泉州湾滨海退化湿地红树林修复工程对土壤酶活性的影响

李云桑，党玮，郭沛涌，2*，洪怡萍，单子轩，万媛宁，陈晓霞，邓俊，2

（1.华侨大学化工学院环境科学与工程系，福建厦门361021；2.华侨大学 环境与资源技术研究所，福建 厦门361021）

近年来，随着城市化进程的加快，城市生活废水 及工业污水排放量不断增加，滨海湿地严重退化，对当地的生态环境及物种的多样性造成了极大影响。对滨海退化湿地的生态修复已刻不容缓［1］！在湿地恢复过程中，湿地植被会通过根际释放氧气和分泌物，导致土壤的pH 发生改变，影响磷酸酶、脲酶等的活性，进而改变土壤中氮、磷的物质循环［2］。土壤酶活性对植被的生长有一定影响，进而影响湿地生态系统恢复的进程。已有的对土壤酶活性的研究主要集中在天然湿地，有关滨海退化湿地修复对土壤酶活性影响的研究鲜见报道。

泉州湾地处福建东南沿海，为亚热带海洋性季风气候，滨海湿地生态旅游资源丰富且富有特色，但由于受人类活动等因素的干扰，泉州滨海湿地严重退化，因此，对泉州湾台商投资区的滨海湿地实施了红树林生态系统修复工程。本研究采用野外调查、采样、实验室分析相结合的方法，探讨泉州湾滨海退化湿地红树林恢复过程对土壤酶活性的影响机制，明确退化湿地红树林修复工程的重要环境意义，为相似退化湿地修复工程的开展提供科学依据与参考。

1 研究区域与方法

1.1 研究区概况

选取泉州湾台商投资区滨海退化湿地（24.858 9°N，118.697 8°E）作为研究对象，该湿地为互花米草与裸地混合区，位于福建东南沿海洛阳江河口。泉州湾属亚热带海洋性季风气候，气温在10～32 ℃，年平均气温24.4 ℃，降水充沛，有明显的干、湿季。采样点位置如图1 所示。

修复前，首先将研究区域内的杂草等全部清除。在退化湿地修复模式中，混交种植的红树植物采用三水平随机区组设计，种植密度均为0.5 m×0.5 m。3种修复模式分别为秋茄+桐花树+白骨壤（Kandelia obovata+Aegiceras corniculatum+Avicennia marina，KAA）、秋茄+桐花树+木榄（Kandelia obovata+Aegiceras corniculatum+Bruguiera gymnorrhiza，KAB）、秋茄+桐花树+红海榄（Kandelia obovata+Aegiceras corniculatum+Rhizophora stylosa，KAR），同时设置对照组。

1.2 样品采集

在泉州湾滨海湿地实验区，选取表层土样进行采样，采集的样品用自封袋密封保存，依次注明标号、时间、地点，带回实验室放入冰箱冷冻保存。实验前，将土样拿出解冻、自然风干，随后研磨、过20目的尼龙筛、密封、标记，以备用，测定土壤理化性质和酶活性。采样时间为退化湿地修复前的2018 年8月和修复后的2019 年2 月。

图1 采样点位置Fig.1 Location of sampling sites

1.3 实验方法

土壤磷酸酶活性采用改进的Hoffman 方法测试［3］，以酚μg/（g·24 h）为单位表示；土壤脲酶活性采用靛酚蓝比色法测定［4］，以NH3-N μg/（g·24 h）表示；用过硫酸钾氧化法测量土壤总氮质量分数［5］；用钼蓝比色法测量土壤总磷质量分数［6］；风干土壤加入蒸馏水，搅拌后静置1～3 h，用pH 计测量土壤pH［7］。

1.4 数据统计分析

应用Microsoft Excel 2019 计算各值的平均值和标准偏差；应用SPSS 22.0 对修复前后土壤磷酸酶、脲酶和土壤理化因子进行相关性分析（Spearman 法）；用Origin 9.0 制图。

2 结果与分析

2.1 泉州湾滨海退化湿地红树林修复工程对土壤酶活性的影响

2.1.1 红树林修复工程对土壤磷酸酶活性的影响

泉州湾滨海退化湿地红树林修复工程对土壤磷酸酶活性的影响见图2。在种植密度为0.5 m×0.5 m的条件下，不同修复模式土壤磷酸酶活性不同。修复前土壤磷酸酶活性为8.78～17.72 μg/（g·24 h），采用3 种红树林修复模式修复后，土壤磷酸酶活性为10.21～14.22 μg/（g·24 h），修复前后土壤磷酸酶活 性 平 均 值 分 别 为13.59 μg/（g·24 h）和12.81 μg/（g·24 h）。在修复模式为KAR 时，土壤磷酸酶活性有最大值，为14.22 μg/（g·24 h），在修复模式为KAM 时，有最小值，为10.21 μg/（g·24 h）。从图2可见，在KAM 修复模式下，修复后的土壤磷酸酶活性降低较明显，在KAB 修复模式下，修复后的土壤磷酸酶活性降低不明显，在KAR 修复模式下，修复后的土壤磷酸酶活性有一定增高。

