趙雨朦，魏海峰1,*，張明亮，何 潔，趙肖依，霍玉潔，夏 寧

(1. 大連海洋大學(xué) 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方海水增養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，大連116023；2.大連海洋大學(xué) 海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023；3.遼寧省近岸海洋環(huán)境科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧 大連 116023)

濕地是一個(gè)復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，綜合了水文、土壤、植被和生物等多種環(huán)境因素[1]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于濕地的研究比較多，主要集中于環(huán)渤海[2]、長(zhǎng)三角、黃河三角洲[3]等地。國(guó)外學(xué)者發(fā)現(xiàn)，由于氣溫不斷升高、降水量不斷減少，鹽堿濕地土壤和水體中的鹽分逐漸富集，濕地植被群落也發(fā)生了大的變化，物種由豐富的淡水群落轉(zhuǎn)變?yōu)槲锓N匱乏的耐鹽性群落[4-5]。遼河口濕地是中國(guó)中高緯地區(qū)最大的河口濕地，主要依靠降水和河流來(lái)水量補(bǔ)給。近年來(lái)降水和河流來(lái)水量下降，海水入侵范圍擴(kuò)展，濕地土壤鹽分升高，同時(shí)濕地植被出現(xiàn)大面積退化[6]。才大偉等人在對(duì)于遼寧濱海濕地現(xiàn)狀的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，遼寧省濱海濕地現(xiàn)階段面臨的問(wèn)題主要集中于氣候變化、海洋災(zāi)害、海岸帶圍墾、資源的過(guò)度利用以及環(huán)境污染等幾個(gè)方面[7]；再加上近年來(lái)盤(pán)錦紅海灘濕地生態(tài)環(huán)境不斷惡化，致使翅堿蓬出現(xiàn)大面積死亡現(xiàn)象。由此可見(jiàn)解決紅海灘濕地生態(tài)環(huán)境問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。在區(qū)域生態(tài)環(huán)境中，沉積物作為水環(huán)境中污染物質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化的主要載體對(duì)于整體水域質(zhì)量有著重要影響[8]，因此本文通過(guò)對(duì)紅海灘濕地沉積物中常量元素化學(xué)成分進(jìn)行研究，分析出沉積物中主要化學(xué)成分、其空間分布特征以及各離子濃度、含鹽量等因素對(duì)濕地植被群落生長(zhǎng)的影響，進(jìn)而提出相應(yīng)策略，意在推動(dòng)紅海灘濕地生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展，為我國(guó)濕地資源開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)和科學(xué)管理提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)方法及材料

1.1 研究地點(diǎn)

盤(pán)錦紅海灘旅游發(fā)展公司7個(gè)站位。其中站位F、G植被類型為翅堿蓬-蘆葦群落，站位C、D和E植被類型為翅堿蓬群落，站位A、B已退化為光灘植被。

1.2 樣品采集

2018年4、5月，每月采集樣品一次。按照代表性、典型性、便利性的原則，在紅海灘七個(gè)站位分別采集土樣。對(duì)每個(gè)站位使用洛陽(yáng)鏟采集表層、中層和底層的沉積物樣品(0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm)，裝入塑封袋中保存。將采集的土樣帶回實(shí)驗(yàn)室，需冷藏保存。采樣點(diǎn)坐標(biāo)如表1所示。測(cè)定土壤化學(xué)性質(zhì)之前需將土樣自然烘干、研磨、過(guò)篩后，裝入塑封袋標(biāo)明編號(hào)備用。

圖1 紅海灘景區(qū)采樣點(diǎn)示意圖Fig.1 Sampling point of red beach

采樣點(diǎn)Sample point緯度Latitude經(jīng)度LongitudeAN40°48′09.66″E121°56′38.48″BN40°48′24.06″E121°55′34.22″CN40°48′41.63″E121°52′44.79″DN40°48′56.83″E121°52′02.43″EN40°51′20.99″E121°50′38,95″FN40°51′48.00″E121°49′54.81″GN40°53′38.96″E121°50′12.19″

