九龙江口红树林与毗邻水域营养盐和有机碳的潮水交换

九龙江口红树林与毗邻水域营养盐和有机碳的潮水交换
邱悦;叶勇
【摘要】红树林缓解近海富营养化、维持近海生物多样性的功能已成共识,但此功能的大小却鲜有报道.在福建九龙江河口,对红树林与其毗邻水域通过潮汐的物质交
换进行了定量研究.结果表明:通过潮汐的作用,九龙江口红树林具有吸收毗邻水域氮、磷营养盐的作用,溶解无机氮(DIN)和溶解无机磷(DIP)的吸收量分别为-0.40和-
0.04 kg/(hm2·d)；具有向毗邻水域输出有机碳的作用,溶解有机碳(DOC)和颗粒有机碳(POC)的输出量分别为0.07和0.01 kg/(hm2·d).因此,九龙江口红树林是近海水域无机营养盐的汇、有机碳的源.
【期刊名称】《厦门大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(052)005
【总页数】4页(P718-721)
【关键词】红树林;营养盐;有机碳;潮汐;通量
【作者】邱悦;叶勇
【作者单位】厦门大学环境与生态学院,滨海湿地生态系统教育部重点实验室,福建
厦门361102;厦门大学环境与生态学院,滨海湿地生态系统教育部重点实验室,福建
厦门361102
【正文语种】中文
【中图分类】P76
与内陆湿地相比，红树林湿地具有极度开放的特点：通过潮汐的作用与其毗邻水域进行频繁的物质交换.其中，红树林与毗邻水域间氮、磷营养盐和有机碳的交换是
红树林重要生态功能如缓解近海富营养化、维持近海生物多样性的基础，对近海水域环境有重要作用.显然，对红树林与毗邻水域间氮、磷营养盐和有机碳的潮水交
换的定量研究，有利于确定红树林重要生态功能的大小.然而，这类定量研究极少
见报道［1－2］.因此，本研究通过九龙江口红树林潮水淹浸期间林内与林外潮水
中氮、磷营养盐和有机碳含量的差异，估算了该红树林与其毗邻水域氮、磷营养盐和有机碳的潮水交换通量，以期为红树林与近海水域环境关系的研究提供基础数据.
1 材料与方法
1.1 水样采集
水样采集在福建省龙海市浮宫镇草铺头村九龙江口南岸1986年种植的秋茄（Kandelia candel）红树林（117°55′E、24°24′N）区进行（图1）.采样地点所处区域属南亚热带海岸气候，年均气温21℃，年降水量1 280mm，相对湿度79.5%，年日照时数2 040.5h，全年基本无霜.该区域海域潮汐类型为正规半日潮.该红树林植株高约5.5m，植株密度约1株／m2，林分郁闭度约84%，滩面宽约50m，林地土壤为粉泥沉积物，无结构，其毗邻水域水体盐度4.5～24.4，随雨量大小和潮汐涨退而异.
图1 研究区域的地理位置Fig.1 Map of the study area
水样采集在2012年7月3日（农历5月15日）白天（晴）林内潮水淹及期间（10：00—14：00）进行.根据潮汐表，水样采集期间的最高潮水位550cm，出
现在11：40.水样采集在林内和林外同时进行，其中林内的采水点处于红树林的中间滩位，其高程约为整个林地的平均高程，林外采水点位于红树林靠水林缘的外滩，距离林缘约1m.水样采集时，利用插入采样点泥中的直尺记录采样点的淹水深度.
实验开始前（约9：00），林内及林外采样人员在各自的采样点静待潮水上涨.待
林内潮水淹没深度超过15cm后（10：00），林内及林外采样人员同时开始采集
水样，之后每隔30min采集水样，共采集9次水样，最后一次水样采集在林内潮水退至约15cm深时（14：00）进行.用体积为1 000mL的聚乙烯瓶采集中间层水，每次每个采样点采集3个重复水样.所采水样用冰袋进行快速低温保存，带回
实验室分析.
