閩南沿海主要海灣和河口濕地上覆水營養鹽分布特征

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- 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、磷等營養元素是衡量濕地水體環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鹽發生遷移和交換。人類活動與河口/ 海灣濕地上覆水營養鹽分布息息相關，一方面人類活動對河口/ 海灣濕地上覆水營養鹽輸入和遷移起著推動作用，另一方面，濕地上覆水營養鹽特征影響濕地水質和人類生存環境(Pei et al, 2009)。因此，對河口/ 海灣濕地上覆水營養鹽分布特征的研究，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鹽的影響，了解濱海濕地水質情況，為準確評估濱海濕地生態功能與價值、改善濱海濕地水質，合理利用和保護濕地資源提供科學依據(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鹽的空間分布特征和不同植物群落類型下的上覆水營養鹽特征進行探討，以期為福建南部海灣和河口濕地的水質管理和濕地保護提供基礎數據( 何露露等, 2019)。

1 材料與方法

1.1 實驗區概況

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、東山舊鎮灣濕地作為研究對象，采樣點位置及優勢植物見圖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，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) 測定總溶解固體(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 數據分析與處理

數據統計與分析采用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鹽濃度之間的相關性利用Pearson 相關分析法，進一步采用多元逐步回歸分析，構建上覆水營養鹽濃度與主要因素的回歸方程。

2 結果與分析

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、東山舊鎮灣；九龍江河口濕地ORP 顯著高于泉州灣、東山舊鎮灣；九龍江河口濕地電導率顯著高于東山舊鎮灣，與泉州灣無顯著差異；東山舊鎮灣濕地鹽度顯著低于九龍江河口和泉州灣( 表2)。

2.2 上覆水營養鹽濃度

福建南部沿海3 個濕地片區上覆水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，顯著高于東山舊鎮灣(0.76 mg/L)、九龍江河口(0.65 mg/L)(P＜0.05)；東山舊鎮灣、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)。東山舊鎮灣濕地上覆水3 種營養鹽濃度總和（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鹽濃度

東山舊鎮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鹽濃度見表4。在3 個濕地調查的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 上覆水營養鹽濃度與水體理化指標間的關系

3 個海灣和河口濕地濕地上覆水營養鹽濃度與上覆水其它理化指標的相關分析表明，NO3--N 濃度與鹽度呈顯著正相關(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)、總溶解固體濃度(X5)、溶解氧濃度(X6) 的最優回歸方程：

Y=0.142X3-0.092X6+0.16

回歸方程結果表明：鹽度和上覆水NO3--N 濃度呈正相關關系，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 濃度呈負相關關系，一定程度影響上覆水的NO3--N 濃度。

3 討論

東山舊鎮灣濕地上覆水營養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%。東山舊鎮灣沿岸居民主要從事各種海產養殖，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，魚類養殖是沿海濕地上覆水營養鹽濃度的主要來源( 蔡繼晗等，2010 ；郭永堅等, 2013)。此外，漳江在東山灣入海，上游沿岸城鎮集中，各種工農業、生活污水排放較大，各種營養鹽在河口集聚，在海水頂托作用下營養鹽聚集于封閉的海灣中，營養鹽濃度較高。

泉州灣上覆水NH4+-N 濃度顯著高于東山舊鎮灣、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的探究發現：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化嚴重，90 年代速度放緩，21 世紀初富營養化呈持續增高的趨勢。泉州灣水體富營養化的主要原因是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%。

東山舊鎮灣、九龍江河口上覆水NO3--N 濃度顯著高于泉州灣。東山舊鎮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，在入海口處河水擾動較大，硝化作用在有氧環境下更容易進行，因此東山舊鎮灣、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鹽濃度與其它理化指標間的相關關系Table 5 Correlation between nutrient concentration of overlying water and physical and chemical properties of the tidal wetlands in southern Fujian

根據不同植物生長背景下的上覆水營養鹽濃度與水體理化指標的相關性分析，僅NO3--N 與水體鹽度呈顯著正相關。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。一些研究發現濕地植物對氮磷等養分的吸收能力與植物的生物量呈正相關( 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、磷養分更多地吸收固定于植物體內，氮磷轉化和交換速率較慢( 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，使根部附近環境處于好氧狀態，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鹽輸入的差異，營養鹽濃度總和存在差異；東山舊鎮灣、九龍江河口上覆水NO3--N 濃度顯著高于泉州灣，主要與地形、水產養殖以及水體鹽度有關，泉州灣NH4+-N 濃度較高主要與入海徑流的輸入有關。

(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分的固定和轉換能力存在很大關系。