全 文 ：第 36 卷第 10 期
2015 年 10 月
环 境 科 学
ENVIＲONMENTAL SCIENCE
Vol． 36，No． 10
Oct．，2015
河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性
甲烷时空特征
杨平1，3，张子川1，杜威宁1，黄佳芳2，3，4，仝川2，3，4*
(1． 福建师范大学地理科学学院，福州 350007;2． 福建师范大学地理研究所，福州 350007;3． 福建师范大学湿润亚热带
生态地理过程教育部重点实验室，福州 350007;4． 福建师范大学亚热带湿地研究中心，福州 350007)
摘要:以闽江口短叶茳芏沼泽湿地为研究对象，沿半咸水至淡水的盐度梯度采集土壤样品，测定分析样品间隙水溶解性 CH4
浓度及其主要理化指标，探讨了河口沼泽湿地间隙水溶解性 CH4 浓度的时空特征及其影响因子． 结果表明:①夏季鳝鱼滩、
蝙蝠洲和下洋洲湿地间隙水 CH4 浓度均值分别为 331. 18、299. 94 和 638. 58 μmol·L
－1，冬季均值分别为 9. 04、266. 67 和
322. 68 μmol·L －1，呈现夏季显著高于冬季的时间动态特征(P ＜ 0. 05);②沿半咸水至淡水的盐度梯度，间隙水溶解性 CH4 浓
度呈现递增的空间分布特征;③土壤间隙水 CH4 浓度与土温、DOC呈显著正相关关系，与土壤 pH、盐分和间隙水 SO
2 －
4 、Cl
－
浓度呈显著(P ＜ 0. 05)或极显著负相关关系(P ＜ 0. 01)，河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地间隙水 CH4 浓度时空特征是土壤
理化性质和潮汐等综合作用的结果．
关键词:间隙水;溶解性 CH4;时空特征;盐度梯度;短叶茳芏沼泽湿地;闽江口
中图分类号:X144 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2015)10-3633-08 DOI:10． 13227 / j． hjkx． 2015． 10． 011
收稿日期:2015-04-06;修订日期:2015-05-13
基金项目:国家自然科学基金项目(41371127);福建师范大学校级
创新团队项目(IＲTL1205);福建省基本科研专项重点项
目(2014Ｒ1034-1)
作者简介:杨平(1986 ～)，男，博士研究生，主要研究方向为湿地生
物地球化学循环，E-mail:yangping528@ sina． cn
* 通讯联系人，E-mail:tongch@ finu． edu． cn
Porewater Dissolved Methane in Cyperus malaccensis Marshes Along Salinity
Gradient in the Minjiang Ｒiver Estuary
YANG Ping1，3，ZHANG Zi-chuan1，DU Wei-ning1，HUANG Jia-fang2，3，4，TONG Chuan2，3，4*
(1． School of Geographical Sciences，Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China;2． Institute of Geography，Fujian Normal
University，Fuzhou 350007，China;3． Key Laboratory of Humid Sub-tropical Eco-geographical Process of Ministry of Education，
Fujian Normal University，Fuzhou 350007，China;4． Ｒesearch Centre of Wetlands in Subtropical Ｒegion，Fujian Normal University，
Fuzhou 350007，China)
Abstract:Physicochemical properties of soil and dissolved methane concentrations of porewater in the sediments of the Cyperus