1.2 水样指标测定
采集的水样用0.45μm滤膜抽滤，所得滤液用于测定水样中溶解无机氮（DIN，包括氨氮、亚硝氮、硝氮）、溶解无机磷（DIP，包括磷酸盐、磷酸氢盐、磷酸二氢盐）和溶解有机碳（DOC）的浓度；滤膜60℃烘干后供测定水样中悬浮物（SS）和颗粒有机碳（POC）的含量.水样无机营养盐和SS含量的测定采用海洋监测规范中海水分析（GB 17378.4—2007）的方法，有机碳含量采用湿氧化法测定.
1.3 数据处理及通量估算
计算各采样点各采样时刻的物质浓度平均值及其标准误差，并通过t检验分析林内外物质浓度差异的显著性.
林内外通过潮水的物质交换通量由下式估算：
其中，F为林内外通过潮水的物质交换通量（kg／（hm2·d）），正值表示红树林通过潮汐作用向毗邻水域输出物质的总体作用，负值则表示红树林通过潮汐作用从毗邻水域吸收物质的总体作用；2为物质全日通量为水样采集期间物质通量的倍数，由于潮汐类型为正规半日潮，物质全日通量为水样采集期间物质通量的2倍；i＝1，2，…，9，为9个采样时间点；Cin为林内潮水中的物质质量浓度（mg／L）；Cout为林外潮水中物质的质量浓度（mg／L）；Hi为林内淹水深度（m）；L 为林带长（以1m计算）；D为林带宽（以50m计算）.
2 结果
2.1 潮水淹没深度和SS含量
采样期间，靠水林缘林地约9：30点开始有潮水淹及，11：40左右达到最高潮位，之后水位逐渐下降，直到14：30左右潮水完全消退为裸露滩面.期间潮水最大淹
没深度林内采样点为65cm、林外采样点为85 cm，同一采样时刻两处淹水深度
相差约20cm（图2）.采样期间，潮水淹及林地的前2～3h内，林内潮水中SS浓度高于林外，但在退潮的后期，林内潮水中SS的浓度低于林外（图3）.整个采样时间内，林内潮水中SS质量浓度0.325～0.764mg／L，林外则为0.477～
0.592mg／L.
图2 红树林内外采样点潮水淹没深度Fig.2 Depths of tide water at sampling sites in and out of the mangrove forest
图3 红树林内外采样点潮水SS浓度Fig.3 Concentrations of suspended solids in tide water at sampling sites in and out of the mangrove forest
2.2 红树林与毗邻水域营养盐和有机碳的潮水交换
采样期间，林内与林外潮水中DIN、DIP、DOC、POC的质量浓度值均随采样时
间的延长而呈下降趋势（图4）.整个采样时间内，林内DIN质量浓度值1.553～1.904mg／L，林外DIN 质量浓度值介于1.676～1.890mg／L，且在相同时间点，林内潮水的DIN质量浓度通常低于林外（df＝8，t＝－4.365，p＝0.002），据
此计算得当日红树林与其毗邻水域DIN总通量为－0.40kg／（hm2·d）；林内DIP质量浓度0.048～0.083mg／L，林外 DIP 质量浓度0.060～0.086 mg／L，
且在相同时间点，林内潮水的DIP质量浓度通常低于林外（df＝8，t＝－4.317，p＝0.003），据此计算得当日红树林与其毗邻水域DIP总通量为－0.04 kg／（hm2·d）；林内DOC质量浓度0.564～0.663mg／L，林外DOC质量浓度介
于0.538～0.647mg／L，且在相同时间点，林内潮水的DOC质量浓度通常高于
林外（df＝8，t＝4.869，p＝0.001），据此计算得当日红树林与其毗邻水域DOC总通量为0.07kg／（hm2·d）；林内POC质量浓度0.615～0.754mg／L，林外POC质量浓度介于0.641～0.738mg／L，且在相同时间点，林内潮水的POC质量浓度与林外相当（df＝8，t＝0.148，p＝0.886），据此计算得当日红
树林与其毗邻水域POC总通量为0.01kg／（hm2·d）.
