北海市红树林土壤和水质监测研究

詹妮，吴志华，王震

北海市红树林土壤和水质监测研究

詹妮1，吴志华1，王震2＊

(1.国家林业和草原局桉树研究开发中心，广东湛江 524022；2. 北海市防护林场，广西北海 536000)

本文以北海市大冠沙开阔海域沙生红树林、党江河口区域红树林、山口港湾区域红树林土壤及海水为研究对象，分析比较其土壤特征和海水水质状况，揭示其红树林土壤和海水的主要特性。结果表明：除白骨壤低潮地区土壤为碱性(pH为7.6)，其余土壤均为酸性。木榄15 ~ 30 cm、桐花树0 ~ 15 cm与红海榄15 ~ 30 cm土壤有机质含量较高，其对应的有机碳含量亦较高。白骨壤低潮土壤的有机质含量较低。桐花树0 ~ 15 cm、木榄15 ~ 30 cm与红海榄15 ~ 30 cm土壤中全氮含量较高，与有机质、有机碳含量变化趋势一致。桐花树与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量较高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量较高，红海榄土壤中有效磷含量较低。红海榄0 ~ 15 cm土壤中速效钾含量高，但是红海榄15 ~ 30 cm土壤速效钾含量低。大冠沙和山口地区样地的水样为碱性，党江地区样地的水样为酸性。本研究样地中的溶解氧在6.66 ~ 6.86 mg·L-1之间。党江地区海水盐度最低。大冠沙与党江地区样地海水化学需氧量为1.3 mg·L-1，山口地区样地海水化学需氧量为1.4 mg·L-1。样地海水总氮含量：大冠沙地区>党江地区>山口地区。样地海水总磷含量：党江地区>大冠沙地区>山口地区。大冠沙地区样地海水的锌含量高于党江和山口地区的，党江和山口地区样地的铜含量略高于大冠沙地区。在样地海水中未检测出铅、镉物质。

红树林；土壤；水质；监测

红树林湿地指生长在热带、亚热带地区以海岸潮间带的红树植物为主体的海岸湿地类型[1-2]，生态环境服务功能强大[3-6]，可促淤沉积、扩大海滩、扩堤防波、净化水质和保护生物多样性等[7-8]。其作为独特的湿地生态系统，现今人们对红树林保护与生态恢复日益重视。

土壤作为植被赖以生存的物质基础，决定植物群落格局和结构[9]。土壤肥力无法直接测定，可通过测定土壤物理、化学和生物学等指标来计算评价，包括土壤有机质、pH、氮、磷以及钾含量等，可反映出土壤的肥沃程度以及稳定性等[10-12]。通过对红树林土壤的研究可知土壤为红树林植物生长发育所提供的能力状况[13-14]。水质对湿地植物生长发育以及湿地生态系统的稳定极其重要[15-17]，当水体中的重金属含量超过一定限度时，就会对水环境造成污染，影响生态环境安全，亦会对人类健康产生危害[18]。

本研究主要以北海市大冠沙开阔海域沙生红树林、党江河口区域红树林、山口港湾区域红树林土壤及海水为对象，分析比较其土壤特征和海水水质状况，揭示其红树林土壤和海水的主要特性，以期为北海市红树林的监测、保护与管理提供科学依据，对北海市红树林保护和恢复具有重要意义。

1 试验地概况

试验地位于北海市大冠沙开阔海域沙生红树林、党江河口区域红树林、山口港湾区域红树林，选取8个样地(图1A 、B、C)，大冠沙地区样地主要红树林树种有白骨壤()，党江地区样地的主要树种为无瓣海桑()与桐花树()，山口地区样地主要树种有秋茄()、木榄 ()与红海榄()(表1)。

图1 北海市大冠沙、党江以及山口红树林[19]

注：A.大冠沙开阔海域沙生红树林；B.党江河口区域红树林；C.山口港湾区域红树林

1.白骨壤高潮位；2.白骨壤中潮位；3.白骨壤低潮位；4.桐花树；5.无瓣海桑；6.秋茄；7.木榄；8.红海榄

表1 调查红树林群落情况

2 试验方法

2019 年 5 月，从北海市大冠沙开阔海域沙生红树林(白骨壤高潮位、白骨壤中潮位、白骨壤低潮位)、党江河口区域红树林(桐花树、无瓣海桑)、山口港湾区域红树林(秋茄、木榄、红海榄)钻取土样，从对角线3点进行取样，3个重复点。土壤取样从表层至下分为2层，深度分别为0 ~ 15 cm和15 ~ 30 cm深，采样时剔除树叶和杂物，相同层次土壤混合均匀。将采集后的土壤使用塑料袋密封，带回实验室自然风干。经去除根系、研磨以及过筛处理后，主要分析土样的 pH 、有机质、有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷及速效钾8个指标，参照《土壤农化分析》[20]。

分别在大冠沙开阔海域沙生红树林、党江河口区域红树林、山口港湾区域红树林潮沟中采集水样，每个水样均为其采样地点附近的3处水样的混合水样。主要分析测定水样的pH、溶解氧、盐度、浑浊度、氧化还原电位(ORP)、化学需氧量(CODMn)、生化需氧量(BOD5)、铜、锌、铅、镉、总氮及总磷指标，参照《海洋监测规范.第4部分，海水分析:GB GB 17378.4-2007》[21]。

