詹妮,吳志華,王震
北海市紅樹林土壤和水質(zhì)監(jiān)測研究
詹妮1,吳志華1,王震2*
(1.國家林業(yè)和草原局桉樹研究開發(fā)中心,廣東湛江 524022;2. 北海市防護(hù)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(qū)域紅樹林、山口港灣區(qū)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(zhì)狀況,揭示其紅樹林土壤和海水的主要特性。結(jié)果表明:除白骨壤低潮地區(qū)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(jī)質(zhì)含量較高,其對應(yīng)的有機(jī)碳含量亦較高。白骨壤低潮土壤的有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)、有機(jī)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(qū)樣地的水樣為堿性,黨江地區(qū)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(qū)海水鹽度最低。大冠沙與黨江地區(qū)樣地海水化學(xué)需氧量為1.3 mg·L-1,山口地區(qū)樣地海水化學(xué)需氧量為1.4 mg·L-1。樣地海水總氮含量:大冠沙地區(qū)>黨江地區(qū)>山口地區(qū)。樣地海水總磷含量:黨江地區(qū)>大冠沙地區(qū)>山口地區(qū)。大冠沙地區(qū)樣地海水的鋅含量高于黨江和山口地區(qū)的,黨江和山口地區(qū)樣地的銅含量略高于大冠沙地區(qū)。在樣地海水中未檢測出鉛、鎘物質(zhì)。
紅樹林;土壤;水質(zhì);監(jiān)測
紅樹林濕地指生長在熱帶、亞熱帶地區(qū)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(tài)環(huán)境服務(wù)功能強(qiáng)大[3-6],可促淤沉積、擴(kuò)大海灘、擴(kuò)堤防波、凈化水質(zhì)和保護(hù)生物多樣性等[7-8]。其作為獨(dú)特的濕地生態(tài)系統(tǒng),現(xiàn)今人們對紅樹林保護(hù)與生態(tài)恢復(fù)日益重視。
土壤作為植被賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ),決定植物群落格局和結(jié)構(gòu)[9]。土壤肥力無法直接測定,可通過測定土壤物理、化學(xué)和生物學(xué)等指標(biāo)來計(jì)算評價,包括土壤有機(jī)質(zhì)、pH、氮、磷以及鉀含量等,可反映出土壤的肥沃程度以及穩(wěn)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(fā)育所提供的能力狀況[13-14]。水質(zhì)對濕地植物生長發(fā)育以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定極其重要[15-17],當(dāng)水體中的重金屬含量超過一定限度時,就會對水環(huán)境造成污染,影響生態(tài)環(huán)境安全,亦會對人類健康產(chǎn)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(qū)域紅樹林、山口港灣區(qū)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(zhì)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(jiān)測、保護(hù)與管理提供科學(xué)依據(jù),對北海市紅樹林保護(hù)和恢復(fù)具有重要意義。
試驗(yàn)地位于北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區(qū)域紅樹林、山口港灣區(qū)域紅樹林,選取8個樣地(圖1A 、B、C),大冠沙地區(qū)樣地主要紅樹林樹種有白骨壤(),黨江地區(qū)樣地的主要樹種為無瓣海桑()與桐花樹(),山口地區(qū)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(qū)域紅樹林;C.山口港灣區(qū)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(diào)查紅樹林群落情況
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(qū)域紅樹林(桐花樹、無瓣海桑)、山口港灣區(qū)域紅樹林(秋茄、木欖、紅海欖)鉆取土樣,從對角線3點(diǎn)進(jìn)行取樣,3個重復(fù)點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干。經(jīng)去除根系、研磨以及過篩處理后,主要分析土樣的 pH 、有機(jī)質(zhì)、有機(jī)碳、全氮、全磷、全鉀、有效磷及速效鉀8個指標(biāo),參照《土壤農(nóng)化分析》[20]。
分別在大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區(qū)域紅樹林、山口港灣區(qū)域紅樹林潮溝中采集水樣,每個水樣均為其采樣地點(diǎn)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(xué)需氧量(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、銅、鋅、鉛、鎘、總氮及總磷指標(biāo),參照《海洋監(jiān)測規(guī)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
