浙江省紅樹(shù)林分布和造林成效分析

吳偉志, 趙志霞, 楊升, 梁立成, 陳秋夏, 盧翔, 劉星, 張小偉

1. 浙江省森林資源監(jiān)測(cè)中心, 浙江 杭州 310020;

2. 浙江省林業(yè)勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司, 浙江 杭州310020;

3. 浙江省亞熱帶作物研究所, 浙江 溫州 325005

紅樹(shù)林是生長(zhǎng)在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶, 受周期性潮水浸淹, 以紅樹(shù)植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本植物群落(王友紹, 2021)。紅樹(shù)林是地球生產(chǎn)力最高的海洋自然生態(tài)系統(tǒng), 具有消浪護(hù)岸、降解污染和維持生物多樣性等功能,是最有價(jià)值的生態(tài)系統(tǒng)之一(林鵬, 1997; 王文卿 等,2007; Lovelock, 2008; Palacios et al, 2017)。

當(dāng)前, 全球紅樹(shù)林主要分布30°N 和30°S 之間,包括印度尼西亞、澳大利亞、巴西、墨西哥和中國(guó)等124 個(gè)國(guó)家, 總面積約15 萬(wàn)～18 萬(wàn)km2(Cárdenas et al, 2017)。中國(guó)紅樹(shù)林分布于東南沿海 8 個(gè)省(區(qū)),包括廣西、廣東、海南、福建、浙江、臺(tái)灣、香港和澳門(mén), 形成南部和東南部海岸保護(hù)帶(陳秋夏 等,2019)。我國(guó)紅樹(shù)林自然分布的南界和北界分別是海南省三亞市(18°12′N)和福建省福鼎市(27°20′N), 人工引種的最北界為浙江省舟山市(29°32′N)(王文卿等, 2007; 陳秋夏 等, 2019)。受人類活動(dòng)和氣候變化等因素影響, 紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)退化嚴(yán)重(盧元平,2018), 其中, 2000—2012 年, 全球紅樹(shù)林年均損失量達(dá) 0.16%～0.39%, 而東南亞高達(dá) 3.58%～8.08%(Hamilton et al, 2016)。中國(guó)在1973—2000 年約喪失62%的紅樹(shù)林, 2000 年后, 國(guó)家大力保護(hù)和營(yíng)建紅樹(shù)林, 截至2020 年, 全國(guó)紅樹(shù)林總面積為27100hm2, 比2000 年凈增長(zhǎng)23.04%, 已得到基本恢復(fù)(自然資源部, 2021)。

人工造林是近年來(lái)紅樹(shù)林面積迅速增加的最主要原因(盧元平, 2018)。浙江省作為紅樹(shù)林人工引種的北界, 早在20 世紀(jì)50 年代已開(kāi)展紅樹(shù)林引種造林, 2000 年以后更是加大紅樹(shù)林造林力度。秋茄(Kandelia obovata)是紅樹(shù)科(Rhizophoraceae)秋茄樹(shù)屬(Kandelia)的常綠灌木或小喬木, 是我國(guó)分布最廣且最耐寒的真紅樹(shù)植物, 現(xiàn)已成為浙江主要造林樹(shù)種(陳秋夏 等, 2019)。目前關(guān)于秋茄生物量、種群、群落、生理生態(tài)、低溫鹽度脅迫、蟲(chóng)害等方面已有大量的研究(金川 等, 2012; 譚芳林 等, 2014; 仇建標(biāo) 等, 2021; 楊升 等, 2021)。浙江省曾累計(jì)造林面積達(dá)到1700hm2, 由于規(guī)劃與實(shí)施脫節(jié)、造林技術(shù)和抗寒良種缺乏、海涂圍墾、人為破壞等原因, 已郁閉成林面積僅有33.3hm2(陳秋夏 等, 2019)。目前關(guān)于浙江省紅樹(shù)林造林時(shí)空分布尚未厘清, 不同造林區(qū)域的土壤理化性質(zhì)差異和幼齡秋茄種群的生長(zhǎng)差異有待進(jìn)一步分析。本研究統(tǒng)計(jì)了浙江省自1957年以來(lái)不同時(shí)期的紅樹(shù)林造林面積和分布情況, 摸清浙江紅樹(shù)林本底及林分生長(zhǎng)狀況, 分析不同區(qū)域造林后的生長(zhǎng)差異, 以期為后續(xù)紅樹(shù)林造林提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 紅樹(shù)林分布現(xiàn)狀調(diào)查