图4 红树林内外采样点潮水中的物质浓度Fig.4 Concentrations of chemicals in tide water at sampling sites in and out of the mangrove forest
3 讨论
1987年3 月至1988年12月，陈水土等［3］测得九龙江口表层水体中DIN浓
度平均值为32.78μmol／L，超过海洋富营养化的临界值（0.2mg／L，即14.3
μmol／L），而DIP浓度平均值0.32μmol／L（范围为0～0.72μmol／L）［4］.本研究2012年7月3日白天涨潮期间测得的从九龙江进入红树林的潮水的DIP
质量浓度0.048～0.083mg／L（1.5～2.7μmol／L）、DIN质量浓度1.553～
1.904mg／L（110.9～136.0μmol／L）.本研究测得的从九龙江进入红树林的潮
水的DOC质量浓度0.564～0.663mg／L、POC质量浓度0.615～0.754mg／L，Wang等［2］在我国福建漳江口测定的红树林潮水中DOC质量浓度0.13～
0.15mg／L，POC质量浓度6.81～7.05mg／L；Ayukai等［1］测得澳大利亚东北部红树林潮沟中潮水的DOC质量浓度1.29～2.03mg／L，POC质量浓度
0.32～0.61mg／L.
本研究表明，九龙江口红树林与其毗邻水域通过潮水的DIN和DIP交换通量均为负值，说明该红树林可吸纳其毗邻水域的部分无机营养盐，能够减缓水体的富营养化；而红树林与其毗邻水域通过潮水的DOC和POC交换通量均为正值，说明该
红树林能向毗邻水域释放有机碳，为近海海洋生物提供食物.因此，本研究对红树
林的两项重要生态功能即缓解水体污染和维持近海食物链提供了直接证据.陈水土
［5］通过1987年3月至1988年12月的数据估算九龙江DIN和DIP的入海年通量分别为6 000和70t（约合日通量分别为16 000和200kg），由于本次测得的九龙江口DIN和DIP的含量均提升了约5倍，估算九龙江DIN和DIP现有的入海日通量分别为80 000和1 000kg.我们估算九龙江口红树林与其毗邻水域通过潮水的DIN和DIP交换通量分别为－0.40和－0.04kg／（hm2·d），目前龙海九龙江口红树林省级自然保护区总面积为420.2hm2，因此九龙江口全部红树林与其毗邻水域通过潮水的DIN和DIP交换通量分别约为170和17kg／d，即九龙江口全部红树林可吸纳大约0.2%的DIN入海通量和1.7%的DIP入海通量.本研究估算九龙江口红树林与其毗邻水域通过潮水的DOC和POC交换通量分别为0.07和0.01kg／（hm2·d），因此九龙江口全部红树林可向其毗邻水域提供的有机碳的量约为34kg／d，由于该数据并未包括红树林凋落物对水域的碳贡献，实际的有机碳通量可能远高于本研究所得的值，需要进一步核算.
4 结论
本研究结果说明，九龙江口红树林是近海水域无机营养盐的汇，可通过潮水吸收九龙江170kg／d的DIN以及17kg／d的DIP；同时，九龙江口红树林是近海水域有机碳的源，可通过潮水排放34kg／d的有机碳（不包括以凋落物形式向九龙江提供的有机碳）.该结论与Alongi［6］在热带红树林的研究结论一致.本文仅对九龙江口1986年种植的秋茄红树林进行了一个涨潮期的研究，这些估算结果可能存在误差，因此进一步研究不同时段（如不同季节、不同潮水期）不同林龄的红树林以及其他物种（如桐花树、白骨壤）的红树林通过潮汐与九龙江的物质交换，才能得出该区域更精确的估算值.
【相关文献】
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［3］陈水土，郑瑞芝，张钒，等.九龙江口、厦门西海域无机氮的分布与转化［J］.海洋湖沼通报，1993（4）：28－35.
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