸附，受到硝化－反硝化作用影响，NH－N 含量较低［15］。

5 结论