malaccensis marshes along a salinity gradient in the Minjiang Ｒiver estuary were evaluated，and the spatial-temporal characteristics and
main impact factors were discussed． The average concentrations of dissolved methane in porewater were 331. 18，299. 94 and 638. 58
μmol·L －1，respectively in the Shanyutan，Bianfuzhou and Xiayangzhou wetlands in summer． In the winter，they were 9. 04，266. 67
and 322. 68 μmol·L －1，respectively． The dissolved methane concentration in porewater was higher in summer than those in winter (P
＜ 0. 05)． Overall，the concentrations of dissolved methane in porewater showed an increasing trend from brackish to freshwater
marshes． Multivariate statistics analysis showed that the concentrations of dissolved methane in porewater was positively correlated with
soils temperature and DOC (P ＜ 0. 05)，but negatively correlated with soils pH，salinity，and the concentrations of porewater SO2 －4 and
Cl － ． Spatial-temporal distribution of porewater dissolved methane in estuarine marshes represents a final result of multiple factors，
including soil physicochemical properties and hydrodynamic condition．
Key words:porewater;dissolved methane;spatial-temporal characteristics;salinity gradient;Cyperus malaccensis marsh;Minjiang
Ｒiver estuary
据政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的
《第五次评估报告》显示，2011 年全球 CH4 平均浓
度比工业革命前(1750 年)增加了 150%，百年增温
潜势是 CO2 的 25 倍，对全球气候变暖的贡献率约
20%［1］． 天然湿地作为全球大气 CH4 的主要排放源
而受关注［2 ～ 4］，每年向大气排放的甲烷为 187 ～
224Tg，占全球甲烷总排放量的 15% ～40%［1］．
河口潮汐沼泽湿地是全球天然湿地重要组成部
分，是大气环境中 CH4 不可忽视的自然源． 盐度为
入海河口区一个重要的环境因子，盐度变化通过改
变湿地土壤理化性质和微生物群落结构及数量［5］
直接影响到河口区潮汐沼泽湿地甲烷代谢过程． 在
海平面上升、盐水入侵加剧的背景下，河口区盐度
环 境 科 学 36 卷
梯度下潮汐沼泽湿地 CH4 排放已引起科学家的关
注． DeLaune等［6］对美国路易斯安那州 Barataria 流
域的研究发现，沼泽湿地 CH4 排放沿咸水至淡水的
盐度呈现递增趋势，最大排放量出现在夏季，其时空
特征与土壤盐度、间隙水 SO2 －4 浓度密切相关．
Bartlett 等［7］对美国维吉尼亚东部 York 河口和
Poffenbarger等［8］发表的综述文章也均得到类似结
论． 然而，关于盐度变化对河口区潮汐沼泽湿地土
壤间隙水溶解性 CH4 的研究相对较少，更鲜见对于
其在盐度梯度下的时空变化特征及影响因素的研
究． 系统探究盐度梯度下土壤间隙水溶解性 CH4 的
规律与机制，是深入认识海水入侵背景下河口区潮
汐沼泽湿地土壤 CH4 动态时空异质性、准确评估影
