何琴飛,申文輝,黃小榮,劉 秀,譚一波
(1.廣西林業(yè)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530002;2.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室,廣西 南寧 530002;3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室,廣西 南寧 530002)
欽州灣不同立地類型紅樹林的生長評價
何琴飛1,2,3,申文輝1,2,3,黃小榮1,2,3,劉 秀1,2,3,譚一波1,2,3
(1.廣西林業(yè)科學(xué)研究院,廣西 南寧 530002;2.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室,廣西 南寧 530002;3.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室,廣西 南寧 530002)
在不同立地類型設(shè)定樣方進行調(diào)查,對比分析了欽州灣14個立地類型紅樹林的生長情況,同時測定了立地土壤有機質(zhì)、速效N等7個因子,進行主成分分析、聚類分析、相關(guān)分析和逐步回歸分析。結(jié)果表明:(1)不同立地類型土壤因子不同,影響紅樹林生長的主要土壤因子是全鹽量、速效N和pH值;(2)不同立地類型紅樹林的生長不同,種類、及群落覆蓋度和更新層也存在一定差異。無瓣海桑在類型3中生長較好,秋茄在類型13中生長較好,桐花樹在類型1、類型5、類型11、類型13和類型14中生長良好,白骨壤在類型11、類型13和類型14中生長好;(3)紅樹林生長指標(biāo)與部分土壤因子之間存在顯著的相關(guān)性;(4)桐花樹樹高與有機質(zhì),地徑與土壤密度之間,白骨壤樹高與土壤密度,地徑與土壤密度、速效K、全鹽量,以及冠幅與土壤密度之間,建立的回歸方程均達到顯著水平。
紅樹林;立地類型;土壤因子;生長評價
紅樹林是在熱帶、亞熱帶地區(qū),陸地與海洋交界的海岸潮間帶灘涂上生長的由木本植物組成的喬木和灌木林[1]。在消浪護岸、防治災(zāi)害、維持生物多樣性和海岸帶生態(tài)平衡、防治污染、凈化水體、優(yōu)化沿海環(huán)境和科學(xué)研究等方面發(fā)揮著重要作用,是全球海洋生物多樣性保護的一個重要對象。紅樹林生長于常受海水浸淹、缺氧、多鹽的潮灘上,生態(tài)環(huán)境和土壤基質(zhì)影響著紅樹林植物的生態(tài)分布[2]。而沉積物及其上發(fā)育的土壤是直接影響紅樹植物生長發(fā)育最重要的環(huán)境因素之一[3]。Eisma等曾評價沉積物類型和土壤性質(zhì)與紅樹林樹種和生長狀況之間的關(guān)系為“仍然不清楚”,只是粗略的和定性的[4]。大量學(xué)者在紅樹林分布[5-6]、群落特征[7]、空間結(jié)構(gòu)[8-9]、宜林因子[10]、群落變化及其環(huán)境關(guān)系[11]、群落健康評價[12]、生態(tài)系統(tǒng)健康評價[13]等,但關(guān)于土壤因子直接對紅樹林生長的影響以及他們之間的相互關(guān)系的研究甚少。蔣燚等[14]根據(jù)海水鹽度、潮灘位置、土壤質(zhì)地將欽州灣沿海紅樹林宜林灘涂劃分為3個立地區(qū)、9個立地組和28個立地類型(包含1個特殊雜草立地類型)。在此基礎(chǔ)上調(diào)查了欽州灣不同立地類型紅樹林的生長情況,包括樹高、胸徑/地徑、冠幅和從數(shù)等生長指標(biāo),并做對比分析和評價,同時測定立地土壤因子,找出影響紅樹林生長的主要因子,以便探討紅樹林生長與土壤因子之間的關(guān)系,旨在為北部灣沿海灘涂適地適樹造林、建設(shè)高效防護林體系提供科學(xué)依據(jù)。
欽州灣位于北部灣頂部,廣西海岸中段,在 21°33′20″~ 21°54′30″N,108°28′20″~108°45′30″E之間,屬南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候,年平均溫度21~23 ℃。該灣由內(nèi)灣(茅尾海)、灣頸和外灣(狹義上的欽州灣)三部分組成,中間狹窄,島嶼眾多,兩端開闊,呈啞鈴狀,東、西、北三面為陸地環(huán)繞,南面與北部灣相通,北面有欽江、茅嶺江注入,是一個半封閉的天然河口灣。該灣口門寬29 km,縱深39 km,海岸線長達336 km,總面積380 km2[15]。整個欽州灣紅樹林岸線長約100 km,主要分布于茅尾海北部、西北部和金鼓江沿岸,在灣中部龍門群島呈間斷分布[16]。
