湛江高橋紅樹林濕地有機(jī)碳分布及埋藏特征

朱耀軍 , 趙 峰, 郭菊蘭 , 武高潔 , 林廣旋

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，國家林業(yè)局濕地研究中心，北京 100091 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091 3 廣東湛江國家級(jí)紅樹林自然保護(hù)區(qū)管理局，湛江 524033

湛江高橋紅樹林濕地有機(jī)碳分布及埋藏特征

朱耀軍1, 趙 峰2,*, 郭菊蘭1, 武高潔1, 林廣旋3

1 中國林業(yè)科學(xué)研究院濕地研究所，國家林業(yè)局濕地研究中心，北京 100091 2 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091 3 廣東湛江國家級(jí)紅樹林自然保護(hù)區(qū)管理局，湛江 524033

紅樹林是世界上單位生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,其能夠持續(xù)地固定有機(jī)碳,對全球碳平衡和生物地球化學(xué)循環(huán)有著深遠(yuǎn)影響。以廣東湛江國家級(jí)紅樹林自然保護(hù)區(qū)高橋核心區(qū)為研究區(qū),旨在分析我國典型紅樹林濕地的固碳潛力,為紅樹林濕地碳計(jì)量提供依據(jù)。在垂直于海岸線的兩條樣線上選取6個(gè)不同潮位的樣點(diǎn)進(jìn)行沉積柱取樣分析,通過重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定有機(jī)碳含量,基于放射性同位素210Pb定年推演沉積率,并對濕地有機(jī)碳密度和埋藏率進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果表明：研究區(qū)紅樹林濕地有機(jī)碳含量2.14—36.94 g/kg,平均(12.79±9.91) g/kg。紅樹林濕地有機(jī)碳密度為(0.0100±0.0056) g/cm3,空間上差異顯著顯著,水平方向上兩條樣線均以中帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳密度最大,近陸側(cè)(內(nèi)帶)樣點(diǎn)的有機(jī)碳密度高于近海側(cè)(外帶);垂直方向上,內(nèi)帶和外帶樣柱的有機(jī)碳密度均以表層最高,而且隨深度增加而減小。研究區(qū)紅樹林濕地百年尺度上沉積率為6.5—11mm/a,且外帶樣點(diǎn)沉積速率顯著快于內(nèi)帶樣點(diǎn)。有機(jī)碳埋藏率空間差異大,外帶樣點(diǎn)為(34.58±7.67) g m-2a-1,而中帶樣點(diǎn)可達(dá)150.56 g m-2a-1。紅樹林濕地有機(jī)碳的分布受潮位的影響大,更高潮位點(diǎn)和表層的有機(jī)碳含量和密度更高,而處于低潮位的外帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳沉積更快。研究區(qū)紅樹林濕地有機(jī)碳含量和密度比更低緯度帶低,但均高于地帶性陸地植被,且其能夠通過持續(xù)的沉積過程來捕捉和固定有機(jī)碳,固碳潛力大。

紅樹林;有機(jī)碳;210Pb;沉積;埋藏率

濕地對全球碳循環(huán)有著深遠(yuǎn)影響,當(dāng)前對濕地有機(jī)碳儲(chǔ)量和影響因素的研究成為熱點(diǎn)。紅樹林濕地是世界上單位生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一,其面積占全球海岸帶的0.5%,卻埋藏了海岸生態(tài)系統(tǒng)10%—15%的總有機(jī)碳[1- 2]。紅樹林在較短的時(shí)間尺度上是碳源,支持著相鄰的海洋生態(tài)系統(tǒng)[3],在更長時(shí)間尺度上則是碳庫,其對于全球氣候變化和人類活動(dòng)的擾動(dòng)極為敏感[4]。紅樹林的固碳功能及其在陸海生態(tài)系統(tǒng)之間的物質(zhì)交換對于海岸帶生物地球化學(xué)循環(huán)具有重要意義[4- 5]。

世界紅樹林在1980—2000年間減少了35%[6],我國現(xiàn)有紅樹林僅為20世紀(jì)50年代分布面積的一半[7],由于紅樹林減少或增加而導(dǎo)致的釋放或固定的碳,尤其地下部分的變化尚不清楚。紅樹林通過外源沉積和根系降解持續(xù)固定有機(jī)碳,其單位面積的有機(jī)碳儲(chǔ)量大于泥炭地[8],其沉積深度能夠達(dá)到數(shù)米[9]。與國外對于紅樹林濕地有機(jī)碳埋藏研究[8,10]相比,國內(nèi)學(xué)者多在紅樹林沉積物的沉積率[11-12]、理化性質(zhì)[13-14]、有機(jī)碳儲(chǔ)量[15-17]等方面進(jìn)行研究,對于有機(jī)碳埋藏的研究較少,限制了紅樹林的碳計(jì)量,低估了其在應(yīng)對氣候變化方面的重要作用。本研究選擇我國紅樹林的典型分布區(qū),測定不同潮位點(diǎn)的地下有機(jī)碳含量,并通過放射性同位素進(jìn)行定年分析,研究紅樹林濕地沉積速率、有機(jī)碳空間分布以及埋藏率,有助于更好地理解紅樹林濕地的固碳潛力,為全球變化背景下我國紅樹林濕地生態(tài)恢復(fù)和碳計(jì)量提供參考。