响河口湿地 CH4 排放的主要机制及应对与调控湿
地 CH4 排放等问题具有重要的科学价值．
本研究按盐度梯度选择闽江河口区中游段到入
海口 3 个典型的湿地(下洋洲、蝙蝠洲和鳝鱼滩)，
以上 3 个湿地上均分布有短叶茳芏潮汐沼泽，进而
探讨闽江河口区盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤
间隙水溶解性 CH4 浓度的时空分布特征及其主要
影响因子，以期为今后深入理解亚热带河口盐度梯
度下沼泽湿地甲烷动态的时空异质性及其对未来海
平面变化的响应提供基础数据和参考价值．
1 材料与方法
1. 1 研究区概况
研究区域位于闽江河口区，气候暖热湿润，年均
温 19. 7℃，年均降水日数 153 d，年均降水量
1 346 mm，降水多发生在 3 ～ 9 月． 闽江河口段潮汐
特征表现为口外正规半日潮，口内非正规半日浅海
潮［9］． 从河口海滨段向上游方向依次分布鳝鱼滩湿
地、蝙蝠洲湿地和下洋洲湿地(图 1)． 鳝鱼滩湿地
是闽江河口区面积最大潮汐湿地，主要土著优势植
物群落为短叶茳芏(Cyperus malaccensis Lam． var．
brevifolius Bocklr． )和芦苇(Phragmites australis)，其
中短叶茳芏沼泽集中分布于鳝鱼滩湿地中西部，并
较接近堤岸一侧，表层土壤电导率为 1. 68 ～ 7. 65
mS·cm －1(2011 年 10 月 ～ 2012 年 6 月，下同)． 蝙
蝠洲湿地受潮汐影响也较大，表层土壤电导率为
1. 26 ～ 3. 27 mS·cm －1，短叶茳芏和芦苇同样是其主
要优势植物． 下洋洲湿地位于闽江北港河道与南港
交汇处，地势低平，主要优势植物为短叶茳芏，表层
土壤电导率为 0. 31 ～ 0. 42 mS·cm －1 ． 分布在鳝鱼
滩湿地近堤岸侧和蝙蝠洲湿地的短叶茳芏湿地为半
咸水潮汐沼泽，分布在下洋洲短叶茳芏湿地为淡水
潮汐沼泽．
图 1 研究区和采样点位置
Fig． 1 Map of the study area and the sampling sites
1. 2 样品采集
2012 年 2 月(冬季)和 6 月(夏季)在落潮后时
段采集土壤样品． 在以上 3 个湿地分布的短叶茳芏
群落典型地段，分别沿着海岸线或河岸线平行方向
随机布设 3 个取样点(样点间距约 5 m)，每个取样
点用直径为 5. 5 cm不锈钢采样器钻取深度为 0 cm
～50 cm土芯，按 10 cm间隔分层，并将各层土样装
入相应样品采集袋，立刻运回实验室 4℃冷藏，供各
项土壤理化指标的测定． 土壤间隙水通过对土壤样
品离心获得．
1. 3 土壤和间隙水理化指标的测定
原位用 IQ150 便携式 pH /温度计(IQ Scientific
Instruments，USA)测定土壤 pH 值和温度，用
2265FS便携式电导计(Spectrum Technologies Inc．，
USA)测定土壤电导率，并以此表征土壤盐度［10］．
土壤水溶解性有机碳(DOC)采用去离子水浸提并
用 TOC分析仪(TOC Vcph，Shimadzu，日本)测定，
土壤有机质采用重铬酸钾外加热法测定［11］．
采用离心法获得土壤间隙水样，间隙水用针头
式过滤器过滤，并分装保存． 间隙水中 NH +4 和 NO
－
3
浓度采用连续流动分析仪(SKALAＲ San + +，荷
兰)测定，SO2 －4 和 Cl
－浓度采用 ICS-2100 离子色谱
仪(DIONEX，USA)测定．
1. 4 间隙水溶解性 CH4 浓度的测定
利用顶空平衡-气相色谱法测定间隙水中溶解
性 CH4 浓度
［12］． 用气密性注射器向 5 mL顶空瓶中
注入 2 mL 高纯 N2(＞ 99. 999%)，同时排除等体积
水样，使瓶内形成顶空． 室温下将样品瓶剧烈振荡
30 min，静置 5 min，待瓶内气-液两相达到平衡，抽
取 2 mL顶空气体注入岛津 G-2014 气相色谱仪测定
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10 期 杨平等:河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征
CH4 浓度，根据以下公式计算土壤间隙水溶解性
CH4 浓度:
c = ［(cH × VH)/22. 4］/VP
式中，c为溶解性 CH4 浓度(μmol·L
－1)，cH 为顶空瓶
上部空间气体中的 CH4 浓度(μL·L
