闽南沿海主要海湾和河口湿地上覆水营养盐分布特征

韩智献 仝川,3 刘白贵 黄佳芳,3*

（1 福建师范大学地理科学学院，福建 福州350007；2 福建师范大学亚热带湿地研究中心，福建 福州350007；3 湿润亚热带生态- 地理过程教育部重点实验室，福建 福州，350007）

河口/ 海湾湿地中的氮、磷等营养元素是衡量湿地水体环境污染程度的重要指标。在潮汐和人类活动的影响下，河口/ 海湾湿地上覆水和沉积物间营养盐发生迁移和交换。人类活动与河口/ 海湾湿地上覆水营养盐分布息息相关，一方面人类活动对河口/ 海湾湿地上覆水营养盐输入和迁移起着推动作用，另一方面，湿地上覆水营养盐特征影响湿地水质和人类生存环境(Pei et al, 2009)。因此，对河口/ 海湾湿地上覆水营养盐分布特征的研究，可以明晰在当前人类活动下的河流输入或其他迁移方式对河口/ 海湾湿地上覆水营养盐的影响，了解滨海湿地水质情况，为准确评估滨海湿地生态功能与价值、改善滨海湿地水质，合理利用和保护湿地资源提供科学依据(Eyre et al, 2002)。

本研究通过对闽南沿海河口、海湾分布的红树林湿地和盐沼湿地上覆水的采样及营养盐浓度测定，对福建南部的主要海湾和河口湿地上覆水营养盐的空间分布特征和不同植物群落类型下的上覆水营养盐特征进行探讨，以期为福建南部海湾和河口湿地的水质管理和湿地保护提供基础数据( 何露露等, 2019)。

1 材料与方法

1.1 实验区概况

在福建南部沿海从北往南依次选取泉州湾湿地、九龙江河口湿地、东山旧镇湾湿地作为研究对象，采样点位置及优势植物见图1 和表1。泉州湾湾口向东敞开，海湾面积128.18 km2，其中滩涂面积80.42 km2， 水域面积47.46 km2( 李荣冠等, 2005)。九龙江河口是典型的滨海湿地，福建省第2大河流九龙江在此入海，近年来受工程建设、海洋污染和互花米草入侵等的作用，各种碳氮交换和水质也受到影响，厦门港口位于九龙江口( 潘齐坤等，2011)。东山湾位于东海和南海交汇处，东海和南海鱼类都可在此繁殖。漳江在此流入东山湾，对东山湾滨海湿地的污染物输入和水质变化有重要影响( 涂子欣，2012)。

1.2 样品采集与测定

2015 年7 月利用聚乙烯塑料瓶采集各海湾/ 河口采样点低洼处地表上覆水。每个采样点3 个重复，采集500 mL 水样，滴加硫酸至水样pH ＜2。所有样品均置于保温箱中低温遮光保存，并且在6 h 内运回实验室后，立刻用0.45 µm 混合纤维滤膜( 上海兴亚净化) 过滤，过滤的水样装入容积为50 ml 的聚乙烯瓶内，置于冰箱中4℃冷藏保存至测定分析。上覆水样中的NO3--N、NH4+-N 和PO43--P 浓度利用连续流动分析仪(SKALAR San++, 荷兰) 测定，其中硝酸盐(NO3--N) 测定用锌镉还原法，氨氮(NH4+-N)测定用次溴酸钠氧化法，PO43--P 测定用抗坏血酸还原磷钼蓝法，仪器最低检测量为0.005 mg/L。

采用HI98121(HANNA Instruments, Italy) 便携式pH/ 氧化还原电位/ 温度计现场测定上覆水体pH、氧化还原电位(ORP) 及水温；用HI8734 便携式TDS 测定仪(HANNA Instruments, Italy) 测定总溶解固体(Total dissolved solid, TDS)；采用YSI 550A 便携式溶氧仪测定上覆水体溶解氧浓度，用便携式盐度计(Eutech Instruments) 测定盐度。上述水理化指标每次测定之前，均用去离子水或相应仪器缓冲液将仪器清洗3 次。

图1 福建南部沿海海湾/ 河口湿地上覆水采样点分布图Fig.1 Distribution map of overlying water sampling points in the tidal wetlands in the bays and estuary of southern Fujian

表1 福建南部沿海湿地上覆水样地及植物群落类型Table 1 Number of overlying water sampling points and corresponding plant community types in the tidal wetlands area in southern Fujian

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

1.3 数据分析与处理

数据统计与分析采用EXCEL 和SPSS 19.0 软件，绘图采用Origin 8；利用SPSS 19.0 进行ANOVA 方差检验和LSD 多重比较，差异比较采用独立样本T检验，显著性水平P ＜0.05，上覆水理化指标与营养盐浓度之间的相关性利用Pearson 相关分析法，进一步采用多元逐步回归分析，构建上覆水营养盐浓度与主要因素的回归方程。

