廣州南沙人工林海桑屬群落及土壤的動(dòng)態(tài)變化

張曉君 ，管 偉 ，朱寧華，廖寶文 ，徐 蒂

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州510520)

廣州南沙人工林海桑屬群落及土壤的動(dòng)態(tài)變化

張曉君1,2，管 偉2，朱寧華1，廖寶文2，徐 蒂1

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙410004；2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 熱帶林業(yè)研究所，廣東 廣州510520)

通過(guò)分析廣州南沙人工紅樹植物海桑屬群落特征及其土壤特性的動(dòng)態(tài)變化，揭示紅樹植物海桑屬群落及土壤變化的原因。結(jié)果表明：①在近5年的變化過(guò)程中可以看出遭受寒害對(duì)純林海桑群落的影響最大：寒害后海桑林全部死亡，在無(wú)人為干擾的情況下，短葉茳芏迅速占據(jù)海桑林跡地；無(wú)瓣海桑+海?；旖涣秩郝湮锓N變化最為明顯，其中無(wú)瓣海桑的郁閉度寒害后隨著植被的恢復(fù)逐漸增加到35%，密度下降到450株·hm-2，出現(xiàn)了三葉魚藤和海雀稗，林下未見無(wú)瓣海桑幼苗。②隨著植被的恢復(fù)，土壤的機(jī)械組成和化學(xué)性質(zhì)都發(fā)生了改變，土壤黏粒的比重增加，質(zhì)地均一，pH值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，鹽分含量增加，有效磷、速效鉀的含量都有明顯的上升趨勢(shì)，速效氮由于水體淋溶及植物吸收呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。

人工林紅樹海桑屬群落；土壤特性；動(dòng)態(tài)變化；南沙

近年來(lái)全球氣候的變化主要表現(xiàn)為溫室效應(yīng)，伴隨著極端氣象事件的發(fā)生，植物遭受極端氣溫變化所造成的嚴(yán)重傷害越來(lái)越受到人們的重視。而紅樹林作為沿海灘涂重要的濕地植物群落，在經(jīng)歷2008年的南方低溫雨雪冰凍災(zāi)害之后，出現(xiàn)了大面積不同程度的枯黃、落葉，甚至死亡現(xiàn)象[1]。因此溫度是調(diào)節(jié)紅樹植物生長(zhǎng)最重要的因子，氣溫的變化可能影響紅樹林的分布，改變紅樹林的物種組成以及灘涂土壤的沉積速率和侵蝕狀況[2]。本文以廣州南沙紅樹植物海桑屬紅樹植物為研究對(duì)象，主要分析紅樹植物群落在經(jīng)受一次嚴(yán)重寒害后不同林分在恢復(fù)過(guò)程中的群落變化特征和土壤動(dòng)態(tài)變化特征，為比較在相近的生態(tài)環(huán)境條件下，人工紅樹林在遭受寒害后生態(tài)恢復(fù)方面的指標(biāo)變化和紅樹種植方式的選擇、樹種的選擇等方面提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地點(diǎn)位于廣東省廣州市南沙區(qū)南沙濕地公園內(nèi)。該濕地公園(113°35'E，22°36'N)地處珠江入海口西岸。該地區(qū)屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，氣候溫和，年均氣溫21.8 ℃，最冷的1月平均氣溫13.3 ℃，最熱的7月平均氣溫29.0 ℃，年無(wú)霜期346 d，年均降水量1 650 mm，年均日照時(shí)數(shù)為2 000 h。土壤主要由海灣沉積形成，屬海灘鹽土，養(yǎng)分狀況良好。根據(jù)野外調(diào)查統(tǒng)計(jì)，南沙地區(qū)共有濕地植物318種，其中濕地公園內(nèi)有真紅樹10種，半紅樹6種。真紅樹包括無(wú)瓣海桑Sonneratia apetala、海桑Sonneratia caseolaris、木欖Bruguiera gymnoihiza、秋茄Kandelia candel、紅海欖Rhizophora stylosa等樹種。根據(jù)濕地公園現(xiàn)有生物多樣性的現(xiàn)狀和實(shí)驗(yàn)要求，本次所選擇的紅樹主要為海?？频臉浞N，其樣地種植方式為混交林和純林。

