鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)沉積物和水質監(jiān)測研究

摘要" 以鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)內紅樹林自然分布點和生態(tài)修復造林地為研究對象，連續(xù)監(jiān)測3年，比較其沉積物和海水元素含量的變化及其特性。結果表明：原生地和造林地沉積物的有機碳和全氮含量均隨著年份的增長呈增加趨勢；原生地溶解氧（DO）和化學需氧量（COD）均隨著的年份增加呈下降趨勢，DO值在5.90～9.56 mg/L，COD在6.05～10.61 mg/L；2個樣地的懸浮物含量在35.2～47.2 mg/L；無機磷含量在0.003～0.044 mg/L，均以NH4+-N為總氮的主要賦存形式，NO3--N含量次之，NO2--N含量最低。綜合比較，2021—2023年原生地沉積物綜合污染FF指數為0.67～1.12，級別為清潔～輕度污染，水質有機污染指數為2.11～2.60，水質為輕度污染；而造林地沉積物綜合污染FF指數均小于1.00，級別為清潔；水質有機污染指數為0.57～1.67。

關鍵詞" 鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)；沉積物；水質；監(jiān)測

中圖分類號" S832" 文獻標識碼" A" 文章編號" 0517-6611（2024）05-0125-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.030

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on Sediment and Water Quality Monitoring in Tielugang Mangrove Nature Reserve

LIN Kai， LU Yu， HONG Wen-jun et al

（Sanya Forestry Science Research Institute， Sanya， Hainan 572000）

Abstract" The natural distribution of mangrove and ecological restoration afforestation sites in Tielugang mangrove nature reserve were studied， continuously monitored for 3 years， the changes and characteristics of element contents in sediments and seawater were compared. The results showed that the contents of organic carbon and total nitrogen in the sediments of both native and afforestation sites increased with the increase of years， while the DO values and chemical oxygen demand COD in native and afforestation site decreased with the increase of years. The concentrations of DO and COD were 5.90-9.56 mg/L and 6.05-10.61 mg/L， respectively. The concentrations of suspended solids and inorganic phosphorus were 35.2-47.2 mg/L and 0.003-0.044 mg/L， respectively， NH4+-N was the main form of total nitrogen， followed by NO3--N content， and NO2--N content was the lowest. In 2021-2023， the FF index of the sediments was 0.67-1.12， the grade was clean-light pollution， the organic pollution index was 2.11-2.60， and the water quality was light pollution; however， the comprehensive pollution FF index was less than 1.00 and the water quality organic pollution index ranged from 0.57 to 1.67.

Key words" Tielugang mangrove nature reserve;Sediment;Water quality;Monitoring

基金項目" 海南省自然科學基金青年基金項目（322QN444，321QN0976）。

作者簡介" 林慨（1989—），男，海南樂東人，工程師，從事林業(yè)資源監(jiān)測研究。

*通信作者，工程師，從事熱帶瀕危植物保育研究。

收稿日期" 2023-04-22

紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶，受周期性潮水浸淹的常綠灌木、喬木組成的潮灘濕地木本生物群落，具有強大的生態(tài)環(huán)境服務功能，是地球上生物多樣性最豐富、生產力最高、最具價值的濕地生態(tài)系統(tǒng)之一［1-3］。當前，保護紅樹林資源和生態(tài)修復日益受到重視。紅樹林沉積物為惡臭、黏滯、缺氧的泥炭，與土壤質地、樹種的組成、潮汐和降雨有關［4］，是紅樹林植物的生長基質，決定著植物生長狀況［5］。因此，通過紅樹林沉積物研究可探索沉積物對紅樹林生長供應的營養(yǎng)元素能力。水質對紅樹林濕地植物生長、生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性起著重要作用［6］。溶解氧、化學需氧量、懸浮物、亞硝酸鹽、硝酸鹽和無機磷含量均能反映水質［7-8］。隨著海岸帶人口的增加及城市化的快速發(fā)展，使得紅樹林生態(tài)系統(tǒng)遭受到嚴重危險，成為脆弱性的生態(tài)系統(tǒng)。筆者以鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)內紅樹林自然分布點和生態(tài)修復造林地為研究對象，連續(xù)監(jiān)測3年，比較其沉積物和海水元素含量的變化及其特性，評價其生態(tài)修復后的成效以及對后續(xù)生態(tài)修復措施的改進和生態(tài)功能的提升，以期為今后科學規(guī)范管理紅樹林濕地生態(tài)修復工程及促進紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1" 材料與方法