－1)，VH 为顶空瓶
上部空间体积(mL)，VP 为顶空瓶间隙水体积(mL)．
1. 5 数据处理与统计分析
采用 Excel 2003 对原始数据进行处理和绘图．
利用 SPSS 17. 0 统计软件包中 One-Way ANOVA
LSD法检验相同季节不同沼泽湿地土壤理化指标及
间隙水溶解性 CH4 浓度差异的显著性;利用
Independent-Samples T 检验法分析同一沼泽湿地不
同季节土壤理化指标及间隙水溶解性 CH4 浓度差
异的显著性;间隙水溶解性 CH4 浓度与主要理化指
标间的相关性采用 SPSS 17. 0 中 Pearson 相关性分
析法分析． 采用多元回归法中的逐步回归法
(Stepwise)探析影响土壤间隙水溶解性 CH4 浓度时
空特征的主要环境因子． 以上统计分析中，显著性
水平 α = 0. 05，图中误差线均为标准误．
2 结果与分析
2. 1 土壤和间隙水的理化特征
沿着半咸水至淡水的盐度梯度，土壤 pH 和电
导率均逐渐增加，空间分布和月份间变化差异均达
到显著性水平(表 1)． 土壤 DOC 含量空间差异不
显著，但季节间差异性显著，呈现夏季(6 月)显著高
于冬季(2 月)的特征． 鳝鱼滩短叶茳芏湿地 SOC含
量显著低于其它 2 个湿地，且月份间差异亦显著．
水解氮沿着半咸水至淡水的盐度梯度，夏季和冬季
分别呈现递增和递减趋势． 土壤间隙水 SO2 －4 和
Cl －离子浓度沿着上述盐度梯度亦呈现明显的空间
分布规律，且鳝鱼滩湿地 2 种离子浓度均显著高于
其它沼泽湿地(表 2)． 3 个沼泽湿地土壤间隙水
NH +4 -N和NO
－
3 -N浓度无显著性差异．
表 1 各样地土壤的理化性质1)
Table 1 Soil physicochemical characteristics of each sampling sites
采样点 采样时间
土温
/℃ pH
电导率
/mS·cm －1
DOC
/mg·kg －1
SOC
/g·kg －1
水解氮
/mg·kg －1
鳝鱼滩
夏季 26. 50 ± 0. 29aA 6. 38 ± 0. 08aA 2. 90 ± 0. 33aA 50. 32 ± 16. 52aA 24. 58 ± 0. 59aA 62. 49 ± 8. 15aA
冬季 13. 77 ± 0. 12aB 7. 58 ± 0. 03aB 3. 97 ± 0. 44aA 11. 66 ± 4. 52aB 20. 45 ± 0. 81aB 123. 39 ± 11. 12aB
蝙蝠洲 夏季 26. 50 ± 0. 14aA 5. 42 ± 0. 09bA 1. 61 ± 0. 12bA 44. 53 ± 10. 23aA 28. 97 ± 3. 57bA 77. 63 ± 17. 00aA
冬季 13. 39 ± 0. 18aB 7. 02 ± 0. 06bB 1. 95 ± 0. 13bA 4. 96 ± 1. 25aB 29. 03 ± 3. 49bA 111. 25 ± 27. 44aA
下洋洲 夏季 29. 77 ± 0. 15bA 4. 76 ± 0. 08cA 0. 40 ± 0. 01cA 69. 15 ± 13. 04aA 33. 88 ± 1. 32bA 87. 30 ± 14. 25aA
冬季 14. 16 ± 0. 14bB 6. 29 ± 0. 14cB 0. 34 ± 0. 01cB 6. 62 ± 0. 91aB 24. 69 ± 3. 04bB 108. 37 ± 19. 55aA
1)DOC、水解氮及冬季的 SOC均为 0 ～ 10 和 40 ～ 50 cm的平均值 ±标准误，其它理化指标均为 0 ～ 50 cm的平均值 ±标准误;同一列数据标注
不同小写字母表示相同季节不同采样点差异性显著，同一列数据标注不同大写字母表示同一采样点不同季节差异性显著(P ＜ 0. 05，n = 15)
表 2 各样地土壤间隙水离子的浓度1)
Table 2 Concentrations of ions in soil porewater of each sampling sites
采样点 观测时间
NH +4 -N
/mmol·L －1
NO －3 -N
/mmol·L －1
SO2 －4
/mmol·L －1
Cl －
/mmol·L －1
鳝鱼滩
夏季 0. 16 ± 0. 04aA 0. 46 ± 0. 07aA 6. 00 ± 1. 35aA 55. 88 ± 12. 42aA