1 研究區(qū)與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

高橋紅樹林地處廣東湛江國家級(jí)紅樹林保護(hù)區(qū)的核心區(qū),位于兩廣界河洗米河在北部灣入口處的英羅灣內(nèi)(109°45′—109°48′E,21°31′—21°35′N)。紅樹林植被覆蓋度高,樹種分布呈現(xiàn)明顯的分帶特征,主要樹種包括桐花樹(Aegicerascorniculatum)、木欖(Bruguieragymnorrhiza)、秋茄(Kandeliaobvolata)、紅海欖(Rhizophorastylosa)、白骨壤(Avicenniamarina)、海漆(Excoecariaagallocha) 和無瓣海桑(Sonneratiaapetala)等,岸帶分布有黃槿(Hibiscustiliaceus)等半紅樹植物。研究區(qū)屬南亞熱帶季風(fēng)型海洋性氣候,年平均氣溫23℃左右,極端最高氣溫38 ℃,極端最低氣溫15℃。年平均降水量1700—1800 mm,主要集中在5—9月。潮汐屬于不正規(guī)日潮為主的混合潮型,大潮汛期為全日潮,月平均22 d,小潮為半日潮,月平均為8 d;平均潮差2.53 m,最大潮差6.25 m。海水年均溫23.5℃。

圖1 沉積柱采樣位置示意圖Fig.1 Sampling locations of sediment cores in mangrove

1.2 材料與方法

1.2.1 沉積物取樣

取樣時(shí)間為2011年7—8月。沿陸地-海洋方向選擇兩條樣線(A、B),在每條樣線上根據(jù)與海堤的距離分別選取3個(gè)不同位置的樣點(diǎn),分別代表內(nèi)帶(近陸側(cè))、中帶和外帶(近海側(cè)),并用GPS進(jìn)行定位(圖1)。A樣線位于研究區(qū)北部,潮位比B樣線更高,樣點(diǎn)距離北部海堤分別為1700 、900m和300m,其中A1、A2樣點(diǎn)由桐花(A.corniculatum)和木欖(B.gymnorrhiza) 群落組成,A3樣點(diǎn)群落組成為白骨壤(A.marina)和桐花(A.corniculatum)。B樣線位于研究區(qū)南部,距離北部海堤分別為1320m 、340m和70m,以白骨壤(A.marina)純林為主;B2樣點(diǎn)為白骨壤與紅海欖(R.stylosa)混交的群落類型。2015年8月,通過攝影測量技術(shù)獲取研究區(qū)的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),提取了各樣點(diǎn)的相對高程(表1)。

表1 采樣點(diǎn)的相對高程

沉積物取樣采用自制重力采樣器,材質(zhì)為透明PVC管,管內(nèi)直徑為4.0cm,管長1.2m,鉆頭為尼龍材質(zhì)。每個(gè)樣點(diǎn)附近采集4個(gè)沉積柱,受采樣地點(diǎn)沉積層厚度的限制,沉積柱的長度在70—100cm之間。每個(gè)樣點(diǎn)對其中一個(gè)沉積柱分別按照1cm(0—30cm)和2cm(30cm以下)間隔進(jìn)行分樣,在70℃烘箱中烘干用于210Pb定年分析,另外3個(gè)沉積柱按照每10cm進(jìn)行分樣,分層混合且自然風(fēng)干后用于理化性質(zhì)分析和有機(jī)碳測定。

1.2.2 樣品分析指標(biāo)及分析方法

粒度分析采用英國Malvern 公司生產(chǎn)的Mastersizer 2000 型激光粒度分析儀(測量范圍0.02—2000μm,各粒級(jí)組分平行分析誤差小于5%);粒度標(biāo)準(zhǔn)參照國際制土壤粒度分級(jí),即砂粒(Sand)>20μm、粉粒(Silt)20—2μm、粘粒(Clay)<2μm 的分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析。210Pb定年分析在湖泊與環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成,樣品中210Pb、226Ra活度采用美國EG&G Ortec 公司生產(chǎn)的高純鍺井型探測器(HPGe GWL2120215) 測定,測試誤差小于10%,采用恒定沉積通量模式(constant initial content, CIC)計(jì)算沉積年代[18]。pH 值采用電位法測定,沉積物有機(jī)碳(OC)測定采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法[19]。沉積物的容重基于采樣器中單位體積樣品的干重計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析基于SPSS 18.0軟件進(jìn)行,相關(guān)的圖表采用SigmaPlot 10.0軟件和Microsoft Excel 2010軟件制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 紅樹林濕地沉積物理化性質(zhì)

