摘要：天津芦苇(Phragmitesaustralis)湿地是东亚一澳大利亚候鸟迁徙必经之地，具有重要的生态功能。近几十年来，随着城市化进程的快速发展和人口的增加，天津地区水体成化、氮污染等问题严重。调查了天津典型湿地七里海、北大港和大黄堡湿地芦苇种群地上部生物量、形态特征及氮、磷营养状况，探讨其与环境氮、磷营养和含盐量的关系，结果表明：(1)天津典型湿地芦苇种群地上部最大生物量变化范围为978～1263g·m～，并未随样地间含盐量和氮含量等环境因子的变化而显著改变;(2)在最大生物量时期(8月)，北大港湿地芦苇地上部氮含量和氮储量明显低于七里海和大黄堡;8月北大港湿地芦苇叶片氮磷比为12.48，氮限制植物生长;七里海和大黄堡湿地芦苇叶片氮磷比分别为14.89和15.72，氮、磷共同限制植物生长;(3)当前环境压力显著影响了芦苇地上部氮、磷营养状况。底泥含盐量增加可降低芦苇叶片氮、磷含量;随着底泥氮营养的增加，芦苇茎氮含量呈线性增加;而随着底泥磷营养的增加，芦苇叶和茎磷含量并未增加。虽然天津地表水体氮污染严重，但是氮而非磷成为芦苇生长的主要限制因子，天津芦苇湿地仍然具有吸纳环境氮污染物的潜力。
关键词：含盐量;氮;磷;湿地;芦苇;地上生物量
天津市湿地总面积为248784.8hm，占天津市域总面积的20.9%，具有重要的生产和生态功能…。芦苇(Phragmitesaustral~)湿地作为湿地环境的重要组成部分，在净化水体和维持湿地生态系统物种多样性等方面具有独特功能J。同时，芦苇具有极高的生物量，其固碳能力是全国陆地植被平均固碳能力的2.3～4.9倍，在全球碳循环及陆地生态系统碳固定中占有重要地位J。天津芦苇湿地主要分布在七里海、北大港和大黄堡自然保护区，是滨海地区生物多样性极为丰富的地区，也是东亚一澳大利亚候鸟迁徙必经之地，每年迁徙和繁殖的鸟类近100万只，有国家一、二级保护鸟类30多种]，在维持生物多样性等方面有着其他生态系统不可替代的作用。然而近几十年来，天津作为国内城市化发展最快的地区之一，水体富营养化、水体咸化以及水资源匮乏问题严重J。有研究指出，天津地表水水体的咸化程度呈明显的地带性分布，由山前平原一中部平原一滨海平原，水体咸度逐步增加，水质由淡水一微咸水一咸水一盐水一卤水变化J。天津芦苇湿地土壤含盐量随着与海距离的增加呈递减趋势，在2—14g·kg之间变化。用氮同位素技术对天津地表水整个流域72个点的状况进行研究的结果表明，天津地表水氮污染严重，有近1/4的水样达不到地表水Ⅳ类标准。
氮输入和含盐量增加对芦苇生长有显著影响。在富营养化条件下，营养负荷对芦苇种群影响的研究存在争议。有学者认为：(1)湿地大量的氮、磷输入使芦苇群落生物量增加，但植株容易倒伏。生物量的增加会造成底泥中有机质积累，贫氧状况加重，植物毒素的释放和营养物质的改变使水体向浮游型超营养化发展¨;(2)湿地严重的氮污染会促使植被生长出现由氮限制型向磷限制型转变，从而改变湿地吸纳氮污染的能力，降低其净化水体的功能;(3)湿地大量的氮输入，降低芦苇根系生产力，促进有机碳的分解，影响芦苇湿地碳固定等生态功能的发挥;(4)芦苇湿地大量的氮输入导致外来物种如互花米草的入侵¨。相反，对氮负荷较高的内蒙古乌梁素海湿地的研究表明，氮仍然是野生芦苇生长的主要限制因子，氮输入会显著提高芦苇生产力且没有毒害作用141。不同芦苇湿地由于其气候条件、环境本底状况不同，对于氮输人的响应各异。土壤含盐量增加会明显抑制芦苇的生长，导致芦苇种群生产力和光合速率显著降低¨引;含盐量增加还可促使芦苇群落演替为翅碱蓬群落，改变芦苇湿地的生态功能¨。氮和含盐量对植物生长的影响存在交互作用，在适宜的含盐量水平下，氮素投人有助于减缓盐分对植物生长的抑制作用;但在高含盐量条件下，氮输入不能缓解盐分对植物的危害。植物生长在不同的含盐量环境中，对氮输入的响应不尽相同。