采用低空輕小型無(wú)人機(jī)航測(cè)技術(shù), 飛行平臺(tái)為大疆精靈PHANTOM 4 RTK 無(wú)人機(jī), 搭載2000 萬(wàn)像素RGB 相機(jī), 對(duì)全省的紅樹(shù)林分布區(qū)進(jìn)行正射影像采集。

選擇無(wú)云天氣、低潮位時(shí)段, 通過(guò)DJI GS RTK App 軟件實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)飛行航線、起落點(diǎn)的設(shè)置。飛行器在多個(gè)架次內(nèi)完成整個(gè)研究區(qū)域的拍攝任務(wù)。采取正射方式, 飛行速度為10m·s–1, 相對(duì)航高保持在林分最高位置的80m。航向重疊率為80%, 旁向重疊率 80%, 分辨率為 0.0124m, 坐標(biāo)系為UTMWGS84 50N。對(duì)無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行預(yù)處理, 包括錯(cuò)誤影像的刪除、對(duì)比度和曝光值的調(diào)整。使用大疆智圖軟件對(duì)預(yù)處理后的無(wú)人機(jī)影像進(jìn)行三維重建處理。最終獲得的DSM 和DOM 數(shù)據(jù)的分辨率為0.02m。根據(jù)形成的正射影像圖, 結(jié)合實(shí)地調(diào)查,確定不同種植區(qū)的種植時(shí)間和樹(shù)齡。

紅樹(shù)林包括郁閉度≥0.2 的喬木林、覆蓋度≥30%的灌木林以及三年成活率≥1500 株·hm–2的紅樹(shù)林造林地。

1.2 紅樹(shù)林樣地設(shè)置和群落調(diào)查

按緯度梯度從低到高選取龍港市新美洲村(27°35′04″N, 120°34′50″E)、龍灣區(qū)樹(shù)排沙島(27°57′11″N, 120°51′32″E)和樂(lè)清市西門(mén)島(28°20'05"N, 121°10'17"E)設(shè)置紅樹(shù)林樣地。其中,龍港市新美洲村和龍灣區(qū)樹(shù)排沙島紅樹(shù)林按照潮帶的內(nèi)、中、外分別設(shè)置3 個(gè)站點(diǎn), 每個(gè)站點(diǎn)設(shè)置3個(gè) 10m×10m 的樣方。樂(lè)清市西門(mén)島(28°20'05"N,121°10'17"E)紅樹(shù)林由于林帶較窄, 只設(shè)置1 個(gè)站點(diǎn),設(shè)置5 個(gè)10m×10m 的樣方。

圖1 浙江省紅樹(shù)林分布圖Fig. 1 Map of mangrove distribution in Zhejiang Province

在每個(gè)樣方內(nèi)調(diào)查紅樹(shù)林植被物種、株數(shù)、株高、基徑、蓋度等。采集每個(gè)樣方內(nèi)沉積物樣品, 分上(0～30cm)、下(30～60cm)兩層, 測(cè)定沉積物含鹽量、pH、有機(jī)質(zhì)、水解氮、有效磷和速效鉀含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用LSD 多重比較方法, 分析各樣地土壤理化性質(zhì)、秋茄株高、基徑和蓋度差異。利用R 語(yǔ)言進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、相關(guān)分析以及圖表繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 浙江省紅樹(shù)林分布現(xiàn)狀