在不同立地類型設(shè)立10 m×10 m的樣方,共調(diào)查了21個樣方(同一立地類型的不同紅樹林群落分別調(diào)查),對樣方內(nèi)的植株逐株測定樹高、胸徑/地徑、冠幅,同時調(diào)查群落類型、郁閉度與更新層情況,更新層設(shè)立1 m×1 m的樣方,重復(fù)3次。
土壤取樣:在每個樣方內(nèi)采集0~30 cm的土層,混合取樣,重復(fù)3次,分別裝袋。
測定方法:測定有機質(zhì)、速效N、速效P、速效K、全鹽量、pH值、密度等7個指標(biāo)。有機質(zhì)用重鉻酸鉀氧化-外加熱法,總N用凱氏蒸餾法,速效P用0.05 mol/L HCl—0.025 mol/L H2SO4浸提法,速效K用1 mol/L乙酸銨浸提—火焰光度法,全鹽量用電導(dǎo)法,pH值用酸度計法,密度和土壤飽和持水量用烘干法。
采用SPPS18.0軟件進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)、多重比較(Duncan)、主成分分析、樣品聚類分析、相關(guān)分析(Two-tailed雙尾檢驗)和逐步回歸分析。
調(diào)查的立地具體情況見表1。海水鹽度:鹽度>25為高鹽、鹽度10~25為中鹽,分別用代號Ⅰ、Ⅱ表示;潮灘位置:外灘(高潮灘)、中灘(中潮灘)、內(nèi)灘(低潮灘),分別用A、B、C表示;土壤質(zhì)地:泥質(zhì)、沙泥質(zhì)、沙質(zhì),分別用1、2、3表示,含雜草用T表示。不同立地類型紅樹林群落存在差異,在欽州灣康熙嶺、犀牛腳和茅尾海保護區(qū)(仙島湖公園)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn),中鹽區(qū)以桐花樹Aegiceras corniculatum和無瓣海桑Sonneratia apertala為主,而高鹽區(qū)以白骨壤Avicennia marina、桐花樹和秋茄Kandelia candel為主,雜草立地出現(xiàn)在中鹽區(qū)。不同類型的紅樹林覆蓋度不同,其中,沙質(zhì)土的類型2和類型10的覆蓋度均低于0.50,沙泥質(zhì)土的類型8和類型12也較低,均為0.55。大部分立地類型均有更新層,除了類型11和類型1中無瓣海桑-桐花樹群落,更新層以桐花樹、白骨壤和秋茄為主,其數(shù)量、苗高和地徑在不同立地類型中亦不同。
可見,立地類型對紅樹林群落類型、覆蓋度、幼苗更新層均有一定影響。
不同立地類型土壤因子明顯不同,養(yǎng)分含量不同。土壤有機質(zhì)、速效N、速效P、速效K、全鹽量、pH值、密度經(jīng)單因素方差分析都有顯著差異,結(jié)果見表2。有機質(zhì)、速效P和全鹽量含量均是類型13最高,都與其他類型存在顯著差異,有機質(zhì)含量最低的是類型12,只與類型9和類型10之間不存在顯著差異;而速效P含量最低的是類型7;全鹽量含量最低的是類型6,高鹽區(qū)的5個類型比中鹽區(qū)的類型(除類型1和類型4)的全鹽量含量高。速效N含量最高的是類型4,其次是類型13、類型11和類型5,這4個類型之間都不存在顯著的差異,含量最低的是類型9。速效K含量波動很大,最高的是類型14,高達798.2 mg/kg,其次是類型11、類型13和類型4,他們之間也不存在顯著差異,類型6的含量最低,僅6.0 mg/kg。pH值類型9、類型10、類型12和類型14均在7.0以上,而其他類型的土壤均呈酸性。密度類型6最大,與其他類型均存在顯著差異。類型13最小,只與類型4和類型11沒有顯著差異。? 不同字母表示處理組間差異顯著(P<0.05);下同。
表1 立地基本情況Table 1 General situation of sites
表2 不同立地類型土壤因子?Table 2 Soil factors of different site-types