研究區(qū)紅樹林沉積物屬于酸性硫酸鹽土類型,質(zhì)地為粉砂型,其中粘粒、粉粒和砂粒含量分別為(13±4)%、(39±12)%和(48±16)%。各沉積柱剖面層次之間的理化性質(zhì)范圍較大,其中pH值為2.5—7.3,容重(BD)0.87—1.80g/cm3。t檢驗(yàn)結(jié)果表明,A、B樣線之間的粒度特征、pH值的差異不顯著,而B樣線沉積物容重顯著高于A樣線(P<0.05)。各樣點(diǎn)的砂粒含量與容重隨著深度增加而增加,而pH值、粘粒含量和粉粒含量隨深度增加而降低。

圖2 沉積柱理化性質(zhì)垂向變化Fig.2 Down core variations of physicochemical properties from A and B sample lines

2.2 紅樹林沉積物的沉積速率

基于放射性同位素210Pb的定年分析計(jì)算各沉積柱的沉積速率,CIC 模式是基于210Pb 輸入通量與沉積物堆積速率恒定條件下的年代計(jì)算方法,反映的是一段時(shí)間內(nèi)的平均沉積通量。將210Pbex與深度進(jìn)行指數(shù)擬合,擬合系數(shù)R2介于0.60—0.69之間(圖3)。計(jì)算可知,A樣線上A1、A2、A3樣點(diǎn)的沉積速率為0.65、0.65、0.86cm/a,而B樣線B1、B2、B3樣點(diǎn)的沉積速率為1.10、1.07、1.10cm/a, A樣線的沉積速率顯著低于B樣線(P<0.05);就樣點(diǎn)而言,更低潮位點(diǎn)的沉積速率更高。

2.3 紅樹林濕地有機(jī)碳密度和埋藏率

有機(jī)碳密度參照文獻(xiàn)[9]方法,結(jié)合容重和有機(jī)碳含量進(jìn)行計(jì)算,即有機(jī)碳密度=有機(jī)碳含量×沉積物容重。研究區(qū)6個(gè)沉積柱的平均有機(jī)碳密度為(0.0100±0.0056)g/cm3,A、B樣柱平均有機(jī)碳密度分別為(0.0106±0.0058)g/cm3、 (0.0090±0.0051)g/cm3。表2可以看出,水平方向上,A、B樣線上均以中帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳含量最大,A樣線上內(nèi)帶樣點(diǎn)A1的有機(jī)碳含量顯著高于外帶樣點(diǎn) A3,而B樣線上內(nèi)帶樣點(diǎn)B1和外帶樣點(diǎn)B3的差異不顯著,6個(gè)樣點(diǎn)的有機(jī)碳含量表現(xiàn)為A2=A1=B2>B1=B3=A3。垂直方向上,兩條樣線上除了中帶樣點(diǎn)規(guī)律性不強(qiáng),出現(xiàn)分層現(xiàn)象外,其它樣點(diǎn)的有機(jī)碳含量和密度均以表層最高,受容重的影響,樣點(diǎn)間有機(jī)碳密度差異與有機(jī)碳含量的表現(xiàn)存在差異(圖4,圖5)。

表2 A、B樣線上6個(gè)樣點(diǎn)的有機(jī)碳沉積特征

數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差, 同列不同小寫字母表示樣點(diǎn)之間差異顯著(P<0.05)

圖3 A、B樣線上6個(gè)沉積柱中210Pb比活度垂向變化Fig.3 Variation of 210Pb activities versus depth profile for the six sediment cores from A and B sample lines

圖4 沉積柱中有機(jī)碳含量垂向分布Fig.4 Organic carbon content versus depth in sediment cores

圖5 沉積柱中有機(jī)碳密度垂向分布Fig.5 Organic carbon density versus depth in sediment cores

基于年沉積率計(jì)算各樣點(diǎn)有機(jī)碳的埋藏率,即有機(jī)碳埋藏率=有機(jī)碳密度×沉積率。表2表明,A、B樣線上有機(jī)碳埋藏率均以中帶樣點(diǎn)最高,而外帶樣點(diǎn)最低。在沉積率差別不大的情況下,有機(jī)碳含量是有機(jī)碳埋藏率的決定因素。表3對砂粒含量與容重、碳含量、碳密度進(jìn)行相關(guān)分析得知,碳含量與碳密度顯著正相關(guān),而與容重與砂粒含量顯著負(fù)相關(guān)正相關(guān)。