2.1.1 空間分布

截止到2020 年, 浙江省紅樹(shù)林主要為秋茄純林和苦檻藍(lán)純林, 現(xiàn)有面積總計(jì)386.77hm2,集中分布在溫州市和臺(tái)州市, 分別為257.01hm2和129.76hm2(表1)。溫州市各縣(市、 區(qū))紅樹(shù)林面積分別為龍灣區(qū)74.27hm2、蒼南縣55.91hm2、樂(lè)清市50.3hm2、龍港市32.3hm2、洞頭區(qū)31.8hm2、 平陽(yáng)縣9.37hm2, 以及瑞安市3.05hm2(表1)。臺(tái)州市各縣(市、 區(qū))紅樹(shù)林面積分別為玉環(huán)市116.52hm2、溫嶺7.27hm2、椒江3.16hm2和三門(mén)2.81hm2(表1)。其中, 溫州市紅樹(shù)林均為秋茄純林, 龍灣區(qū)、蒼南縣和樂(lè)清市在全市的占比分別為28.90%、 21.75%和19.58%,合計(jì)達(dá)到70.23%; 而平陽(yáng)縣和瑞安市占比較少, 分別為3.65%和1.19%。臺(tái)州市紅樹(shù)林包括真紅樹(shù)植物秋茄林和半紅樹(shù)植物苦檻藍(lán)林, 分別占紅樹(shù)林總面積的84.30%和15.70%。在臺(tái)州市各縣(市、 區(qū))中, 玉環(huán)市占比最大, 占到全市的89.80%, 而溫嶺市、椒江區(qū)和三門(mén)縣的占比分別為5.60%、 2.44%和2.16%。

表1 浙江省各區(qū)域紅樹(shù)林分布面積Tab. 1 Mangrove distribution area in each region of Zhejiang Province

2.1.2 時(shí)間分布

由圖2 可知, 現(xiàn)有紅樹(shù)林引種于2000 年以前的林分僅有0.44hm2, 占比為0.11%, 而在2000—2010年的10年間, 紅樹(shù)林面積為14.38hm2, 占比為3.72%。2011—2015 年, 浙江省紅樹(shù)林面積增加了139.92hm2,主要集中在龍灣區(qū)和玉環(huán)市, 分別為74.27hm2和45.96hm2, 并且與前10 年(2000—2010年)相比, 增加8.73 倍(圖2)。 2016—2020 年, 浙江省紅樹(shù)林增加面積達(dá)到232.03hm2, 與2011—2015年相比增加了 65.83%, 其中, 近三年(2018—2020年)的未成林幼林面積為 201.37hm2, 占近五年(2016—2020 年)新增紅樹(shù)林面積的86.79%, 占浙江省現(xiàn)有紅樹(shù)林面積的52.06%(圖2)。

圖2 浙江省不同時(shí)期紅樹(shù)林面積Fig. 2 Mangrove area in Zhejiang Province at different periods

2.1.3 各階段林分發(fā)育

由表2 可以看出, 2000 年以前、2000—2010 年、2011—2015 年和2016—2020 年四個(gè)時(shí)期種植秋茄株高分別為205.5、246.13、106.63 和50.17cm; 蓋度分別為67.69%、77.9%、68.66%和24.56%(表2)。其中, 株高和蓋度均在2000—2010 年間最高, 表明秋茄植物生長(zhǎng)旺盛; 2016—2020 年間株高和蓋度最低, 可能與栽培時(shí)間較短有關(guān)。

表2 不同時(shí)期秋茄株高和蓋度Tab. 2 Height and cover of Kandelia obovata at different periods

2.2 不同區(qū)域?yàn)┩砍练e物化學(xué)性質(zhì)和秋茄種群生長(zhǎng)差異

2.2.1 不同區(qū)域?yàn)┩砍练e物化學(xué)性質(zhì)