對8個土壤因子進行主成分分析,以累積貢獻率大于80%的原則選擇主成分,提取出對解釋原有變量貢獻最大的兩個主成分,結(jié)果見表3。第一個主成分的特征值是4.445,方差貢獻率為55.563%,第二個主成分的特征值是2.048,貢獻率25.601%,累計貢獻率達到81.164%(>80%),故前2個主成分是影響紅樹林生長狀況的主要指標(biāo)。
表3 土壤因子主成分分析Table 3 Analysis of principal components of soil factors
由主成分的特征向量(表4)可知,第一主成分中全鹽量的特征向量值為0.920,速效N的特征向量值為0.876,第二主成分中pH值的特征向量值為0.926。故影響紅樹林生長的主要土壤因子為全鹽量、速效N和pH值。
表4 土壤因子主成分的特征向量Table 4 Component matrix of soil factors
在調(diào)查的14個立地類型中,主要是無瓣海桑、秋茄、桐花樹和白骨壤,這4個樹種在不同立地類型中的生長情況見表5。無瓣海桑在3個類型之間樹高差異并不明顯,而類型1的胸徑和冠幅均明顯小于類型3和類型4。秋茄在類型11、類型13和類型14這3個類型中地徑不存在顯著差異,但類型14的樹高顯著小于類型11和類型13,冠幅則是類型11明顯小于類型13和類型14。桐花樹的分布范圍較廣,共有12個立地類型,經(jīng)方差分析可知,不同立地類型對桐花樹的樹高、地徑、冠幅和從數(shù)均有明顯影響,其中類型1的樹高最高,為2.83 m,且與其他類型存在顯著差異,其次較高的是類型13和類型11,均在2.0 m以上,而類型12的樹高最小,僅為0.57 m;類型1的地徑也最大,除與類型5、類型11和類型13沒有顯著差異外,與其他類型均存在顯著差異;類型14的冠幅最大,與其他類型都存在顯著差異,類型7的冠幅最小;類型8的從數(shù)最多,類型7的從數(shù)最少。白骨壤分布的5個立地類型中,樹高大小為類型13>類型11>類型14>類型9>類型12>類型10,類型13與其他類型均存在顯著差異;類型13的地徑最大,但與類型11和類型14不存在顯著差異,與類型9、類型10和類型12存在顯著差異;類型14的冠幅最大,但與類型11和類型13也不存在顯著差異,類型12的冠幅最小,只有0.84 m。
無瓣海桑在調(diào)查的3個類型中以類型3生長最好,秋茄在調(diào)查的3個類型中以類型13生長較好。對桐花樹和白骨壤生長的立地類型進行聚類分析,結(jié)果如圖1和圖2所示,桐花的12個生長立地類型按4類分,把類型7單獨分為一類;生長最差,類型4和類型12為一類,生長較差;類型2、類型3、類型6和類型8為一類;生長一般,類型1、類型5、類型11、類型13和類型14為一類,生長良好。白骨壤可分為2類,類型9、類型10和類型12為一類,生長較差;類型11、類型13和類型14為一類,生長好。
表5 不同立地類型紅樹林生長指標(biāo)Table 5 Mangrove growth indexes of different site-types
圖1 桐花樹生長立地類型聚類分析Fig.1 Dendrogram of cluster analysis about types of A. corniculatum
桐花樹生長指標(biāo)與土壤因子的相關(guān)性見表6。桐花樹樹高與有機質(zhì)和速效N存在顯著的正相關(guān)性,與密度存在顯著的負(fù)相關(guān)性;地徑與密度存在顯著的負(fù)相關(guān)性,與飽和持水量存在顯著的正相關(guān)性;而冠幅和從數(shù)均與土壤因子之間均不存在顯著的相關(guān)性。
圖2 白骨壤生長立地類型聚類分析Fig.2 Dendrogram of cluster analysis about types of A. marina
白骨壤生長指標(biāo)與土壤因子的相關(guān)性見表7。白骨壤樹高與速效N和全鹽量存在極顯著的正相關(guān)性,與有機質(zhì)和飽和持水量存在顯著的正相關(guān)性,與pH值存在顯著的負(fù)相關(guān)性,與密度存在極顯著的負(fù)相關(guān)性;地徑與速效N存在極顯著的相關(guān)性,與速效K和全鹽量存在顯著的正相關(guān)性,與密度存在極顯著的負(fù)相關(guān)性;冠幅與密度存在顯著的負(fù)相關(guān)性。
表6 桐花樹生長指標(biāo)與土壤因子的相關(guān)性?Table 6 Correlation between growth indexes and soil factors for A. corniculatum
