廣州南沙濕地4種紅樹植物底泥特性的差異

曾慶昌，黃敏華，繆紳裕，陶文琴，龍連娣，陳偉霖

(廣州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006)

廣州南沙濕地4種紅樹植物底泥特性的差異

曾慶昌，黃敏華，繆紳裕，陶文琴，龍連娣，陳偉霖

(廣州大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 廣州 510006)

【目的】比較外來紅樹植物(無瓣海桑Sonneratiaapetala、拉關(guān)木Lagunculariaracemosa)和本地紅樹植物(桐花樹Aegicerascorniculatum、鹵蕨Acrostichumaureum)的底泥特性，了解外來植物對(duì)濕地生態(tài)環(huán)境潛在的影響?！痉椒ā坎捎脙x器原位測定及土壤常規(guī)測定法分析廣州南沙濕地公園4種植物林下底泥的溫度、pH、氧化還原電位(Eh)、電導(dǎo)率、有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素(N、P、K)含量及機(jī)械組成。【結(jié)果】外來植物底泥溫度(無瓣海桑15.59 ℃、拉關(guān)木16.85 ℃)比本地植物(桐花樹15.18 ℃、鹵蕨15.06 ℃)的高；外來植物底泥pH(無瓣海桑6.97、拉關(guān)木6.54)小于本地植物(桐花樹7.21、鹵蕨7.09)；拉關(guān)木底泥的Eh(30.16 mV)顯著高于其他3種植物(無瓣海桑-5.02 mV、桐花樹-11.99 mV、鹵蕨-4.85 mV)。外來植物底泥有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)(無瓣海桑8.41%、拉關(guān)木8.75%)顯著低于本地植物(桐花樹10.22%、鹵蕨10.25%)。無瓣海桑底泥為砂質(zhì)黏壤土，可能導(dǎo)致有效K含量有顯著降低，其他3種植物底泥均為壤質(zhì)黏土?！窘Y(jié)論】外來紅樹植物和本地紅樹植物的底泥生態(tài)因子有明顯差異。外來植物生長迅速，可能加快了有機(jī)質(zhì)分解與物質(zhì)循環(huán)過程，從而改變了底泥的特性。

濕地； 紅樹植物； 底泥特性； pH； Eh

紅樹林是生長在熱帶亞熱帶潮間帶的木本植物群落，具很高的觀賞和科研價(jià)值[1-2]。作為地球上最重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)之一，其底泥是紅樹林濕地的重要組成部分，其中許多研究涉及濕地系統(tǒng)的特征與功能[3-7]。近年來，關(guān)于廣州南沙紅樹林濕地的研究主要有環(huán)境與生物多樣性[1]；無瓣海桑Sonneratiaapetala土壤的動(dòng)態(tài)變化[8]；無瓣海桑、拉關(guān)木Lagunculariaracemosa(又稱假紅樹或拉貢木)、桐花樹Aegicerascorniculatum的生理生態(tài)特性[9]；濕地現(xiàn)狀與保護(hù)對(duì)策[10]；濕地恢復(fù)的環(huán)境效益[11]及小氣候效應(yīng)[12]；人工紅樹林凋落物組成與季節(jié)變化等[13]。無瓣海桑1985年引自孟加拉國，拉關(guān)木1999年從墨西哥引種，分別于2000、2003年起在南沙濕地種植；南沙濕地尚有人工種植的紅樹植物海桑Sonneratiacaseolaris和本地種桐花樹、鹵蕨Acrostichumaureum、秋茄Kandeliaobovata、木欖Bruguieragymnorrhiza、老鼠簕Acanthusilicifolius等[1]。為更好地了解外來植物在廣州南沙濕地的生態(tài)適應(yīng)性及其對(duì)環(huán)境的影響，本文研究了其中2種外來植物(拉關(guān)木和無瓣海桑)和2種本地植物(鹵蕨和桐花樹)的底泥理化性質(zhì)差異，為探討外來植物對(duì)底泥多種因子的影響及潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然條件概況