图2 不同红树植物修复模式下的土壤磷酸酶活性Fig.2 Soil phosphatase activities under different mangrove restoration

2.1.2 红树林修复工程对土壤脲酶活性的影响

泉州湾滨海退化湿地红树林修复工程对土壤脲酶活性的影响见图3。在种植密度为0.5 m×0.5 m的条件下，不同修复模式土壤脲酶活性不同，修复前土壤脲酶活性为45.86～80.12 μg/（g⋅24 h），采用3种模式修复后，土壤脲酶活性为85.83～102.22 μg/（g⋅24 h）。修复前后土壤脲酶活性平均值分别为66.01 μg/（g⋅24 h）和91.67 μg/（g⋅24 h）。在修复模式为KAM 时，土壤脲酶活性有最大值，为102.22 μg/（g⋅24 h），在修复模式为KAR 时，有最小值，为85.83 μg/（g⋅24 h）。由图3 可知，在KAR 修复模式下，修复后脲酶活性增高较大，在KAM 修复模式下，脲酶活性有一定增高，在KAB 修复模式下，脲酶活性增高较小。采用各修复模式修复后，土壤脲酶活性均高于对照组。

图3 不同红树林修复模式下的土壤脲酶活性Fig.3 Soil urease activities under different mangrove restoration

2.2 土壤酶与pH、TN 和TP 的相关性分析

泉州湾滨海退化湿地修复前后土壤pH、TN 和TP 值见表1。

表1 退化湿地修复前后土壤pH、TN 和TPTable 1 pH，TN and TP of soil before and after soil restoration at degraded wetland

由表1可知，泉州湾滨海退化湿地修复后土壤pH、TN、TP 总体呈上升趋势。pH 从7.578 上升至7.835，TN 从364.20 mg⋅kg-1上升至440.21 mg⋅kg-1，TP 从616.75 mg⋅kg-1上升至689.35 mg⋅kg-1。

泉州湾滨海退化湿地修复前土壤磷酸酶、脲酶活性与理化因子的相关性见表2。

表2 退化湿地修复前土壤磷酸酶、脲酶与pH、TN和TP 的相关性Table 2 Correlation among phosphatase，urease，pH，TN，and TP in soil before restoration at degraded wetland

由表2 可知，泉州湾滨海退化湿地修复前土壤磷酸酶、脲酶活性与土壤pH 呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05），说明pH 对土壤中磷酸酶与脲酶活性无明显影响。土壤磷酸酶活性与TN、TP 呈负相关，脲酶活性与土壤TN、TP 呈正相关，磷酸酶、脲酶活性与土壤TN、TP 均无显著相关性（P＞0.05）。此外，土壤磷酸酶活性与脲酶活性呈正相关，但相关性不显著（P＞0.05），说明修复前泉州湾滨海退化湿地土壤磷酸酶和脲酶活性不具有统一性。

泉州湾滨海退化湿地修复后土壤磷酸酶、脲酶与理化因子的相关性见表3。

由表3 可知，泉州湾滨海退化湿地修复后土壤磷酸酶、脲酶活性与土壤pH 呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05），说明pH 对土壤磷酸酶与脲酶活性影响不显著。磷酸酶、脲酶活性与土壤TN 呈正相关，但相关性不显著（P＞0.05）。磷酸酶与土壤TP呈负相关，但相关性不显著（P＞0.05）。脲酶活性与土壤TP 呈极显著负相关（P＞0.01），说明脲酶与土壤TP 相互影响。此外，土壤磷酸酶活性与脲酶活性无显著相关性，说明在修复后的泉州湾滨海退化湿地土壤中，磷酸酶和脲酶活性不具有统一性。

表3 退化湿地修复后土壤磷酸酶、脲酶与pH、TN 及TP 的 相 关 性Table 3 Correlation among phosphatase，urease，pH，TN and TP in soil after restoration at degraded wetland

