閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地潮水理化特征及其對濕地土壤的影響

陳重安，王維奇

(福建師范大學地理科學學院，福建師范大學地理研究所，福建省亞熱帶資源與 環(huán)境重點實驗室，( 福建師范大學亞熱帶濕地研究中心，福建福州350007 )

閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地潮水理化特征及其對濕地土壤的影響

陳重安，王維奇

(福建師范大學地理科學學院，福建師范大學地理研究所，福建省亞熱帶資源與 環(huán)境重點實驗室，( 福建師范大學亞熱帶濕地研究中心，福建福州350007 )

潮汐是影響閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地的主要水文過程。為明確潮汐的特性，對閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地潮水理化特征及其對濕地土壤的影響進行了探討。結(jié)果表明：(1)潮水的基本理化特征除pH季節(jié)變化不明顯外，其他特征值的季節(jié)變化規(guī)律均比較明顯；(2)潮水營養(yǎng)鹽(N、P、K)特征表現(xiàn)為總氮的季節(jié)性差異不顯著，而總磷和總鉀的離散程度比較高，季節(jié)性差異較大；(3)對所測定的潮水理化特征值進行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，氧化還原電位(Eh)和pH的相關(guān)性最好，呈極顯著性相關(guān)(R=-0.999，P=0.000lt;0.01)。此外，鹽度與總氮、總鉀以及總氮與總鉀之間也存在著較好的相關(guān)關(guān)系；(4)潮汐過程對土壤的理化性質(zhì)也有一定的影響，主要表現(xiàn)為濕地土壤對潮水營養(yǎng)鹽的吸附作用。

潮水；理化特征；營養(yǎng)鹽；蘆葦濕地；閩江河口

閩江河口濕地是我國東南沿海最具有代表性的亞熱帶濕地之一，西起閩侯縣的竹岐鎮(zhèn)，東至連江縣的川石島，總面積約467.6 km2，主要分布在這一范圍內(nèi)的閩江河口段沿岸及福州平原。該濕地地處中亞熱帶和南亞熱帶海洋性季風氣候區(qū)的過渡區(qū)，氣候溫暖濕潤，雨量充沛。

蘆葦(Phragmitesaustralis)是閩江河口濕地的主要建群種，在閩江河口的鱔魚灘、蝙蝠洲、道慶洲、塔礁洲、雁行洲等濕地都有大面積的分布，且生長較好，群落外貌整齊，植株呈蒼綠色，群落結(jié)構(gòu)簡單，通常蓋度80～85%，多組成單優(yōu)勢群落或純植叢[1]。

作為沿海河口濕地，受周期性的潮汐影響是其基本特征之一。閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地為正規(guī)半日潮，受季節(jié)性環(huán)境因子差異的影響，輸入潮水的性質(zhì)發(fā)生明顯的動態(tài)變化，從而對濕地生態(tài)系統(tǒng)地球化學循環(huán)造成深刻的影響。當前國內(nèi)外的研究主要集中在內(nèi)陸濕地土壤的理化性質(zhì)(包括碳、氮、磷、鉀以及鐵、硫等)的動態(tài)過程[2～10]，而關(guān)于水體的研究比較少[11，12]，對潮水水體理化(基本理化和營養(yǎng)鹽)特征的研究甚少。因此，對閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地潮汐水體的理化特征及其對濕地土壤的影響進行探討，可為今后的相關(guān)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點概況

試驗地點選在閩江河口濕地中面積最大的鱔魚灘濕地。鱔魚灘濕地地處閩江入?？?，分布于瑯岐島與長樂市潭頭-文嶺-梅花之間的梅花水道中，偏潭頭-梅花-側(cè)，是閩江水流自上游搬運來的泥沙在梅花水道中淤積而形成河口淺灘，經(jīng)長期的演變在淺灘上形成一條西北—東南走向，面積 3 120 hm2的河口濕地，氣候暖熱濕潤，年均氣溫19.3 ℃ ，年降雨量1 346 mm 左右[13]。蘆葦、咸草(Cyoerusmalaccensis)、藨草(Scirpustriqueter)等是該區(qū)域的優(yōu)勢大型挺水植物(macrophyte)，潮汐為正規(guī)半日潮，受潮汐作用影響顯著，濕地水源包括天然降水、閩江河水、潮水。

圖1 研究樣地與采樣點位置圖Figure 1 Map of the study area and the sampling site

采樣地點蘆葦濕地位置詳見圖1，其土壤類型為沼澤土，原位測定2007年土壤(0～20 cm)年平均pH 為6.61，鹽度3.72 mS/cm，氧化還原電位為19.0 mV，土溫20.7 ℃，蘆葦濕地土壤其他特征值詳見表1。