天津水体咸化和氮负荷对河流湿地营养结构和功能产生明显影响J，而含盐量和氮负荷对河流涵养的芦苇湿地的生产力水平和营养状况会产生怎样的影响?天津芦苇湿地植被生长是否由氮限制转化为磷限制，进而影响芦苇湿地生态功能的发挥?目前这些问题仍未得到科学解答。因此，研究当前环境压力下天津芦苇湿地生产力水平和氮、磷营养状况，对于了解天津典型芦苇湿地的生态功能，理解芦苇湿地的退化机理，合理利用和保护天津湿地具有极为重要的意义。
1材料与方法
1.1试验样地概况
选择天津七里海、北大港和大黄堡自然保护区的芦苇湿地作为研究区(图1)。天津市(北纬38。3357一4O。1457，东经116。4205”～118。O331)东临渤海，北依燕山，地处滨海平原、海河流域下游，具有丰富的湿地资源。年平均气温为12—13℃，年降水量为522—663lnm，年蒸发量约为1640mm_1引。天津七里海、北大港和大黄堡湿地自然保护区分别距渤海湾约38、24和60km(图1)，七里海和北大港湿地表层土壤含盐量为7—14g·～，属于重度盐化;大黄堡湿地表层土壤含盐量为2g·kg一，属于中度盐化土壤J。北大港、七里海和大黄堡自然保护区植被均以芦苇为主，芦苇相对丰度超过90%l19]。2013年5月3块湿地淹水深度约为20am;8月底，七里海湿地几乎干涸，没有淹水，而北大港和大黄堡湿地淹水约30am。
1.2样品的采集与处理
芦苇地上部取样时间设为2013年5月初、8月底和11月初，每块样地设5—6次重复。芦苇地上生物量采用0.5mxO.5m样方收获法测定，将样方内植物齐地面剪下，同时测定样方内芦苇的高度和株丛数。将植物样带回实验室，24h内将每个植物样品中的芦苇与其他物种分开，芦苇的茎和叶分开，之后将所有植物样品在75℃条件下烘干48h后称重并记录。采用混合球磨仪(MM400，Retsch，Germany)将烘干后的植物样品进行粉碎，并密封保存。植物叶和茎的c、N含量采用元素分析仪(EA1108，Germany)测定。
底泥样品的采集时间为8月底，在每个剪过植物样的地方采用直径为3em的土钻沿底泥平面随机取深度为0～25cm的2钻土壤混合为1个样品，样品采集后装入自封袋密封带回实验室。底泥样品经过剔除植物残茬、石块等之后，分为2个部分保存。一部分为新鲜土样，4cC条件下保存，48h之内完成土壤浸提和土壤含水量测定。土壤采用2mol·LKC1溶液浸提，之后用流动分析仪(AutoAnalyzer3，Seal，Germany)测定浸提液中NO3一-N和NH4+-N含量;土壤含水量采用称重法(108℃条件下烘干24h)测定。另一部分土样自然风干，用于化学元素的测定。风干土样使用混合球磨仪(MM400，Retsch，Germany)研磨后采用元素分析仪(EA1108，Germany)测定土壤全氮含量;土壤速效磷采用0.5mol·L～NaHCO钼锑抗比色法测定;土壤全磷采用HC10-H：s0钼锑抗比色法测定。底泥含盐量采用水质参数仪(StarA420C一01A，ThermoOrion，UnitedStates)对风干土样采用水土质量比5：1测定。
