廣西紅樹林群落表層沉積物有機(jī)碳的初步研究

談思泳+邱廣龍+范航清+蘇治南+韋梅球

摘要：探討了廣西紅樹林濕地有機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度的分布規(guī)律，為今后該區(qū)域的相關(guān)研究和紅樹林濕地恢復(fù)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。為此，以廣西紅樹林優(yōu)勢群落為調(diào)查樣地，調(diào)查了白骨壤、桐花樹、秋茄、木欖4種自然群落及無瓣海桑人工群落表層沉積物有（0～30 cm）機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度和有機(jī)碳儲量。結(jié)果顯示：各群落沉積物有機(jī)碳含量為秋茄群落（22.90±2.66 g/kg）>無瓣海桑群落（19.58±2.85 g/kg）>桐花樹群落（15.55±1.44 g/kg）>木欖群落（11.63±1.21 g/kg）>白骨壤群落（10.82±0.65 g/kg）。有機(jī)碳密度為秋茄群落（2.43 kg/m2）>無瓣海桑群落（1.92 kg/m2）>白骨壤群落（1.51 kg/m2）>桐花樹群落（1.37 kg/m2）>木欖群落（1.12 kg/m2），平均為1.67 kg/m2。廣西紅樹林表層濕地沉積物（0～30 cm）有機(jī)碳碳儲量分別為：秋茄群落72.76 t/hm2、木欖群落33.49 t/hm2、桐花樹群落40.98 t/hm2、無瓣海桑群落57.73 t/hm2、白骨壤群落45.18 t/hm2。沉積物有機(jī)碳含量在垂直分布上從上而下呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢，且不同群落類型表層沉積物有機(jī)碳含量差異顯著。

關(guān)鍵詞：廣西紅樹林；表層沉積物；有機(jī)碳儲量

1 引言

隨著溫室效應(yīng)的持續(xù)發(fā)酵，人們對空氣中CO2等溫室氣體含量尤為關(guān)注，進(jìn)而對土壤中的碳儲量以及植物的固碳能力展開了深入的研究。現(xiàn)有濕地中的碳是碳匯還是碳源，對于空氣中的二氧化碳含量來說是一個(gè)重要的影響因子。濱海濕地是濕地系統(tǒng)中重要組成，濱海濕地沉積物中對碳儲量的研究和估算是現(xiàn)在以及未來的重要研究課題。紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)是地球上生產(chǎn)力最高的生態(tài)系統(tǒng)之一，單位面積紅樹林根部以上的固碳能力是熱帶雨林的10倍[1，2]。國內(nèi)對土壤有機(jī)碳的研究過去大多都集中在內(nèi)陸，早在1999年王紹虎等[3]就估算了全國陸地土壤總有機(jī)碳儲量約為924.18×108 t，土壤碳庫儲量約占全球的6.73%。21世紀(jì)初期憲麗[4]、于東升[5]等分別用不同的方法對中國土壤有機(jī)碳庫進(jìn)行了估算。國內(nèi)對紅樹林濕地的早期研究主要集中在根部以上，如紅樹植物的熱值[6，7]、呼吸速率與碳輸出[8，9]、重金屬污染[10，11]、以及紅樹林系統(tǒng)的生物多樣性[12，13]，紅樹林濕地有機(jī)碳的研究起步比較晚，紅樹林的固碳能力[1，8]、有機(jī)碳分布規(guī)律[14，15]、碳儲量[16，17]、有機(jī)碳和其他土壤特性的關(guān)系[18]均取得了不同程度的研究成果。

廣西紅樹林濕地是國內(nèi)重要的濕地系統(tǒng)，不僅面積寬廣，而且種類豐富[19]。廣西紅樹林的植被特征[20]、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[19，20]、景觀變化[21，22]、和生物多樣性[12，13]等方面都曾被學(xué)者深入的研究，而碳儲量[16]、碳密度[23]的研究鮮見報(bào)道。筆者基于廣西紅樹林不同群落采集的沉積物樣品，分析廣西紅樹林濕地沉積物表層有機(jī)碳含量、有機(jī)碳密度、有機(jī)碳儲量的分布規(guī)律，為該區(qū)域紅樹林碳匯的估算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 研究區(qū)概況和研究方法