表7 白骨壤生長指標(biāo)與土壤因子的相關(guān)性Table 7 Correlation between growth indexes and soil factors for A. marina
逐步回歸方程能建立最優(yōu)回歸方程,使多元線性回歸方程顯著,各個偏回歸系數(shù)也顯著。
桐花樹樹高(y1)與有機質(zhì)(x1)紅樹林生長指標(biāo)與土壤因子建立的回歸方程如下:y1=0.577+0.036x1,R=0.648,P=0.023 < 0.05;
桐花樹地徑(y2)與土壤密度(x2):y2=9.341-5.209x2,R=0.600,P=0.039 < 0.05;
白骨壤樹高(y3)與土壤密度(x2):y3=8.239-6.295x2,R=0.975,P=0.001 < 0.01;
白骨壤地徑(y4)與土壤密度(x2)、速效K(x3)和 全 鹽 量(x4):y=19.295-14.859x2+0.004x3-0.057x4,R=1.000,P=0.000 < 0.01;
白骨壤冠幅(y5)與土壤密度(x2):y5=6.077-4.112x2,R=0.867,P=0.025 < 0.05。
(1)不同立地類型土壤因子不同,土壤有機質(zhì)、速效N、速效K、全鹽量、pH值和密度均有顯著性差異,土壤全鹽量、速效N和pH值是影響紅樹林生長的主要因子。紅樹林通過旺盛的生物累積和循環(huán)、強烈的生物積鹽和嚴(yán)重的酸化作用等,使其生長的基質(zhì)土鑲的理化性狀受到較大影響[17]。紅樹林發(fā)達的根系,能有效的網(wǎng)羅有機碎屑,固定和沉積污染物,使土壤N、P、K等含量增多[18]。
(2)不同立地類型紅樹林的生長不同,種類、及群落覆蓋度和更新層也存在一定差異。無瓣海桑在類型3中生長較好;秋茄在類型13中生長較好;桐花樹在類型1、類型5、類型11、類型13和類型14中生長良好,在類型7、類型4和類型12中生長較差;白骨壤在類型11、類型13和類型14中生長好,在類型9、類型10和類型12中生長較差。在幾乎所有的植物群落中,養(yǎng)分供應(yīng)是一個影響群落結(jié)構(gòu)的重要的驅(qū)動變量[19],紅樹林也是如此。紅樹植物大多數(shù)表現(xiàn)出對養(yǎng)分供應(yīng)變化非常敏感[20-21]。養(yǎng)分供應(yīng)的增加,大多導(dǎo)致更高的生長率[22]。白骨壤屬的樹種具有速生和承受土壤高鹽度的能力,因此,白骨壤在高鹽度和高營養(yǎng)水平時生長會占優(yōu)勢[19]。但對增加養(yǎng)分的反應(yīng),依環(huán)境條件而異,并且取決于物種的特性[23]??傮w而言,紅樹林生長較好的立地類型為土壤養(yǎng)分較高的內(nèi)、中灘泥質(zhì)或沙泥質(zhì)土。早在我國20世紀(jì)60年代瓊北紅樹林海岸研究就已發(fā)現(xiàn)紅樹林可以生長在各種底質(zhì)的海岸上,以淤泥質(zhì)潮灘最普遍和生長最好[24]。
(3)紅樹林生長指標(biāo)與部分土壤因子之間存在顯著的相關(guān)性。紅樹林與土壤之間的作用就是相互的,土壤條件影響著紅樹林的類型、分布和生長,反過來,不同紅樹林也對土壤產(chǎn)生不同影響[17]。
(4)桐花樹的樹高與有機質(zhì)、地徑與土壤密度之間的回歸方程均達到顯著,但復(fù)相關(guān)系數(shù)R不是太高,白骨壤樹高與土壤密度、地徑與土壤密度、速效K、全鹽量,以及冠幅與土壤密度之間的回歸方程均達到顯著,且復(fù)相關(guān)系數(shù)都很高。本文建立的紅樹林生長指標(biāo)與土壤因子之間的回歸方程在一定程度上反映了其相互關(guān)系,但調(diào)查點僅限于欽州灣立地,立地類型有限,存在一定的局限性。
致謝:感謝欽州市林科所蔡林、鐘文基和樊東涵在野外調(diào)查工作中給予幫助。
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Evaluation of mangrove growth in different site types in Qinzhou Bay
HE Qin-fei1,2,3, SHEN Wen-hui1,2,3, HUANG Xiao-rong1,2,3, LIU Xiu1,2,3, TAN Yi-bo1,2,3
