不同潮位紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分特征

樂(lè)通潮

（1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.泉州灣濕地生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，福建 泉州 362000）

紅樹(shù)林(mangrove)濕地是陸地與海洋交錯(cuò)區(qū)域經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的演替形成的系統(tǒng)穩(wěn)定、生產(chǎn)力豐富的特殊生態(tài)系統(tǒng)，在防風(fēng)退浪、促淤造陸、水質(zhì)凈化、生物多樣性保護(hù)、釋氧固碳等多方面發(fā)揮著極其重要的功能［1］。

土壤是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需養(yǎng)分的重要載體，土壤養(yǎng)分是土壤肥力的重要標(biāo)志［2］，同樣，土壤的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)決定了紅樹(shù)林植株能否健康生長(zhǎng)［3］。土壤有效氮、磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育不可或缺的、可直接被吸收的元素，土壤中的有效態(tài)鐵、錳、鋅、銅等是紅樹(shù)林能夠從土壤吸收且生長(zhǎng)所必需的微量金屬元素。研究紅樹(shù)林濕地土壤的有效營(yíng)養(yǎng)成分及微量金屬元素的含量能反映出土壤可供紅樹(shù)林植物生長(zhǎng)發(fā)育的肥力狀況［4］。生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究植物在生態(tài)相互作用過(guò)程中碳、氮、磷等化學(xué)元素平衡關(guān)系的一門(mén)科學(xué)［5］，其能夠揭示濕地土壤和紅樹(shù)林植物之間的養(yǎng)分再分配規(guī)律，闡明紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)演變機(jī)理?；诖?，本研究以漳江口天然紅樹(shù)林土壤為研究對(duì)象，分析不同潮位帶的紅樹(shù)林表層土壤的碳、氮、磷、鐵、錳、鋅、銅等元素的含量和C/N、C/P、P/N生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征，剖析天然紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分特征，以期為后續(xù)紅樹(shù)林保護(hù)和濕地生態(tài)恢復(fù)提供參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)地概況

福建漳江口紅樹(shù)林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，屬南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均降水量1714.5 mm，年均氣溫21.2 ℃，潮汐類(lèi)型為不規(guī)則半日潮。紅樹(shù)林土壤呈弱酸性，擁有天然紅樹(shù)林群落，分布的紅樹(shù)植物為秋茄(Kandelia candel)、木欖(Bruguiera gymnorrhiz)、桐花樹(shù)(Aegiceras corniculatum)、白骨壤(Avicennia marina)等樹(shù)種。

2 研究方法

在2021年9月分別對(duì)高、中、低潮位的紅樹(shù)林進(jìn)行隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)（表1），每個(gè)潮位帶設(shè)置3個(gè)相同規(guī)格（20 m×20 m）的樣方進(jìn)行林分生長(zhǎng)調(diào)查，獲得各樣地內(nèi)的林分生長(zhǎng)因子，樣地位置如圖1所示。同時(shí)，對(duì)林地內(nèi)進(jìn)行土壤采樣，具體方法為：在調(diào)查樣方里，按照對(duì)角線的起、中、終點(diǎn)共3點(diǎn)位置進(jìn)行1~20 cm采樣，最后將3個(gè)樣品混合均勻，得到不同樣地的土壤混合樣。測(cè)定指標(biāo)包括有機(jī)碳、硝態(tài)氮、有效磷、有效鐵、有效錳、有效鋅和有效銅含量。有機(jī)碳含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法［6］；硝態(tài)氮含量采用紫外光波長(zhǎng)測(cè)定法：取新鮮土壤樣品，因土壤浸出液中硝酸根離子在220 nm有明顯光吸收，而在275 nm波長(zhǎng)處沒(méi)有吸收峰，可通過(guò)測(cè)定土壤浸出液在275 nm處的吸光度，乘以校正因素f以消除有機(jī)質(zhì)在220 nm波長(zhǎng)處的光吸收干擾；有效磷含量的測(cè)定采用碳酸氫鈉提取—鉬銻抗比色法［7］；有效態(tài)鐵、錳、銅、鋅的測(cè)定法：土壤經(jīng)DTPA提取后，浸出液中的交換性鐵、錳、銅、鋅，可直接用原子吸收分光光度法測(cè)定［8］。實(shí)驗(yàn)中每份土樣均采樣3次，測(cè)定結(jié)果取其平均值并進(jìn)行分析。分別對(duì)測(cè)定的有機(jī)碳、硝態(tài)氮、有效磷3個(gè)指標(biāo)計(jì)算生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征C/N、C/P和N/P。數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2010、SPSS 19.0軟件進(jìn)行分析處理，選擇單因素方差分析法分析不同潮位帶的紅樹(shù)林林地土壤養(yǎng)分的影響；采用Duncan法進(jìn)行多重比較。