1.1" 研究地概況

三亞市鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)（109°42′19″～109°42′27″E，18°15′29″～18°16′21″N）位于三亞市海棠區(qū)，紅樹樹種較為豐富，為我國熱帶地區(qū)典型的紅樹林。受熱帶海洋性季風氣候影響較大，終年高溫，具有夏無酷暑、冬無嚴寒等特點。該區(qū)年平均氣溫25.5 ℃，最冷月平均氣溫20.3 ℃，極端最低氣溫5.1 ℃，年降水量1 255 mm，海水鹽度穩(wěn)定在28‰～31‰，潮汐為以不正規(guī)全日混合潮為主，每月約14 d日潮，半日潮5～14 d，平均11 d。

1.2" 調查內容及方法

1.2.1" 沉積物調查。在具有代表性、典型性和重要性的區(qū)域設置樣地，原生地紅樹林設置1個和生態(tài)修復造林地設置1個（造林時間為2019年3月）。2021年6月、2022年10月和2023年3月分別在2個樣地進行表層沉積物和水質的采集。每個樣地設3個采樣點，通過五點混合法使用PVC管和抓取式采樣器采集沉積物樣品并混合，采樣時保證上下均勻，每個樣品質量不少于500 g，采集的樣品裝入聚乙烯塑封袋做好標記，密封保存于4 ℃恒溫箱，快速運回實驗室，自然風干，剔撿出其中的根系、砂石及動植物殘體等雜物，研磨過100目篩，儲存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2

水質調查。每個樣地設3個水質采集點，在標志點50 cm半徑范圍內，將水溫計插入水面以下20～30 cm處測量水溫；選用不透光的廣口玻璃瓶，將其下探至離水面20～30 cm深度的位置，打開瓶口，待水充滿后帶回實驗室待測。

1.3" 測定指標

沉積物有機碳含量采用高溫外熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定；全氮（TN）采用半微量凱氏定氮法測定；全磷（TP）采用火焰原子吸收分光光度法測定；水質測定指標參照《海洋監(jiān)測規(guī)范第4 部分，海水分析：GB 17378.4—2007》（國家質量技術監(jiān)督局發(fā)布；2007），溶解氧（DO）采用DO儀測定；化學需氧量（COD）采用酸性高錳酸鉀法測定；懸浮物（SS）含量采用重量法測定；亞硝酸鹽（NO2--N）含量采用萘乙二胺分光光度法測定；硝酸鹽（NO3--N）含量采用鋅-鎘還原法測定；氨氮（NH4+-N）含量采用次溴酸鹽氧化法測定；無機磷和硫化物含量采用磷鉬藍分光光度法測定。

1.4" 評價標準

采用單因子污染指數評價法［9］對沉積物狀況進行分析評價，采用有機污染指數法［10］對原生地和造林地的有機污染狀況進行分析評價。通過評價標準對單項指標全氮（TN）、全磷（TP）含量進行逐項分析評價，選取各因子中最大類別進行樣本總體評價，由單項污染指數（Si）公式計算出綜合污染指數（FF）。