廣州南沙濕地公園(N22°37′027″、 E113°38′361″，海拔約5 m)地處北回歸線以南，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)性氣候，年均氣溫21.9 ℃，最冷1月13.3 ℃，最熱月7月29 ℃，年無霜期346 d，年均降水量1 650 mm，相對(duì)濕度81%，年均日照2 000 h[8]；年蒸發(fā)量750 mm。潮汐屬不正規(guī)半日潮；土壤主要由海灣沉積形成，屬濱海海涂土壤[1]。試驗(yàn)地選擇在靠近18涌的人工棧道旁的人工種植紅樹林區(qū)域，所測定的4種紅樹植物同時(shí)種植于2009年，無瓣海桑、桐花樹和鹵蕨相互間距約10 m，而拉關(guān)木與它們相距約50 m，因此底泥各指標(biāo)的本底值基本一致。野外測定時(shí)這4種紅樹植物群落的郁閉度，無瓣海桑和拉關(guān)木林約為0.95，略高于桐花樹和鹵蕨的0.85。

1.2 試驗(yàn)材料

于2016年1月6日在南沙濕地公園內(nèi)的無瓣海桑(高約10 m)、拉關(guān)木(高約5 m)、桐花樹(高約2 m)和鹵蕨(高約1 m)種群相對(duì)優(yōu)勢的生長地，在野外原位測定工作完成后，在每種植物距主干10 cm處的4個(gè)角方位各選1個(gè)點(diǎn)，采集距地面10 cm深處的底泥(每個(gè)樣濕質(zhì)量1 kg)，用密封袋保存運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干。每種植物底泥采4個(gè)樣作為重復(fù)；4種植物底泥樣品共計(jì)16個(gè)。

1.3 底泥特性的測定

1.3.1 野外溫度、pH、氧化還原電位(Eh)、電導(dǎo)率測定 對(duì)南沙4種紅樹林濕地的底泥表土上層(距土表5 cm處)、表土下層(距土表15 cm處)及底泥之上的覆蓋水溫度、pH、Eh和電導(dǎo)率，分別用美國Spectrum Technologies公司生產(chǎn)的便攜式pH/氧化還原電位/溫度儀(型號(hào)IQ150)和土壤電導(dǎo)率儀(型號(hào)2265FS)直接進(jìn)行野外原位測定，選擇每種植物距離植株主干10 cm處的4個(gè)角處的覆蓋水和底泥，每個(gè)層次各測定4個(gè)數(shù)據(jù)作為重復(fù)。

1.3.2 土壤有機(jī)質(zhì)、各營養(yǎng)元素含量以及土壤機(jī)械組成測定 風(fēng)干后的松散底泥樣品根據(jù)所測指標(biāo)分別過篩，用于測定有機(jī)質(zhì)含量(過0.147 mm篩)、營養(yǎng)元素含量(過0.147 mm篩)和機(jī)械組成(土壤質(zhì)地)(過2 mm篩)。其中，土壤有機(jī)質(zhì)含量、營養(yǎng)元素(銨態(tài)N、速效P和有效K)含量用浙江托普公司生產(chǎn)的TPY-6A智能土壤養(yǎng)分測試儀測定。凱氏N含量用上海沛歐公司生產(chǎn)的SKD-08S紅外智能8孔消化爐先消化，然后用SKD-100自動(dòng)凱氏定氮儀測定。土壤機(jī)械組成利用甲種密度計(jì)法測定，每次測定后根據(jù)實(shí)際液溫對(duì)密度計(jì)讀數(shù)進(jìn)行校正。

1.3.3 數(shù)據(jù)處理 所有數(shù)據(jù)用Excel 2003統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差；用SPSS 17.0版本軟件按Duncan’s法進(jìn)行多重比較差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 溫度

