閩南沿海主要海灣和河口濕地上覆水營養(yǎng)鹽分布特征

韓智獻 仝川,3 劉白貴 黃佳芳,3*

（1 福建師范大學地理科學學院，福建 福州350007；2 福建師范大學亞熱帶濕地研究中心，福建 福州350007；3 濕潤亞熱帶生態(tài)- 地理過程教育部重點實驗室，福建 福州，350007）

河口/ 海灣濕地中的氮、磷等營養(yǎng)元素是衡量濕地水體環(huán)境污染程度的重要指標。在潮汐和人類活動的影響下，河口/ 海灣濕地上覆水和沉積物間營養(yǎng)鹽發(fā)生遷移和交換。人類活動與河口/ 海灣濕地上覆水營養(yǎng)鹽分布息息相關(guān)，一方面人類活動對河口/ 海灣濕地上覆水營養(yǎng)鹽輸入和遷移起著推動作用，另一方面，濕地上覆水營養(yǎng)鹽特征影響濕地水質(zhì)和人類生存環(huán)境(Pei et al, 2009)。因此，對河口/ 海灣濕地上覆水營養(yǎng)鹽分布特征的研究，可以明晰在當前人類活動下的河流輸入或其他遷移方式對河口/ 海灣濕地上覆水營養(yǎng)鹽的影響，了解濱海濕地水質(zhì)情況，為準確評估濱海濕地生態(tài)功能與價值、改善濱海濕地水質(zhì)，合理利用和保護濕地資源提供科學依據(jù)(Eyre et al, 2002)。

本研究通過對閩南沿海河口、海灣分布的紅樹林濕地和鹽沼濕地上覆水的采樣及營養(yǎng)鹽濃度測定，對福建南部的主要海灣和河口濕地上覆水營養(yǎng)鹽的空間分布特征和不同植物群落類型下的上覆水營養(yǎng)鹽特征進行探討，以期為福建南部海灣和河口濕地的水質(zhì)管理和濕地保護提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)( 何露露等, 2019)。

1 材料與方法

1.1 實驗區(qū)概況

在福建南部沿海從北往南依次選取泉州灣濕地、九龍江河口濕地、東山舊鎮(zhèn)灣濕地作為研究對象，采樣點位置及優(yōu)勢植物見圖1 和表1。泉州灣灣口向東敞開，海灣面積128.18 km2，其中灘涂面積80.42 km2， 水域面積47.46 km2( 李榮冠等, 2005)。九龍江河口是典型的濱海濕地，福建省第2大河流九龍江在此入海，近年來受工程建設、海洋污染和互花米草入侵等的作用，各種碳氮交換和水質(zhì)也受到影響，廈門港口位于九龍江口( 潘齊坤等，2011)。東山灣位于東海和南海交匯處，東海和南海魚類都可在此繁殖。漳江在此流入東山灣，對東山灣濱海濕地的污染物輸入和水質(zhì)變化有重要影響( 涂子欣，2012)。

1.2 樣品采集與測定

2015 年7 月利用聚乙烯塑料瓶采集各海灣/ 河口采樣點低洼處地表上覆水。每個采樣點3 個重復，采集500 mL 水樣，滴加硫酸至水樣pH ＜2。所有樣品均置于保溫箱中低溫遮光保存，并且在6 h 內(nèi)運回實驗室后，立刻用0.45 μm 混合纖維濾膜( 上海興亞凈化) 過濾，過濾的水樣裝入容積為50 ml 的聚乙烯瓶內(nèi)，置于冰箱中4℃冷藏保存至測定分析。上覆水樣中的NO3--N、NH4+-N 和PO43--P 濃度利用連續(xù)流動分析儀(SKALAR San++, 荷蘭) 測定，其中硝酸鹽(NO3--N) 測定用鋅鎘還原法，氨氮(NH4+-N)測定用次溴酸鈉氧化法，PO43--P 測定用抗壞血酸還原磷鉬藍法，儀器最低檢測量為0.005 mg/L。