表3 容重、有機(jī)碳含量、碳密度與沙粒含量的相關(guān)系數(shù)

*表示相關(guān)性顯著(P<0.01)

3 討論

3.1 紅樹林濕地有機(jī)碳分布、含量和密度的影響因素

紅樹林林下土壤屬于酸性硫酸鹽土類型,是紅樹植被下發(fā)育形成的一類特殊土壤。紅樹林濕地中的有機(jī)碳來自海洋、陸地和自身生產(chǎn),其中凋落物以及根系更新是其重要來源,也有研究認(rèn)為其主要來自海洋藻類、菌類以及人類活動(dòng)等[20]。濕地有機(jī)碳受生物和非生物因子綜合影響,其中生物因子包括來自地上、地下生產(chǎn)與分配等植物功能特征以及腐生生物、蟹類活動(dòng)等生物活動(dòng)[21];非生物因子包括氣候、地形、潮汐等[22]。

紅樹林濕地有機(jī)碳含量差異大,從不足5 g/kg到小于400 g/kg,平均為22 g/kg[21],有學(xué)者認(rèn)為高溫帶來更高的有機(jī)碳降解率,有機(jī)碳密度隨著年平均溫的增加而降低[8]。我國紅樹林沉積物有機(jī)碳含量1.2—145.5 g/kg,平均(30.5±0.7) g/kg[17],本研究區(qū)6個(gè)不同潮位樣點(diǎn)的濕地有機(jī)碳含量為2.14—36.94 g/kg,平均(12.79±9.91) g/kg。表4對我國紅樹林有機(jī)碳含量研究結(jié)果進(jìn)行了比較,可見我國不同紅樹林區(qū)有機(jī)碳含量差異大,與更低緯度的海南省紅樹林濕地有機(jī)碳含量相比,本研究區(qū)沉積物的有機(jī)碳含量相對較低,仍高于地帶性土壤8.7 g/kg的結(jié)果,與前人的研究結(jié)論一致[23-26]。有學(xué)者在該地區(qū)研究表明,濕地有機(jī)碳含量為13—64 g/kg[27],不同潮位帶各林分間的有機(jī)碳含量差異大,紅海欖R.stylosa(52.44±16.12) g/kg,而白骨壤A.marina為(19.93±4.20) g/kg[15]。在同一地區(qū),地形因素通過影響潮汐、水文過程差異來影響凋落物和根系生產(chǎn)等生態(tài)過程,進(jìn)而影響有機(jī)碳積累[21],更穩(wěn)定的水能條件能固定更多有機(jī)碳[16]。根系生產(chǎn)是紅樹林濕地有機(jī)碳的重要來源,然而根際環(huán)境在理化性質(zhì)、生物活性等方面與非根際環(huán)境明顯不同[28]。根系分泌物及根系分解導(dǎo)致根際沉積物中有機(jī)碳含量更高,因此取樣點(diǎn)代表性影響空間尺度上推演結(jié)果的差異。

表4 紅樹林濕地有機(jī)碳含量

本研究的有機(jī)碳密度采用文獻(xiàn)[9]方法,將沉積物和有機(jī)碳含量相乘進(jìn)行計(jì)算,可以看出碳密度受沉積物容重和有機(jī)碳含量的共同影響。低潮位點(diǎn)的有機(jī)碳含量低,但其砂粒含量高,容重大,一定程度上縮小了受潮位影響的差異。也有研究認(rèn)為,濕地有機(jī)碳密度在同一地區(qū)的差異是由于懸浮物供給情況和潮汐狀況差異造成[8]。根系降解決定了紅樹林濕地有機(jī)碳特性及其垂直分布[29],紅樹林濕地不同深度有機(jī)碳含量取決于不同時(shí)間尺度上的有機(jī)碳埋藏和降解過程[30],因此測定的有機(jī)碳含量是對紅樹林濕地有機(jī)碳當(dāng)前狀態(tài)的量化,而不是沉積的總量。也有研究表明紅樹林濕地林下剖面的有機(jī)碳含量分布沒有規(guī)律性[23],本研究的6個(gè)樣點(diǎn)均以表層有機(jī)碳含量最高,內(nèi)帶和外帶的樣點(diǎn)隨著深度增加而降低的現(xiàn)象,而中帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳含量變化出現(xiàn)分層差異。

