三亞海岸濕地土壤及水質(zhì)分布特征研究

洪文君，李德玲，尹大翔，徐金鐸，陳少勇，唐憲

三亞市林業(yè)科學研究院，海南三亞572000

濕地稱為“地球之腎”，是水—陸交互作用下獨特的具有高度多樣性的生態(tài)系統(tǒng)[1]，也是連接陸地與湖泊、海洋等水體交互作用的敏感地帶，具有獨立的生態(tài)結(jié)構(gòu)和巨大物種基因庫[2]，在調(diào)節(jié)氣候、涵養(yǎng)水源、凈化水質(zhì)、蓄洪防澇、防治自然災害、維持和保護生物多樣性等方面發(fā)揮著不可替代的作用[3-4]。

土壤是影響濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要影響因子。土壤特性不僅決定植物群落的分布格局，也是影響群落結(jié)構(gòu)的重要因子[5]。紅樹林土壤特性研究表明，土壤能反映出紅樹林植物生長發(fā)育的能力狀況[6]。水質(zhì)影響著濕地植物生長發(fā)育以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性[7-8]，當海水中的重金屬含量超過一定限度時，則會造成水污染，影響著水—生物—人的健康系統(tǒng)[9]。該研究以鐵爐港、青梅港、三亞河及入海口等為研究對象，比較其土壤特征和海水水質(zhì)狀況，反映三亞市海岸濕地的土壤和海水特性，以期為三亞市濕地乃至紅樹林恢復、保護與管理提供科學依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究地位于鐵爐港、青梅港、三亞河、榆林河、白鷺公園、角頭巷、藤橋河、西港、紅塘灣和西島入海口（圖1），每個地點選取3個樣地，其土壤以砂土、砂質(zhì)粘土為主。鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)、青梅港紅樹林自然保護區(qū)和三亞河紅樹林自然保護區(qū)均為市級紅樹林保護區(qū)，主要分布著正紅樹、白骨壤、木欖、海蓮、海桑等紅樹植物；白鷺公園和榆林河主要樹種分布為正紅樹、白骨囊和木果楝、白骨囊，藤橋河、角頭巷、西港、紅塘灣和西島等入海口以木麻黃、桉樹為主（表1）。

表1 調(diào)查地基本情況Tab.1 The Basic Situation of The Survey Sample

圖1 調(diào)查樣地的位置Fig.1 The Location of Survey Plots

2 試驗方法

2.1 樣品采集

在每個濕地地點采集土壤和水質(zhì)樣品，每個區(qū)域設3個采樣點，通過五點混合法使用PVC管和抓取式采樣器采集土壤樣品并混合，以0cm～20cm土壤層混勻作為分析樣。將土壤樣品運回實驗室，風干后除去肉眼可見的碎石、植被殘體等雜質(zhì)，自然風干去除碎片和部分根后過2mm篩以備待用。水質(zhì)采樣點水深20cm，測定透明度，pH和采用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀（HI-9828）測定，定性、定量采集樣品并測定水質(zhì)狀況。土壤采樣點設在岸邊。

2..2樣品測定

1.2.1 土壤樣品測定

pH采用電極電位法測定（1：2.5土水比）；土壤全鹽量含量采用電導法測定；土壤有機質(zhì)含量采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化－容量法測定；全氮（TN）采用半微量凱氏定氮法測定；鉛（Pb）采用石墨爐原子吸收分光光度法測定；銅（Cu）和鋅（Zn）采用火焰原子吸收分光光度法測定[10]。

1.2.2 水質(zhì)樣品測定

測定水樣的渾濁度、化學需氧量（CODMn）、NH4+-N、總氮（TN）、總磷（TP）、鉛（Pb）、鎘（Cd）、六價鉻（Cr6+）指標含量，參照《海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分，海水分析：GBGB 17378.4-2007》[11]。

2.4 3數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2010進行初步處理，通過SPSS19.0軟件的單因素方差分析（ANOVA）比較檢驗；以土壤理化性質(zhì)、土壤重金屬含量和水質(zhì)指標通過CANOCO 4.5軟件完成PCA分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 三亞主要海岸濕地土壤理化性質(zhì)比較