采用HI98121(HANNA Instruments, Italy) 便攜式pH/ 氧化還原電位/ 溫度計現(xiàn)場測定上覆水體pH、氧化還原電位(ORP) 及水溫；用HI8734 便攜式TDS 測定儀(HANNA Instruments, Italy) 測定總?cè)芙夤腆w(Total dissolved solid, TDS)；采用YSI 550A 便攜式溶氧儀測定上覆水體溶解氧濃度，用便攜式鹽度計(Eutech Instruments) 測定鹽度。上述水理化指標每次測定之前，均用去離子水或相應儀器緩沖液將儀器清洗3 次。

圖1 福建南部沿海海灣/ 河口濕地上覆水采樣點分布圖Fig.1 Distribution map of overlying water sampling points in the tidal wetlands in the bays and estuary of southern Fujian

表1 福建南部沿海濕地上覆水樣地及植物群落類型Table 1 Number of overlying water sampling points and corresponding plant community types in the tidal wetlands area in southern Fujian

表2 福建南部沿海海灣/ 河口濕地上覆水理化特征Table 2 Physical and chemical properties of the overlying water in tidal wetlands in southern Fujian

1.3 數(shù)據(jù)分析與處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析采用EXCEL 和SPSS 19.0 軟件，繪圖采用Origin 8；利用SPSS 19.0 進行ANOVA 方差檢驗和LSD 多重比較，差異比較采用獨立樣本T檢驗，顯著性水平P ＜0.05，上覆水理化指標與營養(yǎng)鹽濃度之間的相關(guān)性利用Pearson 相關(guān)分析法，進一步采用多元逐步回歸分析，構(gòu)建上覆水營養(yǎng)鹽濃度與主要因素的回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 上覆水理化特征

福建南部沿海3 個濕地上覆水pH 值、ORP、鹽度、電導均存在顯著差異(P ＜0.05)。泉州灣濕地pH 值顯著高于九龍江河口、東山舊鎮(zhèn)灣；九龍江河口濕地ORP 顯著高于泉州灣、東山舊鎮(zhèn)灣；九龍江河口濕地電導率顯著高于東山舊鎮(zhèn)灣，與泉州灣無顯著差異；東山舊鎮(zhèn)灣濕地鹽度顯著低于九龍江河口和泉州灣( 表2)。

2.2 上覆水營養(yǎng)鹽濃度

福建南部沿海3 個濕地片區(qū)上覆水NH4+-N、NO3--N 濃度存在顯著差異(P ＜0.05)，泉州灣濕地上覆水NH4+-N 濃度最高，為1.71 mg/L，顯著高于東山舊鎮(zhèn)灣(0.76 mg/L)、九龍江河口(0.65 mg/L)(P＜0.05)；東山舊鎮(zhèn)灣、九龍江河口濕地上覆水NO3--N 濃度分別為1.98 mg/L、1.46 mg/L，顯著高于泉州灣(0.29 mg/L)(P ＜0.05)；九龍江河口、東山舊鎮(zhèn)灣、泉州灣濕地上覆水PO43--P 濃度無顯著差異(P ＞0.05)( 圖2)。東山舊鎮(zhèn)灣濕地上覆水3 種營養(yǎng)鹽濃度總和（3.17 mg/L）高于泉州灣濕地(2.23 mg/L) 和九龍江河口濕地(2.69 mg/L)，分別高出42.15%和17.84%。

2.3 不同植物群落上覆水營養(yǎng)鹽濃度

東山舊鎮(zhèn)灣濕地不同植物群落上覆水NH4+-N、NO3--N 濃度差異顯著(P ＜0.05)，PO43--P 濃度差異不顯著(P ＞0.05)，其中桐花樹和互花米草群落上覆水NH4+-N 濃度分別為1.08 mg/L、0.82 mg/L，顯著大于短葉茳芏(0.44 mg/L)、無瓣海桑(0.76 mg/L)；互花米草群落濕地上覆水NO3--N 濃度為2.97 mg/L，顯著大于秋茄(0.86 mg/L)、桐花樹(1.0 mg/L)、無瓣海桑(0.6 mg/L)( 表3)。

九龍江河口濕地不同植物群落上覆水NO3--N、PO43--P 濃度顯著差異(P ＜0.05)，NH4+-N 濃度差異不顯著(P ＞0.05)，其中短葉茳芏和蘆葦群落濕地上覆水NO3--N 濃度分別為2.35 mg/L、2.87 mg/L，顯著大于互花米草(0.25 mg/L)、秋茄(1.14 mg/L)；短葉茳芏群落濕地上覆水PO43--P 濃度為2.25 mg/L，顯著大于互花米草(0.11 mg/L)、秋茄(0.18 mg/L)、蘆葦(0.14 mg/L) ( 表3)。