3.2 影響紅樹林濕地有機(jī)碳沉積過程的因素

紅樹林濕地受水動(dòng)力條件和沉積環(huán)境的影響,能夠記錄和反映環(huán)境歷史和當(dāng)前狀態(tài)。210Pb被廣泛用于百年尺度上紅樹林濕地沉積速率的計(jì)算以及其固碳能力評(píng)價(jià)研究[39]。世界紅樹林的沉積速率為0.1—10 mm/a,平均5 mm/a[40]。基于210Pb定年分析表明,本研究區(qū)紅樹林濕地沉積率在6.5—11.0 mm/a。國家海洋局《海平面公報(bào)》顯示,1980年至2013年,中國沿海海平面上升速率為2.9 mm/a,南海沿海海平面2013年比常年高114mm,未來30年預(yù)計(jì)將上升75—150mm。可見,研究區(qū)紅樹林濕地的沉積能與海平面上升速率相匹配。潮汐淹沒頻率是控制沉積率的主要驅(qū)動(dòng)因子[41],淹沒頻率隨著高程的增加而降低,近岸的紅樹林沉積減少,本研究區(qū)低潮位帶的沉積率明顯高于高潮位帶。紅樹林樹體大小、形狀、格局[42]以及風(fēng)暴潮、颶風(fēng)等極端天氣也干擾紅樹林濕地沉積過程[43-44]。

濕地中的有機(jī)碳會(huì)隨時(shí)間降解和轉(zhuǎn)化,紅樹林濕地有機(jī)碳埋藏率取決于研究的時(shí)間尺度。有機(jī)碳埋藏率可以用來量化特定時(shí)段內(nèi)有機(jī)碳的現(xiàn)存量和埋藏率,有助于更好理解生態(tài)系統(tǒng)尺度上紅樹林濕地的固碳潛力。本研究表明中帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳埋藏率更高,如B2樣點(diǎn)有機(jī)碳埋藏率可以達(dá)到(150.56±51.79) g m-2a-1,而外帶樣點(diǎn)A3、B3僅為(34.58±7.67)g m-2a-1和(69.09±13.51) g m-2a-1,可能與B2樣點(diǎn)靠近潮溝,為白骨壤與紅海欖混交群落類型有關(guān),A3、B3樣點(diǎn)地處外帶,潮位低,水動(dòng)力條件較強(qiáng),盡管沉積速率較大,但細(xì)顆粒與有機(jī)質(zhì)的沉積較少。A1、A3樣點(diǎn)有機(jī)碳含量的差異除群落類型外,大的潮差也可能是重要因素,而B1、B3有機(jī)碳含量差異不顯著可能由于潮差小。研究表明,同一地區(qū)不同地點(diǎn)的有機(jī)碳埋藏率也存在較大差異,如澳大利亞的Hinchinbrook Channel為26—336 g m-2a-1[45]、九龍江口168—841 g m-2a-1[46];有些地區(qū)的差異較小,如Rookery Bay為69—99 g m-2a-1[47]、Sawi Bay為184—281 g m-2a-1[48]。不同學(xué)者對全球尺度上紅樹林碳埋藏率進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化換算[8,10],全球尺度上紅樹林有機(jī)碳埋藏率的空間差異大,從22 g m-2a-1[49]到1020 g m-2a-1[46],可見全球尺度上估算紅樹林濕地有機(jī)碳埋藏率的標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一,紅樹林濕地有機(jī)碳的實(shí)際埋藏率需要在更小尺度上進(jìn)行量化估算。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)紅樹林濕地百年尺度上沉積物的沉積率為6.5—11mm/a,且外帶樣點(diǎn)的沉積速率顯著快于內(nèi)帶樣點(diǎn),能夠與當(dāng)前的海平面上升速率相適應(yīng)。

(2)研究區(qū)各樣點(diǎn)的有機(jī)碳埋藏率空間差異大,受不同潮位和群落類型的影響,近海一側(cè)的外帶樣點(diǎn)為(34.58±7.67) g m-2a-1,而中帶樣點(diǎn)可達(dá)到150.56 g m-2a-1。

(3)研究區(qū)地下有機(jī)碳含量、碳密度分別為(12.79±9.91) g/kg、(0.0100±0.0056) g/cm3。其空間差異顯著,水平方向上以中帶樣點(diǎn)的有機(jī)碳密度最大,內(nèi)帶高潮位點(diǎn)的有機(jī)碳密度高于外帶的低潮位點(diǎn);垂向分布上,除中帶樣柱的規(guī)律性不強(qiáng)、出現(xiàn)分層現(xiàn)象外,內(nèi)帶和外帶樣柱有機(jī)碳含量和密度均以表層最高、隨深度增加而減小。研究區(qū)紅樹林濕地有機(jī)碳含量和密度比更低緯度帶低,但均高于地帶性陸地植被,且其能夠通過持續(xù)的沉積過程來捕捉和固定有機(jī)碳,固碳潛力大。

[1] Duarte C M, Middelburg J J, Caraco N. Major role of marine vegetation on the oceanic carbon cycle. Biogeosciences, 2005, 2(1): 1- 8.