由表2可知，10個海岸濕地的土壤pH在7.91～9.51之間，均為堿性。各地濕地0cm～20cm土層土壤全鹽含量在0.48g/kg～3.74g/kg之間，以三亞河的土壤全鹽含量最高，白鷺公園次之，西港最低。土壤有機質(zhì)含量以榆林河和角頭巷較高，在40.0g/kg以上，顯著高于其它濕地區(qū)域；青梅港、白鷺公園、西港和紅塘灣的土壤有機質(zhì)含量在20.0g/kg～30.0g/kg之間，顯著高于鐵爐港、三亞河、藤橋河和西島（2.0g/kg～11.0g/kg之間）。

氮素作為植物細胞質(zhì)和葉綠體的重要組成部分及成分，并影響著植株的生長發(fā)育狀況。土壤全氮含量范圍在0.15g/kg～1.27g/kg之間，與有機質(zhì)含量表現(xiàn)較為一致，榆林河、白鷺公園、紅塘灣和西港的土壤全氮含量較高，其含量在0.80g/kg以上，顯著高于鐵爐港等其它濕地區(qū)域。

表2 三亞各地濕地土壤理化性質(zhì)含量比較Tab.2 Comparison of Soil Physical and Chemical Properties of Wetland in Sanya

3.2 三亞主要海岸濕地土壤重金屬含量比較

對三亞海岸濕地10個樣地表層土壤3種重金屬含量進行檢測，結(jié)果顯示，從大到小依次為Zn＞Pb＞Cu。Cu含量在5.51mg/kg～15.46mg/kg之間，Pb含量在8.01mg/kg～30.30mg/kg之間，Zn含量在11.08mg/kg～64.30mg/kg之間，均以白鷺公園和榆林河的土壤重金屬含量較高（表3）。與國家《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》[12]中一級標準相比，三亞濕地Cu、Pb和Cu 3種重金屬含量均沒有超過國家環(huán)境質(zhì)量標準極限值。

與東寨港紅樹林自然保護區(qū)（以下簡稱東寨港）相比[13]，三亞濕地土壤Cu含量較低，但藤橋河、白鷺公園、榆林河和紅塘灣的Pb含量高于東寨港，白鷺公園的Zn含量高于東寨港，其它濕地土壤Pb和Zn含量均偏低。與廣東珠江口[14]和福田[15]等紅樹林分布區(qū)相比，三亞10個樣地海岸濕地的土壤重金屬含量明顯偏低，這主要與區(qū)內(nèi)工業(yè)較發(fā)達有關(guān)[16]。

表3 三亞各地濕地土壤重金屬含量比較Tab.3 Comparison of Soil Heavy Metals Content of Wetland in Sanya

3.3 三亞主要海岸濕地海水水質(zhì)情況比較

化學需氧量(COD)是海水中可氧化的有機質(zhì)氧化時所需要的氧量，它反映著海水受到還原性物質(zhì)污染的程度和海水的質(zhì)量[17]。由表4可知，三亞主要海岸濕地海水CODMn含量范圍介于2.73mg/L～5.43mg/L之間，樣地NH3-N含量在0.08mg/L～0.19mg/L之間，水質(zhì)CODMn和NH3-N含量達到國家I級地表水的質(zhì)量[12]。

不同調(diào)查點的海水TN和TP含量差異較大，TN含量從大到小依次為BL＞XD＞HTW＞YLH＞SYH＞XG＞QMG＞JTX＞TLG＞TQH，鐵爐港、藤橋河等樣地TN含量在1.0mg/L～2.0mg/L之間，處于國家地表水IV～V級之間；TP含量在0.01mg/L～0.22mg/L之間，處于國家地表水I～III級之間，以青梅港、紅塘灣、白鷺公園和榆林河海水TP含量較高。三亞主要海岸濕地海水Pb含量在0.01mh/L～0.03mh/L之間，Cd含量均低于0.001mg/L，Cr6+含量均低于0.004mg/L，所有調(diào)查點的重金屬含量均達到國家I級地表水的標準。