由表 3 可知, 龍港市新美洲村灘涂紅樹(shù)林種植區(qū)的高程最高, 西門(mén)島灘涂高程相對(duì)較低, 龍灣區(qū)樹(shù)排沙島處于兩者之間。在3 個(gè)紅樹(shù)林種植區(qū)域, 樂(lè)清西門(mén)島灘涂沉積物中的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)和含鹽量均顯著高于龍港市新美洲村(P＜0.05)。樂(lè)清西門(mén)島有機(jī)質(zhì)和含鹽量分別高達(dá)20.3g·kg–1和27.71‰, 比龍港市新美洲村沉積物含量高54.37%和101.38%, 比龍灣區(qū)樹(shù)排沙島分別高23.48%和32.58%(表3)。龍灣區(qū)樹(shù)排沙島沉積物僅有機(jī)質(zhì)和含鹽量顯著高于龍港市新美州村(P＜0.05), 分別高25.02%和51.89%(表3)。養(yǎng)分指標(biāo)和含鹽量差異可能與灘涂高程相關(guān), 高程低, 相對(duì)淹水時(shí)間較長(zhǎng)。龍灣區(qū)樹(shù)排沙島沉積物的 pH 顯著低于新美洲村和西門(mén)島的沉積物(P＜0.05), 這可能與龍灣樹(shù)排沙島位于甌江中心,有大量淡水流經(jīng)有關(guān)。

表3 不同區(qū)域?yàn)┩砍练e物化學(xué)性質(zhì)Tab. 3 Chemical properties of sediments in different areas of tidal flat

2.2.2 不同區(qū)域秋茄種群生長(zhǎng)差異

由表4 可以看出, 樹(shù)排沙島、西門(mén)島和新美洲村樹(shù)齡 4 年的秋茄樹(shù)高分別為 53.63、76.76 和86.93cm, 表現(xiàn)為低緯度龍港新美洲村(27°35′N)>高緯度樂(lè)清西門(mén)島(28°20′N)>中緯度龍灣樹(shù)排沙島(27°57′N)。西門(mén)島和新美洲村秋茄樹(shù)高分別比樹(shù)排沙島高出43.18%和62.01%, 其中, 新美洲村顯著高于樹(shù)排沙島(P＜0.05)(表4)。

樹(shù)排沙島、西門(mén)島和新美洲村樹(shù)齡4 年的秋茄基徑分別為35.43、18.70 和26.98mm,表現(xiàn)為中緯度龍灣樹(shù)排沙島>高緯度樂(lè)清西門(mén)島>低緯度龍港新美洲村(表 4)。樹(shù)排沙島秋茄基徑分別比西門(mén)島和新美洲島高出47.22%和23.85%, 其中,中緯度樹(shù)排沙島顯著高于高緯度的西門(mén)島(P＜0.05)(表4)。

表4 不同區(qū)域4 年生秋茄株高和基徑Tab. 4 Height and basal diameter of 4-year-old Kandelia obovata in different regions

3 討論

3.1 浙江省紅樹(shù)林發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)紅樹(shù)林濕地面積經(jīng)歷了先減少后增加的趨勢(shì)(但新球 等, 2016)。1973—2000 年, 受海岸圍墾和養(yǎng)殖擴(kuò)張等因素影響, 全國(guó)約62%的紅樹(shù)林消失

