铁炉港红树林自然保护区沉积物和水质监测研究

摘要  以铁炉港红树林自然保护区内红树林自然分布点和生态修复造林地为研究对象，连续监测3年，比较其沉积物和海水元素含量的变化及其特性。结果表明：原生地和造林地沉积物的有机碳和全氮含量均随着年份的增长呈增加趋势；原生地溶解氧（DO）和化学需氧量（COD）均随着的年份增加呈下降趋势，DO值在5.90～9.56 mg/L，COD在6.05～10.61 mg/L；2个样地的悬浮物含量在35.2～47.2 mg/L；无机磷含量在0.003～0.044 mg/L，均以NH4+-N为总氮的主要赋存形式，NO3--N含量次之，NO2--N含量最低。综合比较，2021—2023年原生地沉积物综合污染FF指数为0.67～1.12，级别为清洁～轻度污染，水质有机污染指数为2.11～2.60，水质为轻度污染；而造林地沉积物综合污染FF指数均小于1.00，级别为清洁；水质有机污染指数为0.57～1.67。

关键词  铁炉港红树林自然保护区；沉积物；水质；监测

中图分类号  S832  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）05-0125-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.05.030

开放科学（资源服务）标识码（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

基金项目  海南省自然科学基金青年基金项目（322QN444，321QN0976）。

作者简介  林慨（1989—），男，海南乐东人，工程师，从事林业资源监测研究。

*通信作者，工程师，从事热带濒危植物保育研究。

收稿日期  2023-04-22

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带，受周期性潮水浸淹的常绿灌木、乔木组成的潮滩湿地木本生物群落，具有强大的生态环境服务功能，是地球上生物多样性最丰富、生产力最高、最具价值的湿地生态系统之一［1-3］。当前，保护红树林资源和生态修复日益受到重视。红树林沉积物为恶臭、黏滞、缺氧的泥炭，与土壤质地、树种的组成、潮汐和降雨有关［4］，是红树林植物的生长基质，决定着植物生长状况［5］。因此，通过红树林沉积物研究可探索沉积物对红树林生长供应的营养元素能力。水质对红树林湿地植物生长、生态系统的稳定性起着重要作用［6］。溶解氧、化学需氧量、悬浮物、亚硝酸盐、硝酸盐和无机磷含量均能反映水质［7-8］。随着海岸带人口的增加及城市化的快速发展，使得红树林生态系统遭受到严重危险，成为脆弱性的生态系统。笔者以铁炉港红树林自然保护区内红树林自然分布点和生态修复造林地为研究对象，连续监测3年，比较其沉积物和海水元素含量的变化及其特性，评价其生态修复后的成效以及对后续生态修复措施的改进和生态功能的提升，以期为今后科学规范管理红树林湿地生态修复工程及促进红树林湿地生态系统的可持续发展提供科学依据。

1  材料与方法

1.1  研究地概况

三亚市铁炉港红树林自然保护区（109°42′19″～109°42′27″E，18°15′29″～18°16′21″N）位于三亚市海棠区，红树树种较为丰富，为我国热带地区典型的红树林。受热带海洋性季风气候影响较大，终年高温，具有夏无酷暑、冬无严寒等特点。该区年平均气温25.5 ℃，最冷月平均气温20.3 ℃，极端最低气温5.1 ℃，年降水量1 255 mm，海水盐度稳定在28‰～31‰，潮汐为以不正规全日混合潮为主，每月约14 d日潮，半日潮5～14 d，平均11 d。

1.2  调查内容及方法

1.2.1  沉积物调查。在具有代表性、典型性和重要性的区域设置样地，原生地红树林设置1个和生态修复造林地设置1个（造林时间为2019年3月）。2021年6月、2022年10月和2023年3月分别在2个样地进行表层沉积物和水质的采集。每个样地设3个采样点，通过五点混合法使用PVC管和抓取式采样器采集沉积物样品并混合，采样时保证上下均匀，每个样品质量不少于500 g，采集的样品装入聚乙烯塑封袋做好标记，密封保存于4 ℃恒温箱，快速运回实验室，自然风干，剔捡出其中的根系、砂石及动植物残体等杂物，研磨过100目筛，储存备用。