2 结果与分析

2.1 上覆水理化特征

福建南部沿海3 个湿地上覆水pH 值、ORP、盐度、电导均存在显著差异(P ＜0.05)。泉州湾湿地pH 值显著高于九龙江河口、东山旧镇湾；九龙江河口湿地ORP 显著高于泉州湾、东山旧镇湾；九龙江河口湿地电导率显著高于东山旧镇湾，与泉州湾无显著差异；东山旧镇湾湿地盐度显著低于九龙江河口和泉州湾( 表2)。

2.2 上覆水营养盐浓度

福建南部沿海3 个湿地片区上覆水NH4+-N、NO3--N 浓度存在显著差异(P ＜0.05)，泉州湾湿地上覆水NH4+-N 浓度最高，为1.71 mg/L，显著高于东山旧镇湾(0.76 mg/L)、九龙江河口(0.65 mg/L)(P＜0.05)；东山旧镇湾、九龙江河口湿地上覆水NO3--N 浓度分别为1.98 mg/L、1.46 mg/L，显著高于泉州湾(0.29 mg/L)(P ＜0.05)；九龙江河口、东山旧镇湾、泉州湾湿地上覆水PO43--P 浓度无显著差异(P ＞0.05)( 图2)。东山旧镇湾湿地上覆水3 种营养盐浓度总和（3.17 mg/L）高于泉州湾湿地(2.23 mg/L) 和九龙江河口湿地(2.69 mg/L)，分别高出42.15%和17.84%。

2.3 不同植物群落上覆水营养盐浓度

东山旧镇湾湿地不同植物群落上覆水NH4+-N、NO3--N 浓度差异显著(P ＜0.05)，PO43--P 浓度差异不显著(P ＞0.05)，其中桐花树和互花米草群落上覆水NH4+-N 浓度分别为1.08 mg/L、0.82 mg/L，显著大于短叶茳芏(0.44 mg/L)、无瓣海桑(0.76 mg/L)；互花米草群落湿地上覆水NO3--N 浓度为2.97 mg/L，显著大于秋茄(0.86 mg/L)、桐花树(1.0 mg/L)、无瓣海桑(0.6 mg/L)( 表3)。

九龙江河口湿地不同植物群落上覆水NO3--N、PO43--P 浓度显著差异(P ＜0.05)，NH4+-N 浓度差异不显著(P ＞0.05)，其中短叶茳芏和芦苇群落湿地上覆水NO3--N 浓度分别为2.35 mg/L、2.87 mg/L，显著大于互花米草(0.25 mg/L)、秋茄(1.14 mg/L)；短叶茳芏群落湿地上覆水PO43--P 浓度为2.25 mg/L，显著大于互花米草(0.11 mg/L)、秋茄(0.18 mg/L)、芦苇(0.14 mg/L) ( 表3)。

泉州湾湿地互花米草与秋茄群落上覆水NH4+-N、PO43--P 浓度差异显著(P ＜0.05)，NO3--N 浓度差异不显著(P ＞0.05)，其中秋茄群落上覆水NH4+-N 浓度为4.39 mg/L，显著大于互花米草（0.37 mg/L）；秋茄群落PO43--P 浓度为0.48 mg/L，显著大于互花米草(0.1 mg/L)( 表3)。

不同湿地植物群落上覆水营养盐浓度见表4。在3 个湿地调查的6 种植物群落中，不同植物群落上覆水的NO3--N 浓度差异显著(P ＜0.05)，NH4+-N和PO43--P 浓度差异不显著(P ＞0.05)。其中，芦苇、短叶茳芏和互花米草3 种植物群落的上覆水NO3--N 浓度高于秋茄、桐花树和无瓣海桑。芦苇群落上覆水NO3--N 浓度含量显著高于其他5 种植物(P＜0.05)，无瓣海桑群落生境下上覆水NO3--N 浓度含量显著低于其他5 种植物(P ＜0.05)。

图2 福建南部沿海湿地上覆水营养盐浓度Fig. 2 Nutrient concentrations of the overlying water in tidal wetland areas in southern Fujian

表3 福建南部沿海湿地不同植物群落湿地上覆水营养盐浓度Table 3 Nutrient concentration of overlying water in different plant communities in wetland areas along the southern coast of Fujian

2.4 上覆水营养盐浓度与水体理化指标间的关系

3 个海湾和河口湿地湿地上覆水营养盐浓度与上覆水其它理化指标的相关分析表明，NO3--N 浓度与盐度呈显著正相关(P ＜0.05)( 表5)。

利用多元回归分析中的逐步回归法，建立上覆水NO3--N 浓度(Y) 与上覆水各理化因子pH 值(X1)、氧化还原电位(X2)、盐度(X3)、水温(X4)、总溶解固体浓度(X5)、溶解氧浓度(X6) 的最优回归方程：

Y=0.142X3-0.092X6+0.16

回归方程结果表明：盐度和上覆水NO3--N 浓度呈正相关关系，并且对上覆水NO3--N 贡献最为显著(P＜0.05)，水体中的溶解氧浓度和上覆水NO3--N 浓度呈负相关关系，一定程度影响上覆水的NO3--N 浓度。