冬季 0. 22 ± 0. 03aA 1. 20 ± 0. 35abB 3. 39 ± 0. 77aA 53. 47 ± 8. 99aA
蝙蝠洲
夏季 0. 13 ± 0. 01aA 0. 72 ± 0. 04bA 3. 305 ± 1. 21bA 20. 82 ± 5. 03bA
冬季 0. 20 ± 0. 03aA 0. 66 ± 0. 09bA 1. 31 ± 0. 43bcA 24. 35 ± 3. 18bA
下洋洲
夏季 0. 16 ± 0. 02aA 1. 13 ± 0. 05cA 0. 20 ± 0. 07cA 1. 19 ± 0. 25cA
冬季 0. 23 ± 0. 03aA 2. 33 ± 0. 65aA 0. 23 ± 0. 47cA 4. 39 ± 1. 17cB
1)表中数据为 0 ～ 10 和 40 ～ 50 cm的平均值 ±标准误，n = 6;同一列数据标注不同小写字母表示相同季节不同湿地间差异性显著，同一列数
据标注不同大写字母表示同一湿地不同季节差异性显著(P ＜ 0. 05，n = 6)
2. 2 土壤间隙水溶解性 CH4 浓度的时间动态
土壤间隙水溶解性甲烷 CH4 浓度冬夏两季差
异较显著，夏季土壤间隙水溶解性甲烷 CH4 浓度高
于冬季(图 2)． 鳝鱼滩、蝙蝠洲和下洋洲短叶茳芏
湿地夏季间隙水溶解性 CH4 浓度均值分别为
(331. 18 ± 46. 96)、(299. 94 ± 23. 31)和(638. 58 ±
53. 85)μmol·L －1;3 个沼泽湿地冬季间隙水溶解性
甲烷 CH4 浓度均值分别为(9. 04 ± 1. 83)、(266. 67
±36. 00)和(322. 68 ± 22. 36)μmol·L －1 ． 鳝鱼滩和
下洋洲短叶茳芏湿地夏季间隙水溶解性 CH4 浓度
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环 境 科 学 36 卷
均极显著高于冬季(P ＜ 0. 001)，而蝙蝠洲湿地夏季
与冬季的间隙水溶解性 CH4 浓度无显著差异(P ＞
0. 05)．
不同小写和大写字母分别表示相同季节不同湿地，
以及同一湿地不同季节差异性显著
图 2 3 个沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 浓度的时空变化
Fig． 2 Spatial-temporal patterns of dissolved methane
concentrations of the porewater in three marshes
2. 3 土壤间隙水溶解性 CH4 浓度空间变化
沿着半咸水至淡水的盐度梯度，河口沼泽湿地间
隙水溶解性 CH4 浓度呈现明显的水平空间变化特征
(图 2)． 夏季，下洋洲湿地间隙水溶解性 CH4 浓度显
著高于其它湿地(P ＜ 0. 05)，呈现下洋洲湿地 ＞鳝鱼
滩湿地 ＞蝙蝠洲湿地的变化趋势;冬季，河口沼泽湿
地间隙水溶解性 CH4 浓度随盐度梯度的空间变化规
律更加明显，呈现下洋洲湿地 ＞蝙蝠洲湿地 ＞鳝鱼滩
湿地，且差异性均达到显著性水平(P ＜0. 05)．
湿地间隙水溶解性 CH4 浓度亦呈现明显的垂直
剖面空间变化特征(图 3)． 夏季，鳝鱼滩湿地间隙水
溶解性 CH4 浓度从表层至 50 cm深处呈现增加趋势，
而蝙蝠洲和下洋洲湿地均在表层出现最大值，随后呈
现降低-增加-降低的垂直变化特征． 冬季，鳝鱼滩湿
地间隙水溶解性 CH4 浓度呈先增加后降低的趋势，
在 20 ～30 cm深处达到最大值;蝙蝠洲和下洋洲湿地
均呈现随深度变化持续增加的特征．
不同小写表示同一湿地不层次间差异性显著
图 3 沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 浓度的垂直剖面特征
Fig． 3 Vertical profile patterns of dissolved methane concentrations of the porewater in three marshes
3 讨论
3. 1 土壤间隙水溶解性 CH4 浓度时空特征
不同季节沼泽湿地土壤溶解性 CH4 浓度因土
壤理化性质差异而呈现显著的时间动态特征．
Kelley等［13］对美国 White Oak河口潮汐河岸湿地研
究发现，土壤孔隙水 CH4 浓度 5 ～ 9 月逐渐增加，季
节变化显著，在温暖的夏季浓度相对较高． 杨文燕
等［14］对三江平原毛果苔草沼泽湿地研究发现，湿地