土壤 pH 是重要的化學(xué)性質(zhì)指標(biāo),影響著土壤養(yǎng)分的有效性。由表2可知,除白骨壤低潮地區(qū)土壤為堿性(pH為7.6),其余土壤均為酸性。有機(jī)質(zhì)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(jī)質(zhì)含量亦影響土壤氮和磷的全量及有效量。土壤中有機(jī)碳的含量可反映土壤有機(jī)質(zhì)水平,是土壤質(zhì)量及土壤健康的重要指標(biāo)之一,能夠影響土壤的肥力以及植物的生長發(fā)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(jī)質(zhì)含量較高,其對應(yīng)的有機(jī)碳含量亦較高。而白骨壤低潮土壤的有機(jī)質(zhì)含量較低。
氮素作為植物細(xì)胞質(zhì)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(dǎo)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(jī)質(zhì)、有機(jī)碳趨勢一致。磷素對促進(jìn)植物細(xì)胞分裂和增殖有重要作用,是植物體內(nèi)酶的重要組成部分,可以使植物的酶轉(zhuǎn)化活動增強(qiáng),進(jìn)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(jìn)植物對氮、磷的吸收,有利于蛋白質(zhì)的形成,能夠維持根系強(qiáng)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(zhì)情況
由表3可知,大冠沙和山口地區(qū)樣地的水樣為堿性,黨江地區(qū)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(jī)物污染的間接指標(biāo),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(qū)海水鹽度最低。化學(xué)需氧量(COD)是海水中可氧化的有機(jī)質(zhì)氧化時所需要的氧量,可以反映海水受到還原性物質(zhì)污染的程度,直接反映海水的質(zhì)量[24-28]。大冠沙與黨江地區(qū)樣地海水化學(xué)需氧量為1.3 mg·L-1,山口地區(qū)樣地海水化學(xué)需氧量為1.4 mg·L-1。樣地海水總氮含量:大冠沙地區(qū)>黨江地區(qū)>山口地區(qū)。樣地海水總磷含量:黨江地區(qū)>大冠沙地區(qū)>山口地區(qū)。大冠沙地區(qū)樣地海水的鋅含量高于黨江和山口地區(qū)的,黨江和山口地區(qū)樣地的銅含量略高于大冠沙地區(qū)。在樣地海水中未檢測出鉛、鎘物質(zhì)(圖2)。
圖2 紅樹林林地海水重金屬含量
土壤為紅樹植物生長和發(fā)育提供物質(zhì)基礎(chǔ)以及決定紅樹林生長發(fā)育的優(yōu)劣[29],紅樹植物亦影響著土壤的形成和發(fā)育[30-31]。不同紅樹植被類型的土壤養(yǎng)分狀況不同[32]。土壤pH是土壤理化性質(zhì)的重要指標(biāo),主要影響土壤中各元素存在形態(tài)、有效性以及各元素的遷移轉(zhuǎn)化[33-37],紅樹植物的生長發(fā)育需要從土壤中吸收硫酸根離子,以硫化物的形態(tài)累積在植物體內(nèi),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(jìn)入到土壤中,土壤硫含量增加,土壤pH呈對數(shù)曲線下降[38-39]。本研究中白骨壤低潮地區(qū)土壤pH為堿性,對此還需做進(jìn)一步的研究,從而找出其原因。
紅樹林屬于高生長的生態(tài)系統(tǒng),具有強(qiáng)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(jī)質(zhì)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(diào)查樣方的生物量較高。生物量較高的區(qū)域土壤的有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量較高[42-43]。從土壤養(yǎng)分元素看,北海市大冠沙開闊海域沙生紅樹林、黨江河口區(qū)域紅樹林和山口港灣區(qū)域紅樹林土壤有機(jī)質(zhì)、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(shù)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(zhì)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(zhì)量濃度均超出Ⅳ類海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg·L-1)。山口地區(qū)和黨江地區(qū)樣地海水鋅的質(zhì)量濃度達(dá)到了Ш類水標(biāo)準(zhǔn) (p(Zn) ≤0.1 mg·L-1),大冠沙樣地海水水質(zhì)鋅的質(zhì)量濃度達(dá)到了Ⅳ類水標(biāo)準(zhǔn)(p(Zn)≤0.5 mg·L-1)。鉛與鎘的質(zhì)量濃度均為0 mg·L-1,為 I 類水標(biāo)準(zhǔn)。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(chǎn)業(yè)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(tài)系統(tǒng)國家定位觀測研究站運(yùn)行補(bǔ)助(2018-LYPY-DW-074);廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新項(xiàng)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(tài)研究,E-mail:18664662737@163.com