2.1 研究區(qū)概況

該調(diào)查研究區(qū)位于廣西南部、北部灣北部，經(jīng)緯度為21°24′～22°01′N，107°56′～109°40′E，廣西地處南亞熱帶，是典型的亞熱帶濕熱季風(fēng)性氣候，氣候溫和，無嚴(yán)寒酷暑，最冷月為1月，最熱月為7月，該調(diào)查區(qū)年平均氣溫22.0～23.2℃，≥10℃的年積溫7571～8142℃，年均降雨量1565～2823 mm[24]。廣西的海岸線逶迤曲折，東起與廣東接壤的洗米河口，西至中越邊境北侖河口，綿延1628 km，孕育著1000多km2的濱海灘涂[24]。研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)見圖1?；趪伊謽I(yè)局專項(xiàng)調(diào)查結(jié)果顯示廣西紅樹林現(xiàn)有面積8374.9 km2，宜林地面積9274.0 km2，未成林面積380.3 km2，紅樹林現(xiàn)有面積在國內(nèi)居于第二位，僅次于廣東[25]。廣西現(xiàn)有紅樹林11科14屬14種[26]，構(gòu)成桐花樹（Aegiceras corniculatum）群落、白骨壤（Avicennia marina）群落、秋茄（Kandelia obovata）群落、木欖（Bruguiera gymnorrhiza）群落、桐花樹-白骨壤群落、桐花樹-秋茄群落、白骨壤-秋茄群落、無瓣海桑（Sonneratia apetala）群落（人工林）等16個(gè)群落類型[27]，主要分布在防城港市、欽州市和北海市。

2.2 研究方法

2.2.1 樣品采集

樣地的布設(shè)和樣品的采集遵循了典型性和代表性的原則，根據(jù)廣西紅樹林的群落特征（表1），研究在廣西沿岸選取了白骨壤群落、桐花樹群落、秋茄群落、木欖群落及人工種植的無瓣海桑群落作為調(diào)查樣地。根據(jù)群落面積的大小和群落從陸到海的距離，將群落劃分為外灘、中灘、內(nèi)灘。分別在各個(gè)群落的外灘、中灘、內(nèi)灘各取3個(gè)剖面，在每個(gè)剖面的0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm處使用100 cm3的土壤環(huán)刀采集沉積物。

2.2.2 樣品室內(nèi)測定

（1）沉積物含水量。

沉積物含水量采用烘干法：即將已稱濕重的樣品放入60℃的烘箱中烘干至恒重。計(jì)算公式為：

含水量% =（濕土重-干土重）/干土重×100%

（2）沉積物容重。

沉積物容重采用環(huán)刀法，計(jì)算公式為：

Rs= G×100/ V×（100+W）

式中：

Rs為土壤容重（g/cm3）；

G為環(huán)刀內(nèi)濕樣重（g）；

V為環(huán)刀容積（cm3）；

W為樣品含水量（%）。

（3）沉積物有機(jī)碳含量。

沉積物有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-硫酸亞鐵還原滴定法，即稱取已過100目篩的沉積物樣0.2～0.3 g于試管中，加入定量重鉻酸鉀試劑，置于185～190℃油浴鍋中加熱使土壤有機(jī)碳氧化，取出冷卻后用Fe2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至顏色由黃色突變至棕紅色為止。計(jì)算公式為：

沉積物有機(jī)碳含量（%）=[（V0-V）×C2×0.003×1.724×1000]/Mi

式中：

V0為空白滴定時(shí)消耗Fe2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ mL）；

V為土樣消耗Fe2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積（ mL）；

C2為Fe2SO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mol/L）； 0.003 為 1/4 碳原子的摩爾質(zhì)量數(shù)（g/ mol）；

1.724 為由有機(jī)碳換算為有機(jī)質(zhì)的系數(shù)；

Mi為第i層烘干沉積物試樣質(zhì)量（g）。

每個(gè)樣品重復(fù)測定3次，結(jié)果取平均值。

（4）沉積物有機(jī)碳密度和碳儲量。

某一沉積物層i的有機(jī)碳密度SOCi（kg/m2）計(jì)算，公式為：

SOCi= CiDiEi（1-Gi）/10

式中，Ci為沉積物有機(jī)碳含量（%），Di為容重（g/cm3）；Ei為沉積物厚度（cm）；Gi為大于2mm的石礫所占的體積（%）。

沉積物有機(jī)碳儲量具體計(jì)算公式為：

SOCs=10niSOCi

式中， SOCs為某深度內(nèi)的沉積物有機(jī)碳儲量（t/hm2）；SOCi為第i層土壤有機(jī)碳密度（kg/m2），n為土層數(shù)，10為由kg/m2換算為t/hm2的系數(shù)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同群落沉積物物理性質(zhì)及其剖面分布