孔隙水 CH4 浓度 6 ～ 10 月具有明显季节变化，最大
值出现在 7 月，最小值出现在 10 月，这种季节模式
与土温、DOC 浓度呈显著正相关关系． 本研究中，3
个沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 浓度亦均呈现
夏季高于冬季的特征，且鳝鱼滩和下洋洲湿地夏冬
季节溶解性 CH4 浓度差异性均达到显著性水平(P
＜ 0. 05，图 3)． 这种时间动态特征主要受以下因素
的影响:首先，与不同季节沼泽湿地土温度变化密
切相关． 夏季沼泽湿地土温较高(均值 27. 59℃)，
土壤或间隙水中微生物活动更加旺盛，其代谢产物
溶解性 CH4 会相应增加
［15，16］． 其次，冬夏季土壤
pH值和 DOC浓度存在差异是引起上述时间变化特
征的另一重要因素(表 1)． 相对于冬季土壤的酸碱
环境(pH均值为 6. 96)和底物供给能力，夏季土壤
适宜的酸性环境(pH均值为 5. 52)和充足的底物供
6363
10 期 杨平等:河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征
给状况更有利于产甲烷菌的厌氧代谢活动［14，17］． 最
后，盐度在影响河口潮汐湿地间隙水溶解性 CH4 浓
度时间动态特征中扮演重要角色． 在盐度较高湿地
中，产甲烷菌活性受到盐胁迫的次级反应和毒害作
用而被抑制［18，19］，其甲烷产生能力相对较低． 本研
究中，盐度(电导率表征)变化对冬季的鳝鱼滩湿地
影响尤其显著． 对比其他观测点，冬季鳝鱼滩湿地
土壤间隙水 CH4 浓度显著较低(P ＜ 0. 01，见图 2 和
表 1，其主要原因可能与该观测点土壤较高盐度对
产甲烷菌活性及其代谢能力形成更显著的抑制作用
有关［图 4(c)和表 1］．
沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 浓度亦存在
显著的空间变化． Kelley 等［13］对美国 White Oak 河
口潮汐河岸湿地和 Van der Nat等［20］对西欧 Scheldt
河口淡水沼泽湿地研究均发现，土壤空隙水溶解性
CH4 浓度呈现从表层至中层逐渐升高，达到最大值
后随深度增加逐渐降低的垂直剖面分布特征． 杨文
燕等［14］对高纬度内陆淡水沼泽的研究也得出同样
结论，指出这种垂直剖面特征与孔隙水 DOC、DON
浓度变化存在显著正相关关系． 而 Wilson 等［21］对
美国东南沿海 Newport News 沼泽研究发现土壤间
隙水溶解性 CH4 浓度呈现随深度增加而升高的特
征． 本研究中，沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 浓
度垂直剖面特征随季节变化而呈现差异，鳝鱼滩湿
地 CH4 浓度夏季和冬季分别呈现随深度增加而上
升和先增加后降低的趋势(图 3)，这种分布特征总
体上与 pH 值垂直变化显著相关(夏季: r =
－ 0. 320，P ＜ 0. 05;冬季: r = － 0. 843，P ＜
0. 000 1)． 蝙蝠洲和下洋洲湿地溶解性 CH4 浓度夏
季和冬季均分别呈现下降-上升-下降和随深度增加
而上升的特征(图 3)，这种垂直变化特征除与酸碱
度变化密切相关外，与不同季节不同土层温度、
NH +4 及 NO
－
3 浓度的变化存在显著差异有关(P ＜
0. 05)． 在水平空间分布上，短叶茳芏沼泽土壤间隙
水溶解性 CH4 浓度规律较为一致，整体上均呈现沿
着半咸水至淡水的盐度梯度逐步增加的趋势(图
2)，这与土壤酸碱度和盐度及间隙水中 SO2 －4 和 Cl
－
浓度沿上述盐度梯度逐步递减的趋势相吻合(表 1
和表 2)．
与国内外其它沼泽湿地相比(表 3)，闽江河口
短叶茳芏沼泽湿地间隙水 CH4 浓度要低于纬度偏
北的内陆和河口淡水沼泽湿地，与三江平原毛果苔
草泥炭湿地的间隙水 CH4 浓度相当，但要高于同一
研究区域的芦苇沼泽湿地． 从表 3 中还可发现:
①淡水沼泽或泥炭湿地间隙水 CH4 浓度高于盐沼
湿地;②地处海口海滨段的沼泽湿地因受潮汐等水
动力作用影响，其土壤间隙水 CH4 浓度相对较低;
③沼泽湿地土壤间隙 CH4 浓度的空间差异与植物
种类相关联，优势种为维管束植物(如芦苇、互花米
草)沼泽湿地其 CH4 浓度相对较低．
表 3 本研究与其他湿地土壤溶解性 CH4 浓度的比较
Table 3 Comparison of our findings with other studies