Si=CiCs

FF=（F2+Fmax2）/2

式中：Si為單項評價指數或標準指數；Ci為評價因子i實測值；Cs為評價因子i的評價標準值，TN的Cs取1 000 mg/kg，TP的Cs取420 mg/kg；FF為綜合污染指數；F為n項污染指數平均值（STP和STN的平均值）；Fmax為最大單項污染指數（STP和STN的最大值）。其評價標準綜合污染程度分級見表1。

參照李鵬山等［11］的評價水質有機污染指數，評價公式為

A=CODiCODo+DINiDINo+DIPiDIPo+DOiDOo

式中：A為有機污染指數；CODi、 DINi、DIPi、DOi分別為COD、無機氮、無機磷及DO的實測值；COD0、DIN0、DIP0、DO0分別為DOD、無機氮、無機磷及DO的第II類海水水質標準值。其污染程度分級見表2。

2" 結果與分析

2.1" 沉積物理化性質比較

監(jiān)測結果顯示，原生地沉積物的有機碳和全氮含量均隨著年份的增長呈增加趨勢，2023年有機碳和全氮含量顯著高于前2年（Plt;0.05）；全磷含量在0.24～0.96 g/kg，且隨著年份的增加呈顯著下降趨勢（Plt;0.05）。造林地的有機碳、全氮和全磷含量均隨著年份的增長呈上升趨勢，均在2023年達到最高值，有機碳、全氮和全磷含量分別為16.39、0.62和1.03 g/kg，但有機碳和全氮含量均低于原生地，而全磷含量稍高于原生地（圖1）。

2.2" 水質指標比較

連續(xù)監(jiān)測3年，原生地DO值和COD均隨著年份增加呈下降趨勢，DO值在5.90～9.56 mg/L，為海水水質I～II類，COD在6.05～10.61 mg/L，為海水水質IV類；造林地的DO值在6.20～8.52 mg/L，為海水水質I類，COD在3年間的變化差異未達到顯著差異（Pgt;0.05），為海水水質II～III類。2個樣地的懸浮物SS在35.2～47.2 mg/L；2021—2022年2個樣地的無機磷含量較高，為0.022～0.044 mg/L，2023年無機磷含量顯著降低（Plt;0.05）；2021年原生地硫化物含量最高，達0.43 mg/L（表3）。

由表4可知，原生地和造林地間隙水均以NH4+-N為總氮的主要賦存形式，NO3--N含量次之，NO2--N含量最低。原生地NH4+-N和NO3--N均高于造林地，且均隨著年份增加呈上升趨勢；而NO2--N含量較低，在0.001～0.004 mg/L（表4）。

2.3" 沉積物和水質評價

對鐵爐港紅樹林保護區(qū)原生地和造林地的沉積物和水質進行評價，結果顯示（表5），2021—2023年原生地沉積物綜合污染FF指數為0.67～1.12，級別為清潔～輕度污染，水質有機污染指數為2.11～2.60，水質為輕度污染；而造林地沉積物綜合污染FF指數均小于1.00，級別為清潔；水質有機污染指數為0.57～1.67，水質逐漸變?yōu)檩^好。

3" 討論與結論

Tian等［12］研究表明，沉積物有機碳和全氮含量的區(qū)域具有較高的生物量。該研究結果顯示，鐵爐港紅樹林保護區(qū)在2021—2023年的沉積物有機碳和全氮含量呈增加趨勢，體現了該區(qū)域的生物量逐年遞增。與海南東寨港紅樹林群落土壤有機碳含量（18.35 g/kg）、欽州灣紅樹林群落的有機碳含量（13.17 g/kg）相比，鐵爐港自然保護區(qū)原生境有機碳含量較高，造林地的有機碳含量較低。但較海南橡膠園［13］、吊羅山熱帶雨林［14］和杧果園［15］的土壤有機碳高1.1～6.8倍，由此可知，紅樹林土壤具有較強的固碳能力。鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)的全氮單項污染指數小于1.5，全磷單項污染指數小于1.0，其綜合污染指數在0.5～1.5，該區(qū)域原生地的沉積物受到一定污染。

