摘要：退塘還林是恢復(fù)紅樹林濕地的重要手段。通過在文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)兩地設(shè)置3種不同的土地處理類型，考察土壤中主要重金屬的含量，探究不同退塘還林方式對(duì)紅樹林土壤重金屬的積累與分布的影響。結(jié)果表明：土壤重金屬含量在一定程度上受地域影響，人工修復(fù)方式對(duì)紅樹林的恢復(fù)具有加速作用。

關(guān)鍵詞：紅樹林； 退塘還林； 重金屬； 土壤； 影響

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2024）05-0027-04

紅樹林生態(tài)系統(tǒng)是熱帶和亞熱帶海岸重要的潮間帶河口濕地[1]，具有很高的生產(chǎn)力和多種生態(tài)功能。隨著沿海地區(qū)工業(yè)化、城市化發(fā)展和人口增長(zhǎng)，濕地面積不斷減少，大量的重金屬進(jìn)入濱海濕地[2-3]，導(dǎo)致其生態(tài)功能逐漸減弱甚至退化，嚴(yán)重威脅到生態(tài)安全和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。紅樹林濕地在捕獲重金屬方面具有重要作用，但當(dāng)其受到人為或自然威脅的干擾，將成為釋放重金屬的來(lái)源。經(jīng)歷20世紀(jì)末大量的圍海造田、毀林造塘及碼頭和道路等城市建設(shè)，我國(guó)紅樹林遭到巨大破壞，對(duì)退化的紅樹林濕地進(jìn)行保護(hù)和恢復(fù)迫在眉睫。

退塘還林是未來(lái)增加紅樹林面積的主要手段?；謴?fù)過程中，一方面紅樹植物從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)元素用于自身生長(zhǎng)發(fā)育，另一方面其根系和凋落物能降低水流速度，有利于重金屬等污染物沉積，并能改變土壤的吸附能力。退化紅樹林濕地的恢復(fù)能夠影響土壤重金屬的積累，而重金屬的積累又會(huì)對(duì)紅樹林環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，研究紅樹林修復(fù)過程中不同退塘還林方式對(duì)土壤重金屬的積累與分布的影響，具有重要意義。

1材料與方法

1.1研究區(qū)域概況

選取海南省文昌市文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)作為研究區(qū)域。文城鎮(zhèn)紅樹林位于北緯19°37′31″ 、東經(jīng)110°48′56″，文教鎮(zhèn)紅樹林位于北緯19°37′14″、東經(jīng)110°52′47″，兩地紅樹林同屬于八門灣紅樹林區(qū)域，土壤質(zhì)地類型為壤質(zhì)砂土、粘壤土、沙壤土、中石質(zhì)緊沙土和重石質(zhì)輕壤土。研究區(qū)域?qū)贌釒Ъ撅L(fēng)島嶼型氣候，年平均氣溫23.2 ℃；光照資源豐富，年平均日照時(shí)長(zhǎng)1 953.8 h；降水充足，年平均降水量1 721.6mm，以5—10月為主。目前八門灣紅樹林有18個(gè)科，占世界紅樹林品種的40%，是中國(guó)紅樹林種類最多的區(qū)域。

1.2樣品采集與處理

在海南省文昌市文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)紅樹林濕地進(jìn)行林下采樣。設(shè)置3個(gè)處理，分別為2019年退塘后人為修復(fù)的紅樹林、2019年退塘后自然定植的紅樹林和原始紅樹林。每個(gè)處理進(jìn)行4次重復(fù)。采樣時(shí)用內(nèi)徑5 cm、長(zhǎng)度0～50 cm 的PVC 管取3 個(gè)0～10cm深的土壤柱樣，以每2 cm土壤柱樣均勻混合為1次重復(fù)，分別裝入封口袋中保存，當(dāng)天運(yùn)送回實(shí)驗(yàn)室。采用EPA 3052微波消解標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)土壤樣品進(jìn)行消解。在HNO3-HF-HCL（體積比為9∶3∶1）中進(jìn)行消化后，采用原子吸收法（美國(guó)Thermo SOLAAR-S4）測(cè)定砷As、汞Hg、鉛Pb、鎘Cd、鉻Cr、銅Cu、鋅Zn、鎳Ni的含量。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品和空白樣品分別進(jìn)行相同的測(cè)定，以每個(gè)樣點(diǎn)和每個(gè)處理下的3個(gè)平行樣品的平均值作為測(cè)定結(jié)果。試驗(yàn)所用化學(xué)試劑HNO₃、HF、HCL均為優(yōu)級(jí)純，所用水均為超純水。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用R 4.0.3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用雙因素方差分析評(píng)估樣點(diǎn)、土地處理類型及其交互作用對(duì)土壤重金屬含量的影響。如果影響因素達(dá)到顯著水平，利用emmeans包進(jìn)行多重比較。比例斜率是指兩種要素之間的數(shù)量影響關(guān)系，用以判斷兩種要素的耦合關(guān)系，利用smatr包對(duì)兩種重金屬元素之間的比例斜率進(jìn)行計(jì)算。利用glmm.hp包對(duì)樣點(diǎn)和類型兩種影響土壤重金屬元素的因素進(jìn)行方差分解。