研究区域 湿地类型 优势植物 研究时段
溶解性 CH4 浓度1)
/μmol·L －1
文献
美国，Newport News 沼泽湿地 香蒲 Typha latifolia L． 1985-04 ～ 1986-03 672. 59 ［21］
美国，White Oak Ｒiver 潮汐淡水沼泽 金鱼藻 Ceratophyllum and Najas 1990-10 ～ 1991-11 513. 50 ［13］
美国，Duplin Ｒiver和 Satilla Ｒiver 潮汐沼泽 互花米草 Spartina alterniflora 2000-09 ～ 2003-01 114. 52 ［22］
伯利兹，Twin Cays 红树林沼泽 红树林 Ｒhizophora mangle
2002-08 ～ 2002-09
2003-04 ～ 2003-05 10. 12 ［23］
西欧，Scheldt Estuary 淡水沼泽 藨草和芦苇 S． lacustris and P． australis 1994-01 ～ 1995-06 200. 01 ［20］
中国，三江平原 泥炭湿地 毛果苔草 Carex lasiocap 2004-06 ～ 2004-10 439. 14 ［14］
中国，闽江口 沼泽湿地 芦苇 P． australis 2007-01 ～ 2007-12 56. 61 ［24］
中国，闽江口 沼泽湿地(微咸水) 短叶茳芏 C． malaccensis 2012-02 和 2012-06 226. 71 本研究
中国，闽江口 沼泽湿地(淡水) 短叶茳芏 C． malaccensis 2012-02 和 2012-06 480. 63 本研究
1)溶解性 CH4 浓度为采样时段的平均值
3. 2 环境因素对土壤间隙水溶解性 CH4 的影响
温度是控制湿地土壤产甲烷能力呈现时间动态
变化的重要因子之一． 在一定温度范围内(2 ～
39℃)土壤产甲烷能力随温度升高而增加［25，26］，但
其季节性变化受温度影响的程度具有不确定性．
Sawyer等［26］对美国东北部缅因州 Lowes Cove 研究
发现，温度对沉积物产甲烷能力季节性变化的解释
程度不到 50% ． Bergman 等［27］研究认为，土壤产甲
烷能力时间动态受到温度和底物联合作用的影响，
即温度对产甲烷的影响取决于底物供给情况［14，27］．
7363
环 境 科 学 36 卷
湿地土壤中高的产甲烷速率与高的 DOC 或 SOC 浓
度密切相关［14，28，29］． 本研究中，土壤间隙水 CH4 浓
图(a)～(c)数据为 0 ～ 50 cm深度，10 cm间隔的全部观测值，图(d)数据为 0 ～ 10 cm和 40 ～ 50 cm这 2 个深度的平均值
图 4 沼泽湿地土壤间隙水溶解性 CH4 与土温、pH、盐度和 SO2 －4 的相关关系
Fig． 4 Ｒelationship between dissolved methane and soil temperature，pH，salinity，SO2 －4 in the porewater in three marshes
度与土温、DOC分别呈现显著(P ＜ 0. 05)和极显著
(P ＜ 0. 001)正相关关系［图 4(a)、4(b)和表 3］，与
pH呈现极显著负相关关系［图 4(b)］，且 3 个沼泽
湿地夏冬季的土温、DOC 浓度和 pH 值差异均达到
显著水平(表 1)． 由此可推断，土温、DOC及 pH等
环境因素对短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水 CH4 浓
度时间动态特征具有重要影响．
沿着半咸水至淡水的盐度梯度，沼泽湿地土壤
间隙水溶解性 CH4 浓度呈现明显递增趋势(图 2)，
这一空间分布特征与土壤 pH、盐分和间隙水
SO2 －4 、Cl
－浓度存在显著负相关关系［图 4(c)、图
(d)和表 4］，表明这些环境因素是影响土壤间隙水
CH4 浓度呈现上述空间分布特征(尤其是水平空间
分布)的主要因素，其影响机制主要表现为:①pH
通过作用于产甲烷菌活性和甲烷产生途径来影响
土壤产甲烷能力［30］;②盐分和 Cl －主要通过渗透
胁迫、离子毒害、营养失衡以及盐胁迫的次级反
应等途径影响土壤甲烷产生菌所需的底物供应及
其活性［18，19］;③较高的 SO2 －4 浓度通过其还原作
用降解有机碳产生的能量［31］，与产甲烷菌竞争醋
酸、氢等底物以及产生毒害和改变环境因子等方