1.2.2

水质调查。每个样地设3个水质采集点，在标志点50 cm半径范围内，将水温计插入水面以下20～30 cm处测量水温；选用不透光的广口玻璃瓶，将其下探至离水面20～30 cm深度的位置，打开瓶口，待水充满后带回实验室待测。

1.3  测定指标

沉积物有机碳含量采用高温外热重铬酸钾氧化-容量法测定；全氮（TN）采用半微量凯氏定氮法测定；全磷（TP）采用火焰原子吸收分光光度法测定；水质测定指标参照《海洋监测规范第4 部分，海水分析：GB 17378.4—2007》（国家质量技术监督局发布；2007），溶解氧（DO）采用DO仪测定；化学需氧量（COD）采用酸性高锰酸钾法测定；悬浮物（SS）含量采用重量法测定；亚硝酸盐（NO2--N）含量采用萘乙二胺分光光度法测定；硝酸盐（NO3--N）含量采用锌-镉还原法测定；氨氮（NH4+-N）含量采用次溴酸盐氧化法测定；无机磷和硫化物含量采用磷钼蓝分光光度法测定。

1.4  评价标准

采用单因子污染指数评价法［9］对沉积物状况进行分析评价，采用有机污染指数法［10］对原生地和造林地的有机污染状况进行分析评价。通过评价标准对单项指标全氮（TN）、全磷（TP）含量进行逐项分析评价，选取各因子中最大类别进行样本总体评价，由单项污染指数（Si）公式计算出综合污染指数（FF）。

Si=CiCs

FF=（F2+Fmax2）/2

式中：Si为单项评价指数或标准指数；Ci为评价因子i实测值；Cs为评价因子i的评价标准值，TN的Cs取1 000 mg/kg，TP的Cs取420 mg/kg；FF为综合污染指数；F为n项污染指数平均值（STP和STN的平均值）；Fmax为最大单项污染指数（STP和STN的最大值）。其评价标准综合污染程度分级见表1。

参照李鹏山等［11］的评价水质有机污染指数，评价公式为

A=CODiCODo+DINiDINo+DIPiDIPo+DOiDOo

式中：A为有机污染指数；CODi、 DINi、DIPi、DOi分别为COD、无机氮、无机磷及DO的实测值；COD0、DIN0、DIP0、DO0分别为DOD、无机氮、无机磷及DO的第II类海水水质标准值。其污染程度分级见表2。

2  结果与分析

2.1  沉积物理化性质比较

监测结果显示，原生地沉积物的有机碳和全氮含量均随着年份的增长呈增加趋势，2023年有机碳和全氮含量显著高于前2年（P<0.05）；全磷含量在0.24～0.96 g/kg，且随着年份的增加呈显著下降趋势（P<0.05）。造林地的有机碳、全氮和全磷含量均随着年份的增长呈上升趋势，均在2023年达到最高值，有机碳、全氮和全磷含量分别为16.39、0.62和1.03 g/kg，但有机碳和全氮含量均低于原生地，而全磷含量稍高于原生地（图1）。

2.2  水质指标比较

连续监测3年，原生地DO值和COD均随着年份增加呈下降趋势，DO值在5.90～9.56 mg/L，为海水水质I～II类，COD在6.05～10.61 mg/L，为海水水质IV类；造林地的DO值在6.20～8.52 mg/L，为海水水质I类，COD在3年间的变化差异未达到显著差异（P>0.05），为海水水质II～III类。2个样地的悬浮物SS在35.2～47.2 mg/L；2021—2022年2个样地的无机磷含量较高，为0.022～0.044 mg/L，2023年无机磷含量显著降低（P<0.05）；2021年原生地硫化物含量最高，达0.43 mg/L（表3）。

由表4可知，原生地和造林地间隙水均以NH4+-N为总氮的主要赋存形式，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，且均随着年份增加呈上升趋势；而NO2--N含量较低，在0.001～0.004 mg/L（表4）。

2.3  沉积物和水质评价

对铁炉港红树林保护区原生地和造林地的沉积物和水质进行评价，结果显示（表5），2021—2023年原生地沉积物综合污染FF指数为0.67～1.12，级别为清洁～轻度污染，水质有机污染指数为2.11～2.60，水质为轻度污染；而造林地沉积物综合污染FF指数均小于1.00，级别为清洁；水质有机污染指数为0.57～1.67，水质逐渐变为较好。