泉州灣濕地互花米草與秋茄群落上覆水NH4+-N、PO43--P 濃度差異顯著(P ＜0.05)，NO3--N 濃度差異不顯著(P ＞0.05)，其中秋茄群落上覆水NH4+-N 濃度為4.39 mg/L，顯著大于互花米草（0.37 mg/L）；秋茄群落PO43--P 濃度為0.48 mg/L，顯著大于互花米草(0.1 mg/L)( 表3)。

不同濕地植物群落上覆水營養(yǎng)鹽濃度見表4。在3 個濕地調(diào)查的6 種植物群落中，不同植物群落上覆水的NO3--N 濃度差異顯著(P ＜0.05)，NH4+-N和PO43--P 濃度差異不顯著(P ＞0.05)。其中，蘆葦、短葉茳芏和互花米草3 種植物群落的上覆水NO3--N 濃度高于秋茄、桐花樹和無瓣海桑。蘆葦群落上覆水NO3--N 濃度含量顯著高于其他5 種植物(P＜0.05)，無瓣海桑群落生境下上覆水NO3--N 濃度含量顯著低于其他5 種植物(P ＜0.05)。

圖2 福建南部沿海濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度Fig. 2 Nutrient concentrations of the overlying water in tidal wetland areas in southern Fujian

表3 福建南部沿海濕地不同植物群落濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度Table 3 Nutrient concentration of overlying water in different plant communities in wetland areas along the southern coast of Fujian

2.4 上覆水營養(yǎng)鹽濃度與水體理化指標間的關(guān)系

3 個海灣和河口濕地濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度與上覆水其它理化指標的相關(guān)分析表明，NO3--N 濃度與鹽度呈顯著正相關(guān)(P ＜0.05)( 表5)。

利用多元回歸分析中的逐步回歸法，建立上覆水NO3--N 濃度(Y) 與上覆水各理化因子pH 值(X1)、氧化還原電位(X2)、鹽度(X3)、水溫(X4)、總?cè)芙夤腆w濃度(X5)、溶解氧濃度(X6) 的最優(yōu)回歸方程：

Y=0.142X3-0.092X6+0.16

回歸方程結(jié)果表明：鹽度和上覆水NO3--N 濃度呈正相關(guān)關(guān)系，并且對上覆水NO3--N 貢獻最為顯著(P＜0.05)，水體中的溶解氧濃度和上覆水NO3--N 濃度呈負相關(guān)關(guān)系，一定程度影響上覆水的NO3--N 濃度。

3 討論

東山舊鎮(zhèn)灣濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度總和高于泉州灣濕地和九龍江河口濕地，分別高出42.15%和17.84%。東山舊鎮(zhèn)灣沿岸居民主要從事各種海產(chǎn)養(yǎng)殖，東山灣是東海和南海海域交匯處，東海和南海魚類都可以在此繁殖，魚類養(yǎng)殖是沿海濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度的主要來源( 蔡繼晗等，2010 ；郭永堅等, 2013)。此外，漳江在東山灣入海，上游沿岸城鎮(zhèn)集中，各種工農(nóng)業(yè)、生活污水排放較大，各種營養(yǎng)鹽在河口集聚，在海水頂托作用下營養(yǎng)鹽聚集于封閉的海灣中，營養(yǎng)鹽濃度較高。

泉州灣上覆水NH4+-N 濃度顯著高于東山舊鎮(zhèn)灣、九龍江河口，有研究表明較高的溶解氧會抑制或降低沉積物NH4+-N 的釋放( 閆興成等, 2018)，對泉州灣水體理化性質(zhì)的探究發(fā)現(xiàn)：泉州灣上覆水中的溶解氧要高于后二者，推測可能是因為硝化作用需要消耗氧氣，通過硝酸鹽和亞硝酸鹽將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮，泉州灣的硝化作用較弱，氧分子更多地被溶解在上覆水中。根據(jù)已有研究表明( 汪旭明等, 2015; 顏利等, 2012)，從上世紀80 年代泉州灣水體富營養(yǎng)化嚴重，90 年代速度放緩，21 世紀初富營養(yǎng)化呈持續(xù)增高的趨勢。泉州灣水體富營養(yǎng)化的主要原因是NH4+-N 的輸入，泉州灣2008 年氨氮入海量為5 366 t，主要來源是江河入海，江河入海占比46%。

