沙井港不同濕地植被群落沉積物中有機碳含量與分布特征

黃 星 袁菁菁 馬基儀 張 騫 王薛平*

（1、廣西北部灣海洋災(zāi)害研究重點實驗室 北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011 2、寧波市生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，浙江 寧波 315000）

濕地是位于陸生生態(tài)系統(tǒng)和水生生態(tài)系統(tǒng)之間的過渡性地帶，具有保護(hù)生物多樣性、涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等多種功能[1-3]。濕地碳儲量非常高，約90%的有機碳儲存在其土壤中[4-6]。濕地中碳來源主要是植物固定的CO2、原地風(fēng)化、有機質(zhì)降解速率以及外部輸入[7]。濕地具有極其重要的固碳能力，其碳的變化可以直接影響全球碳循環(huán)平衡[5，6，8]。國內(nèi)外有關(guān)濕地有機碳儲量及其影響因素的研究主要集中在氣候變化[4，9-11]、水文特征變化[12-15]、生物群落變化[16-18]及人類活動[19]等方面。

濱海濕地位于陸地與海洋之間，生物量豐富、生產(chǎn)力高，對維持生態(tài)系統(tǒng)平衡作用重大[20，21]。沙井港濕地位于廣西欽州市欽州灣濱海沿岸，是一個有機碳儲量豐富的典型濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)[18]。近年來，由于受到經(jīng)濟的發(fā)展、港口建設(shè)、海岸帶綜合開發(fā)利用等人類活動的影響，沙井港濕地生態(tài)系統(tǒng)已遭到一定程度的破壞，其內(nèi)部的碳循環(huán)已受影響。因此，本文以沙井港不同濕地植被土壤沉積物為研究對象，探討了沙井港不同濕地植被表層和柱狀沉積物有機碳的含量以及分布情況，以期為沙井港濕地的可持續(xù)開發(fā)利用以及保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與預(yù)處理

沙井港濕地位于廣西欽州市茅尾海（欽州灣內(nèi)灣）北部，以紅樹林植物、茳芏、蘆葦?shù)葷竦刂脖粸橹鱗18]。

于2020 年1 月10 日在沙井港濕地茳芏、蘆葦、桐花樹等具有代表性的植被群落進(jìn)行了采樣，采樣點位置見圖1。對于桐花樹、茳芏群落，根據(jù)植物生長分布的疏密，在生長稀疏（A2、C2）與密集處（A1、C1），分別用土壤柱狀采集器采集0～100 cm 深度的沉積物，每10 cm 分為一層（共10 層），同時另外采集3 個表層平行樣沉積物樣。對于蘆葦群落，在蘆葦生長密集處隨機選擇3 個不同地點進(jìn)，每個采樣點采集3個表層沉積物樣品，見表1。

圖1 沙井港采樣點圖

表1 沙井港濕地植被群落概況

將采集的樣品依次進(jìn)行稱重記錄之后，放入烘箱，每過一段時間再將樣品取出翻土并稱重，直至重量不再變化則認(rèn)定為已烘干。烘干樣品過200 目尼龍篩網(wǎng)，過篩后的土壤放入密封袋內(nèi)常溫干燥保存，待測。

1.2 樣品測試及數(shù)據(jù)分析

使用島津TOC-L 總有機碳分析儀及SSM-5000A 固體測量單元，直接測定土壤中總有機碳含量。

獲得的數(shù)據(jù)利用SPSS22 軟件進(jìn)行描述統(tǒng)計及差異性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被群落土壤沉積物有機碳垂向分布規(guī)律

沙井港濕地茳芏群落和桐花樹群落0～100cm 沉積物有機碳含量分別為17.68～32.02g/kg 及6.68～44.15g/kg（圖2）。

圖2 桐花樹群落、茳芏群落沉積物有機碳垂直分布圖

桐花樹群落土壤有機碳含量在0～50cm 范圍內(nèi)隨著深度的增加而減少，在50～70cm 隨深度的增加而增多，在70～100cm 又隨深度的增加而減少，在90～100cm 的深度有機碳含量達(dá)到最低值（6.68g/kg），垂向上整體變化幅度較大。茳芏群落有機碳含量由上到下各層碳含量相差不大，變化幅度相對較小，有機碳含量最小值（17.68g/kg）出現(xiàn)在10～20cm處，最大值（32.02 g/kg）出現(xiàn)在30～40cm 處。

