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珠江河口湿地沉积物硝化作用强度及影响因素研究
王玉萍 1,2，王立立 1,2*，李取生 1,2，叶妹 1,2
1.暨南大学环境工程系
2.广东省高校水土环境毒害性污染物防治与生物修复重点实验室 广州 510632

【摘要】采用现场调查和实验室模拟的方法，研究了珠江河口红树林、芦苇和光滩表层湿地沉积物氨氧化细菌（AOB）的分布、
硝化强度及其主要影响因素。研究结果表明：三种不同生态环境中 AOB 数量差别较大。温度、pH、盐度和氨氮的浓度对沉积物
硝化作用均有影响。其中盐度和 pH 对沉积物硝化强度影响最为显著，较高的盐度和较低的 pH 对硝化过程有明显的抑制作用。
偏碱性环境下（pH=8.5）红树林、芦苇和光滩的硝化强度分别是偏酸性环境（pH=6.5）时 2.5 倍。最适宜的硝化温度在 28 ℃
左右，氨氮对氨氧化细菌的生长有促进作用，在含氨氮浓度较高的培养液中硝化强度较强。大型植物根系对硝化作用有明显的
促进作用，对河口湿地氮循环具有重要的意义。
关键词：河口湿地沉积物；硝化作用；氨氧化细菌；影响因素
doi:10.3969/j.issn. 1008-8873.2012.03.018 中图分类号：P931 文献标识码：A 文章编号：1008-8873(2012)03-330-05
Study on nitrification and impact factors in Pearl River estuarine wetlands
WANG Yu-ping1,2, WANG Li-li1,2*, Li Qu-sheng1,2, YE mei1,2
1. Department of Environment Engineering, Jinan University, Guangzhou 510632，China
2. Key Laboratory of Water/Soil Toxic Pollutants Control and Bioremediation, Department of Education of Guangdong Province,
Guangzhou 510632, China

Abstract：The distributions of ammonia-oxidizing bacteria (AOB), performance of nitrification and its impact factors in mangrove,
phragmites and tidal flats areas of Pearl River estuarine wetlands were investigated based on field investigation and laboratory
simulation experiments. The results indicated that the numbers of AOB had significant difference at three kinds of ecological
environments. The laboratory simulation experiments showed that temperature, pH, salinity and the concentration of ammonia
influenced the process of nitrification; especially pH and salinity had significant effect on nitrifying capacity. Higher salinity and lower
temperature could inhibit the process of nitrification. Alkaline condition（pH=8.5）was suitable for nitrification in all experiment areas
with the nitrifying capacity of about 2.5 times higher than acidic condition（pH=6.5）. The optimum temperature for nitrification was
about 28 ℃ and the content of ammonia nitrogen could improve the growth of AOB. The macrophyte was important in nitrogen cycle in
the Pearl River estuarine wetlands.

Key words: estuarine wetlands; nitrification; nitrosomonas; impact factors
收稿日期：2012-03-20 收稿，2012-05-03 接受
基金项目：国家自然科学基金重点项目-广东省联合基金,U0833002
作者简介：王玉萍,女（1986—），暨南大学 2009 级硕士研究生，主要研究方向环境生物工程与技术
*通讯作者：王立立, E-mail: towanglili@163.com
王玉萍, 王立立, 李取生, 叶妹. 珠江河口湿地沉积物硝化作用强度及影响因素研究[J]. 生态科学, 2012, 31(3): 330-334.
WANG Yu-ping, WANG Li-li, Li Qu-sheng, YE mei. Study on nitrification and impact factors in Pearl River estuarine wetlands[J].
Ecological Science, 2012, 31(3): 330-334.
第 31 卷 第 3 期 生 态 科 学 31(3): 330-334
2012 年 5 月 Ecological Science May 2012