(賈明明 等, 2021)。自2000 年開(kāi)始, 國(guó)家大力加強(qiáng)紅樹(shù)林的保護(hù)和恢復(fù)工作, 在條件適宜地區(qū)開(kāi)展造林, 2000—2020 年紅樹(shù)林面積凈增長(zhǎng)51%, 截止到2020 年, 中國(guó)紅樹(shù)林的總面積基本恢復(fù)到1980 年水平(王浩 等, 2020; 賈明明 等, 2021)。各省來(lái)看,當(dāng)前海南省紅樹(shù)林面積仍未恢復(fù), 與20 世紀(jì)50 年代相比減少了約52.6%; 廣西和廣東紅樹(shù)林面積穩(wěn)定增長(zhǎng), 分別恢復(fù)到20 世紀(jì)50 年代87.8%和92.8%的規(guī)模; 福建紅樹(shù)林面積增長(zhǎng)較快, 已達(dá)到20 世紀(jì)50 年代規(guī)模的1.6 倍(但新球 等, 2016)。人工種植是紅樹(shù)林面積增加的最主要原因(盧元平, 2018)。浙江省紅樹(shù)林均為人工栽培,引種歷史最早可追溯至20 世紀(jì)50 年代末到60 年代初(陳秋夏 等, 2019)。近年來(lái)浙江省紅樹(shù)林栽培迅速發(fā)展, 尤其是2010 年以后, 截止到 2020 年, 浙江省紅樹(shù)林面積達(dá)386.77hm2, 10 年間增長(zhǎng)了26 倍(表1)。浙江省紅樹(shù)林宜林地總面積高達(dá)5195.6hm2, 主要集中在浙江省的溫州市和臺(tái)州市, 分別占總面積的 82.4%和13.7%(杜群 等, 2004)。當(dāng)前浙江省現(xiàn)有紅樹(shù)林面積集中分布在溫州市和臺(tái)州市, 分別占比66.45%和33.55%, 已造林面積僅為宜林地總面積的 7.44%,浙江省未來(lái)紅樹(shù)林發(fā)展空間廣闊。浙江省在大力發(fā)展紅樹(shù)林人工種植的同時(shí)注重紅樹(shù)林的保護(hù)工作,已建成多個(gè)以紅樹(shù)林濕地生態(tài)系統(tǒng)為主要保護(hù)對(duì)象的國(guó)家級(jí)或省級(jí)保護(hù)地(陳秋夏 等, 2019)。

3.2 秋茄種群生長(zhǎng)發(fā)育情況

引起秋茄種群生長(zhǎng)差異的主要影響因素是溫度和土壤含鹽量,與土壤理化性質(zhì)無(wú)顯著相關(guān)性(楊升等, 2021; 張宜輝 等, 2006)。紅樹(shù)林生境具有高鹽的特征, 鹽度是影響紅樹(shù)植物生長(zhǎng)的主要因素, 直接影響紅樹(shù)林造林成活率(廖巖 等, 2007; 劉逸泠等, 2017)。研究發(fā)現(xiàn), 秋茄的適宜生長(zhǎng)鹽度區(qū)間為7.5‰～21.2‰(林鵬 等, 1984)。本研究中, 含鹽量處于秋茄適宜生長(zhǎng)區(qū)間的分別是龍港市新美洲村(13.76‰)和龍灣區(qū)樹(shù)排沙島(20.90‰), 而樂(lè)清市西門(mén)島鹽度(27.71‰)超出最適宜生長(zhǎng)范圍。鹽度過(guò)高抑制秋茄生長(zhǎng), 但秋茄耐鹽程度較高, 樂(lè)清市西門(mén)島鹽度雖超出適宜區(qū)間, 但仍耐受范圍內(nèi), 且能夠存活成林, 僅生長(zhǎng)速度較新美洲村和樹(shù)排沙島遲緩。對(duì)不同區(qū)域相同樹(shù)齡的秋茄樹(shù)高對(duì)比發(fā)現(xiàn), 低緯度龍港市新美洲村紅樹(shù)林最高, 其次為高緯度樂(lè)清西門(mén)島, 中緯度龍灣區(qū)樹(shù)排沙島的最低。秋茄喜熱, 溫度可能是造成樹(shù)高生長(zhǎng)差異的主要原因, 低緯度蒼南地區(qū)溫度稍高于樂(lè)清和西門(mén)島, 利于秋茄生長(zhǎng)(王友紹, 2021)。同時(shí)土壤含鹽量也對(duì)生長(zhǎng)產(chǎn)生一定的影響(林鵬 等, 1984), 龍港新美洲村和樂(lè)清西門(mén)島更適宜秋茄生長(zhǎng)。基徑生長(zhǎng)則是龍灣區(qū)樹(shù)排沙島基徑最大, 其次是樂(lè)清西門(mén)島, 龍港新美洲村最小。紅樹(shù)林基徑差異容易受灘涂淤積影響, 過(guò)高的淤積抑制秋茄生長(zhǎng), 嚴(yán)重可導(dǎo)致紅樹(shù)林大面積退化和死亡(潘良浩 等, 2021)。