由表2可見，各個(gè)群落沉積物含水量差異大，最大的是桐花樹群落（67.45%），最小的是白骨壤群落（31.19%）。白骨壤群落沉積物含水率為30.31%～32.32%；桐花樹群落土壤含水率為62.74%～73.53%；秋茄群落土壤含水率為49.18%～59.93%；木欖群落沉積物含水率為37.89%～81.42%。無瓣海桑群落土壤含水率為40.11%～90.54%。研究區(qū)5種不同群落類型下土壤的含水率分布有所不同，白骨壤群落、木欖群落中土壤含水率垂直分布為先增后降，桐花樹群落、無瓣海桑群落土壤含水率隨著深度的減少，而秋茄群落卻隨著深度的增加含水率不斷增加。各群落增加或減少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花樹群落、秋茄群落變化得較為緩慢，木欖群落、無瓣海桑群落變化幅度較大。

由表2可見，沉積物容重大小排序?yàn)榘坠侨廊郝洌?.36 g/cm3）>秋茄群落（1.09 g/cm3）>無瓣海桑群落（1.06 g/cm3）>木欖群落（1.00 g/cm3）>桐花樹群落（0.90 g/cm3）。方差分析結(jié)果表明：白骨壤群落與其它四種群落差異極顯著（p<0.01），桐花樹群落與秋茄群落差異顯著（p<0.05），桐花樹群落、木欖群落、無瓣海桑群落之間，秋茄群落、木欖群落、無瓣海桑群落差異不顯著（p>0.05）。

3.2 不同群落沉積物有機(jī)碳含量

研究區(qū)5種不同群落表層沉積物有機(jī)碳含量（表3），秋茄群落>無瓣海桑群落>桐花樹群落>木欖群落>白骨壤群落。各群落沉積物有機(jī)碳含量變化范圍分別為，秋茄群落12.14～35.26 g/kg，木欖群落7.12～17.75 g/kg，白骨壤8.48～13.57 g/kg，桐花樹群落8.96～22.18 g/kg，無瓣海桑群落11.97～34.01 g/kg。與國內(nèi)其他省份、國外紅樹林濕地相比，廣西紅樹林濕地各群落沉積物有機(jī)碳含量相對比較低。清瀾港紅樹林在90 cm土層處的有機(jī)碳含量還高于20 g/kg[28]。高于閩東紅樹林濕地0～60 cm土壤有機(jī)碳含量為12.94 g/kg[15]。低于馬達(dá)加斯加紅樹林0～30 cm土壤有機(jī)碳含量[29]（6～48 g/kg），遠(yuǎn)低于密克羅尼西亞紅樹林0～30 cm的土壤有機(jī)碳含量[30]（73～125 g/kg）。與國內(nèi)河流、沼澤濕地相比，廣西紅樹林濕地各群落沉積物有機(jī)碳含量相對比較高。遠(yuǎn)高于長江口崇明東灘濕地[31]（長江口崇明東灘濕地蘆葦型沙質(zhì)土4.34±1.30 g/kg、蘆葦/互花米草混合型粘質(zhì)土7.35±1.63 g/kg、蘆葦/互花米草型粘質(zhì)9.17±1.18 g/kg），與青海湖環(huán)湖[32]有機(jī)碳含量相近（0～10、10～20、20～30 cm土層有機(jī)碳含量分別為28.2 g/kg、20.1 g/kg、16.3 g/kg）。

方差分析結(jié)果表明，白骨壤和秋茄、無瓣海桑，桐花樹和秋茄群落沉積物有機(jī)碳含量差異顯著（P<0.05），白骨壤和木欖，桐花樹和木欖、無瓣海桑，秋茄和無瓣海桑，木欖和無瓣海桑群落沉積物有機(jī)碳含量差異不顯著（P>0.05）。在同種群落中，土沉積物剖面有機(jī)碳含量變異系數(shù)僅在0.0740～0.3788，白骨壤群落下土壤有機(jī)碳變異系數(shù)最低，僅有0.0740。各群落沉積物的有機(jī)碳含量垂直分布趨勢分兩種情況，白骨壤群落、木欖群落和秋茄群落由上向下先增多后減少，桐花樹群落和無瓣海桑群落由上而下逐漸降低。各群落增加或減少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花樹群落、木欖群落變化得較為緩慢，秋茄群落、無瓣海桑群落變化幅度較大。該區(qū)域的群落沉積物有機(jī)碳與容重之間呈負(fù)相關(guān)性（r=-0.516，N=45），均隨容重的變化呈相反趨勢變化。