1.3 測(cè)定方法

將風(fēng)干后處理好的土樣與純水按1:5的比例充分混合，震蕩三分鐘后用電導(dǎo)率測(cè)定儀測(cè)出混合物上層液體的電導(dǎo)率；之后通過(guò)鹽度與電導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出沉積物的含鹽量。總硬度測(cè)定采用絡(luò)合滴定法；鈣含量測(cè)定同樣采用絡(luò)合滴定法；氯離子含量測(cè)定采用銀量法進(jìn)行滴定；總堿度測(cè)定采用HCl標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定；硫酸根含量測(cè)定采用鋇容量滴定法。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出的原始數(shù)據(jù)，采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析及作圖，比較不同站位沉積物的各離子含量以及空間差異。通過(guò)ArcGIS10.0做采樣點(diǎn)位置圖。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 沉積物中Ca2+含量分析

如圖2所示，4月份七個(gè)站位的沉積物中Ca2+濃度無(wú)明顯變化趨勢(shì)。其中站位F沉積物中Ca2+濃度整體較低，站位C、E兩處沉積物中Ca2+濃度較高，其他幾處Ca2+濃度相近，變化范圍1.38-4.63 mmol/l之間。表層、中層、底層的Ca2+含量除站位A外，其它各站位均表現(xiàn)為表層>中層>底層。我國(guó)北方地區(qū)降雨量較少，受淋溶作用影響弱，沉積物中Ca2+主要聚集在表層。由于蒸發(fā)作用的影響，沉積物表層中Ca2+含量較高。此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與史紅平[9]和張大庚[10]的研究結(jié)果相一致。

5月份七個(gè)站位的沉積物中Ca2+濃度無(wú)明顯變化趨勢(shì)。其中站位E沉積物中Ca2+濃度整體較高，站位F、G兩處沉積物中Ca2+濃度較低，變化范圍在2.25-7.00 mmol/l之間。

相比于4月份，5月份沉積物中Ca2+的濃度有升高趨勢(shì)，并且除站位A以外，其它同一站位的沉積物中，均發(fā)現(xiàn)Ca2+濃度隨沉積物深度的增加而降低，與史紅平[9]的研究結(jié)果相一致。

圖2 4、5月沉積物中Ca2+ 含量Fig.2 The content of Ca2+ in sediments in April and May注：圖中不同大小寫(xiě)字母分別表示同一月份在同一土層中離子含量差異P<0.01和P<0.05顯著水平，下同。Note：The different upper and lower case letters in the figure respectively indicate the significance level of the difference of ion content P<0.01 and P<0.05 in the same soil layer in the same month, the same below.

2.2 沉積物中Mg2+含量分析

如圖3所示，4月份7個(gè)站位沉積物中Mg2+濃度整體呈下降的趨勢(shì)，其中站位B表層沉積物中Mg2+濃度含量最高，站位G中層沉積物中Mg2+濃度含量最低，整體變化范圍在0.74-12.38 mmol/l之間。此外站位D、E和F三處表中底層沉積物中Mg2+濃度未見(jiàn)明顯變化趨勢(shì)。

5月份，站位A、站位B和站位C三個(gè)站位沉積物中Mg2+濃度依次增高，之后三個(gè)站位沉積物中Mg2+濃度相近且均低于前三個(gè)站位。其中站位C表層沉積物中Mg2+濃度最高，站位F表層沉積物和G站位底層沉積物中Mg2+濃度最低，整體變化范圍4.00-18.75 mmol/l之間。通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果還可發(fā)現(xiàn)，沉積物中Mg2+主要聚集在表層，與Ca2+隨土壤深度變化規(guī)律相一致，由此可以推斷出沉積物中Mg2+受淋溶作用影響較小。此外還可能由于沉積物表層海水蒸發(fā)量較大，導(dǎo)致表層Mg2+濃度較高。

與4月份相比，5月份沉積物中Mg2+濃度有升高趨勢(shì)，其中站位C變化幅度最大，并且從沿海到河口沉積物中Mg2+濃度出現(xiàn)了不同的變化規(guī)律。

圖3 4、5月沉積物中Mg2+ 含量Fig.3 The content of Mg2+ in sediments in April and May

2.3 沉積物中鎂鈣比分析

如圖4所示，4月份沉積物中鎂鈣比值由站位A至站位G鎂鈣比例整體呈降低趨勢(shì)，變化范圍在0.35-4.17之間。從整體上看站位A沉積物中鎂鈣比例最高，其它幾個(gè)靠近河口的站位沉積物中鎂鈣比例普遍較低。但是各個(gè)站位的表中底層沉積物中鎂鈣比例變化未出現(xiàn)明顯的變化趨勢(shì)。