1.2 研究方法

1.2.1 群落調(diào)查

無(wú)瓣海桑+海桑人工混交林（2002年栽種，種植規(guī)格為2 m×2 m）、海桑人工純林（2002年栽種，種植規(guī)格為2 m×2 m））中設(shè)置2個(gè)長(zhǎng)期固定樣地，各樣地分別設(shè)置4個(gè)10 m×10 m的樣方，在每個(gè)樣方固定一角各設(shè)1個(gè)1 m×1 m的小樣方。分別于2006年10月底和2011年12月初對(duì)樣地進(jìn)行群落調(diào)查。調(diào)查指標(biāo)為種類組成、密度（株/hm2）、高度（m）、蓋度（%）、胸徑（cm），以及林下幼苗的種類、密度（株/hm2）、高度（m）。

1.2.2 土壤特性的測(cè)定

于2006年10月底、2011年12月初，在各樣地內(nèi)按S形路線利用取土器采集土樣，每個(gè)取樣點(diǎn)分別采集0～15 cm和15～30 cm的土樣，風(fēng)干后測(cè)定土壤理化性質(zhì)。土壤機(jī)械組成采用比重計(jì)法測(cè)定；土壤pH值采用pH計(jì)測(cè)定；土壤速效氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用鹽酸—硫酸浸提法測(cè)定；速效鉀采用火焰光度計(jì)法測(cè)定；土壤含鹽量采用質(zhì)量法測(cè)定；土壤Ca2+、Mg2+含量采用EDTA絡(luò)合滴定法測(cè)定；土壤SO42-含量采用EDTA間接滴定法測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel2003和SPSS16.0進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 群落特征的動(dòng)態(tài)變化

無(wú)瓣海桑+海桑群落：從表1可以看出，該群落的物種組成發(fā)生了較為顯著的變化，調(diào)查發(fā)現(xiàn)在沒(méi)有經(jīng)過(guò)人工撫育的條件下，群落中的海桑已經(jīng)全部死亡，而無(wú)瓣海桑的密度也由2006年的850株·hm-2下降到 450 株·hm-2；雖然群落的郁閉度由2006年的0.65下降到2011年的0.35，但是無(wú)瓣海桑的郁閉度卻由2006年的0.3增加到2011年的0.35；無(wú)瓣海桑的平均高度由2006年的4.89 m上升到2011年的6.30 m，并且在2011年調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)樣地內(nèi)有豆科的三葉魚藤Derris trifoliate和禾本科的海雀稗Paspalum vaginatum的侵入，其中三葉魚藤的平均高度達(dá)到25 cm，平均密度為20 株/m2，海雀稗總共發(fā)現(xiàn)15株，其平均高度為65 cm，而2次調(diào)查樣方內(nèi)均有短葉茳芏的分布，平均高度由2006年的50.8 cm上升到2011年的63 cm，平均密度由 2006年的 81.1 株·hm-2下降到 76.7 株·hm-2。由于2008遭受寒害的影響，但寒害對(duì)其影響不顯著，林下未見無(wú)瓣海桑幼苗更新，這是由于無(wú)瓣海桑是陽(yáng)性樹種，其種子即使萌發(fā)也難以在林下自然生長(zhǎng)[3]，而由海桑死亡所空出的跡地，又被海雀稗、短葉茳芏等侵占，無(wú)瓣海桑幼苗難以與之競(jìng)爭(zhēng)。

