廣東臺(tái)山鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園土壤有機(jī)碳含量及其影響因素分析*

華國棟 莊禮鳳 李家祥 張雪娜王丹楓 吳林芳

（1.廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州 510520；2.廣州林芳生態(tài)科技有限公司，廣東 廣州 510520；3.廣東臺(tái)山鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園管理中心，廣東 江門 529200；4.中國科學(xué)院華南植物園，廣東 廣州 510650）

海岸帶“藍(lán)碳”是指固定在海岸帶濕地生態(tài)系統(tǒng)中的碳[1]，它們對(duì)緩解氣候變暖以及溫室氣體的排放具有重要作用[2-3]。由于紅樹林具有生產(chǎn)力高和儲(chǔ)碳量大的特點(diǎn)，其在全球的碳循環(huán)中具有重要位置[4]。在全球的范圍內(nèi)，盡管紅樹林占海洋面積不足2%，但它們卻貢獻(xiàn)了10%～15%的沉積物碳[5]。紅樹林群落中土壤碳儲(chǔ)量通常占生態(tài)系統(tǒng)中一半以上（49%～90%）[6]，這部分土壤中的碳主要來源于凋落物和根系的分解[7]，因此植物群落的組成將極大地影響土壤碳庫。

本研究以廣東省江門紅樹林為研究區(qū)，對(duì)該區(qū)域內(nèi)桐花樹Aegiceras corniculatum群落、秋茄Kandelia candel群落、海欖雌Avicennia marina群落、無瓣海桑Sonneratia apetala群落、鹵蕨Acrostichum aureum群落及老鼠簕Acanthus ilicifolius群落0～40 cm 的土壤碳儲(chǔ)量進(jìn)行分析，研究不同群落與土壤碳含量之間的關(guān)系，為進(jìn)一步研究紅樹林碳循環(huán)和有機(jī)碳儲(chǔ)量提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究位于廣東臺(tái)山鎮(zhèn)海灣紅樹林國家濕地公園（21°54′～21°59′ N，112°22′～112°24′ E），位于江門市西南部，琴溪河與深井河入?？诤佣?，沿河道呈條帶狀分布。公園總面積5.492 km2，其中濕地面積5.154 km2，濕地率為93.8%。江門市紅樹林資源在廣東省地級(jí)市排名第二[8]，臺(tái)山鎮(zhèn)海灣紅樹林是珠三角非常珍貴的“海上森林”，對(duì)維持沿海地區(qū)生態(tài)平衡、保持生物多樣性等起著重要作用。

該區(qū)域?qū)儆趤啛釒ШＱ笮约撅L(fēng)氣候，降雨充沛，氣候常年溫和且濕潤，平均溫度為21.8 ℃，年平均降水量為1 963 mm，年日照時(shí)間達(dá)2 006 h，無霜期333～363 d[9]。區(qū)域地貌包括盆地、平原、丘陵、高山和灘涂等[10]。潮汐為不規(guī)則半日潮，平均潮差1.24 m。臺(tái)山紅樹林的主要群落類型包括桐花樹群落、秋茄群落、海欖雌群落、無瓣海桑群落、鹵蕨群落及老鼠簕群落等。該區(qū)域紅樹林以天然紅樹林樹種為主，其中，天然紅樹林主要樹種為海欖雌、桐花樹、秋茄；人工栽培的樹種是無瓣海桑、桐花樹等[11]。

1.2 研究方法

1.2.1 采樣地設(shè)置 在該濕地公園內(nèi)，選擇桐花樹、秋茄、海欖雌、無瓣海桑、鹵蕨及老鼠簕等6種具有代表性人工種植群落類型設(shè)置樣地，在每個(gè)類型植被內(nèi)設(shè)置3 個(gè)10 m × 10 m 固定樣方作為重復(fù)，具體樣地信息見表1。采樣地分布情況如圖1 所示。