賈曉平等［16］研究表明，DO含量和COD均是反映海水質量或有機物污染的指標之一。鐵爐港紅樹林自然保護區(qū)2021—2023年監(jiān)測水質結果顯示，無論是原生地還是造林地，其DO值、COD、無機磷和硫化物含量均隨著年份增加呈不同程度的下降趨勢，基本穩(wěn)定在第Ⅱ～Ⅲ類海水水質標準，水質有機污染指數在0.57～2.60，特別是造林區(qū)域的水質從輕度污染逐漸變?yōu)檩^好。這與東寨港紅樹林國家自然保護區(qū)海水水質較為一致［11］，也符合洪文君等［8］研究三亞海岸濕地的水質含量。但仍需要加強對該區(qū)域水質營養(yǎng)元素污染物排放控制、管理和監(jiān)測，減少對該區(qū)域海水的污染。

參考文獻

［1］ 林鵬.中國紅樹林研究進展［J］.廈門大學學報（自然科學版），2001，40（2）：592-603.

［2］ 李慶芳，章家恩，劉金苓，等.紅樹林生態(tài)系統(tǒng)服務功能研究綜述［J］.生態(tài)科學，2006，25（5）：472-475.

［3］ 何斌源，范航清，王瑁，等.中國紅樹林濕地物種多樣性及其形成［J］.生態(tài)學報，2007，27（11）：4859-4870.

［4］ FERREIRA T O，VIDAL-TORRADO P，OTERO X L，et al.Are mangrove forest substrates sediments or soils？ A case study in southeastern Brazil［J］.CATENA，2007，70（1）：79-91.

［5］ 官慶松.九龍江河口紅樹林沉積物理化性質分析［J］.林業(yè)科技通訊，2022（5）：19-24.

［6］ 徐頌軍，許觀嫦，廖寶文.珠江口紅樹林濕地海水重金屬污染評價及分析［J］.華南師范大學學報（自然科學版），2016，48（5）：44-51.

［7］ 周滿迷，姜仲茂，楊倩梨.中山翠亨國家濕地公園紅樹林土壤和水質監(jiān)測分析［J］.林業(yè)科技通訊，2022（10）：33-36.

［8］ 洪文君，李德玲，尹大翔，等.三亞海岸濕地土壤及水質分布特征研究［J］.熱帶林業(yè)，2021，49（1）：23-27.

［9］ 林鵬.中國紅樹林生態(tài)系［M］.北京：科學出版社，1997.

［10］ 辛琨，黃星，張淑萍.海南東寨港紅樹林濕地生態(tài)功能評價［J］.濕地科學與管理，2008，4（4）：28-31.

［11］ 李鵬山，謝跟蹤，李巧香，等.東寨港紅樹林國家級自然保護區(qū)海水水質狀況分析與評價［J］.海洋湖沼通報，2010（4）：53-60.

［12］ TIAN H Q，CHEN G S，ZHANG C，et al.Pattern and variation of C∶N∶P ratios in China’s soils：A synthesis of observational data ［ J ］.Biogeochemistry，2010，98（1/2/3）：139-151.

［13］ 張俊華，丁維新，孟磊.海南熱帶橡膠園土壤易氧化有機碳空間變異特征研究［J］.生態(tài)環(huán)境學報，2010，19（11）：2563-2567.

［14］ 張曉琳，王帥，王旭，等.海南吊羅山自然保護區(qū)土壤有機碳貯量研究［J］.熱帶作物學報，2014，35（2）：362-368.

［15］ 鄭良永，李國，龐觀勝，等.海南芒果園土壤有機碳特征及影響因素研究［J］.南方農業(yè)學報，2013，44（5）：784-787.

［16］ 賈曉平，林欽，甘居利，等.紅海灣水產養(yǎng)殖示范區(qū)水質綜合評價［J］.湛江海洋大學學報，2002，22（4）：37-43.