北海市紅樹林土壤和水質監測研究

詹妮，吳志華，王震

北海市紅樹林土壤和水質監測研究

詹妮1，吳志華1，王震2＊

(1.國家林業和草原局桉樹研究開發中心，廣東湛江 524022；2. 北海市防護林場，廣西北海 536000)

本文以北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區域紅樹林、山口港灣區域紅樹林土壤及海水為研究對象，分析比較其土壤特征和海水水質狀況，揭示其紅樹林土壤和海水的主要特性。結果表明：除白骨壤低潮地區土壤為堿性(pH為7.6)，其余土壤均為酸性。木欖15 ~ 30 cm、桐花樹0 ~ 15 cm與紅海欖15 ~ 30 cm土壤有機質含量較高，其對應的有機碳含量亦較高。白骨壤低潮土壤的有機質含量較低。桐花樹0 ~ 15 cm、木欖15 ~ 30 cm與紅海欖15 ~ 30 cm土壤中全氮含量較高，與有機質、有機碳含量變化趨勢一致。桐花樹與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量較高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量較高，紅海欖土壤中有效磷含量較低。紅海欖0 ~ 15 cm土壤中速效鉀含量高，但是紅海欖15 ~ 30 cm土壤速效鉀含量低。大冠沙和山口地區樣地的水樣為堿性，黨江地區樣地的水樣為酸性。本研究樣地中的溶解氧在6.66 ~ 6.86 mg·L-1之間。黨江地區海水鹽度最低。大冠沙與黨江地區樣地海水化學需氧量為1.3 mg·L-1，山口地區樣地海水化學需氧量為1.4 mg·L-1。樣地海水總氮含量：大冠沙地區>黨江地區>山口地區。樣地海水總磷含量：黨江地區>大冠沙地區>山口地區。大冠沙地區樣地海水的鋅含量高于黨江和山口地區的，黨江和山口地區樣地的銅含量略高于大冠沙地區。在樣地海水中未檢測出鉛、鎘物質。

紅樹林；土壤；水質；監測

紅樹林濕地指生長在熱帶、亞熱帶地區以海岸潮間帶的紅樹植物為主體的海岸濕地類型[1-2]，生態環境服務功能強大[3-6]，可促淤沉積、擴大海灘、擴堤防波、凈化水質和保護生物多樣性等[7-8]。其作為獨特的濕地生態系統，現今人們對紅樹林保護與生態恢復日益重視。

土壤作為植被賴以生存的物質基礎，決定植物群落格局和結構[9]。土壤肥力無法直接測定，可通過測定土壤物理、化學和生物學等指標來計算評價，包括土壤有機質、pH、氮、磷以及鉀含量等，可反映出土壤的肥沃程度以及穩定性等[10-12]。通過對紅樹林土壤的研究可知土壤為紅樹林植物生長發育所提供的能力狀況[13-14]。水質對濕地植物生長發育以及濕地生態系統的穩定極其重要[15-17]，當水體中的重金屬含量超過一定限度時，就會對水環境造成污染，影響生態環境安全，亦會對人類健康產生危害[18]。

本研究主要以北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區域紅樹林、山口港灣區域紅樹林土壤及海水為對象，分析比較其土壤特征和海水水質狀況，揭示其紅樹林土壤和海水的主要特性，以期為北海市紅樹林的監測、保護與管理提供科學依據，對北海市紅樹林保護和恢復具有重要意義。

1 試驗地概況

試驗地位于北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區域紅樹林、山口港灣區域紅樹林，選取8個樣地(圖1A 、B、C)，大冠沙地區樣地主要紅樹林樹種有白骨壤()，黨江地區樣地的主要樹種為無瓣海桑()與桐花樹()，山口地區樣地主要樹種有秋茄()、木欖 ()與紅海欖()(表1)。

圖1 北海市大冠沙、黨江以及山口紅樹林[19]

注：A.大冠沙開闊海域沙生紅樹林；B.黨江河口區域紅樹林；C.山口港灣區域紅樹林

1.白骨壤高潮位；2.白骨壤中潮位；3.白骨壤低潮位；4.桐花樹；5.無瓣海桑；6.秋茄；7.木欖；8.紅海欖

表1 調查紅樹林群落情況

2 試驗方法

2019 年 5 月，從北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林(白骨壤高潮位、白骨壤中潮位、白骨壤低潮位)、黨江河口區域紅樹林(桐花樹、無瓣海桑)、山口港灣區域紅樹林(秋茄、木欖、紅海欖)鉆取土樣，從對角線3點進行取樣，3個重復點。土壤取樣從表層至下分為2層，深度分別為0 ~ 15 cm和15 ~ 30 cm深，采樣時剔除樹葉和雜物，相同層次土壤混合均勻。將采集后的土壤使用塑料袋密封，帶回實驗室自然風干。經去除根系、研磨以及過篩處理后，主要分析土樣的 pH 、有機質、有機碳、全氮、全磷、全鉀、有效磷及速效鉀8個指標，參照《土壤農化分析》[20]。