圖1 調(diào)查樣地位置示意圖

表1 調(diào)查樣地林分情況表

3 結(jié)果與分析

3.1 紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分狀況

由表2可知，不同潮位紅樹(shù)林林地表層土壤養(yǎng)分性狀及含量呈現(xiàn)明顯的差異。不同潮位土壤養(yǎng)分的差異一方面反映了沉積環(huán)境的差異，另一方面也反映不同植被的差異。低潮位的林分類(lèi)型主要是白骨壤純林，中潮位為秋茄、白骨壤、木欖混交林，高潮位為秋茄和桐花樹(shù)混交林。1~20 cm表層土壤的養(yǎng)分與地上植被的枯枝落葉腐殖質(zhì)層息息相關(guān)，地上林分類(lèi)型的差異是形成不同潮位濕地土壤養(yǎng)分的主要原因之一。其中有機(jī)碳含量以低潮位的土壤最高，達(dá)20655.61 mg/kg，中潮位土壤最低，為13967.60 mg/kg，各潮位的土壤平均值為17995.53 mg/kg，不同潮位間的差異不顯著；土壤硝態(tài)氮含量介于1.69~2.40 mg/kg，不同潮位間的差異不顯著，含量順序依次為高潮位＞中潮位＞低潮位；土壤有效磷含量介于27.20~53.05 mg/kg，低潮位與另外2種潮位間的差異顯著，含量順序依次為低潮位＞高潮位＞中潮位；土壤有效態(tài)鐵含量介于179.96~221.96 mg/kg，中、高潮位的含量顯著高于低潮位的；土壤有效態(tài)錳含量介于26.33~39.29 mg/kg，不同潮位之間的差異不顯著；土壤有效態(tài)鋅含量介于8.84~13.22 mg/kg，含量順序依次為低潮位＞高潮位＞中潮位；有效態(tài)銅含量介于2.17~2.36 mg/kg，不同潮位之間的差異不顯著。

表2 不同潮位帶紅樹(shù)林林地土壤養(yǎng)分狀況 mg/kg

對(duì)不同潮位帶紅樹(shù)林的土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析（表3）可知，各指標(biāo)在不同類(lèi)型間變化差異大，其中有機(jī)碳、硝態(tài)氮、有效態(tài)錳、有效態(tài)銅含量在0.05水平上差異不顯著，而有效磷、有效態(tài)鐵、有效態(tài)鋅達(dá)到了0.05水平上差異顯著，此外，不同潮位帶間各土壤養(yǎng)分指標(biāo)也存在差異。

表3 不同潮位帶的土壤養(yǎng)分指標(biāo)方差分析

3.2 土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征

通過(guò)計(jì)算生態(tài)化學(xué)計(jì)量比（圖2~圖4）可知，不同潮位帶紅樹(shù)林林地土壤的C/N、C/P和N/P的差異較大，變異系數(shù)差異也大。土壤C/N介于7579.35~59152.04，平均值為26063.89，平均變異系數(shù)為2.47，但不同潮位帶的土壤C/N在0.05水平上差異不顯著(F值=1.912，P值=0.170），C/N大小依次為低潮位＞高潮位＞中潮位；土壤C/P介于393.93~622.99，平均值為513.29，變異系數(shù)為0.36，不同潮位帶的土壤C/P在0.05水平上差異顯著(F值=4.373，P值=0.024），C/P大小依次為高潮位＞中潮位＞低潮位；土壤P/N介于14.93~107.34，平均值為48.43，平均變異系數(shù)為2.11，不同潮位帶的土壤P/N在0.05水平上差異不顯著(F值=2.517，P值=0.102），其在不同潮位帶的大小順序與C/N的基本一致。

圖2 不同潮位帶紅樹(shù)林林地土壤C/N

圖3 不同潮位帶紅樹(shù)林林地土壤C/P

圖4 不同潮位帶紅樹(shù)林林地土壤P/N

3.3 土壤養(yǎng)分之間的相關(guān)性分析

紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分相關(guān)性分析如表4所示，有效磷與有效態(tài)鋅的含量呈顯著的正相關(guān)(r=0.741)，有機(jī)碳與有效磷、有效態(tài)鋅的含量呈顯著的正相關(guān)(r=0.464、r=0.558)，硝態(tài)氮與有效態(tài)錳的含量也呈顯著的正相關(guān)(r=0.415)；有效磷與有效態(tài)銅、硝態(tài)氮、有效態(tài)鐵的含量呈顯著的負(fù)相關(guān)(r=-0.440、r=-0.386、r=-0.640)，有效態(tài)鐵與有效磷、有效態(tài)鋅的含量也呈負(fù)相關(guān)(r=-0.640、r=-0.616)。