3.3 沉積物有機(jī)碳含量空間分布

3.3.1 沉積物有機(jī)碳含量垂直方向分布

如圖2（a）所示，廣西各群落表層沉積物0～30 cm的變化范圍分別為：秋茄群落16.49～27.01 g/kg，木欖群落8.14～13.48 g/kg，桐花樹群落14.00～18.47 g/kg，白骨壤10.11～11.69 g/kg，無瓣海桑14.87～28.12 g/kg。廣西紅樹林濕地表層沉積物0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm深度有機(jī)碳含量分別為：17.33±1.96 g/kg，16.21±1.75 g/kg，14.75±1.96 g/kg。沉積物有機(jī)碳平均含量大小為0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm。方差分析結(jié)果顯示，秋茄群落0～10 cm有機(jī)碳含量顯著低于10～20 cm、20～30 cm（p<0.05），無瓣海桑群落0～10 cm有機(jī)碳含量顯著高于10～20 cm、20～30 cm（p<0.05），這一結(jié)果與海南[14]不一致（海南無瓣海桑群落0～20 cm、20～40 cm沉積物有機(jī)碳含量不顯著），其它三種群落垂直分布差異不顯著，該結(jié)果與海南相同[14]。造成這一結(jié)果的原因可能是秋茄是板狀根紅樹植物，含碳量較高的凋落物在沉積物表面容易被潮水帶走；無瓣海桑群落是人工種植林，群落中的沉積物被翻動(dòng)破壞，可能會(huì)造成一定深度內(nèi)有機(jī)碳的損失，而無瓣海桑群落中有許多枯枝掉落在沉積物表面，這有利于葉、花、果實(shí)等凋落物不易被潮水帶走，在群落沉積物0～10cm形成積累。

3.3.2 沉積物有機(jī)碳含量在水平方向分布

如圖2（b）所示，廣西紅樹林濕地沉積物各群落從外灘到內(nèi)灘有機(jī)碳含量的變化分別為：秋茄群落20.01～27.65 g/kg，木欖群落9.93～13.34 g/kg，桐花樹群落12.25～20.15 g/kg，白骨壤9.82～11.42 g/kg，無瓣海桑15.15～24.50 g/kg。水平方向平均有機(jī)碳含量分別為：內(nèi)灘19.41±1.80 g/kg，中灘15.44±1.87 g/kg，外灘13.43±2.05 g/kg。各群落水平方向有機(jī)碳含量以及平均有機(jī)碳含量大小排序均為內(nèi)灘>中灘>外灘。變化趨勢與密克羅尼西亞紅樹林土壤有機(jī)碳含量水平變化不一致[29]（近海>近陸>中間）。方差分析結(jié)果顯示，內(nèi)灘、中灘、外灘之間沉積物平均有機(jī)碳含量差異不顯著（P>0.05）。從內(nèi)灘到外灘有機(jī)碳含量變化最大的是秋茄群落和無瓣海桑群落；白骨壤群落變化最小，有機(jī)碳含量幾乎相同。