根據(jù)2016、2017年衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)調(diào)查情況，推斷出沉積物中鎂鈣比例過(guò)高可能會(huì)抑制翅堿蓬的生長(zhǎng)，與魯耀[11]等人研究結(jié)果相符。此外趙濤等人研究發(fā)現(xiàn)，遏藍(lán)菜在正常營(yíng)養(yǎng)液(Ca2+/Mg2+=2)條件下獲得最好的生長(zhǎng)條件，增加Ca2+或Mg2+的供給都會(huì)產(chǎn)生抑制作用[12]，實(shí)驗(yàn)結(jié)論與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

5月份沉積物中鎂鈣比值從沿海到河口無(wú)顯著的變化規(guī)律。其中站位C處沉積物中鎂鈣比例整體偏高，站位E處沉積物中鎂鈣比例整體偏低，變化范圍在1.05-2.39之間。

通過(guò)4、5兩月數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)月沉積物中鎂鈣比例出現(xiàn)了不同的變化趨勢(shì)。相比于4月份，可以發(fā)現(xiàn)5月份靠近河口下游的站位沉積物中鎂鈣比例降低，靠近河口上游的站位沉積物中鎂鈣比例升高。

圖4 4、5月沉積物中Mg2+/Ca2+Fig.4 The content of Mg2+/Ca2+ in sediments in April and May

2.4 沉積物中Cl-含量分析

如圖5所示，4月份沉積物中Cl-濃度由河口下游向河口上游有明顯降低趨勢(shì)，站位A沉積物中Cl-濃度整體偏高，站位F、站位G兩處沉積物中Cl-濃度偏低，變化范圍整體在120.00-295.00 mmol/l之間。根據(jù)實(shí)地調(diào)查情況可知，站位A和站位B兩處翅堿蓬已全部退化，目前為光灘狀態(tài)，結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，Cl-含量高低代表了含鹽量的變化規(guī)律，含鹽量過(guò)高也會(huì)抑制生長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)中毒死亡現(xiàn)象，與呂亮等人研究結(jié)果相符[13]。此外，七個(gè)站位各層沉積物中Cl-含量變化規(guī)律為表層>中層>底層，程奕等人在對(duì)沉積物中Cl-含量的研究中發(fā)現(xiàn)20-40、40-60 cm土層氯離子變化的趨勢(shì)與0-20 cm土層一致[14]，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)論相符。

5月份七個(gè)站位中站位C處沉積物中Cl-含量整體偏高，站位F、站位G兩處沉積物中Cl-含量偏低，從沿海至河口沉積物中Cl-濃度呈先增加后減少的趨勢(shì)，整體變化范圍在147.50-470.00 mmol/l之間。與4月份相比，5月份沉積物中Cl-含量普遍升高，且出現(xiàn)了不同的變化趨勢(shì)，原因可能與降水量增加有關(guān)。

圖5 4、5月沉積物中Cl-含量Fig.5 The content of Cl- in sediments in April and May

2.5 沉積物中HCO3-含量分析

如圖6所示，4月份站位B表層沉積物中HCO3-含量最高，站位G沉積物中HCO3-含量整體較高，其它地點(diǎn)沉積物中HCO3-含量基本無(wú)太大變化，變化范圍在9.00-23.00 mmol/l之間。此外，可以觀察到除站位E以外，其它站位的表層中層沉積物HCO3-含量均高于底層沉積物的HCO3-含量。賈曉紅[15]等人研究表明，固沙區(qū)土壤有機(jī)碳含量在垂直方向上呈降低趨勢(shì)，且土壤有機(jī)碳含量直接影響土壤無(wú)機(jī)碳含量。本實(shí)驗(yàn)沉積物中HCO3-的含量在空間上的變化趨勢(shì)與賈曉紅等[15]人所發(fā)現(xiàn)的土壤有機(jī)碳變化規(guī)律一致。

5月份七個(gè)站位中站位D處沉積物中HCO3-含量最低，站位E處沉積物中HCO3-含量最高，從海岸到河口沉積物中HCO3-含量呈V字變化，變化范圍在6.00-13.50 mmol/l之間。對(duì)比4、5兩月數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)不同月份沉積物中HCO3-含量明顯出現(xiàn)了不同的變化趨勢(shì)。