土壤溫度對(duì)植物根系的生長以及植物衰亡分解過程中釋放的N、P、K的含量有一定影響。土壤溫度不同，植物衰亡后分解釋放的N、P、K量不同。所測定的底泥及其上層覆蓋水溫度結(jié)果見表1。除拉關(guān)木以外，其他3種植物底泥均為土層越深，溫度越高。覆蓋水溫度中，拉關(guān)木顯著高于其他3種植物(P<0.05)；表土上層溫度為拉關(guān)木>無瓣海桑、鹵蕨>桐花樹；表土下層溫度，4者間無明顯差異。拉關(guān)木各層次的溫度均高于其他3種植物，特別是覆蓋水溫和表土溫度都表現(xiàn)出顯著差異。3層次平均溫度表明，外來植物(拉關(guān)木和無瓣海桑)底泥的各層次溫度均高于本地紅樹植物(桐花樹和鹵蕨)。

表1 不同紅樹植物濕地底泥及其覆蓋水溫度1)Tab.1 The temperatures of wetland sediments and their cover water under four mangrove species ℃

1)同列數(shù)據(jù)后凡具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同樹種間差異不顯著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.2 pH

土壤酸堿性是影響土壤肥力的重要因素，不僅直接影響植物的生長，而且與土壤中元素的轉(zhuǎn)換以及有效性密切相關(guān)[14]。所測定的底泥及其覆蓋水pH結(jié)果見表2。4種植物底泥的層次越深，酸度越大。除拉關(guān)木表土下層pH為5.84(屬微酸性)外，其余均在6.5～7.5范圍內(nèi)(均為中性)。4種植物間覆蓋水、表土上層pH均無顯著差異；桐花樹的表土下層pH顯著高于其他3種紅樹植物(P<0.05)，而拉關(guān)木的表土下層pH顯著低于其他3種紅樹植物。從3層次平均值看，外來紅樹植物(拉關(guān)木和無瓣海桑)底泥pH比本地紅樹植物(鹵蕨和桐花樹)低，酸性較強(qiáng)。

表2 不同紅樹植物濕地底泥及其覆蓋水pH1)
Tab.2 The pH values of wetland sediments and their cover water under four mangrove species

樹種覆蓋水表土上層表土下層平均值無瓣海桑7．03±0．26a6．95±0．02a6．93±0．02b6．97拉關(guān)木7．19±0．29a6．60±0．12a5．84±0．04a6．54桐花樹7．46±0．03a7．15±0．10a7．01±0．01c7．21鹵蕨7．32±0．08a7．03±0．04a6．91±0．02b7．09

1) 同列數(shù)據(jù)后凡具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同樹種間差異不顯著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.3 Eh

所測定的覆蓋水和底泥Eh(表3)變動(dòng)范圍較大，4種植物生境Eh均表現(xiàn)為表土下層>表土上層>覆蓋水，這與一般隨土壤深度加大，Eh越低的規(guī)律不同，一方面可能是因?yàn)樗鶞y定的底泥深度不夠大，另一方面可能與紅樹植物為了適應(yīng)濕地環(huán)境，根際能產(chǎn)生一定O2有關(guān)。覆蓋水Eh從高到低依次是拉關(guān)木、無瓣海桑、鹵蕨、桐花樹；表土上層和下層Eh值，從高到低依次均為拉關(guān)木、鹵蕨、無瓣海桑、桐花樹。從3層次平均值看，外來紅樹植物拉關(guān)木的底泥Eh值最高，本地紅樹植物桐花樹的底泥Eh最低，表明拉關(guān)木的底泥氧化性更強(qiáng)，有利于有機(jī)質(zhì)分解和根系吸收。

2.4 電導(dǎo)率

描述土壤鹽分狀況，常用土壤浸提液電導(dǎo)率作為常用直接的指標(biāo)[15]。所測的各底泥電導(dǎo)率結(jié)果見表4。4種植物底泥覆蓋水的電導(dǎo)率差異不顯著，底泥越深差異越明顯，其中表土下層差異最顯著，表土上層和下層的電導(dǎo)率及3層次的平均值均為拉關(guān)木>鹵蕨>桐花樹>無瓣海桑。