分別在大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區域紅樹林、山口港灣區域紅樹林潮溝中采集水樣，每個水樣均為其采樣地點附近的3處水樣的混合水樣。主要分析測定水樣的pH、溶解氧、鹽度、渾濁度、氧化還原電位(ORP)、化學需氧量(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、銅、鋅、鉛、鎘、總氮及總磷指標，參照《海洋監測規范.第4部分，海水分析:GB GB 17378.4-2007》[21]。

表2 紅樹林林地土壤性狀情況

3 結果與分析

土壤 pH 是重要的化學性質指標，影響著土壤養分的有效性。由表2可知，除白骨壤低潮地區土壤為堿性(pH為7.6)，其余土壤均為酸性。有機質作為土壤的重要組成成分，雖然在土壤中含量占比少，但是對土壤的形成和土壤的肥力等方面具有重要作用。土壤有機質含量亦影響土壤氮和磷的全量及有效量。土壤中有機碳的含量可反映土壤有機質水平，是土壤質量及土壤健康的重要指標之一，能夠影響土壤的肥力以及植物的生長發育[22-23]。從表2中可看出，木欖15 ~ 30 cm、桐花樹0 ~ 15 cm與紅海欖15 ~ 30 cm土壤有機質含量較高，其對應的有機碳含量亦較高。而白骨壤低潮土壤的有機質含量較低。

氮素作為植物細胞質的重要組成部分，又是植物葉綠體的重要成分，直接影響著植株體的生長速度。植物缺乏氮素，會導致葉綠素含量減少，光合作用降低。本研究中桐花樹0 ~ 15 cm、木欖15 ~ 30 cm與紅海欖15 ~ 30 cm土壤中全氮含量較高，與有機質、有機碳趨勢一致。磷素對促進植物細胞分裂和增殖有重要作用，是植物體內酶的重要組成部分，可以使植物的酶轉化活動增強，進一步增加植物生長和植株抗性。本研究中桐花樹與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量較高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量較高，紅海欖土壤中有效磷含量較低。白骨壤低潮、白骨壤中潮與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤與白骨壤低潮、白骨壤中潮與無瓣海桑15 ~ 30 cm土壤中有效磷含量有較大的差異。鉀素可促進植物對氮、磷的吸收，有利于蛋白質的形成，能夠維持根系強壯等。桐花樹與無瓣海桑土壤中全鉀含量較高，白骨壤高潮、桐花樹與木欖土壤中速效鉀含量較高，而白骨壤中潮土壤中速效鉀含量較低。紅海欖0 ~ 15 cm土壤中速效鉀含量高，但是紅海欖15 ~ 30 cm土壤速效鉀含量低。

表3 紅樹林林地海水水質情況

由表3可知，大冠沙和山口地區樣地的水樣為堿性，黨江地區樣地的水樣為酸性。溶解氧(DO)是指溶解于水中的氧，溶解氧含量可以作為評價海水是否受到有機物污染的間接指標，本研究中樣地中的溶解氧在6.66 ~ 6.86 mg·L-1之間。黨江地區海水鹽度最低。化學需氧量(COD)是海水中可氧化的有機質氧化時所需要的氧量，可以反映海水受到還原性物質污染的程度，直接反映海水的質量[24-28]。大冠沙與黨江地區樣地海水化學需氧量為1.3 mg·L-1，山口地區樣地海水化學需氧量為1.4 mg·L-1。樣地海水總氮含量：大冠沙地區>黨江地區>山口地區。樣地海水總磷含量：黨江地區>大冠沙地區>山口地區。大冠沙地區樣地海水的鋅含量高于黨江和山口地區的，黨江和山口地區樣地的銅含量略高于大冠沙地區。在樣地海水中未檢測出鉛、鎘物質(圖2)。

圖2 紅樹林林地海水重金屬含量

4 結論與討論

土壤為紅樹植物生長和發育提供物質基礎以及決定紅樹林生長發育的優劣[29]，紅樹植物亦影響著土壤的形成和發育[30-31]。不同紅樹植被類型的土壤養分狀況不同[32]。土壤pH是土壤理化性質的重要指標，主要影響土壤中各元素存在形態、有效性以及各元素的遷移轉化[33-37]，紅樹植物的生長發育需要從土壤中吸收硫酸根離子，以硫化物的形態累積在植物體內，并以枯枝落葉等被埋藏分解的形式歸還到土壤中，從而使硫進入到土壤中，土壤硫含量增加，土壤pH呈對數曲線下降[38-39]。本研究中白骨壤低潮地區土壤pH為堿性，對此還需做進一步的研究，從而找出其原因。