表4 紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分的相關(guān)性分析

3.4 主成分分析

為了研究不同潮位帶紅樹(shù)林的土壤養(yǎng)分特征，對(duì)7個(gè)土壤養(yǎng)分指標(biāo)進(jìn)行主成分分析（表5），最終得到了4個(gè)主成分PC1~PC4。第1主成分(PC1)特征值為2.908，方差貢獻(xiàn)率41.538%，其中有效磷、有效態(tài)鋅、有機(jī)碳的特征向量較大，依次為0.918、0.866、0.659，它 們 共 同 構(gòu) 成PC1方 差 變異的主要因素，均與PC1呈正相關(guān)；第2主成分（PC2）中，有效態(tài)錳、硝態(tài)氮、有效態(tài)銅的特征向量較大，依次為0.837、0.654、0.476，它們共同構(gòu)成PC2方差變異主要因素；第3主成分（PC3）中，有機(jī)碳、有效態(tài)鐵的特征向量較大，分別為0.557和0.477；第4主成分（PC4）中，有效態(tài)銅和有效態(tài)鋅特征向量較大，分別為0.660和0.307。前4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)90.470%，說(shuō)明前4個(gè)主成分基本概括了紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分性狀的主要信息，在反映土壤養(yǎng)分的指標(biāo)中有效磷、有效鋅和有機(jī)碳為首要指標(biāo)，其次是有效態(tài)錳、硝態(tài)氮、有效態(tài)銅，再次是有效態(tài)鐵。

表5 不同紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分指標(biāo)主成分分析

4 結(jié)論與討論

福建漳江口紅樹(shù)林國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)不同潮位帶的紅樹(shù)林土壤有機(jī)碳含量高（平均值為17995.53 mg/kg）,硝態(tài)氮、有效磷的含量比較高，有效鐵、錳、鋅、銅等微量金屬含量豐富，說(shuō)明紅樹(shù)林濕地土壤肥力比較高，這與已有文獻(xiàn)報(bào)道基本一致［9-10］。本研究的結(jié)果表明，不同潮位的紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分含量差異較顯著。

土壤生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征是土壤養(yǎng)分狀況和質(zhì)量的反映。硝態(tài)氮、有效磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的養(yǎng)分，通過(guò)對(duì)有機(jī)碳、硝態(tài)氮和有效磷生態(tài)化學(xué)計(jì)量分析，可以反映紅樹(shù)林生長(zhǎng)的環(huán)境狀況。本研究不同潮位帶的紅樹(shù)林土壤的C/N、C/P和P/N平均值分別為26063.89、513.29和48.43，高于其他陸生林地的土壤，不同潮位帶的紅樹(shù)林土壤的生態(tài)化學(xué)計(jì)量特征差異較大。

在紅樹(shù)林土壤養(yǎng)分相關(guān)分析中，有機(jī)碳與有效磷、有效態(tài)鋅的含量呈顯著的正相關(guān)，硝態(tài)氮與有效態(tài)錳的含量也呈顯著的正相關(guān)，有效磷與有效態(tài)銅、硝態(tài)氮、有效態(tài)鐵的含量呈顯著的負(fù)相關(guān)。通過(guò)主成分分析可知，土壤養(yǎng)分7個(gè)指標(biāo)可以降維為4個(gè)主成分指標(biāo)PC1~PC4，在反映土壤養(yǎng)分指標(biāo)中有效磷、有效鋅和有機(jī)碳為首要指標(biāo)，其次是有效態(tài)錳、硝態(tài)氮、有效態(tài)銅，再次是有效態(tài)鐵。

紅樹(shù)林是頂級(jí)群落，屬亞熱帶海洋氣候，其生物積累作用強(qiáng)烈［11］，和其他的高生物量區(qū)域一樣，其土壤有機(jī)碳含量較高［12］。紅樹(shù)林林分的生長(zhǎng)有利于土壤養(yǎng)分的累積，與此同時(shí)土壤養(yǎng)分的累積又能夠促進(jìn)其生長(zhǎng)，紅樹(shù)林土壤肥力狀況還受地形、底質(zhì)、潮汐等區(qū)域多因素的影響［13］。因此，對(duì)于紅樹(shù)林的保護(hù)還需加強(qiáng)對(duì)海洋、地質(zhì)方面的研究。