表3 不同紅樹植物濕地底泥及其覆蓋水Eh1)Tab.3 The Eh values of wetland sediments and their cover water under four mangrove species mV

1) 同列數(shù)據(jù)后凡具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同樹種間差異不顯著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

表4 不同紅樹植物濕地底泥及其覆蓋水電導(dǎo)率1)Tab.4 The conductivities of wetland sediments and their cover water under four mangrove species mS·m-1

1) 同列數(shù)據(jù)后凡具有一個(gè)相同小寫字母，表示不同樹種間差異不顯著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.5 有機(jī)質(zhì)及各營養(yǎng)元素含量

土壤有機(jī)質(zhì)指的是存在于土壤中的所有含碳的有機(jī)化合物，基本可反映土壤肥力水平的高低[16]。所測定的4種植物底泥有機(jī)質(zhì)含量和營養(yǎng)元素含量結(jié)果見表5。4種紅樹植物林下底泥的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，鹵蕨和桐花樹的很接近(10.22%和10.25%)，均顯著高于無瓣海桑和拉關(guān)木(P<0.05)。說明本地紅樹植物的底泥有機(jī)質(zhì)含量比外來紅樹植物的高。鹵蕨底泥凱氏N、銨態(tài)N和速效P含量均顯著高于其他3種植物底泥的相應(yīng)值；但有效K含量以拉關(guān)木為最高，顯著高于其他3種植物底泥。對(duì)于銨態(tài)N和速效P含量，除本地植物鹵蕨外，外來植物無瓣海桑和拉關(guān)木與本地植物桐花樹之間雖有顯著差異，但含量高低的變化規(guī)律不太一致，可能與不同植物對(duì)各種營養(yǎng)元素的利用效率不同有關(guān)。

表5 不同紅樹植物濕地底泥的有機(jī)質(zhì)與營養(yǎng)元素含量1)
Tab.5 Contents of organic matter and nutrients of the sediments under four mangrove species

樹種w/%w(mg·kg-1)有機(jī)質(zhì)凱氏N銨態(tài)N速效P有效K無瓣海桑8．41±0．52a1．82±0．08a25．40±6．43b6．13±1．06c86．33±8．58a拉關(guān)木8．75±0．20a1．61±0．22a27．33±2．74c4．73±0．57a248．00±5．72d桐花樹10．22±0．54b1．33±0．07a20．07±1．72a5．07±1．00b238．67±25．25c鹵蕨10．25±0．35b4．84±0．24b63．87±2．96d7．07±0．84d137．67±19．94b

1) 同列數(shù)據(jù)后凡具有一個(gè)相同小寫字母者，表示不同樹種間差異不顯著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.6 土壤機(jī)械組成

所測定的4種植物底泥的機(jī)械組成結(jié)果見表6。其中無瓣海桑底泥屬于砂質(zhì)黏壤土；其他3種植物的底泥均為壤質(zhì)黏土，這種土壤質(zhì)地類型上的差異，可能是導(dǎo)致無瓣海桑底泥有效K流失，從而其有效K含量顯著低于其他3種植物底泥的原因之一。除有效K外，不同形態(tài)營養(yǎng)元素在外來植物與本地植物間的差異與它們底泥的不同質(zhì)地關(guān)聯(lián)性不大。

表6 不同紅樹植物濕地底泥的機(jī)械組成

Tab.6 Textures of the sediments under four mangrove species

樹種w/%砂粒粉粒黏粒質(zhì)地類型無瓣海桑61．2422．0116．75砂質(zhì)黏壤土拉關(guān)木45．2723．1431．59壤質(zhì)黏土桐花樹35．0333．4331．54壤質(zhì)黏土鹵蕨35．6128．2936．10壤質(zhì)黏土