3.4 沉積物有機(jī)碳密度和碳儲量

經(jīng)計(jì)算，廣西不同紅樹植物群落各自的平均有機(jī)碳密度分別為：秋茄群落2.43 kg/m2，無瓣海桑群落1.92 kg/m2，白骨壤群落1.51 kg/m2，桐花樹群落1.37 kg/m2，木欖群落1.12 kg/m2，總平均值為1.67 kg/m2（表4）。該結(jié)果遠(yuǎn)低于海南島[14]、閩東地區(qū)[15]紅樹林土壤有機(jī)碳密度（海南島紅樹林0～20 cm、20～40 cm土壤有機(jī)碳密度分別為4.29±0.69、4. 26±0.99 kg/m2，閩東地區(qū)紅樹林0～20 cm土壤有機(jī)碳密度為10.61 kg/m2，20～40 cm為10.17 kg/m2，40～60 cm為7.49 kg/m2）。廣西紅樹林碳密度明顯低于海南和閩東地區(qū)跟紅樹林生長的海岸類型有關(guān)。廣西紅樹林大多生長在開闊海岸，海南和閩東地區(qū)紅樹林則主要生長在瀉湖和河口海岸。一般而言，瀉湖和河口海岸環(huán)境更有利于紅樹林的生長及固碳。廣西紅樹林碳密度低還可能與林區(qū)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有關(guān)。例如，廣西紅樹林灘涂盛產(chǎn)可口革囊星蟲（Phascolosoma esculenta），它是當(dāng)?shù)刂奶厣巢?，市場巨大，大量群眾常年進(jìn)入林下灘涂挖捕。挖掘活動(dòng)一方面嚴(yán)重傷害紅樹植物根系[33]，導(dǎo)致紅樹林的矮化，降低紅樹林固功能；另一方面，挖掘活動(dòng)嚴(yán)重干擾沉積物的穩(wěn)定性與完整性，可能會(huì)加快土壤碳庫的碳排放。挖掘活動(dòng)對紅樹林碳匯的影響過程與機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究與驗(yàn)證。

方差分析結(jié)果顯示，調(diào)查區(qū)表層沉積物有機(jī)碳密度垂直分布差異不顯著（p>0.05）。秋茄、無瓣海桑群落沉積物有機(jī)碳密度均與其他4個(gè)群落差異顯著（p<0.05），白骨壤、桐花樹、木欖之間群落沉積物有機(jī)碳密度差異不顯著（p>0.05）。各群落沉積物的有機(jī)碳密度垂直分布趨勢分兩種情況，白骨壤群落、桐花樹群落、秋茄群落和木欖群落由上向下先增多后減少，無瓣海桑群落由上而下先減少后增多。各群落增加或減少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花樹群落、木欖群落變化得較為緩慢，秋茄群落、無瓣海桑群落變化幅度較大。

0～30 cm有機(jī)碳儲量的計(jì)算結(jié)果分別為：秋茄群落72.76 t/hm2、無瓣海桑群落57.73 t/hm2、白骨壤群落45.18 t/hm2、桐花樹群落40.98 t/hm2、木欖群落33.49 t/hm2。有機(jī)碳儲量大小排序一致，秋茄>無瓣海桑>白骨壤>桐花樹>木欖。廣西紅樹林濕地沉積物有機(jī)碳儲量與密克羅尼西亞同等深度的紅樹林土壤有機(jī)碳儲量相近[29]（密克羅尼西亞0～30 cm碳儲量為48.7±4.8～78.4±10.4 t/hm2）；低于馬達(dá)加斯加覆蓋度高、覆蓋度低的紅樹林同等深度土壤有機(jī)碳儲量[30]（馬達(dá)加斯加覆蓋度高、覆蓋度低的紅樹林0～30 cm碳儲量分別為82.4、75.6 t/hm2）；低于海南島的紅樹林濕地土壤碳儲量[14]（海南紅樹林面積33.93 km2，1 m深度內(nèi)碳儲量為2.39×106 t）；遠(yuǎn)低于三江平原濕地[34]（1 m深度內(nèi)島狀林、小葉章草甸和毛果苔草有機(jī)碳儲量分別為1.04、1.48、4.22×102 t/hm2）；低于廣西主要林型土壤碳儲量[35]（1 m深度內(nèi)平均碳儲量為124.70 t/hm2）。

4 結(jié)論

研究表明，廣西紅樹林濕地表層沉積物有機(jī)碳含量表現(xiàn)為秋茄群落>無瓣海桑群落>桐花樹群落>木欖群落>白骨壤群落，有機(jī)碳碳儲量表現(xiàn)為秋茄群落>無瓣海桑群落>白骨壤群落>桐花樹群落>木欖群落。沉積物有機(jī)碳含量在垂直分布上從上而下呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢。廣西紅樹林濕地表層沉積物有機(jī)碳密度、碳儲量較海南、閩東的低，且不同群落類型表層沉積物有機(jī)碳含量差異顯著[36～41]。廣西紅樹群落表層沉積物碳庫可能與紅樹植物生長的海岸類型、人類活動(dòng)等因素有密切聯(lián)系，有待于進(jìn)一步研究。

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