2結(jié)果與分析

2.1紅樹林土壤重金屬含量的影響因素

不同樣點(diǎn)和不同土地處理類型對(duì)紅樹林土壤重金屬含量影響的分析結(jié)果見表1。

由表1可知，不同樣點(diǎn)和不同土地處理類型對(duì)土壤重金屬含量的影響存在交互作用。

文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)紅樹林0～10 cm 深度土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Ni 的含量如圖1所示。

由圖1可以看出，除Cu含量差異不顯著外，其他7種重金屬在文教鎮(zhèn)紅樹林土壤中的含量在整體上均高于文城鎮(zhèn)，說明樣點(diǎn)位置對(duì)土壤重金屬含量有重要影響。這可能是因?yàn)槲慕替?zhèn)的鑄造、榨油等產(chǎn)業(yè)發(fā)展較好，而鑄造和加工產(chǎn)生的廢水會(huì)對(duì)紅樹林土壤造成更多的污染，使其重金屬含量增加。

不同土地處理類型下紅樹林土壤重金屬含量如圖2所示。圖2中，19R表示2019年人工修復(fù)處理，19Z表示2019年自然定植處理，19Y表示原始紅樹林處理。

由圖2可以看出，除Hg含量差異不顯著外，其他7種重金屬在原始紅樹林土壤中的含量明顯高于另外2個(gè)處理。人工修復(fù)和自然定植處理下土壤重金屬含量基本一致，人工修復(fù)處理略低于自然定植，但均比原始紅樹林明顯降低，說明退塘還林對(duì)降低紅樹林土壤重金屬含量起到一定作用，而人工修復(fù)對(duì)紅樹林的恢復(fù)更具有加速作用。

不同樣點(diǎn)和不同土地處理類型下土壤重金屬含量如圖3所示。

由圖3可以看出，除Cu外，不同樣點(diǎn)和不同土地處理類型對(duì)其他7種重金屬含量的影響均存在交互作用，且文教鎮(zhèn)原始紅樹林土壤重金屬含量明顯高于文城鎮(zhèn)。

2.2紅樹林土壤重金屬的化學(xué)計(jì)量關(guān)系

土壤中各種重金屬的化學(xué)計(jì)量關(guān)系如圖4所示。

由圖4可以看出，土壤中As-Cu、Hg-Cu、Cd-Cu、Cr-Cu、Cu-Ni的相關(guān)性均未達(dá)到顯著水平（Pgt;0.05）。Pb與其他7種元素的比例斜率均小于1，表明Pb與其他7種元素為解耦合關(guān)系，且增長(zhǎng)率低；Zn與Hg、Cu、Cr、Cd、As 的比例斜率均等于1，表明Zn 與Hg、Cu、Cr、Cd、As均為耦合關(guān)系；Zn與Ni的比例斜率小于1，表明二者為解耦合關(guān)系；As與Hg的比例斜率等于1，表明二者為耦合關(guān)系。As和Hg與Zn、Pb、Ni、Cr、Cd的化學(xué)計(jì)量關(guān)系一致，二者與Ni、Cd、Cr的比例斜率均小于1，表明As和Hg與這3種金屬元素均為解耦合關(guān)系；二者與Zn的比例斜率均等于1，表明As和Hg與Zn均為耦合關(guān)系；As和Hg與Pb的比例斜率均大于1，說明1等份As或Hg含量的增長(zhǎng)，對(duì)應(yīng)Pb的含量會(huì)成比例加倍增長(zhǎng)。通過研究重金屬的化學(xué)計(jì)量關(guān)系，可根據(jù)一種或兩種重金屬的含量推測(cè)與其相關(guān)性較大的其他重金屬的含量，能夠節(jié)約資源和成本。

2.3紅樹林土壤重金屬含量影響因素的相對(duì)重要性

不同樣點(diǎn)和不同土地處理類型對(duì)紅樹林土壤重金屬含量影響的方差分解結(jié)果見表2。

由表2可知，2個(gè)樣點(diǎn)位置對(duì)As、Hg、Cd、Cr、Ni這5種重金屬含量的影響均大于75.00%，其中As含量幾乎完全取決于樣點(diǎn)位置，這與文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)的地理位置差異有密切關(guān)系。3種土地處理類型對(duì)Pb、Cu、Zn含量的影響比較顯著，其中Cu含量取決于土地處理類型。說明樣點(diǎn)位置與土地處理類型對(duì)土壤中重金屬含量影響的相對(duì)重要性存在差異。

3結(jié)論

對(duì)文城鎮(zhèn)和文教鎮(zhèn)兩地的紅樹林采取不同的退塘還林方式，比較各處理土壤中As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu、Zn和Ni這8種重金屬含量的差異，探究退塘還林方式對(duì)紅樹林土壤修復(fù)的影響。結(jié)果表明：土壤重金屬含量在一定程度上受地域影響，且文教鎮(zhèn)的土壤重金屬含量明顯高于文城鎮(zhèn)。3種土地處理類型中，原始紅樹林的土壤重金屬含量最高；兩種退塘還林方式中，人工修復(fù)紅樹林土壤重金屬含量最低。采取人工修復(fù)的退塘還林方式對(duì)紅樹林土壤修復(fù)具有重要作用。