不同退塘還林方式對紅樹林土壤重金屬含量的影響

摘要：退塘還林是恢復紅樹林濕地的重要手段。通過在文城鎮和文教鎮兩地設置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紅樹林土壤重金屬的積累與分布的影響。結果表明：土壤重金屬含量在一定程度上受地域影響，人工修復方式對紅樹林的恢復具有加速作用。

關鍵詞：紅樹林； 退塘還林； 重金屬； 土壤； 影響

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0027-04

紅樹林生態系統是熱帶和亞熱帶海岸重要的潮間帶河口濕地[1]，具有很高的生產力和多種生態功能。隨著沿海地區工業化、城市化發展和人口增長，濕地面積不斷減少，大量的重金屬進入濱海濕地[2-3]，導致其生態功能逐漸減弱甚至退化，嚴重威脅到生態安全和區域可持續發展。紅樹林濕地在捕獲重金屬方面具有重要作用，但當其受到人為或自然威脅的干擾，將成為釋放重金屬的來源。經歷20世紀末大量的圍海造田、毀林造塘及碼頭和道路等城市建設，我國紅樹林遭到巨大破壞，對退化的紅樹林濕地進行保護和恢復迫在眉睫。

退塘還林是未來增加紅樹林面積的主要手段。恢復過程中，一方面紅樹植物從土壤中吸收營養元素用于自身生長發育，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能夠影響土壤重金屬的積累，而重金屬的積累又會對紅樹林環境產生影響。因此，研究紅樹林修復過程中不同退塘還林方式對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研究區域概況

選取海南省文昌市文城鎮和文教鎮作為研究區域。文城鎮紅樹林位于北緯19°37′31″ 、東經110°48′56″，文教鎮紅樹林位于北緯19°37′14″、東經110°52′47″，兩地紅樹林同屬于八門灣紅樹林區域，土壤質地類型為壤質砂土、粘壤土、沙壤土、中石質緊沙土和重石質輕壤土。研究區域屬熱帶季風島嶼型氣候，年平均氣溫23.2 ℃；光照資源豐富，年平均日照時長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個科，占世界紅樹林品種的40%，是中國紅樹林種類最多的區域。

1.2樣品采集與處理

在海南省文昌市文城鎮和文教鎮紅樹林濕地進行林下采樣。設置3個處理，分別為2019年退塘后人為修復的紅樹林、2019年退塘后自然定植的紅樹林和原始紅樹林。每個處理進行4次重復。采樣時用內徑5 cm、長度0～50 cm 的PVC 管取3 個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，分別裝入封口袋中保存，當天運送回實驗室。采用EPA 3052微波消解標準方法對土壤樣品進行消解。在HNO3-HF-HCL（體積比為9∶3∶1）中進行消化后，采用原子吸收法（美國Thermo SOLAAR-S4）測定砷As、汞Hg、鉛Pb、鎘Cd、鉻Cr、銅Cu、鋅Zn、鎳Ni的含量。對標準樣品和空白樣品分別進行相同的測定，以每個樣點和每個處理下的3個平行樣品的平均值作為測定結果。試驗所用化學試劑HNO₃、HF、HCL均為優級純，所用水均為超純水。

1.3數據統計與分析

利用R 4.0.3對數據進行分析。采用雙因素方差分析評估樣點、土地處理類型及其交互作用對土壤重金屬含量的影響。如果影響因素達到顯著水平，利用emmeans包進行多重比較。比例斜率是指兩種要素之間的數量影響關系，用以判斷兩種要素的耦合關系，利用smatr包對兩種重金屬元素之間的比例斜率進行計算。利用glmm.hp包對樣點和類型兩種影響土壤重金屬元素的因素進行方差分解。

2結果與分析

2.1紅樹林土壤重金屬含量的影響因素

不同樣點和不同土地處理類型對紅樹林土壤重金屬含量影響的分析結果見表1。

由表1可知，不同樣點和不同土地處理類型對土壤重金屬含量的影響存在交互作用。

文城鎮和文教鎮紅樹林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種重金屬在文教鎮紅樹林土壤中的含量在整體上均高于文城鎮，說明樣點位置對土壤重金屬含量有重要影響。這可能是因為文教鎮的鑄造、榨油等產業發展較好，而鑄造和加工產生的廢水會對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個處理。人工修復和自然定植處理下土壤重金屬含量基本一致，人工修復處理略低于自然定植，但均比原始紅樹林明顯降低，說明退塘還林對降低紅樹林土壤重金屬含量起到一定作用，而人工修復對紅樹林的恢復更具有加速作用。

不同樣點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，不同樣點和不同土地處理類型對其他7種重金屬含量的影響均存在交互作用，且文教鎮原始紅樹林土壤重金屬含量明顯高于文城鎮。

2.2紅樹林土壤重金屬的化學計量關系

土壤中各種重金屬的化學計量關系如圖4所示。

由圖4可以看出，土壤中As-Cu、Hg-Cu、Cd-Cu、Cr-Cu、Cu-Ni的相關性均未達到顯著水平（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種元素為解耦合關系，且增長率低；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均為耦合關系；Zn與Ni的比例斜率小于1，表明二者為解耦合關系；As與Hg的比例斜率等于1，表明二者為耦合關系。As和Hg與Zn、Pb、Ni、Cr、Cd的化學計量關系一致，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，對應Pb的含量會成比例加倍增長。通過研究重金屬的化學計量關系，可根據一種或兩種重金屬的含量推測與其相關性較大的其他重金屬的含量，能夠節約資源和成本。

2.3紅樹林土壤重金屬含量影響因素的相對重要性

不同樣點和不同土地處理類型對紅樹林土壤重金屬含量影響的方差分解結果見表2。

由表2可知，2個樣點位置對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位置，這與文城鎮和文教鎮的地理位置差異有密切關系。3種土地處理類型對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。說明樣點位置與土地處理類型對土壤中重金屬含量影響的相對重要性存在差異。

3結論

對文城鎮和文教鎮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紅樹林土壤修復的影響。結果表明：土壤重金屬含量在一定程度上受地域影響，且文教鎮的土壤重金屬含量明顯高于文城鎮。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，人工修復紅樹林土壤重金屬含量最低。采取人工修復的退塘還林方式對紅樹林土壤修復具有重要作用。