紅樹林屬于高生長的生態系統，具有強烈的生物積累作用[40-41]。本研究中木欖15 ~ 30 cm、桐花樹0 ~ 15 cm和紅海欖15 ~ 30 cm土壤的有機質含量較高，并且其全氮含量較高，王震等[19]研究表明，木欖，桐花樹及紅海欖調查樣方的生物量較高。生物量較高的區域土壤的有機質含量和全氮含量較高[42-43]。從土壤養分元素看，北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區域紅樹林和山口港灣區域紅樹林土壤有機質、有效磷和速效鉀的含量豐富，且不同紅樹類型之間存在差異。從各土壤屬性的分肥力系數看，本研究中白骨壤高潮、桐花樹與木欖土壤中速效鉀含量較高速效鉀含量最高。本研究中桐花樹與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量較高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm與無瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量較高。

本研究中海水銅的質量濃度，3個樣地分別為0.066 8、0.069 0與0.059 2 mg·L-1，平均質量濃度均超出Ⅳ類海水水質標準(0.05 mg·L-1)。山口地區和黨江地區樣地海水鋅的質量濃度達到了Ш類水標準 (p(Zn) ≤0.1 mg·L-1)，大冠沙樣地海水水質鋅的質量濃度達到了Ⅳ類水標準(p(Zn)≤0.5 mg·L-1)。鉛與鎘的質量濃度均為0 mg·L-1，為 I 類水標準。紅樹植物對重金屬有去除作用，可通過多種方式沉積大量金屬污染物，從而對重金屬污染有凈化功能，而不同的地理位置、潮位流速以及產業活動亦影響著紅樹林濕地海水重金屬污染程度[44-45]。

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Monitoring of Mangrove Soil and Water Quality in Beihai City

ZHAN Ni, WU Zhihua, WANG Zhen

(1.2.)

In this study, the mangrove soil and seawater in the Daguansha open sea sandy mangrove forest, Dang river estuary (Dangjiang) area mangrove forest and Mangrove forest in mountain pass bay area (Shankou) of Beihai city were taken as the research objects, and the soil characteristics and water quality of these mangrove forests were analyzed to reveal the main characteristics of the mangrove soil and seawater. The results showed that all the soils were acidic except thesoils (pH 7.6). The content of organic matter in soil of15 ~ 30 cm,0 ~ 15 cm and15 ~ 30 cm were higher, and the corresponding organic carbon content was also higher. The content of organic matter inlow tide soil was low. The content of total nitrogen in the soil from15 ~ 30 cm,0 ~ 15 cm and15 ~ 30 cm was higher, which was consistent with the trend of organic carbon content. The content of total phosphorus was higher in 0 ~ 15 cm soil ofand.low tide 0 ~ 15 cm,moderate tide 0 ~ 15 cm and0 ~ 15 cm of soil effective phosphorus content was higher, the effective phosphorus content insoil was low. The content of available potassium in the soil of0 ~ 15 cm was high, but at 15 ~ 30 cm was low. The water samples in Daguansha and Shankou area were alkaline, and the water samples in Dangjiang area were acidic. Dissolved oxygen in the sample plots in this study ranged from 6.66 to 6.86 mg·L-1. The Danjiang area had the lowest salinity. The COD of Daguansha and Dangjiang sample land was 1.3 mg·L-1, and that of Yamaguchi sample land was 1.4 mg·L-1. Total nitrogen content of seawater in sample land: ordered by high to low, was: Daguansha > Dangjiang > Shankou. Total phosphorus content of sea water in sample land, ordered by high to low, was: Dangjiang > Daguansha > Shankou. The zinc content of seawater in Daguansha area was higher than that in Dangjiang and Shankou area, and the copper content in Dangjiang and Shankou area was slightly higher than that in Daguansha area. Lead and cadmium were not detected in any of the seawater samples. This study is expected to provide a scientific basis for monitoring, protection and management of mangrove in Beihai city, which is of great significance for the protection and restoration of mangrove in Beihai city.

Mangrove; soil; water quality; monitoring

Q948

A

10.13987/j.cnki.askj.2019.04.006

廣西北海濕地生態系統國家定位觀測研究站運行補助（2018-LYPY-DW-074）；廣東省林業科技創新項目(2015KSCX022，2018KJCX018)

詹妮(1990— )，女，博士研究生，主要從事林木遺傳育種，E-mail:jennyzn1122@163.com

王震(1990— )，男，碩士，助理工程師，從事紅樹林濕地生態研究，E-mail:18664662737@163.com