圖6 4、5月沉積物中HCO3-含量Fig.6 The content of HCO3-in sediments in April and May

2.6 沉積物中SO42﹣含量分析

圖7為4、5月份沉積物中SO42﹣含量變化情況，沉積物中硫酸根含量表、中、底層含量差異不大。由此可以推斷沉積物中SO42﹣濃度在垂直方向可能沒(méi)有明顯的變化規(guī)律，因此沉積物深度不是影響SO42﹣濃度變化的重要因素。賈亮亮等人研究發(fā)現(xiàn)，不同土壤地質(zhì)中SO42﹣的含量不同，且土壤中SO42﹣含量在垂直方向上無(wú)明顯變化[16]，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

2.7 沉積物含鹽量分析

如圖8所示，4月份沉積物含鹽量由站位A到站位G呈下降趨勢(shì)，變化范圍在4.65-15.14 g/kg之間。此外通過(guò)觀察數(shù)據(jù)圖還可發(fā)現(xiàn)各站位表層沉積物含鹽量均高于中層和底層，由此可知受海水蒸發(fā)的影響，沉積物鹽分主要集中在0-10 cm的土層，與白娜[17]研究結(jié)果相一致。

圖7 4、5月沉積物中SO42﹣含量Fig.7 The content of SO42﹣in sediments in April and May

圖8 4、5月沉積物含鹽量Fig.8 The content of salinity in sediments in April and May

由于海水鹽度較高，與之相比河口水受淡水輸入的影響鹽度低，因此沉積物含鹽量受水中鹽度影響，與之變化規(guī)律大致相同。此外，站位A和站位B翅堿蓬生長(zhǎng)情況較其它幾處明顯較差，因此可以判斷出沉積物含鹽量過(guò)高會(huì)抑制翅堿蓬的生長(zhǎng)甚至?xí)?dǎo)致死亡。趙強(qiáng)等人研究表明，翅堿蓬雖然為草本植物，有較強(qiáng)的耐鹽性。但土壤鹽分含量過(guò)高，也會(huì)使其出現(xiàn)生理干旱、離子失調(diào)和代謝紊亂等現(xiàn)象，對(duì)生長(zhǎng)造成危害[18]，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。

5月份站位C處沉積物含鹽量明顯高于其它幾處，除站位C外，其它站位沉積物含鹽量由從海岸到河口降低的趨勢(shì)。其中站位F、站位G兩處受淡水輸入的影響，沉積物含鹽量明顯低于其它幾處，整體變化范圍在9.145-23.755 g/kg之間。在實(shí)地調(diào)查中發(fā)現(xiàn)站位C處翅堿蓬已經(jīng)出現(xiàn)大面積死亡的現(xiàn)象，進(jìn)一步證明即使翅堿蓬為耐鹽性草本植物[19]作為北方灘涂的優(yōu)勢(shì)種植物[20]，沉積物含鹽量過(guò)高仍會(huì)導(dǎo)致其死亡，與趙強(qiáng)[18]等人研究結(jié)果相一致。

對(duì)比兩月數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，沉積物含鹽量隨時(shí)間變化有上升的趨勢(shì)。郭敬等人在對(duì)南海鹽度的研究中表明，受蒸發(fā)量、降雨量以及平流等因素的影響，海水鹽度在春季有上升趨勢(shì)[21]，與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。此外通過(guò)結(jié)合沉積物中氯離子含量的數(shù)據(jù)圖可以發(fā)現(xiàn)氯離子含量的變化趨勢(shì)與沉積物鹽度變化趨勢(shì)相一致，由此可以推斷出沉積物含鹽量與氯離子正相關(guān)，與徐振飛[22]研究結(jié)果相一致。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)盤(pán)錦紅海灘沉積物中常量元素化學(xué)成分的研究得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

3.1 沉積物中Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-含量隨著深度的增加而逐漸降低，可能是由于海水在沉積物表面蒸發(fā)導(dǎo)致的鹽分積累。

3.2 沉積物中Ca2+、Mg2+、Cl-由河口下游向河口上游方向均出現(xiàn)了不同程度降低的變化趨勢(shì)；4月份鎂鈣比從河口下游向河口上游顯著下降，5月份則沒(méi)有顯著的變化規(guī)律，可能是受到5月份降雨等因素影響。

3.3 沉積物中5月份的含鹽量與4月份相比有上升趨勢(shì)，沉積物中Ca2+、Mg2+、Cl-含量也有相同變化趨勢(shì)，可能是由于蒸發(fā)量大于降水量導(dǎo)致的。

3.4 沉積物中Cl-的變化趨勢(shì)與含鹽量的變化趨勢(shì)相同，呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。