海桑群落：2006年調(diào)查時(shí)海桑的平均高度為5.6 m，胸徑已達(dá)13.6 cm，其密度為1 700 株·hm-2，郁閉度為0.7，林內(nèi)伴生有短葉茳芏和海雀稗。但經(jīng)過(guò)2008年寒害，在2011年調(diào)查時(shí)發(fā)現(xiàn)該群落海桑已全部死亡，其跡地已被短葉茳芏和海雀稗所覆蓋,海雀稗的郁閉度達(dá)到0.10，密度為24.57株·hm-2，平均高度為48.86 cm，短葉茳芏的密度達(dá)到1 372 500 株·hm-2，郁閉度為0.49，平均高度為87.14 cm，這充分說(shuō)明海桑為嗜熱植物種，其苗木越小，抗寒性較成樹更差，而氣溫的驟降及持續(xù)低溫會(huì)使大樹落葉、枯頂直至死亡[4]。

表1 主要人工紅樹林海桑屬的群落調(diào)查結(jié)果Table 1 Survey results of artificial mangrove Sonneratia genus communities

2.2 土壤特性的動(dòng)態(tài)變化

2.2.1 各樣地土壤的機(jī)械組成

粒徑分布是表征土壤物理性質(zhì)的重要參數(shù)之一。從表2、表3可看出，無(wú)瓣海桑+海桑人工混交林樣地上層（0～15 cm）和下層（15～30 cm）土壤的黏粒（粒徑＜0.002 mm）百分含量分別由14.27%、18.28%增加至22.45%、20.41%；海桑純林下層土壤的黏粒百分含量由17.42%增加到28.57%。隨著植被的恢復(fù)，無(wú)瓣海桑和海桑都能夠促進(jìn)泥沙的淤積，而兩樣地中粗粉粒的變化不明顯，砂粒（＞0.05 mm）的變化最為顯著，這說(shuō)明寒害后海桑林全部死亡，導(dǎo)致其植被層發(fā)生了變化，而植被的恢復(fù)在一定程度上能夠使土壤的機(jī)械組成得到改良，使其質(zhì)地程度均一，而不同類型的群落，由于組成種類及其生物生態(tài)學(xué)特性的不同，可能同時(shí)會(huì)受灘涂位置的影響，其粒徑分布也會(huì)有所差異[5]。

表2 2006年各樣地土壤的顆粒組成Table 2 Particles size distribution of different plot soil in 2006

表3 2011年各樣地土壤的顆粒組成Table 3 Particles size distribution of different plot soil in 2011

2.2.2 各樣地土壤pH值

植被恢復(fù)對(duì)土壤pH值的影響見圖1。經(jīng)過(guò)2008年寒害，無(wú)瓣海桑+海桑林樣地土壤pH值呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，其中樣地0～15 cm土壤pH值下降幅度為13.6%，15～30 cm土壤pH值下降幅度為20.6%，由此可以看出15～30 cm的土壤pH值隨著恢復(fù)時(shí)間的增加而顯著下降，這可能是由于寒害后無(wú)瓣海桑遭受到不同程度的影響，產(chǎn)生的一些植物殘?bào)w被掩埋分解，釋放出大量的致酸物質(zhì)，從而使土壤pH值降低，且對(duì)深層土壤的影響要強(qiáng)于表層。而海桑純林跡地0～15 cm土壤pH值在寒害后有明顯的上升趨勢(shì)，可能是由于寒害造成海桑林死亡后，根系及根際微生物群落發(fā)生改變，對(duì)土壤的酸化作用減弱，從而導(dǎo)致土壤pH值升高。