圖1 廣東臺(tái)山紅樹林采樣圖Fig. 1 Map of the study sites in Taishan, Guangdong

表1 采樣地基本信息Table 1 Basic information of the sampling sites

1.2.2 樣品采集及測(cè)定 在每個(gè)樣方內(nèi)，隨機(jī)設(shè)置3 個(gè)采樣點(diǎn)。采樣前，移除土壤表層的凋落物層，用內(nèi)徑為5 cm 的采樣器分別采集0～10 cm，10～20 cm 和20～40 cm 層的土壤樣品，共采集了162 份土壤樣品。將土壤混合均勻后，帶回實(shí)驗(yàn)室。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)挑出根系、石粒等雜物，風(fēng)干后研磨過篩待測(cè)。采用電位法，測(cè)定土壤的pH。采用重鉻酸鉀外加測(cè)法測(cè)定土壤內(nèi)有機(jī)碳含量。采用DDS-307 電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率。土壤含水量采用烘干法測(cè)定；土壤容重采用土壤環(huán)刀法現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理 采用單因素方差分析和LSD 多重比較的方法，分析各群落有機(jī)碳含量及其他指標(biāo)之間的差異，并采用Pearson 相關(guān)性分析方法，分析各群落有機(jī)碳含量與其它理化性質(zhì)的關(guān)系。利用SPSS 13.0 進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同群落有機(jī)碳含量與土壤理化特征

不同紅樹林群落下0～10 cm 層土壤有機(jī)碳含量差異顯著（P＜0.05）（表2），秋茄群落和海欖雌群落下土壤有機(jī)碳含量顯著高于桐花群落、無瓣海桑群落和鹵蕨群落（P＜0.05），秋茄群落有機(jī)碳含量最大，為3.18%；而在10～20 cm 層土層，海欖雌群落下土壤有機(jī)碳含量最大，為3.08 %，秋茄群落、老鼠簕群落、桐花樹群落、無瓣海桑群落和鹵蕨群落土壤有機(jī)碳含量依次減少（表2）；在20～40 cm 層土層中，各群落土壤有機(jī)碳含量與10～20 cm 層基本一致。

土壤理化性質(zhì)方面，海欖雌群落土壤含水率顯著高于大部分群落（P＜0.05）。對(duì)于土壤容重，結(jié)果顯示其與土壤含水率呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）（表3）。無瓣海桑和鹵蕨群落僅在0～10 cm的土層中容重顯著高于其余群落（P＜0.05），其余土層不同群落容重差異性均不顯著。不同群落土壤pH 值隨土壤層變化差異不大；在0～10 cm 土層中，海欖雌和無瓣海桑群落的pH 值顯著高于其他群落（P＜0.05）；在10～20 cm 土層各群落間pH 值差異不顯著，但在20～40 cm 層土層中，無瓣海桑的pH 值顯著高于其他群落（P＜0.05），為7.4。對(duì)于土壤電導(dǎo)率，桐花樹和秋茄群落在0～10 cm 和10～20 cm 的土層顯著高于其他群落（P＜0.05）。

2.2 不同群落土壤有機(jī)碳密度

如圖2 所示，海欖雌群落土壤有機(jī)碳密度最高，為103.875 mg·hm-2，并顯著高于除秋茄外所有群落（P＜0.05）。其中，桐花樹群落、無瓣海桑群落、鹵蕨以及老鼠簕群落土壤有機(jī)碳密度分別為75.299、78.457、70.472、63.716 mg·hm2。

圖2 不同群落40 cm 層土壤有機(jī)碳密度Fig. 2 Total soil organic carbon density down to 40 cm at different sites

2.3 不同群落土壤有機(jī)碳含量與其它理化指標(biāo)的關(guān)系

不同群落地0～40 cm 層土壤有機(jī)碳與土壤電導(dǎo)率和含水率顯著正相關(guān)（P＜0.05），與土壤容重顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05）（表3）。土壤有機(jī)碳與pH 值不相關(guān)。

表3 土壤有機(jī)碳與其它土壤理化指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between organic carbon contents and other physical and chemical indexes of the soil

3 結(jié)論與討論

桐花樹群落、秋茄群落、海欖雌群落、無瓣海桑群落、鹵蕨和老鼠簕群落的0～40 cm 層土壤有機(jī)碳密度分別為75.299，89.320，103.875，63.717，70.472 mg·hm-2，其中海欖雌群落土壤的有機(jī)碳密度最大，鹵蕨群落土壤的最小。土壤容重、電導(dǎo)率、含水率是影響紅樹林群落0～40 cm層土壤有機(jī)碳的主要因素。