1 引言（Introduction）
珠江口是南海北部陆源污染物的主要受纳水
体，近年来随着人为活动影响加剧，珠江口水体营
养盐浓度逐年增加，局部海域已形成富营养化，造
成赤潮频发，特别是无机氮的富营养化日益严重。
河口湿地沉积物是湿地生态系统的主要环境要素之
一，在沉淀和转化污染物方面起着重要作用，也是
减轻河口富营养化的关键因素之一[1]。现阶段对河
口区域湿地的研究，以红树林和光滩湿地居多[2,3]。
红树林是生长于热带和亚热带沿海潮间带的一类特
殊植被，是陆地生态系统与海洋生态系统的过渡地
带，具有高度的生物多样性[4]。另外，芦苇湿地也
是河口区域常见的湿地类型，但尚未见有对其硝化
作用与红树林的比较研究报道。已有研究表明在不
同的环境因子下硝化作用的强度不同，硝化作用是
影响河口总无机氮的主要因素之一 。硝化作用与沉
积物中 NO3-和 NH4+的含量和 Eh 等性质及水相中的浓
度有关[5-7]。本文通过对珠江河口湿地表层沉积物的
调查分析，研究了珠江河口不同类型基质湿地沉积
物的氨氧化细菌数量分布、硝化作用强度及其影响
因素，为深入了解珠江河口湿地潮滩沉积物在氮循
环中的作用，探讨环境因子的变化对硝化过程的影
响奠定基础。

2 材料与方法(Materials and methods)

2.1 样品的采集与处理
2010 年 4 月在珠江口淇澳岛海岸带，经纬度见
表 1。选择红树林、芦苇和光滩湿地三个典型的生
态环境采集沉积物样品，光滩区域按照 S 形多点采
样，红树林区和芦苇区采集根际土样，低温保存带
回实验室。

表 1 湿地采样站位
Table 1 Distribution of sampling sites in estuary wetlands
站位 Position 经度 Longitude 纬度 Latitude 生态环境 Ecotope
S1 113°36′43.6〞 22°23′42.3〞 红树林
S2 113°37′42.7〞 22°25′33.9〞 芦苇
S3 113°36′47.1〞 22°23′36.0〞 光滩
2.2 理化性质的测定
重铬酸钾法测有机质[8]，盐度计测盐度，烘干
法测沉积物的含水率，雷磁 PH-3D 计测 pH 值，用电
极法测沉积物 Eh。

2.3 氨氧化细菌数的计数
氨氧化细菌（AOB）的计数采用改良的斯蒂芬逊
(Stephenson)培养基，计数方法采用 MPN-Griess4
管法(most probable number)法[9]。

2.4 硝化强度的测定
取 10 g 新鲜沉积物，分别置于装有 100 mL 硫
酸铵培养液的 250 mL 三角瓶中，用滤纸封口，放于
振荡培养箱中 28 ℃振荡培养 24 个小时，每隔 6 h
取上清液，测定其中的 NO3--N 含量。用培养前后用
的强度。单位硝化强度的计算方法为[12]：
W(N)=(C2-C1)×(V1+V2)/(t×m×k)
式中,W(N)为硝化强度（mg/(kg·h)(以氮质量
记）)；C1 和C2分别为NO3--N培养前后的浓度(mg/L)；
t 为培养时间(h)；V1 和 V2为培养液体积和土壤中水
分的体积(L)；m 为样品质量(kg)；k 为水分系数。

2.5 硝化作用强度影响因素实验
实验分组如表 1 所示。A1~A3 为不同生态环境
组，B1~B4 为不同温度组，C1~C4 为不同盐度组，
D1~D3 为不同的 pH 值组，E1~E3 为不同的氨氮浓度
组。除实验因素外，各实验组的实验条件均为温度
28℃、盐度 5‰、pH 7.5、NH4+-N 浓度 50 mg/L [13]。
对照组在实验开始时加氯化汞终止细菌的作用。
质量干土壤(kg)单位时间(h)内产生的 NO3--N
量(mg)表示土壤硝化作用的强度[10]。NO3--N 的测定
采用紫外分光光度法[11]。NO3--N 浓度的变化来计算
硝化作用

3 结果与讨论（Results and discussion）
3.1 沉积物的理化性质
3 期 王玉萍，等. 珠江河口湿地沉积物硝化作用强度及影响因素研究 331