1.3数据分析
采用SASV8.0(SAS，1996)分析软件对试验数据进行单因素方差分析，并用Tucky方法进行多重比较。采用Pearson相关分析方法分析芦苇叶和茎的氮磷含量与沉积物含水量、含盐量和氮磷营养的关系。采用Origin8.6软件作图。其中，芦苇地上部氮吸收量(氮储量)=芦苇叶生物量×芦苇叶氮含量+芦苇茎生物量×芦苇茎氮含量。
2研究结果
2.1天津典型湿地芦苇地上部生物量及形态特征
天津典型湿地芦苇地上部生物量及形态特征见表1。
由表1可知，天津典型湿地芦苇地上部最大生物量变化范围为978～1263g·m～，天津芦苇湿地3个采样地点(七里海、北大港和大黄堡)虽然环境因子(如含盐量和氮含量)不同，但是植物最大生物量时期(8月底)样地间芦苇地上部生物量差异不显著;至11月收获期芦苇已经枯黄，七里海和北大港湿地芦苇地上部生物量与8月差异不显著，而大黄堡湿地11月芦苇大量倒伏，地上部生物量显著低于8月，也显著低于同期七里海和北大港湿地。
北大港湿地整个生长季芦苇密度均高于七里海和大黄堡湿地，其中5月和8月达到显著水平，而七里海和大黄堡湿地之间芦苇密度没有显著差异。8月北大港湿地芦苇高度和单株重均显著低于七里海和大黄堡。综上，在植物最大生物量时期，天津芦苇湿地3个采样地点地上部生物量差异不显著;与七里海和大黄堡相比，北大港湿地芦苇密度较高，高度和单株重较低。
2.2天津典型湿地芦苇氮磷营养状况及其与环境因子的关系
从5月到11月，随着季节的推移，芦苇叶和茎氮、磷含量显著降低，11月芦苇已经枯黄，芦苇地上部氮、磷含量仅为8月的15%～62%(表2)。
与北大港相比，七里海和大黄堡湿地芦苇具有相对较高的氮营养水平。5月北大港湿地芦苇叶和茎氮含量最低，七里海和大黄堡芦苇叶和茎氮含量显著高于北大港(表2);8月北大港湿地芦苇茎氮含量仍然最低;然而，8月七里海芦苇叶片氮含量下降，与北大港差异不显著，显著低于大黄堡;11月七里海和大黄堡芦苇叶氮含量仍然高于北大港湿地，茎氮含量在样地间差异不显著。5月七里海和大黄堡芦苇叶和茎磷含量显著高于北大港;8月七里海湿地叶片磷含量最低，显著低于北大港和大黄堡，而茎磷含量在样地问差异不显著;11月样地间叶片磷含量差异不显著，北大港茎磷含量显著高于七里海和大黄堡湿地(表2)。
合并植物未枯黄时期5月和8月的数据，天津典型湿地芦苇叶氮和叶磷含量呈极显著正相关关系(P氮、磷吸收量(储量)随着季节的推移而呈现先增加后降低的规律，其中8月最高，11月最低(表3)。就样地问比较而言，5月3块湿地地上部氮、磷吸收量没有显著差异，8月北大港湿地芦苇地上部氮吸收量显著低于七里海和大黄堡，仅约为七里海和大黄堡地上氮吸收量的60%一70%;而3块样地问地上部磷吸收量差异不显著。11月北大港湿地芦苇地上部氮、磷储量高于七里海和大黄堡(表3)。
8月底泥含盐量与芦苇叶氮、磷含量呈显著负相关关系(P<0.001和P<0.05，图3b，图4b)，而与芦苇茎氮、磷含量相关性均未达显著水平(图3f，图4f)。随着底泥氮营养的增加，芦苇茎氮含量呈线性增加。
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