[2] Alongi D M. Carbon cycling and storage in mangrove forests. Annual Review of Marine Science, 2014, 6: 195- 219.

[3] Eong O J. Mangroves-a carbon source and sink. Chemosphere, 1993, 27(6): 1097- 1107.

[4] Gonneea M E, Paytan A, Herrera-Silveira J A. Tracing organic matter sources and carbon burial in mangrove sediments over the past 160 years. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2004, 61(2): 211- 227.

[5] Dittmar T, Hertkorn N, Kattner G, Lara R J. Mangroves, a major source of dissolved organic carbon to the oceans. Global Biogeochemical Cycles, 2006, 20():

[6] Millennium Ecosystem Assessment. Ecosystems and Human Well-Being: Synthesis. Washington: Island Press, 2005: 2.

[7] 王文卿, 王瑁. 中國紅樹林. 北京: 科學(xué)出版社, 2007: 67.

[8] Chmura G L, Anisfeld S C, Cahoon D R, Lynch J C. Global carbon sequestration in tidal, saline wetland soils. Global Biogeochemical Cycles, 2003, 17(4):

[9] Donato D C, Kauffman J B, Murdiyarso D, Kurnianto S, Stidham M, Kanninen M. Mangroves among the most carbon-rich forests in the tropics. Nature Geoscience, 2011, 4(5): 293- 297.

[10] Breithaupt J L, Smoak J M, Smith III T J, Sanders CJ, Hoare A. Organic carbon burial rates in mangrove sediments: strengthening the global budget. Global Biogeochemical Cycles, 2012, 26(3):

[11] 隋淑珍, 張喬民. 華南沿海紅樹林海岸沉積物特征分析. 熱帶海洋, 1999, 18(4): 17- 23.

[12] 譚曉林, 張喬民. 紅樹林潮灘沉積速率及海平面上升對我國紅樹林的影響. 海洋通報(bào), 1997, 16(4): 29- 35.

[13] 梁文, 李智, 范航清, 譚趣孜, 黎廣釗, 農(nóng)華瓊. 防城港灣紅樹林表層沉積物粒度分形特征及與環(huán)境因子的相關(guān)性. 應(yīng)用海洋學(xué)學(xué)報(bào), 2013, 32(2): 184- 192.

[14] 朱耀軍, 郭菊蘭, 武高潔, 林廣旋, 吳曉東. 湛江高橋紅樹林沉積物理化性質(zhì)與金屬元素的空間分布. 北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 36(2): 1- 9.

[15] Wang G, Guan D, Peart M R, Chen Y, Peng Y. Ecosystem carbon stocks of mangrove forest in Yingluo Bay, Guangdong Province of South China. Forest Ecology and Management, 2013, 310: 539- 546.

[16] Yang J, Gao J, Liu B, Zhang W. Sediment deposits and organic carbon sequestration along mangrove coasts of the Leizhou Peninsula, southern China. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2014, 136: 3- 10.

[17] Liu H, Ren H, Hui D, Wang W Q, Liao B W, Cao Q X. Carbon stocks and potential carbon storage in the mangrove forests of China. Journal of Environmental Management, 2014, 133: 86- 93.

[18] Zaborska A, Carroll J L, Papucci C, Pempkowiak J. Intercomparison of alpha and gamma spectrometry techniques used in210Pb geochronology. Journal of Environmental Radioactivity, 2007, 93(1): 38- 50.

[19] 張萬儒, 楊光瀅, 屠星南. 森林土壤分析方法. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 24.

[20] Meziane T, Tsuchiya M. Organic matter in a subtropical mangrove-estuary subjected to wastewater discharge: origin and utiliation by two macrozoobenthic species. Journal of Sea Research, 2002, 47(1): 1- 11.

[21] Kristensen E, Bouillon S, Dittmar T, Marchand C. Organic carbon dynamics in mangrove ecosystems: a review. Aquatic Botany, 2008, 89(2): 201- 219.

[22] Davidson E A, Janssens I A. Temperature sensitivity of soil carbon decomposition and feedbacks to climate change. Nature, 2006, 440(7081): 165- 173.

[23] 廖金鳳. 雷州半島紅樹林鹽土的某些理化性質(zhì). 土壤, 2004, 36(5): 561- 564.