表4 三亞主要海岸濕地海水水質(zhì)情況Tab.4 The Characteristics of Seawater of Wetland in Sanya

3.4 三亞主要海岸濕地土壤——水質(zhì)PCA分析

將鐵爐港、青梅港、三亞河等10個海岸濕地的土壤理化性質(zhì)、重金屬含量及水質(zhì)指標進行主成分分析（PCA），揭示不同海岸濕地的分布。第1和第2主成分的累積貢獻率為81.9%，能夠反映數(shù)據(jù)的基本信息（圖2）。PCA1的方差貢獻率為56.3%，主要反映的是土壤因子，如pH、有機質(zhì)、TN、Cu和Zn，與土壤pH、有機質(zhì)、水質(zhì)Pb、Cd、NH3-N、CODMn呈正相關(guān)，與其它因子間呈負相關(guān)；PCA2的方差貢獻率為25.6%，主要反映的是土壤全鹽、Pb、水質(zhì)TN、CODMn、NH3-N和TP因子，與土壤TN、Pb、Zn、全鹽、水質(zhì)NH4-N、Pb、Cr6+呈正相關(guān)，與其它因子呈負相關(guān)。PCA將10個樣地分為4類，紅塘灣、西港、青梅港和榆林河樣地聚為一類，三亞河、鐵爐港和藤橋河聚為一類，白鷺公園和西島樣地聚為一類，角頭巷樣地聚為一類。

圖2 海岸濕地土壤——水質(zhì)指標PCA分析Fig.2 The PCA Analysis of Soil-water Indexes of Coastal Wetlands

4 結(jié)論與討論

濕地生態(tài)系統(tǒng)中土壤與植物相互影響，前者為后者的生長和發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)，同時后者也影響著前者的形成[18]。土壤pH是一個區(qū)域化變量，其影響因素也因地而異。該研究結(jié)果顯示，10個海岸濕地的土壤pH均為堿性，這與郭志華等[19]研究海南清瀾港紅樹林濕地遠河口土壤pH相近、與詹妮等[20]研究北海市紅樹林的土壤pH呈酸性不一致。紅樹林是鹽生或耐鹽植物，能產(chǎn)生強烈的“生物積鹽作用”。各地濕地土壤全鹽含量在0.48g/kg～3.74g/kg之間，以三亞河土壤全鹽含量最高，白鷺公園次之，西港最低。Tian et al.[21]研究表明土壤的有機質(zhì)含量和全氮含量較高的區(qū)域其生物量也較高。從土壤養(yǎng)分元素來看，土壤有機質(zhì)含量以榆林河、角頭巷、白鷺公園和西巷較高，其土壤全氮含量也較高，但土壤有機質(zhì)和全氮含量均低于北海市紅樹植物木欖、桐花樹和紅海欖[20]。由此可見，不同濕地類型之間存在一定的差異。

研究表明，三亞海岸濕地土壤的Cu、Pb、Zn重金屬含量均未超過國家環(huán)境質(zhì)量標準極限值。與海南島其它紅樹林保護區(qū)相比[16-17]，其重金屬含量差異較小；與廣東、福建紅樹林保護區(qū)相比[7，9，14-16，20]，其重金屬含量顯著偏低。其原因可能與土壤顆粒度有關(guān)，三亞濕地土壤顆粒較粗，不利于重金屬的富集；也可能與周邊環(huán)境有關(guān)，如工業(yè)發(fā)的地區(qū)其水源污染較為嚴重。

濕地屬于較高的生態(tài)系統(tǒng)，具有強烈的生物積累作用[22]。詹妮等[20]的研究也表明紅樹植物對重金屬有去除和凈化作用。該研究中海岸濕地海水CODMn含量和NH3-N含量分別在2.73mg/L～5.43mg/L和0.08mg/L～0.19mg/L之間，均達到國家I級地表水的質(zhì)量；TP含量處于國家地表水I～III級之間，Pb、Cd和Cr6+含量均達到國家I級地表水的標準。由此可見，三亞市濕地的水質(zhì)量相對較好。

PCA結(jié)果表明，土壤理化性質(zhì)、土壤重金屬含量和水質(zhì)含量之間相關(guān)性顯著，反映了不同濕地對土壤養(yǎng)分和能力轉(zhuǎn)化、水質(zhì)需求有關(guān)，可作為評價濕地生態(tài)系統(tǒng)評價的指標。紅塘灣、西港、青梅港和榆林河樣地聚為一類，主要影響因子土壤有機質(zhì)、水質(zhì)的Cr6+、NH3-N、CODMn，三亞河、鐵爐港和藤橋河聚為一類，主要影響因子水質(zhì)Pb、Cd；白鷺公園和西島樣地聚為一類，其影響因子以土壤為主，角頭港樣地聚為一類，受水質(zhì)CODMn和土壤pH因子影響。可見，不同濕地對其土壤養(yǎng)分、水質(zhì)含量既存在差異又具有相關(guān)性。