3 討論與結(jié)論

本文測定的4種紅樹林濕地的上層覆蓋水1月溫度為14.17～16.95 ℃，略低于南沙濕地平均水溫的17.1 ℃[1]，可能因?yàn)闇y定日的氣溫偏低。研究認(rèn)為南沙紅樹林的保溫效果非常顯著，秋冬季林內(nèi)溫度變幅小于林外[12]，珠海淇澳紅樹林林內(nèi)氣溫一直低于林外無林地[17]。本文測定的結(jié)果除拉關(guān)木上層覆蓋水溫度最高外，其他種類均為覆蓋水<表土上層<表土下層，主要是1月份水溫受較低的氣溫影響，而土壤具一定的保溫作用，土層越深其溫度越高。外來紅樹植物(拉關(guān)木、無瓣海桑)的林下覆蓋水和表土溫度均略高于本地紅樹植物(桐花樹、鹵蕨)，可能與它們?nèi)郝溆糸]度大小有關(guān)，因?yàn)榍罢呒s0.95，后者約0.85。

有學(xué)者從土壤的pH、全硫含量以及形態(tài)角度把現(xiàn)代紅樹林發(fā)育下的土壤定義為紅樹林酸性潮灘土[18]，而紅樹林植物殘?bào)w分解出的單寧酸就是土壤酸性物質(zhì)的來源之一[19]。2010年南沙濕地?zé)o瓣海桑純林下土壤(0～15 cm)的pH 為7.84，低于2005年的8.22；而2010年測定的本地種秋茄下土壤pH 為8.17則高于2005年測定的8.10；6齡無瓣海桑土壤pH小于4齡無瓣海桑土壤，紅樹林土壤pH不僅受紅樹植物生長時(shí)間的影響，也受植物種類的影響[1]。本文測定的拉關(guān)木、無瓣海桑、桐花樹和鹵蕨表土上層和下層pH均明顯低于上述文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)殡S著紅樹林的生長(測定期比文獻(xiàn)更晚，植物生存時(shí)間更久)，其土壤pH逐漸降低，且外來種的土壤pH相對(duì)本地種降低幅度更明顯。

由于Eh受溶液溫度、pH及化學(xué)反應(yīng)可逆性等因素影響，因此所測定的Eh結(jié)果變幅較大，其中拉關(guān)木的表土平均Eh為50.87，顯著高于無瓣海桑的-2.65、桐花樹的-4.32和鹵蕨的2.14。由于海潮的長期淹沒，通氣條件差，紅樹林土壤通常為還原狀態(tài)，除了表層顏色較淺的氧化層以外，其余土壤均水分飽和，土壤空氣容量低，主要是土壤中的氧含量低造成Eh低，還原物質(zhì)含量高[19]。本文的拉關(guān)木表土Eh相對(duì)較高，可能與其根系表層的氧化層有關(guān)。