2.2.3 各樣地土壤含鹽量及組成

圖1 不同樣地土壤pH值Fig. 1 Soil pH of different plots

由于受周期性的海潮影響，紅樹植物的土壤含鹽量高。從表4、表5可以看出，經(jīng)歷2008年寒害后各樣地土壤的含鹽量明顯高于寒害前，變化范圍從1.51～1.68 mg·kg-1增加到3.33～5.48 mg·kg-1，說(shuō)明紅樹植物根系發(fā)達(dá)，能夠從土壤和海水中吸收大量鹽分累積于體內(nèi)，且土壤粘粒越多，其吸附鹽類的量就越多[6]，而寒害導(dǎo)致高鹽分的枯落物歸還土壤后也會(huì)使土壤鹽分不斷的累積[7]。其中寒害后各樣地表層土壤變化最為明顯，具體表現(xiàn)為土壤表層鹽分含量大于第二層鹽分含量，且呈現(xiàn)自上而下遞減的趨勢(shì)。這與徐海等[8]闡述的理論相一致，從鹽分的組成來(lái)看，水溶性、交換性 Ca2+和交換性Mg2+在遭受寒害影響之后都呈現(xiàn)出下降的趨勢(shì)，這可能與寒害和強(qiáng)烈的水體淋溶在一定程度上造成了表層離子的流失有關(guān)，且土壤Ca2+離子溶度下降幅度最為顯著，變化范圍從117.24 ～161.17 mg/kg下降到9.47～10.57 mg·kg-1。

表4 2006年土壤含鹽量及其組成Table 4 The soil salt content and composition in 2006

表5 2011年土壤含鹽量及其組成Table 5 The soil salt content and composition in 2011

2.2.4 速效氮、有效磷和速效鉀

潮灘作為一種生境，不同的灘位會(huì)受到潮汐、波浪等的影響，且控制著潮灘濕地土壤的性狀和發(fā)育方向,進(jìn)而影響土壤養(yǎng)分含量的分配，從而導(dǎo)致土壤養(yǎng)分含量在不同的灘位存在一定的差異，進(jìn)而影響著濕地植被的生長(zhǎng)和更替[9]。各樣地各層次土壤養(yǎng)分含量見圖2、圖3。從圖2、3中可以看出各群落土壤0～15 cm的養(yǎng)分含量均大于第二層土壤的養(yǎng)分含量，這與多數(shù)陸地土壤養(yǎng)分在剖面中的垂直分布相一致。

圖2 各樣地0～15 cm土壤養(yǎng)分含量Fig. 2 Soil nutrient content in 0～15 cm of different plots

圖3 各樣地15～30 cm土壤養(yǎng)分含量Fig. 3 Soil nutrient content in 15～30 cm of different plots

隨著植被恢復(fù)時(shí)間的增加，土壤不同深度無(wú)瓣海桑+海桑樣地、海桑純林樣地在寒害之后土壤養(yǎng)分元素有效磷和速效鉀的含量都有明顯的上升趨勢(shì)，這與王艷樹[10]研究的結(jié)果相一致，在所闡述的結(jié)論中可以看出超低溫凍融對(duì)土壤磷素和鉀素有一定的影響，這表明低溫凍融作用可能是土壤微生物將養(yǎng)分元素轉(zhuǎn)化和釋放的主要影響因素之一，同時(shí)也不排除土壤能夠從水體中沉積某些營(yíng)養(yǎng)元素的積累過(guò)程占到了優(yōu)勢(shì)，結(jié)果還有待進(jìn)一步的研究。但是海桑純林樣地在寒害之后速效氮的含量在0～15 cm卻呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)，其下降幅度為32.80%，15～30 cm的變化卻不顯著，其原因可能有二，一是土壤氮素的轉(zhuǎn)換主要是通過(guò)礦化、硝化、微生物固持、植物吸收和凋落物釋放等過(guò)程[11]，海桑林的死亡使得植物細(xì)根難以周轉(zhuǎn)和提供大量的有機(jī)物質(zhì)；二是寒害造成了土壤短時(shí)間的凍土效應(yīng)，溫度和水分的急速變化難以滿足土壤中微生物分解時(shí)對(duì)N的需求，且隨著時(shí)間的增加，表層土壤營(yíng)養(yǎng)元素的流失也與水的淋溶和植物本身生長(zhǎng)所吸收消耗有關(guān)。