表1 鱔魚灘蘆葦濕地土壤性質(zhì)Table 1 Soil properties of Shanyutan Phragmites australis marsh g/kg

1.2 水樣采集方法

2007年5～12月對閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地潮水進行采集，選擇3個樣點，每點3個重復(fù)，采樣日期為每月中旬，大約在高潮水位出現(xiàn)時間用塑料容器采集潮水，盛潮水后密封，帶回實驗室在冰箱內(nèi)冷凍儲存，實驗備用。

1.3 水樣與土壤理化特征值的測定方法

在采樣期內(nèi)(1～12月)對鹽度、溫度、pH以及氧化還原電位的原位測定分別采用2265FS便攜式電導(dǎo)鹽分/溫度計(Spectrum Technologies Inc.)、IQ150便攜式pH/氧化還原電位計(IQ Scientific Instruments)測定，與此同時測定了潮汐的高潮水位。

潮水的總氮、總磷、總鉀含量分別采用鉬銻抗分光光度法(UV-2450)、過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法(UV-2450)、火焰光度計(FP-6410)測定。土壤全碳與全氮的測定采用C、N元素分析儀(Elementar Vario ELⅢ)，其他因子測定方法與水樣相似。

2 結(jié)果與分析

2.1 潮水的理化特征

(1)潮水的基本理化特征 潮水水位的變化是外源水輸入量多少的表征值。從圖2 a中可以看出，1～6月，潮汐高潮水位逐漸降低，6～9 月，潮汐的高潮水位逐漸升高，變化較為明顯，爾后逐漸降低，但降低的幅度比較小，觀測期內(nèi)6 月出現(xiàn)潮汐高潮水位的最低值，為22 cm，最高值出現(xiàn)在1 月，為83 cm，季節(jié)性平均高潮水位為48 cm。經(jīng)對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為92.50%，離散程度比較大。

水溫的變化為1～7 月逐漸升高，7～12 月水溫逐漸降低(圖2 b)，季節(jié)性變化比較明顯。觀測期內(nèi)水溫最低值出現(xiàn)在1 月，為13.1 ℃，最高值為36.6 ℃，出現(xiàn)在7 月，季節(jié)性平均水溫為22.4 ℃。對潮水溫度與氣溫進行相關(guān)分析表明，二者呈極顯著相關(guān)(R=0.961，P=0.000lt;0.01)，水溫與氣溫的變化規(guī)律一致。經(jīng)對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為27.36%，離散程度不大。

氧化還原電位(Eh)表征為水流中所含氧化性物質(zhì)的量，假如將氧化還原環(huán)境的臨界點定義為零點，則從圖2 c中可以發(fā)現(xiàn)，1、3、5、7、8 月為還原性水流，而其他月為氧化性水流，觀測期內(nèi)1 月出現(xiàn)最低值，為-34.0 mV，10 月出現(xiàn)最高值46.5 mV，季節(jié)性平均值為-0.2 mV。經(jīng)對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異性和離散程度都較大。

與其他理化特征相比較，pH的變化趨勢不明顯，最低值出現(xiàn)在10 月，為6.21，最高值出現(xiàn)在5 月，為7.59(圖2 c)，季節(jié)性平均值為7.01，接近中性。對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為6.37%，離散程度比較集中。

鹽度的波動性比較大，但是可見冬季鹽度偏高(圖2 d)，觀測期內(nèi)，6 月出現(xiàn)極低值，為0.24 mS/cm，與當季降水量與河流水量密切相關(guān)，可能潮汐水以淡水為主，最高值出現(xiàn)在12 月，為13.12 mS/cm，季節(jié)性平均值為7.51 mS/cm，對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為52.38%，離散程度較大。

圖2 鱔魚灘蘆葦濕地觀測日潮水特征值的變化Figure 2 The variation of tidal water properties on observation date from Shanyutan Phragmites australis marsh

(2) 營養(yǎng)鹽特征 潮水采集時間為5～12 月，分析結(jié)果表明，總氮數(shù)量季節(jié)變化規(guī)律不明顯(圖3 a)，12 月出現(xiàn)最大值，為21.02 mg/L，最小值出現(xiàn)在8 月為18.54 mg/L，季節(jié)性平均值為19.69 mg/L。經(jīng)對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為3.97%，說明離散程度集中。