南沙濕地土壤質(zhì)地主要是沙質(zhì)土和壤質(zhì)土類型[1]，本研究測定的底泥質(zhì)地類型與之一致，未見隨著植物的生長而發(fā)生顯著變化。南沙濕地土壤有機(jī)質(zhì)、總N質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為24.45、1.34 g·kg-1[1]；本研究測定的有機(jī)質(zhì)、凱氏N質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為8.41%～10.25%、1.33%～4.84%，顯示出有機(jī)質(zhì)含量低而凱氏N含量高。隨著植被從寒害后的恢復(fù)，南沙濕地各類型植被上層(0～15 cm)土壤黏粒(<0.002 mm)的有效P、速效K的含量均有明顯上升趨勢，其中有效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)在9.00～44.08 mg·kg-1之間[8]或18.45 mg·kg-1[1]，速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)在78.49～165.51 mg·kg-1之間[8]或225.15 mg·kg-1[1]。本研究測定的速效P質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4.73～7.07 mg·kg-1之間，低于文獻(xiàn)報(bào)道值，而速效K質(zhì)量分?jǐn)?shù)在86.33～248.00 mg·kg-1之間，接近文獻(xiàn)報(bào)道值，這些營養(yǎng)元素的含量變化也可能與植物生長有關(guān)。紅樹林土壤黏粒的多少反映了有機(jī)質(zhì)含量的多少，且pH、N、P、K含量都直接或間接地受到黏粒大小的影響[20]。土壤有機(jī)質(zhì)、凱氏N、全P和速效K含量均為6齡>4齡，說明紅樹林群落有利于土壤有機(jī)質(zhì)增加，不同群落的影響不同，隨著年齡的增長有機(jī)質(zhì)積累增多。如果土壤pH>7，可能發(fā)生氨的揮發(fā)，造成N的損失[21]。加上紅樹林土壤常處于還原狀態(tài)，殘留物分解較慢且不完全，進(jìn)而大量累積在土壤中，故有機(jī)質(zhì)含量較光灘高[1]。以往研究還顯示，外來種無瓣海桑和拉關(guān)木有較高的凈光合速率、總光合速率、凈光合速率、蒸騰速率和較低的呼吸速率，有機(jī)物積累較多，生長快，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，而本地種桐花樹凈光合速率較低、呼吸速率較高，生長相對(duì)較緩[9]，因此這些外來植物的快速生長，顯著改變了濕地中底泥的某些特性，值得予以關(guān)注。

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【責(zé)任編輯 莊 延】

Characteristic differences of the sediment under four mangrove species in Nansha Wetland, Guangzhou

ZENG Qingchang, HUANG Minhua, MIAO Shenyu, TAO Wenqin, LONG Liandi, CHEN Weilin

(School of Life Sciences, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

【Objective】 To compare the sediment characteristics under exotic mangrove species (Sonneratiaapetala,Lagunculariaracemosa) and native mangrove species (Aegicerascorniculatum,Acrostichumaureum), so as to better understand the potential ecological impacts of exotic species on the wetland environment.【Method】The temperature, pH, redox potential (Eh), conductivity, contents of organic matter and nutrients (N, P, K), and texture of sediments under these four species in Nansha Wetland, Guangzhou were measured by usinginsitumeasurement instruments and the common analysis methods of soil.【Result】The sediment temperatures of exotic species (S.apetala15.59 ℃,L.racemosa16.85 ℃) were higher compared to native species(A.corniculatum15.18 ℃,A.aureum15.06 ℃). The sediment pH of exotic species(S.apetala6.97,L.racemosa6.54) were lower compared to native species (A.corniculatum7.21,A.aureum7.09). The sediment Eh ofL.racemosa(30.16 mV) was significantly higher compared to other three species (S.apetala-5.02 mV,A.corniculatum-11.99 mV,A.aureum-4.85 mV) . The contents of organic matter in the sediments under exotic species(S.apetala8.41%,L.racemosa8.75%)were significantly lower compared to native species (A.corniculatum10.22%,A.aureum10.25%). The sediment underS. apetalawas sandy clay loam, which could be related to its significantly low effective K content since the sediments under other three species were all loamy clay.【Conclusion】There are evident differences in the ecological factors of sediments between extotic and native mangroves. Fast growing of exotic mangroves may accelarate the decomposition of organic matter in sediments and cycling of substances, and therefore lead to changes in sediment characteristics.

wetland; mangrove; sediment characteristic; pH; Eh

2016- 02- 25優(yōu)先出版時(shí)間：2016-12-28

曾慶昌(1989—)，男，碩士，E-mail: 490945935@qq.com；通信作者：繆紳裕(1965—)，男，教授，博士，E-mail: miaoshy@gzhu.edu.cn

國家自然科學(xué)基金(31270526)

S153.6

A

1001- 411X(2017)01- 0103- 06

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20161228.0922.012.html

曾慶昌，黃敏華，繆紳裕，等.廣州南沙濕地4種紅樹植物底泥特性的差異[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(1):103- 108.