樹(shù)木生長(zhǎng)量表征著個(gè)體水平在一定時(shí)間內(nèi)的增長(zhǎng)量, 其中樹(shù)高和胸徑是衡量樹(shù)木生長(zhǎng)狀況、決定植物生產(chǎn)力的重要指標(biāo)(Bowman et al, 2013)。本研究發(fā)現(xiàn), 2015 年在龍港市、樂(lè)清市和龍灣區(qū)栽植的4 年生秋茄種群平均株高達(dá)72.44cm。而同緯度鰲江口2000年栽植5 年生秋茄平均株高73.1cm(金川 等, 2012),2015 年栽植秋茄的4 年生長(zhǎng)量已接近2000 年栽植秋茄5 年的生長(zhǎng)水平。這可能與全球變暖促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)和有利于紅樹(shù)植物向高緯度地區(qū)擴(kuò)散有關(guān)(Record et al, 2013; Alongi, 2015; 王友紹, 2021)。

3.3 浙江紅樹(shù)林存在的問(wèn)題和建議

從浙江紅樹(shù)林引種造林調(diào)查結(jié)果來(lái)看, 也存在一些問(wèn)題。例如, 蒼南縣在2015—2019 年間, 造林面積達(dá)到84.00hm2, 現(xiàn)在保留面積為55.80hm2(表1),主要是由于前期造林地點(diǎn)選擇不當(dāng), 未充分考慮秋茄生長(zhǎng)適宜的灘涂高程, 以及避免風(fēng)浪較大的區(qū)域。調(diào)查發(fā)現(xiàn)龍灣區(qū)樹(shù)排沙島已發(fā)生大面積考氏白盾蚧(Pseudaulacaspis caspiscockerelliCooley)危害(仇建標(biāo) 等, 2021), 嚴(yán)重危害秋茄生長(zhǎng), 早期由于管理不到位, 造成大面積死亡, 并且在樹(shù)排沙島由于油污染, 引發(fā)成片秋茄林死亡。在樂(lè)清市西門(mén)島,原本保留了少量20 世紀(jì)50—60 年代種植的秋茄林,但受2016 年底的寒潮影響, 地上部分全部?jī)鏊? 而且造林保存率偏低, 使樂(lè)清西門(mén)島紅樹(shù)林成小斑塊狀分布(表1)。在樂(lè)清西門(mén)島紅樹(shù)林, 互花米草入侵嚴(yán)重, 大部分紅樹(shù)林被互花米草包圍。

針對(duì)浙江紅樹(shù)林存在的問(wèn)題, 建議: (1)在造林前期, 一定要有科學(xué)的論證, 包括造林工程的必要性、造林地選擇科學(xué)性、植物物種的適宜性等; (2)在造林過(guò)程中, 做好種苗的質(zhì)檢工作, 避免病蟲(chóng)害引入, 同時(shí)保證工程質(zhì)量, 尤其是需要進(jìn)行微地形改造的區(qū)域必須滿足設(shè)計(jì)要求; (3)造林后, 加強(qiáng)管護(hù)工作, 尤其是互花米草等入侵性雜草的清理, 同時(shí)注意病蟲(chóng)害的防治和周邊污染排放的監(jiān)控; (4)在極端氣候發(fā)生前, 主要做好防護(hù)工作, 尤其在樂(lè)清灣, 需要時(shí)刻寒潮的影響, 可以在小水潮噴施防凍劑, 提升植物的抗寒能力。

因此, 浙江省人工紅樹(shù)林發(fā)展正在迅速前行,營(yíng)建面積急速增加, 達(dá)到386.77hm2, 其中幼林(3 年內(nèi))面積占到52.06%, 而且林分矮化成灌木群落, 林分單一, 主要為秋茄純林。在適生區(qū), 秋茄林分群落生長(zhǎng)發(fā)育主要土壤鹽分影響。但在紅樹(shù)林營(yíng)建中,要選擇宜林區(qū)域造林, 并注意做好病蟲(chóng)害的防治和寒潮前的防護(hù)工作。