2.2 三種植被群落表層土壤有機碳含量分析比較

由圖3 可知，不同植被群落的表層沉積物有機碳含量表現(xiàn)為茳芏群落（22.81±6.65g/kg）＞桐花樹群落（21.28±0.50g/kg）＞蘆葦群落（10.39±7.80g/kg）。單因素方差分析結(jié)果表明，桐花樹群落與茳芏群落表層沉積物有機碳含量差異不顯著（p＞0.05），但與蘆葦群落表層沉積物有機碳含量差異顯著（p＜0.05），其原因可能與群落所處的的位置及植物殘體、凋落物等在表層土壤中殘留差異有關(guān)[9]。

圖3 不同植被群落表層沉積物單因素方差分析

3 討論

3.1 沉積物有機碳分布特征

茳芏、蘆葦、桐花樹等植被都是淺根植物，淺根植物根系深度一般在一米左右，通過自身的掉落物與根系的降解，從而影響土壤有機碳的累積[22]。在垂直方向上，沙井港濕地茳芏群落與桐花樹群落的有機碳含量的最高值都在土壤深度的0～70cm 的范圍內(nèi)。由于根系深度不一樣，不同植被土壤有機碳出現(xiàn)最大值的深度也不一樣。茳芏群落根系基本在30cm 處，因此有機碳含量最高值出現(xiàn)在30～40cm 的土壤深度，在前40cm 深度中，有機碳含量基本隨深度先降后升，這與閩江口濕地茳芏垂向分布情況類似[23，24]。沙井港濕地桐花樹群落有機碳含量最高值出現(xiàn)在60～70cm 的土壤深度，但其基本隨深度的加深而減少，這與崇明東灘、海南島、湛江高橋等濕地的桐花樹垂向分布變化情況類似[4，15，25]。

相比而言，桐花樹植被在海岸帶各種惡劣環(huán)境中有著較強的適應(yīng)能力，且固碳效率較高[22]。茳芏群落更替較快，在海岸帶修復(fù)中起到的作用較桐花樹群落弱。因此，在沙井港地區(qū)的海岸帶修復(fù)工作中，可優(yōu)先考慮種植桐花樹，次之可考慮茳芏。

3.2 沉積物有機碳含量水平

與其他研究地區(qū)相比，沙井港濕地植被群落表層沉積物有機碳含量較湛江高橋紅樹林濕地植被群落（12.79±9.91 g/kg）、崇明東灘濕地植被群落（6.95±1.37 g/kg）高，但較海南島紅樹林濕地植被群落（53.27±6.74 g/kg）、三江平原濕地植被群落（163.33±88.02 g/kg）低[4，5，15]。

此外，沙井港桐花樹群落表層沉積物有機碳含量較湛江高橋（19.75g/kg）高，較海南島（25.5g/kg）低[15]。沙井港茳芏群落表層沉積物有機碳含量較閩江口（27.7g/kg）低，可能是因為閩江口濕地內(nèi)含大量的茳芏- 蘆葦交錯群落，表層沉積物有機碳含量更高[23]。而沙井港蘆葦群落表層沉積物有機碳含量較閩江口（28.97g/kg）低，較崇明東灘（4.34g/kg）高，可能是因為沙井港蘆葦群落密度較閩江口低，崇明東灘位于上海，上海經(jīng)濟較發(fā)達(dá)，在工業(yè)旅游業(yè)等都比欽州要多，同時環(huán)境污染的渠道也就越多，對崇明東灘濕地有機碳含量造成了一定的影響。

4 結(jié)論

沙井港三種濕地植被群落表層沉積物有機碳含量在2.54g/kg～28.16g/kg，均值為18.16g/kg。其中，茳芏群落表層沉積物有機碳含量最高，桐花樹群落次之，蘆葦群落最小。茳芏、桐花樹群落表層沉積物有機碳含量顯著高于蘆葦植群落。在垂直方向上，桐花樹群落與茳芏群落有機碳含量最大值均在30～70cm 范圍內(nèi)。在0～100cm 范圍內(nèi)，桐花樹群落土壤有機碳含量隨深度增加而降低且變化幅度較大，而茳芏群落土壤有機碳含量隨深度增加而升高但變化幅度小。相比而言，沙井港地區(qū)桐花樹及茳芏固碳效率相對較高，在附近的海岸帶修復(fù)工程中，建議優(yōu)先種植。