表2 红树林林地土壤性状情况

3 结果与分析

土壤 pH 是重要的化学性质指标，影响着土壤养分的有效性。由表2可知，除白骨壤低潮地区土壤为碱性(pH为7.6)，其余土壤均为酸性。有机质作为土壤的重要组成成分，虽然在土壤中含量占比少，但是对土壤的形成和土壤的肥力等方面具有重要作用。土壤有机质含量亦影响土壤氮和磷的全量及有效量。土壤中有机碳的含量可反映土壤有机质水平，是土壤质量及土壤健康的重要指标之一，能够影响土壤的肥力以及植物的生长发育[22-23]。从表2中可看出，木榄15 ~ 30 cm、桐花树0 ~ 15 cm与红海榄15 ~ 30 cm土壤有机质含量较高，其对应的有机碳含量亦较高。而白骨壤低潮土壤的有机质含量较低。

氮素作为植物细胞质的重要组成部分，又是植物叶绿体的重要成分，直接影响着植株体的生长速度。植物缺乏氮素，会导致叶绿素含量减少，光合作用降低。本研究中桐花树0 ~ 15 cm、木榄15 ~ 30 cm与红海榄15 ~ 30 cm土壤中全氮含量较高，与有机质、有机碳趋势一致。磷素对促进植物细胞分裂和增殖有重要作用，是植物体内酶的重要组成部分，可以使植物的酶转化活动增强，进一步增加植物生长和植株抗性。本研究中桐花树与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量较高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量较高，红海榄土壤中有效磷含量较低。白骨壤低潮、白骨壤中潮与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤与白骨壤低潮、白骨壤中潮与无瓣海桑15 ~ 30 cm土壤中有效磷含量有较大的差异。钾素可促进植物对氮、磷的吸收，有利于蛋白质的形成，能够维持根系强壮等。桐花树与无瓣海桑土壤中全钾含量较高，白骨壤高潮、桐花树与木榄土壤中速效钾含量较高，而白骨壤中潮土壤中速效钾含量较低。红海榄0 ~ 15 cm土壤中速效钾含量高，但是红海榄15 ~ 30 cm土壤速效钾含量低。

表3 红树林林地海水水质情况

由表3可知，大冠沙和山口地区样地的水样为碱性，党江地区样地的水样为酸性。溶解氧(DO)是指溶解于水中的氧，溶解氧含量可以作为评价海水是否受到有机物污染的间接指标，本研究中样地中的溶解氧在6.66 ~ 6.86 mg·L-1之间。党江地区海水盐度最低。化学需氧量(COD)是海水中可氧化的有机质氧化时所需要的氧量，可以反映海水受到还原性物质污染的程度，直接反映海水的质量[24-28]。大冠沙与党江地区样地海水化学需氧量为1.3 mg·L-1，山口地区样地海水化学需氧量为1.4 mg·L-1。样地海水总氮含量：大冠沙地区>党江地区>山口地区。样地海水总磷含量：党江地区>大冠沙地区>山口地区。大冠沙地区样地海水的锌含量高于党江和山口地区的，党江和山口地区样地的铜含量略高于大冠沙地区。在样地海水中未检测出铅、镉物质(图2)。

图2 红树林林地海水重金属含量

4 结论与讨论

土壤为红树植物生长和发育提供物质基础以及决定红树林生长发育的优劣[29]，红树植物亦影响着土壤的形成和发育[30-31]。不同红树植被类型的土壤养分状况不同[32]。土壤pH是土壤理化性质的重要指标，主要影响土壤中各元素存在形态、有效性以及各元素的迁移转化[33-37]，红树植物的生长发育需要从土壤中吸收硫酸根离子，以硫化物的形态累积在植物体内，并以枯枝落叶等被埋藏分解的形式归还到土壤中，从而使硫进入到土壤中，土壤硫含量增加，土壤pH呈对数曲线下降[38-39]。本研究中白骨壤低潮地区土壤pH为碱性，对此还需做进一步的研究，从而找出其原因。

红树林属于高生长的生态系统，具有强烈的生物积累作用[40-41]。本研究中木榄15 ~ 30 cm、桐花树0 ~ 15 cm和红海榄15 ~ 30 cm土壤的有机质含量较高，并且其全氮含量较高，王震等[19]研究表明，木榄，桐花树及红海榄调查样方的生物量较高。生物量较高的区域土壤的有机质含量和全氮含量较高[42-43]。从土壤养分元素看，北海市大冠沙开阔海域沙生红树林、党江河口区域红树林和山口港湾区域红树林土壤有机质、有效磷和速效钾的含量丰富，且不同红树类型之间存在差异。从各土壤属性的分肥力系数看，本研究中白骨壤高潮、桐花树与木榄土壤中速效钾含量较高速效钾含量最高。本研究中桐花树与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中全磷含量较高。白骨壤低潮0 ~ 15 cm、白骨壤中潮0 ~ 15 cm与无瓣海桑0 ~ 15 cm土壤中有效磷含量较高。

本研究中海水铜的质量浓度，3个样地分别为0.066 8、0.069 0与0.059 2 mg·L-1，平均质量浓度均超出Ⅳ类海水水质标准(0.05 mg·L-1)。山口地区和党江地区样地海水锌的质量浓度达到了Ш类水标准 (p(Zn) ≤0.1 mg·L-1)，大冠沙样地海水水质锌的质量浓度达到了Ⅳ类水标准(p(Zn)≤0.5 mg·L-1)。铅与镉的质量浓度均为0 mg·L-1，为 I 类水标准。红树植物对重金属有去除作用，可通过多种方式沉积大量金属污染物，从而对重金属污染有净化功能，而不同的地理位置、潮位流速以及产业活动亦影响着红树林湿地海水重金属污染程度[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

广西北海湿地生态系统国家定位观测研究站运行补助（2018-LYPY-DW-074）；广东省林业科技创新项目(2015KSCX022，2018KJCX018)

詹妮(1990— )，女，博士研究生，主要从事林木遗传育种，E-mail:jennyzn1122@163.com

王震(1990— )，男，硕士，助理工程师，从事红树林湿地生态研究，E-mail:18664662737@163.com