3 讨 论

3.1 红树林修复工程对土壤酶活性的影响

土壤酶是土壤生态系统的重要组成部分，参与自然环境中的重要循环［8］，由于其独特性，可作为土壤质量和环境质量指标［9］。本研究发现，在泉州湾滨海退化湿地修复过程中，磷酸酶活性在KAR 修复模式下呈上升趋势，脲酶活性在3 种修复模式下都呈上升趋势。大部分研究表明，随着湿地生态系统的恢复，土壤环境逐渐得到改善，与修复前相比，酶活性均有提高［10］。王树起等［11］在不同土地利用方式对三江平原湿地土壤酶分布特征及相关肥力因子的影响研究中发现，修复前后土壤酶活性发生变化，修复后的土壤酶活性大幅增高。WU 等［12］在对泉州湾河口湿地种植3 种红树植物的土壤进行金属和酶差异分布研究中发现，秋茄、桐花树、白骨壤会促进土壤中的磷酸酶、脲酶积聚，修复后的湿地酶活性有所上升。种植时间、根系、土壤pH 值和盐度都会对酶活性造成影响，进而影响湿地生态系统的生物多样性。杨刚等［13］在洞庭湖区关于土壤酶活性的研究中指出，修复后磷酸酶活性下降，与本研究发现的在KAB、KAR 模式下磷酸酶活性下降的结果相似。SARDANS 等［14］在水分对土壤磷酸酶活性影响的研究中发现，土壤水分减少，会使土壤磷酸酶活性下降。姜经梅等［15］在对长江口潮滩土壤磷酸酶活性的研究中发现，磷酸酶活性具有明显的季节差异。冬季，土壤磷酸酶活性较低，夏季，土壤磷酸酶活性较高。本研究修复后土壤的采样时间为冬季，温度较低，可能会影响土壤磷酸酶活性的检测结果。本研究还发现，湿地土壤经过修复后，在KAB 和KAR 修复模式下的酶活性水平相当，而KAM 修复模式与KAB 和KAR 修复模式差别明显。总之，不同的修复模式对土壤酶活性的影响不同。杨君珑等［16］在六盘山生态移民迁出区不同植被恢复模式对土壤酶活性的影响研究时发现，植被修复模式不同，土壤酶活性也会发生相应改变。不同修复模式下，土壤环境不同，如土壤盐分不同，会导致土壤酶活性发生变化［17］。土壤酶活性的变化会引起红树林生态系统固氮能力的变化，进而影响水体净化、植被生长、气候调节以及生物多样性维持的能力。

3.2 土壤酶与pH、TN 及TP 的相关性

研究发现，除脲酶与TP 呈极显著负相关外，磷酸酶、脲酶与pH、TN，磷酸酶与TP 及脲酶与磷酸酶之间均无显著相关性。SELVARAJ 等［18］对印度西高止山脉的土壤酶活性的研究表明，土壤磷酸酶活性与土壤磷无显著相关性，这与本研究结果相似。但不少研究表明［19-20］，土壤酶活性与土壤pH、TN、TP 相关。ALISON 等［21］的研究表明，N 增加或P 减少，可能引起土壤酸化，改变土壤养分的有效性和微生物群落，从而使磷酸酶活性增高。齐继薇等［22］对双台河口潮滩湿地不同植被沉积物脲酶、磷酸酶活性及其与TN、TP 关系的研究表明，脲酶活性与TN 呈负相关。朱芸芸等［23］在对湿地植物根际土壤磷酸酶活性变化规律的研究中发现，pH 与土壤酶活性呈一定程度的负相关，而土壤中TN 与土壤酶活性呈一定程度的正相关。以上与本研究的结果不同，可能与土壤类型、土壤盐分、pH 和水热条件等有关。本研究表明，脲酶与TP 呈极显著负相关，可能与土壤pH、土壤盐分较高、温度较低等有关，抑制了脲酶的活性，具体原因有待进一步研究。湿地修复后pH、TN、TP 总体呈上升趋势，将对植物根系生长和土壤微生物群落产生影响，进而对红树林生态系统功能产生影响。

4 结 论

4.1 泉州湾滨海退化湿地修复前土壤磷酸酶和脲酶 活 性 平 均 值 分 别 为13.59 μg/（g ⋅24 h）和66.01 μg/（g⋅24 h）。采用3 种修复模式修复后，土壤磷酸酶与脲酶活性平均值分别为12.81 μg/（g⋅24 h）和91.67 μg/（g⋅24 h）。修复后的土壤脲酶活性均高于修复前，表明通过种植红树植物进行湿地修复可以提高土壤脲酶活性。

4.2 在KAM、KAB 修复模式下，土壤磷酸酶活性下降，在KAR 修复模式下，土壤磷酸酶活性上升。在KAM、KAB、KAR 修复模式下，土壤脲酶活性均有增高。不同修复模式下土壤酶活性不同，说明修复模式会对土壤酶活性产生影响。

4.3 通过对土壤酶活性与土壤理化性质的相关性分析发现，在对泉州滨海退化湿地修复过程中，除脲酶与TP 呈极显著负相关外，磷酸酶、脲酶与pH、TN，磷酸酶与TP 及脲酶与磷酸酶之间均无显著相关性。