東山舊鎮(zhèn)灣、九龍江河口上覆水NO3--N 濃度顯著高于泉州灣。東山舊鎮(zhèn)灣和九龍江河口相對于泉州灣而言，海域面積更加廣闊，受潮汐作用更加明顯。NO3--N的來源主要是各種銨鹽在氧化作用下形成的，九龍江作為福建省第二大河流，在入?？谔幒铀當_動較大，硝化作用在有氧環(huán)境下更容易進行，因此東山舊鎮(zhèn)灣、九龍江河口上覆水NO3--N 相對于泉州灣顯著偏高。

表4 福建南部沿海海灣/ 河口濕地不同群落覆水營養(yǎng)鹽濃度比較Table 4 Comparison of the nutrient concentration of the overlying water in different plant communities of the tidal wetlands in southern Fujian

表5 福建南部沿海海灣/ 河口濕地上覆水營養(yǎng)鹽濃度與其它理化指標間的相關(guān)關(guān)系Table 5 Correlation between nutrient concentration of overlying water and physical and chemical properties of the tidal wetlands in southern Fujian

根據(jù)不同植物生長背景下的上覆水營養(yǎng)鹽濃度與水體理化指標的相關(guān)性分析，僅NO3--N 與水體鹽度呈顯著正相關(guān)。反硝化作用會使硝酸鹽還原成氮氣，反硝化菌在較高鹽度下活性會降低，反硝化作用減弱，因此較高的海水鹽度更容易使濱海沼澤濕地的硝酸鹽濃度增加( 張林海等, 2015; 蔣小欣等, 2007)。

短葉茳芏濕地和蘆葦濕地上覆水NO3--N 濃度高于紅樹林濕地。入海河流徑流向海輸出的氮素營養(yǎng)鹽中以NO3--N 為主，一方面，短葉茳芏濕地和蘆葦濕地多分布在河口/ 海灣近岸方向，而紅樹林濕地和互花米草濕地多分布于近海方向，推測河流徑流輸出的NO3--N 更多地滯留在蘆葦濕地和短葉茳芏濕地，造成其上覆水NO3--N 濃度較高。一些研究發(fā)現(xiàn)濕地植物對氮磷等養(yǎng)分的吸收能力與植物的生物量呈正相關(guān)( 劉佩佩等, 2013)。秋茄、無瓣海桑和桐花樹均屬于紅樹林類型，為灌木或喬木，長勢高大，對水體中營養(yǎng)元素的需求量大，在生長有紅樹的濕地，沉積物和上覆水中的氮、磷養(yǎng)分更多地吸收固定于植物體內(nèi)，氮磷轉(zhuǎn)化和交換速率較慢( 陳玲等, 2016; Wu et al,2006; 王麗榮, 2000)，此外，紅樹林發(fā)達的光合器官可以很好地將地上部分吸收的氧氣傳送到根部，使根部附近環(huán)境處于好氧狀態(tài)，為微生物的生存提供有利條件，間接地提高紅樹林對于氮磷的吸收能力。

4 結(jié)論

(1) 福建南部海灣/ 河口濕地由于地形、沿海人類活動強度以及入海河流營養(yǎng)鹽輸入的差異，營養(yǎng)鹽濃度總和存在差異；東山舊鎮(zhèn)灣、九龍江河口上覆水NO3--N 濃度顯著高于泉州灣，主要與地形、水產(chǎn)養(yǎng)殖以及水體鹽度有關(guān)，泉州灣NH4+-N 濃度較高主要與入海徑流的輸入有關(guān)。

(2) 福建南部海灣/ 河口濕地不同植物群落上覆水NO3--N 濃度具有顯著差異(P ＜0.05)，短葉茳芏和蘆葦濕地上覆水比紅樹林濕地可滯留更多的NO3--N，這與植物的生物量和植物對養(yǎng)分的固定和轉(zhuǎn)換能力存在很大關(guān)系。