[24] 梁士楚, 董鳴, 王伯蓀, 張煒銀. 英羅港紅樹林土壤粒徑分布的分形特征. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(1): 11- 14.

[25] 韓維棟, 凌大炯, 李燕, 吳小鳳. 人工無瓣海桑林的土壤動(dòng)態(tài)研究. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版, 2003, 27(2): 49- 54.

[26] Ren H, Jian S, Lu H, Zhang Q M, Shen W J, Han W D, Yin Z Y, Guo Q F. Restoration of mangrove plantations and coloniation by native species in Lei Zhou bay, South China. Ecological Research, 2008, 23(2): 401- 407.

[27] Zhang J P. Quantification of sedimentary organic carbon storage and turnover of tidal mangrove stands in southern China based on carbon isotopic measurements. Radiocarbon, 2013, 55(2/3): 1665- 674.

[28] Pinel F, Leclerc-Cessac E, Staunton S. Relative contributions of soil chemistry, plant physiology and rhizosphere induced changes in speciation on Ni accumulation in plant shoots. Plant and Soil, 2003, 255(2): 619- 629.

[29] Chen R, Twilley R R. A simulation model of organic matter and nutrient accumulation in mangrove wetland soils. Biogeochemistry, 1999, 44(1): 93- 118.

[30] Zimmerman A R, Canuel E A. A geochemical record of eutrophication and anoxia in Chesapeake Bay sediments: anthropogenic influence on organic matter composition. Marine Chemistry, 2000, 69(1): 117- 137.

[31] 劉美齡. 海南東寨港和清瀾港紅樹植物分布與土壤性質(zhì)的關(guān)系. 廈門: 廈門大學(xué), 2008: 56.

[32] 王小青, 王健, 陳雄庭. 海南島東寨港紅樹林鹽土的理化性狀. 熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 28(3): 32- 37.

[33] Xue B, Yan C, Lu H, Bai Y. Mangrove-derived organic carbon in sediment from Zhangjiang Estuary (China) mangrove wetland. Journal of Coastal Research, 2009, 25(4): 949- 956.

[34] 劉景春. 福建紅樹林濕地沉積物重金屬的環(huán)境地球化學(xué)研究. 廈門: 廈門大學(xué), 2006: 27- 28.

[35] 陳昕韡, 蔡立哲, 吳辰, 彭欣, 曹婧, 許鵬, 劉莎, 傅素晶. 福建漳江口紅樹林和鹽沼濕地的多毛類動(dòng)物群落. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(4): 931- 938.

[36] 周炎武. 紅樹林恢復(fù)對沉積物中重金屬分布、累積及形態(tài)的影響. 廣州: 中山大學(xué), 2010: 30.

[37] 林初夏, 儲(chǔ)誠興, 盧文洲, 龍潔, 劉勇, 徐頌軍. 深圳福田自然保護(hù)區(qū)紅樹林土壤的化學(xué)特征. 生態(tài)科學(xué), 2004, 23(2): 118- 123.

[38] 張弛, 王樹功, 朱遠(yuǎn)輝, 鄒建明. 紅樹林濕地沉積物中AVS-SEM與重金屬分布特征——以珠江口淇澳島為例. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2011, 31(4): 805- 815.

[39] Sanders C J, Smoak J M, Waters M N, Sanders L M, Brandini N, Patchineelam S R. Organic matter content and particle size modifications in mangrove sediments as responses to sea level rise. Marine Environmental Research, 2012, 77(6): 150- 155.

[40] Alongi D M. Carbon sequestration in mangrove forests. Carbon Management, 3(3): 313- 322.

[41] Cahoon D R. Estimating relative sea-level rise and submergence potential at a coastal wetland. Estuaries Coasts, 201, 38(3): 1077- 1084.

[42] Mazda Y, Kanazawa N, Kurokawa T. Dependence of dispersion on vegetation density in a tidal creek-mangrove swamp system. Mangroves and Salt Marshes, 1999, 3(1): 59- 66.

[43] Whelan K R T, Smith T J, Anderson G H, Ouellette M L. Hurricane Wilma′s impact on overall soil elevation and zones within the soil profile in a mangrove forest. Wetlands, 2009, 29(1): 16- 23.

[44] Smoak J M, Breithaupt J L, Smith T J, Sanders C J. Sediment accretion and organic carbon burial relative to sea-level rise and storm events in two mangrove forests in Everglades National Park. CATENA, 2013, 10: 58- 66.

[45] Brunskill G J, Zagorskis I, Pfitzner J. Carbon burial rates in sediments and a carbon mass balance for the Herbert River region of the Great Barrier Reef continental shelf, North Queensland, Australia. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2002, 54(4): 677- 700.