紅樹林中的土壤有機(jī)碳主要來源于植被地上凋落物，地下部分根系以及海水中懸浮的有機(jī)質(zhì)[12]。在本研究中，秋茄群落和無瓣海桑的有機(jī)碳平均含量分別為2.93%和1.92%，高于廣西壯族自治區(qū)珍珠灣和福建九龍江口紅樹林秋茄和其他類型的紅樹林[13-14]。秋茄林群落有機(jī)碳含量在土壤表層（0～10 cm）含量最高，而無瓣海桑的有機(jī)碳含量在土壤層20～40 cm 層最高，造成這樣的原因可能是紅樹林的根系主要分布在20～40 cm 土壤層[12，15]，而且作為較高大喬木的無瓣海桑具有更深層次的根系。本研究中其他群落如海欖雌的土壤有機(jī)碳平均含量與劉美齡[16]在海南東南港同類型群落有機(jī)碳含量相似。

臺(tái)山紅樹林群落下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量均稍低于同緯度地區(qū)下紅樹林群落土壤有機(jī)碳含量[17]。除無瓣海桑外，其余群落的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量呈現(xiàn)隨土壤層深度增加而降低的趨勢(shì)，這與辛琨等[12]對(duì)海南紅樹林群落的研究相類似，原因可能是這兩個(gè)地方土壤質(zhì)地粘重，土壤表層的有機(jī)質(zhì)通過淋溶作用轉(zhuǎn)移到下層的速度較慢[12]。

不同土層紅樹林群落土壤有機(jī)碳含量的差異不僅來源于植物種類的差異，也受到其他因素例如潮汐升降、降雨和河流等外界條件影響。區(qū)別于陸地森林，紅樹林生長于海陸交接的灘涂區(qū)域，在此環(huán)境中生物因素和非生物（環(huán)境）因素較為復(fù)雜，這些條件共同影響土壤有機(jī)碳的輸入與輸出，從而導(dǎo)致紅樹林土壤有機(jī)碳含量具有一定的不確定性[19-20]。因此，不同研究區(qū)域，不同植物群落和不同土壤層都導(dǎo)致紅樹林土壤有機(jī)碳密度差異。周慧杰[21]對(duì)廣西壯族自治區(qū)欽州灣桐花群落研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)碳在0～10 cm 達(dá)到最大值，而在海南省文昌市，桐花群落卻在20～40 cm 達(dá)到最大值[12]，此外還有研究者發(fā)現(xiàn)紅樹林群落中土壤層3 m 的有機(jī)碳含量還是很豐富[22]。

土壤理化性質(zhì)主要通過影響土壤內(nèi)部的微觀環(huán)境，從而影響其有機(jī)碳固定速率，同時(shí)土壤有機(jī)碳的積累也會(huì)對(duì)土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生影響[12]。一般地，土壤鹽度和土壤電導(dǎo)率呈現(xiàn)顯著正相關(guān)關(guān)系[23]。在本研究中使用電導(dǎo)率代替鹽度進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳含量與電導(dǎo)率呈顯著正相關(guān)關(guān)系，主要原因可能是較高的土壤鹽度可以抑制土壤有機(jī)碳的降解，從而促進(jìn)土壤有機(jī)碳的保存[24]。土壤有機(jī)碳與含水率成顯著正相關(guān)關(guān)系，與前人之前的研究相一致[25-26]。同時(shí)，土壤有機(jī)碳含量與土壤容重呈顯著負(fù)相關(guān)，與王麗紅等[27]對(duì)崇明島濕地土壤有機(jī)碳和土壤含水率關(guān)系分析的結(jié)果相似，主要原因可能是隨著土壤容重的變大，土壤的水分和空氣等發(fā)生變化，從而導(dǎo)致土壤孔隙度降低，結(jié)構(gòu)性下降，導(dǎo)致土壤變得緊實(shí)，最終影響土壤有機(jī)碳含量。

本研究僅對(duì)臺(tái)山紅樹林40 cm 層的土壤有機(jī)碳含量的分布情況及理化指標(biāo)進(jìn)行分析，但是除了群落類型，潮位、溫度和緯度等都會(huì)對(duì)紅樹林土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生影響，這些因素對(duì)無瓣海桑群落下土壤有機(jī)碳含量的影響還需要深入研究。