表 2 实验分组
Table 2 Grouping of experiment
生态环境组
Ecotope group
温度组
Temperature group
盐度组
Salinity group
pH 组
pH group
氨氮组
Ammonia nitrogen group
组别
Group
环境
Environment
组别
Group
T(℃)
Temperature
组别
Group
盐度(‰)
Salinity
组别
Group
pH
组别
Group
氨氮浓度(mg/L)
Ammonia
nitrogen group
A1 红树林 Mangrove B1 12 C1 5 D1 6.5 E1 20
A2 光滩 Tidal flats B2 20 C2 15 D2 7.5 E2 50
A3 芦苇 Phragmites B3 28 C3 25 D3 8.5 E3 100
B4 35 C4 35

表 3 沉积物的理化性质
Table 3 Physical and chemical properties of sediments
理化性质 Physicochemical properties 红树林区 Mangrove 芦苇 Phragmites 光滩 Tidal flat
有机质(﹪) Organic matter 10.6 9.7 9.4
盐度(‰) Salinity 20 20 19
含水率(﹪) Moisture content 34.28 34.87 35.23
pH 7.32 7.97 7.49
Eh(mv) -59 -63 -81

珠江河口湿地沉积物的粒径组成多为粉砂质粘
土，其理化性质如表 3 所示，各个区域沉积物含水
率、盐度和 pH 差别不大，红树林区域有机质含量略
高于芦苇区域，是光滩区域的 2 倍。
3.2 不同生态环境沉积物中 AOB 数量及硝化强度
通过 MPN(most probable number)计数法对红树林、
芦苇和光滩湿地沉积物中的氨氧化细菌（AOB）计数，
并比较了三种不同湿地环境沉积物的硝化作用强
度，结果如图 1 所示。在不同环境中，AOB 数量差
别较大。红树林区和芦苇湿地沉积物中的 AOB 数量
分别是光滩中的 4.7 倍和 3.9 倍。表明植物根际有
利于 AOB 的生存，能够提高其数量和活性。AOB 数
量受沉积物理化性质的共同影响，与沉积物有机质
含量呈正相关。已有的研究表明[14]，AOB 是化能自
养微生物，沉积物有机质虽然不是其碳源或能源，
但对微生物的生长有一定促进作用。河流沉积物的
硝化作用在很大程度上取决于 C/N，当 C/N＜20，硝
化作用受 NH4＋可利用性控制；当 C/N＞20，受有机
碳可利用性控制。红树林和芦苇湿地沉积物中含有
较多植物碎屑，有机质含量较高，沉积物 C/N 远高
于光滩区域，因此硝化作用受有机碳影响较大[15]。
不同湿地沉积物硝化作用强度随 AOB 数量的增加而


增大，硝化强度表现为红树林区>芦苇区>光滩区。
说明了湿地植物对硝化作用有重要影响，植物根部
的好氧环境及根系分泌物有利于微生物的生长，导
致微生物数量增加，从而加强了硝化过程。大型红
0
0.5
1
1.5
2
2.5
红树林区 芦苇 光滩氨
氧
化
细
菌
（
×
10
5）
Am
mo
ni
a o
xi
di
zi
ng
1-1 氨氧化细菌数量
图 1 硝化强度与 AOB 数量
Fig. 1 Nitrification intensity and number of nitrosomonas
332 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷
0
1
2
3
4
红树林区 芦苇 光滩
1-2 硝化速率
硝
化
作
用
速
率
（
mg
/k
g·
h)
Ni
tr
if
ic
at
io
n
in
te
ns
it
y