4 結(jié) 論

南沙人工紅樹植物海桑屬的群落特征和土壤特性在近5年的研究過(guò)程中，群落和土壤都有不同程度的變化，且變化最大的原因可能是遭受2008年的寒害所致。（1）從各樣地的群落特征可以看出：無(wú)瓣海桑+海?；旖涣衷谝欢ǔ潭壬先郝浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定，而海桑純林在面對(duì)突發(fā)自然災(zāi)害的情況下表現(xiàn)出的抵抗力和穩(wěn)定性均較差，在混交林中，無(wú)瓣海桑表現(xiàn)出極強(qiáng)的抗寒能力，海桑則全部死亡，海桑林跡地被短葉茳芏所侵占，這表明無(wú)瓣海桑對(duì)短葉茳芏的生長(zhǎng)有顯著的抑制作用；在林分的恢復(fù)過(guò)程中，也可以考慮將單一的純林向混交方向發(fā)展，提高濕地生態(tài)系統(tǒng)的多樣性。（2）各樣地植被類型上層（0～15 cm)、下層（15～30 cm）土壤黏粒（＜0.002 mm）的百分含量均有明顯的上升趨勢(shì)，pH值總體上呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，速效氮、速效鉀含量 分 別 在 77.80 ～ 137.62 mg·kg-1、78.49 ～ 165.51 mg·kg-1之間，有效磷含量在 9 ～ 44.08 mg·kg-1之間，鹽分含量增加在3.33～5.48 mg·kg-1范圍之間，這說(shuō)明在遭受寒害后使土壤的機(jī)械組成得到了改良，紅樹植物的酸化作用使pH值降低，植物根際和微生物的共同作用影響土壤有效磷的含量，而土壤黏粒直接或間接都會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)，且有研究指出土壤理化性質(zhì)的改變會(huì)影響林地的生產(chǎn)潛力[12]，植被修復(fù)在一定程度上也會(huì)對(duì)土壤產(chǎn)生效應(yīng)[13]，所以濕地土壤的監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，還有待更長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)。

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Dynamic changes of artif i cial mangroveSonneratiagenus communities and soil characteristics in Nansha district of Guangzhou city

ZHANG Xiao-jun1,2, GUAN Wei2, ZHU Ning-hua1, LIAO Bao-wen2, XU-Di1
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, Chnia; 2. Research Institute of Tropical Forestry,CAF, Guangzhou 510520, Guangdong, Chnia)

Through analyzing the dynamic changes in the community structure and soil characteristics of the artificial mangroveSonneratiagenus, the reasons of the artif i cial mangroveSonneratiagenus in community characteristics and soil changes were revealed.The surveying results are as follows: (1)from the changing process in recent fi ve years, it can be found that the chilling injury had deeply inf l uenced on pureSonneratiacommunity; the aerophore community all died after the chilling, short leaf cyperus malaccensis rapidly grew up in this deforested place caused by the chilling in the absence of human disturbance case; While the species changes were most obvious inpetalous aerophore+aerophorecommunity，as the vegetation recovery the canopy density of petalous aerophore increased to 35%, the density decreased to 450 tree·hm-2,Derris trifoliateandPaspalum vaginatumSw were found, the aerophore seedlings under the community did not fi nd; this means that the chilling had a slightly inf l uenced to the growth of vegetations; (2) After the chilling with the restoration of vegetations, the soil mechanical composition and chemical properties both changed, concomitantly the proportion of clay soil increased, the soil emerged uniform texture, the pH value decreased completely, salt content increased and the nutrient elements of effective phosphorus, rapidly-available potassium content had obvious rising trend, due to the water leaching and plant absorption the available nitrogen showed a trend of decline.

artif i cial mangroveSonneratiagenus communities; soil properties; dynamic change; Nansha district in Guangzhou city

S714.2

A

1673-923X(2014)09-0103-04

2013-12-10

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41176084)和廣州市林業(yè)和園林局項(xiàng)目“廣州南沙濕地效應(yīng)監(jiān)測(cè)”

張曉君（1987-），女，河南長(zhǎng)葛人，碩士研究生，從事城市林業(yè)與濕地方向的研究；E-mail：625242664@qq.com

朱寧華（1964-），男，河南中牟人，副教授，博士，碩士研究生導(dǎo)師，主要從事森林培育教學(xué)及研究工作；

E-mail：zhuninghua@yahoo.com

[本文編校：謝榮秀]