3 讨论

东山旧镇湾湿地上覆水营养盐浓度总和高于泉州湾湿地和九龙江河口湿地，分别高出42.15%和17.84%。东山旧镇湾沿岸居民主要从事各种海产养殖，东山湾是东海和南海海域交汇处，东海和南海鱼类都可以在此繁殖，鱼类养殖是沿海湿地上覆水营养盐浓度的主要来源( 蔡继晗等，2010 ；郭永坚等, 2013)。此外，漳江在东山湾入海，上游沿岸城镇集中，各种工农业、生活污水排放较大，各种营养盐在河口集聚，在海水顶托作用下营养盐聚集于封闭的海湾中，营养盐浓度较高。

泉州湾上覆水NH4+-N 浓度显著高于东山旧镇湾、九龙江河口，有研究表明较高的溶解氧会抑制或降低沉积物NH4+-N 的释放( 闫兴成等, 2018)，对泉州湾水体理化性质的探究发现：泉州湾上覆水中的溶解氧要高于后二者，推测可能是因为硝化作用需要消耗氧气，通过硝酸盐和亚硝酸盐将氨氮转化为硝酸盐氮和亚硝酸盐氮，泉州湾的硝化作用较弱，氧分子更多地被溶解在上覆水中。根据已有研究表明( 汪旭明等, 2015; 颜利等, 2012)，从上世纪80 年代泉州湾水体富营养化严重，90 年代速度放缓，21 世纪初富营养化呈持续增高的趋势。泉州湾水体富营养化的主要原因是NH4+-N 的输入，泉州湾2008 年氨氮入海量为5 366 t，主要来源是江河入海，江河入海占比46%。

东山旧镇湾、九龙江河口上覆水NO3--N 浓度显著高于泉州湾。东山旧镇湾和九龙江河口相对于泉州湾而言，海域面积更加广阔，受潮汐作用更加明显。NO3--N的来源主要是各种铵盐在氧化作用下形成的，九龙江作为福建省第二大河流，在入海口处河水扰动较大，硝化作用在有氧环境下更容易进行，因此东山旧镇湾、九龙江河口上覆水NO3--N 相对于泉州湾显著偏高。

表4 福建南部沿海海湾/ 河口湿地不同群落覆水营养盐浓度比较Table 4 Comparison of the nutrient concentration of the overlying water in different plant communities of the tidal wetlands in southern Fujian

表5 福建南部沿海海湾/ 河口湿地上覆水营养盐浓度与其它理化指标间的相关关系Table 5 Correlation between nutrient concentration of overlying water and physical and chemical properties of the tidal wetlands in southern Fujian

根据不同植物生长背景下的上覆水营养盐浓度与水体理化指标的相关性分析，仅NO3--N 与水体盐度呈显著正相关。反硝化作用会使硝酸盐还原成氮气，反硝化菌在较高盐度下活性会降低，反硝化作用减弱，因此较高的海水盐度更容易使滨海沼泽湿地的硝酸盐浓度增加( 张林海等, 2015; 蒋小欣等, 2007)。

短叶茳芏湿地和芦苇湿地上覆水NO3--N 浓度高于红树林湿地。入海河流径流向海输出的氮素营养盐中以NO3--N 为主，一方面，短叶茳芏湿地和芦苇湿地多分布在河口/ 海湾近岸方向，而红树林湿地和互花米草湿地多分布于近海方向，推测河流径流输出的NO3--N 更多地滞留在芦苇湿地和短叶茳芏湿地，造成其上覆水NO3--N 浓度较高。一些研究发现湿地植物对氮磷等养分的吸收能力与植物的生物量呈正相关( 刘佩佩等, 2013)。秋茄、无瓣海桑和桐花树均属于红树林类型，为灌木或乔木，长势高大，对水体中营养元素的需求量大，在生长有红树的湿地，沉积物和上覆水中的氮、磷养分更多地吸收固定于植物体内，氮磷转化和交换速率较慢( 陈玲等, 2016; Wu et al,2006; 王丽荣, 2000)，此外，红树林发达的光合器官可以很好地将地上部分吸收的氧气传送到根部，使根部附近环境处于好氧状态，为微生物的生存提供有利条件，间接地提高红树林对于氮磷的吸收能力。

4 结论

(1) 福建南部海湾/ 河口湿地由于地形、沿海人类活动强度以及入海河流营养盐输入的差异，营养盐浓度总和存在差异；东山旧镇湾、九龙江河口上覆水NO3--N 浓度显著高于泉州湾，主要与地形、水产养殖以及水体盐度有关，泉州湾NH4+-N 浓度较高主要与入海径流的输入有关。

(2) 福建南部海湾/ 河口湿地不同植物群落上覆水NO3--N 浓度具有显著差异(P ＜0.05)，短叶茳芏和芦苇湿地上覆水比红树林湿地可滞留更多的NO3--N，这与植物的生物量和植物对养分的固定和转换能力存在很大关系。