式对甲烷代谢过程产生抑制作用［8，32］． 此外，强烈
的水动力作用对河口沼泽湿地土壤间隙水 CH4 浓
度空间分布特征亦有重要影响． 周期性涨潮使得
河口区土壤盐度增加，硫酸盐类、氯离子等物质含
量也随之增加［33］，进而对土壤甲烷代谢过程产生
一定抑制作用． 因此可以推测，鳝鱼滩和蝙蝠洲湿
地土壤间隙水 CH4 浓度显著低于下洋洲，与 2 个
沼泽湿地位于出海口海滨段，受潮汐作用影响显
著密切相关．
8363
10 期 杨平等:河口盐度梯度下短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性甲烷时空特征
表 4 沼泽湿地间隙水溶解性 CH4 与 DOC、Cl －离子的相关关系1)
Table 4 Correlation between dissolved methane concentrations and ions concentrations of the porewater in three marshes
观测时间
DOC
/mg·kg －1
SOC
/g·kg －1
NH +4
/mmol·L －1
NO －3
/mmol·L －1
SO2 －4
/mmol·L －1
Cl －
/mmol·L －1
夏季 0. 049 － 0. 162 0. 359 0. 623 － 0. 729* － 0. 558
冬季 － 0. 603 0. 486 0. 101 0. 403 － 0. 923＊＊ － 0. 984＊＊
总计 0. 516* 0. 392 － 0. 326 0. 011 － 0. 431* － 0. 558*
1)因缺失冬季 10 ～ 40 cm深土壤间隙水NH +4 -N、NO －3 -N、SO2 －4 等指标的测定数据，故表中相关分析数据为 0 ～ 10 cm和 40 ～ 50 cm的平均值，
n = 9;* 表示显著性水平 P ＜ 0. 05;＊＊表示显著性水平 P ＜ 0. 01
为了探析所测定的环境因子对河口区沼泽湿地
土壤间隙水溶解性 CH4 浓度时空特征的贡献的大
小，利用多元回归分析中的逐步回归法建立了间隙
水溶解性 CH4 与各环境因子之间的最优回归方程
(表 5)． 结果表明，在测定的环境因子中，土壤温度
和间隙水 Cl －浓度分别可解释夏季和冬季沼泽湿地
间隙水溶解性浓度变化的 88. 6%和 91. 4%，它们之
间的复相关系数均达到 0. 001 的极显著性水平(表
5)． 对冬夏季进行综合分析可知，土壤温度和盐度
对沼泽湿地间隙水溶解性浓度的贡献较大，两者可
解释其浓度变化的 81. 5%，它们之间的复相关系数
亦达到 0. 001 的极显著性水平(表 5)．
表 5 间隙水溶解性 CH4 浓度与环境因子间的多元回归方程
Table 5 Multiple regression equations between dissolved methane and environmental factors in three marshes
观测时间 回归方程 F值 Ｒ2 P
夏季 Y = － 2 142. 60 + 93. 10X土温 54. 66 0. 886 ＜ 0. 001
冬季 Y = 389. 97 － 6. 80XCI － 74. 28 0. 914 ＜ 0. 001
总计 Y = 173. 70 － 82. 31X盐度 + 14. 27X土温 33. 01 0. 815 ＜ 0. 001
4 结论
(1)河口短叶茳芏沼泽湿地土壤间隙水溶解性
CH4 存在显著的时空特征，沿半咸水至淡水的盐度
梯度，间隙水 CH4 浓度呈现逐步增加的水平空间分
布趋势和夏季显著高于冬季的时间动态特征．
(2)土壤 pH、盐分和间隙水 SO2 －4 、Cl
－浓度差
异性是引起上述空间分布特征的重要因素，而间隙
水 CH4 浓度时间动态特征与土温、DOC 浓度密切
相关． 此外，河口区周期性涨落潮等水动力条件亦
是引起其时空特征的重要因素之一．
(3)多元逐步回归分析表明，土壤温度和盐度
及间隙水中 CI －浓度对沼泽湿地间隙水溶解性 CH4
浓度时空变化特征的贡献最大，是引起其变化的主
要环境因子．
(4)与国内外其它沼泽湿地相比，闽江河口短
叶茳芏沼泽湿地间隙水溶解性 CH4 浓度低于纬度
偏北的内陆和河口淡水沼泽湿地，与三江平原毛果
苔草泥炭湿地间隙水 CH4 浓度相当，但高于同一研
究区域的芦苇沼泽湿地．
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