(1.Guangxi Forestry Research Institute, Nanning 53002, Guangxi, China; 2.Key Lab. of Central South Fast-growing Timber Cultivation under Forestry Ministry of China, Nanning 53002, Guangxi, China; 3.Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource and Cultivation, Nanning 53002, Guangxi, China)
Mangroves on different sites in Qinzhou Bay in Guangxi were investigated for understanding their growth in relation to sitetypes and soil factors (organic matter, available N, etc.) through principal component analysis, cluster analysis, correlation analysis and linear regression (stepwise), involving 14 site-types and 7 soil factors. The results show that (1) Soil factors varied dependent on the site-types, while salt content, available N and pH were the main soil factors that affected on the growth of mangraves; (2) Different sitetypes had specif i c predominant species, specif i c coverage and regeneration layers, with Sonneratia apertala well developed on sites of type 3, Kandelia candel on sites of type 13, Aegiceras corniculatum on type 1, 5, 11, 13 and 14 and Avicennia marina on type 11, 13 and 14 ; (3) The indexes of growth were signif i cantly correlated to part of the soil factors; (4) The regression equation between the height and the organic matter of A. corniculatum reached signif i cant level; as well as that between the basal diameter and the soil density of A.corniculatum; between the height and the soil density of A. marina; between the basal diameter and the soil density, the available K, the salt content of A. marina; and between the crown diameter and density of A. marina.
mangrove;site type;soil factor;growth evaluation
S796
A
1673-923X(2013)03-0057-07
2012-10-14
廣西科技廳業(yè)務(wù)專項(林科201104號),國家科技支撐計劃項目專題(2009BADB2B04-02)
何琴飛(1982-),女,湖南婁底人,工程師,碩士研究生,主要從事植物生態(tài)研究;E-mail:dragonf l y.hqf@126.com
[本文編校:吳 毅]