[46] Alongi D M, Pfitzner J, Trott L A, Tirendi F, Dixon P, Klumpp D W. Rapid sediment accumulation and microbial mineralization in forests of the mangroveKandeliacandelin the Jiulongjiang Estuary, China. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2005, 63(4): 605- 618.

[47] Lynch J C, Meriwether J R, McKee B A, Vera-Herrera F, Twilley R R. Recent accretion in mangrove ecosystems based on137Cs and210Pb. Estuaries, 1989, 12(4): 284- 299.

[48] Alongi D M, Wattayakorn G, Pfitzner J, Tirendi F, Zagorskis I, Brunskill G J, Davidson A, Clough B F. Organic carbon accumulation and metabolic pathways in sediments of mangrove forests in southern Thailand. Marine Geology, 2001, 179(1): 85- 03.

[49] Tateda Y, Nhan D D, Wattayakorn G, Toriumi H. Preliminary evaluation of organic carbon sedimentation rates in Asian mangrove coastal ecosystems estimated by210Pb chronology. Radioprotection, 2005, 40(S1): S527-S532.

Below-ground organic carbon distribution and burial characteristics of the Gaoqiao mangrove area in Zhanjiang, Guangdong, Southern China

ZHU Yaojun1, ZHAO Feng2,*, GUO Julan1, WU Gaojie1, LIN Guangxuan3

1ResearchInstituteofWetland,ChineseAcademyofForestry,WetlandResearchCentreofStateForestryAdministration,Beijing100091,China2ResearchInstituteofForestResourceInformationTechniques,ChineseAcademyofForestry,Beijing100091,China3ZhanjiangMangroveNationalNatureReserve,Zhanjiang524033,China

Mangroves are one of the most productive ecosystems of the world, that continually sequester organic carbon and play an important role in global carbon cycles and biogeochemical processes. This study aimed to analyze carbon sequestration and below-ground carbon storage in mangroves, to provide a reference for carbon accounting in mangrove wetlands. The Gaoqiao mangrove area in the Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve was chosen as the study area; 6 sediment cores were collected along two sample lines, which were perpendicular to the coastline, and the physical and chemical properties were examined. Based on the potassium dichromate oxidation-external heating method, the spatial distribution of below-ground organic carbon content in the sediment cores profile was analyzed. The burial rate of organic carbon was determined using radiometric dating210Pb of the six sediment cores, organic carbon density, and depth ratio of mangrove wetlands were also analyzed. The results showed a below-ground organic carbon content of 2.14—36.94 g/kg, with an average of (12.79 ± 9.91) g/kg. Below-ground organic carbon density in the mangroves was (0.0100 ± 0.0056) g/cm3, and the spatial distribution of organic carbon density varied sharply. Horizontally, the peak of organic carbon density appeared at the middle zone, and organic carbon density at the landside was greater than that at the seaside. Vertically, the peak of organic carbon density appeared at the surface both at the landside and the seaside, while it was not clear at the middle zone, and that appeared stratification. In this study area, the century-scale sedimentation rate of mangroves soil was 6.5—11 mm/a, the sedimentation rate of the seaside was faster than that of the landside, and it was generally in accordance with the current rate of sea-level rise. Spatial distribution of organic carbon burial rate of the samples varied at different sites, which was affected by the tide level and plant community type. The burial rate of organic carbon at the seaside was (34.58±7.67) g m-2a-1, while that at the middle zone was150.56 g m-2a-1. The distribution of soil organic carbon was affected by the tidal site in the mangrove wetland; organic carbon content and carbon density were higher at the higher tide site and at the surface, while the low tide site had a faster sediment rate. Below-ground organic carbon content and density at the study site were lower than those at lower latitudes, but higher than those in zonal terrestrial vegetation; thus, its potential for carbon sequestration was huge because of the continuous deposition process.

mangrove; organic carbon;210Pb; sediment; burial rate

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41306079, 31100413)；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)項(xiàng)目(CAFYBB2014QB018, CAFINT2011C10)

2015- 11- 10;

2016- 06- 28

10.5846/stxb201511102276

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhaofeng@caf.ac.cn

朱耀軍, 趙峰, 郭菊蘭, 武高潔, 林廣旋.湛江高橋紅樹林濕地有機(jī)碳分布及埋藏特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(23):7841- 7849.

Zhu Y J, Zhao F, Guo J L, Wu G J, Lin G X.Below-ground organic carbon distribution and burial characteristics of the Gaoqiao mangrove area in Zhanjiang, Guangdong, Southern China.Acta Ecologica Sinica,2016,36(23):7841- 7849.