總磷變化相對較為明顯(圖3 b)，最大值為4.10 mg/L，出現(xiàn)在7 月，而最小值為1.46 mg/L，出現(xiàn)在9 月，兩者相差2倍多，季節(jié)性平均值為2.42 mg/L。經(jīng)對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為32.98%，說明離散程度較大。

圖3 鱔魚灘蘆葦濕地潮水總氮、總磷與總鉀變化Figure 3 The variation of tidal water total N,P and K from shanyutan Phragmites australis marsh

總鉀季節(jié)變化的差異性明顯(圖3 c)，最高值出現(xiàn)在7 月，為156.23 mg/L，最低值出現(xiàn)在8 月為34.77 mg/L，兩者相差約4.5倍，季節(jié)性平均值為85.08 mg/L。對觀測數(shù)值進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，變異系數(shù)為57.96%，說明離散程度較大?？傗浽陂}江河口鱔魚灘潮水的測定值相對較高，可能與潮汐海水的輸入有關(guān)。

(3) 潮水理化特征值的相關(guān)性分析 為了探究潮水理化和營養(yǎng)鹽特征值間的相關(guān)性，對所得到的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，揭示彼此之間的相關(guān)程度。結(jié)果顯示，Eh和pH的相關(guān)性最好，呈極顯著性相關(guān)(R=-0.999，P=0.000lt;0.01)，鹽度與總氮、總鉀的相關(guān)性也很顯著(R=0.666，P=0.036lt;0.05；R= 0.722，P=0.022lt;0.05)，總氮與總鉀之間的相關(guān)關(guān)系也比較明顯(R=0.752，P=0.016lt;0.05)。此外，總磷與總鉀的相關(guān)性也比較強(R=0.588，P=0.063gt;0.05)，其他因子之間的相關(guān)性不顯著，有的不存在相關(guān)關(guān)系。由此可見，河口濕地受淡水與咸水交互影響，是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，各環(huán)境因子之間相互耦合，協(xié)同影響。

2.2 潮汐對土壤理化性質(zhì)的影響

表2 潮水與土壤中營養(yǎng)鹽含量的比較Table 2 Comparison of nutrient elementcontent from tidal water and soil g/kg

潮汐作用，對土壤中的營養(yǎng)鹽含量有著顯著的影響，潮水中氮、磷、鉀營養(yǎng)鹽與土壤背景值中營養(yǎng)鹽的含量的大小趨勢一致。為了更有效地比較土壤與水中元素的含量，將單位體積潮水轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的重量(表2)，使得水土中營養(yǎng)鹽含量具有相同的單位(g/kg)，更易于比較。從表2可以看出，潮水中的3種營養(yǎng)鹽的含量均明顯低于土壤，可能是土壤具有強的吸附能力，使得營養(yǎng)元素發(fā)生富集，促使土壤中營養(yǎng)鹽含量較高。吳瑩等[14]認為，現(xiàn)在普遍的觀點認為濕地土壤對氮、磷等營養(yǎng)鹽具有強的吸收固定作用，而且尚未達到吸附飽和(如磷)，仍有較大的持留能力[15]。

3 結(jié)論

綜上所述，本研究采用原位測定和室內(nèi)分析相結(jié)合的方法對閩江河口鱔魚灘蘆葦濕地的潮水特征的季節(jié)動態(tài)的初步探究，主要從潮水的基本理化性質(zhì)、營養(yǎng)元素的輸入、潮汐過程對土壤理化性質(zhì)的影響進行分析，并探討潮水理化和營養(yǎng)鹽各特征值之間的相關(guān)性，主要結(jié)論如下：

(1)潮水的理化和營養(yǎng)鹽特征值除pH、總氮外，其他特征值的變化規(guī)律比較明顯；

(2)對所測定的潮水理化和營養(yǎng)鹽特征值進行相關(guān)分析發(fā)現(xiàn)，Eh和pH的相關(guān)性最好，呈極顯著性相關(guān)(R=-0.999，P=0.000lt;0.01)，此外，鹽度與總氮、總鉀，總氮與總鉀之間也存在著較好的相關(guān)關(guān)系；

(3)潮汐過程對土壤的理化性質(zhì)也有一定的影響。

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2009-05-15

國家自然科學基金項目(40671174)

陳重安(1983-)，男，福建泉州人，碩士研究生，主要從事濕地生態(tài)環(huán)境研究.

王維奇，E-mail: wangweiqi15@163.com

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.03.020

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A

1673-1409(2009)03-S066-04