树林植物根系发达，沉积物颗粒间空隙较大，适于
更多的溶解氧进入，并且较高的蒸腾作用可把水中
的铵态氮输送到土壤中，从而促进硝化作用的进行，
而湿地植物根的生物量越大，植物根区发生硝化作
用的机会就越高[16-18]。因此，筛选出对硝化作用具
有明显促进作用的物种湿地硝化过程有重要作用。
3.3 硝化作用强度的影响因素
通过实验室模拟的方法研究了环境因素对硝化
作用的影响，结果如图 2所示。在不同环境条件下，
红树林均表现出优于芦苇与光滩区域的硝化性能。
在相同的温度、pH 和盐度及氨氮浓度影响条件下，
植物区硝化性能比光滩区更稳定，硝化效率也更高。
已有的研究表明硝化作用的最适温度范围为 25～
35 ℃[19]。本实验条件下，最适宜的硝化温度为 28
℃，相对应的红树林、芦苇和光滩区硝化强度分别
为 2.011、1.724 和 1.636 mg/（kg•h）。在低含盐
量的条件（5‰）下，硝化作用最大，红树林、芦苇
和光滩区的硝化强度分别为 2.011、1.765、1.599
mg/（kg•h）,随着含盐量的升高，硝化作用强度呈
下降趋势，当含盐量超过 15‰时，硝化强度明显下
降，当达到 35‰时，红树林、芦苇和光滩区的硝化
强度分别削减了 29.33%，30.82%，37.14%。不同的
削减程度也反映出不同湿地类型硝化作用强度对盐
度变化的适应能力，其中光滩区域受盐度影响最大。
已有研究表明植物可以通过离子吸收，相容性物质
的生物合成，抗氧化酶和植物激素的诱导等作用来
抵抗外界的盐胁迫[20-22]。pH 从 6.5 提高到 8.5，红
树林、芦苇和光滩硝化去强度均有显著提高。当 pH
为 8.5 时，红树林、芦苇和光滩区的硝化强度分别
为 2.197、1.872 和 1.655 mg/（kg•h），较 pH 为 6.5
时分别提高了约 2.5 倍。说明偏酸性条件下会对硝
化作用产生抑制。pH 对硝化作用有重要的影响，它
不仅影响硝化细菌的生长和代谢，而且影响硝化机
质和产物的有效性和毒性[23-24]。在本实验中，与其
他设计的环境因子的影响程度相比较，pH 对硝化作
用的影响最为显著。因此，要保证不同湿地生态环
境稳定的硝化性能，应尽量避免可能导致河口水域
pH 降低的外源污染。随着培养液中氨氮浓度的上
升，硝化作用强度逐渐上升，红树林，芦苇和光滩
湿地的硝化强度都增加了 12%左右。由于硝化细菌
的起始作用底物为氨氮，因此增加底物的浓度能够
促进氨氧化细菌的生长。
0
0.5
1
1.5
2
2.5
12 20 28 35硝
化
作
用
强
度
（
mg
/k
g·
h)
2-1 温度（℃）Tempertature
0
0.5
1
1.5
2
2.5
5 15 25 35硝
化
作
用
强
度
（
mg
/k
g·
h)
2-2 盐度（‰）Salinity
红树林
光滩
芦苇

0
0.5
1
1.5
2
2.5
6.5 7.5 8.5
硝
化
作
用
强
度
（
mg
/k
g·
h）
2-3 pH
0
0.5
1
1.5
2
2.5
20 50 100
硝
化
作
用
强
度
（
mg
/k
g·
h)
2-4 氨氮浓度(mg/L)Ammonia nitrogen

图 2 温度、盐度、pH 和氨氮浓度对硝化作用的影响
Fig. 2 The influence of temperature, salinity, pH and ammonia nitrogen on nitrification

3 期 王玉萍，等. 珠江河口湿地沉积物硝化作用强度及影响因素研究 333

4 结论（Conclusion）
1）珠江河口红树林区，芦苇与光滩三种不同湿
地环境 AOB 数量差别较大，红树林区为光滩的 4.7
倍，芦苇为光滩的 3.9 倍。说明植物的存在有利于
AOB 的生存，但不同植物对其影响不同，并且 AOB
数还受到沉积物理化性状的共同影响。
2）珠江河口湿地不同生态环境中硝化强度不
同，红树林区>芦苇区>光滩，红树林区最强为 3.079
mg/kg•h；硝化强度和硝化细菌数量密切相关，植物
根际效应对硝化强度有明显的促进作用。
3）温度、pH、盐度和氨氮浓度等环境因素对不
同湿地类型沉积物的硝化强度均有影响，其中盐度
和 pH 对硝化作用的影响最为显著。不同的生态区对
环境因素的适应能力不同，大型植物红树林区沉积
物的硝化性能最为稳定。
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334 生 态 科 学 Ecological Science 31 卷