欽州灣不同林齡無瓣海桑人工林表層沉積物生態(tài)化學(xué)計量特征
2024-01-01 00:00:00甘國娟陳永意田紅燈李嘉佳劉秀覃杰
中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報 2024年6期
摘 要：【目的】生態(tài)化學(xué)計量學(xué)是探索耦合元素平衡和循環(huán)的有效工具，研究無瓣海桑人工林表層沉積物關(guān)鍵元素含量及其生態(tài)化學(xué)計量特征，為外來植物科學(xué)管控提供理論依據(jù)?！痉椒ā恳詺J州灣濱海濕地3塊不同林齡（10、15和20 a）的無瓣海桑人工林為研究對象，每個林分設(shè)置3塊20 m×20 m的樣地，每塊樣地內(nèi)采用蛇形布點法采集0～20 cm表層沉積物樣品，測定樣品的有機碳（TOC）、全氮（TN）、全磷（TP）、有效磷（AP）、全硫（TS）、有效硫（AS）、全鉀（TK）、有效鉀（AK）等含量，研究表層沉積物C、N、P等元素生態(tài)化學(xué)計量特征及其影響因素?！窘Y(jié)果】1）無瓣海桑林齡對沉積物TOC、TN、TP、TS、AS等理化性質(zhì)及C/N、C/P、C/S、C/K、N/S、P/S、P/K、S/K等生態(tài)化學(xué)計量具有顯著影響；2）研究區(qū)沉積物C/N均值（20.41）略高于中國濕地土壤C/N均值（18.22），C/P均值（64.91）、N/P均值（3.19）遠低于中國濕地土壤C/P均值（245.22）、N/P均值（13.6），C∶N∶P均值為20.3，處于中國濕地土壤中C∶N∶P變化范圍7.08～41.44之間；3）相關(guān)性分析與冗余分析結(jié)果表明，TOC、TN和TP是影響沉積物生態(tài)化學(xué)計量變化的關(guān)鍵因子?！窘Y(jié)論】研究區(qū)沉積物具有富C、P而少N的特點，沉積物P素礦化能力較強，無瓣海桑生長需P量大、受N限制。在無瓣海桑人工林管理過程中，建議科學(xué)調(diào)控沉積物TOC含量、降低入海口N素和P素輸入來減緩無瓣海桑的擴散速度，以降低其生態(tài)風險。
關(guān)鍵詞：無瓣海桑；林齡；表層沉積物；生態(tài)化學(xué)計量；人工林管理
中圖分類號：S718.51 文獻標志碼：A 文章編號：1673-923X（2024）06-0135-10
基金項目：廣西科技界智庫重點課題（桂科協(xié)〔2023〕K-113）；中央財政林業(yè)科技推廣示范項目（〔2022〕TG18號）；廣西林業(yè)科技推廣示范項目（gl2019kt16）；廣西壯族自治區(qū)級大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（S202310603161）。
Ecological stoichiometry characteristics in surface sediments of Sonneratia apetala plantation of different ages in Qinzhou bay
GAN Guojuan1， CHEN Yongyi1， TIAN Hongdeng2，3， LI Jiajia1， LIU Xiu2， QIN Jie2
（1. School of Environment and Life Science， Nanning Normal University， Nanning 530001， Guangxi， China； 2. Guangxi Forestry Research Institute， Nanning 530002， Guangxi， China； 3. Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation， Nanning 530002， Guangxi， China）
Abstract：【Objective】Ecological stoichiometry is an efficient tool to explore the balance and cycling of coupled elements， this study aims to provide a theoretical basis for the scientific management of alien plants by investigating the contents of key elements and their ecological stoichiometric characteristics in the surface sediments of Sonneratia apetala plantations of different ages.【Method】The study focused on three artificially established S. apetala forests of different ages （10， 15， and 20 years） in the Qinzhou bay coastal wetland. Three plots of 20 m × 20 m were set up in each forest age group. Surface sediment samples were collected within each plot using a zigzag pattern to a depth of 0-20 cm. Samples were analyzed to determine the contents of total organic carbon （TOC）， total nitrogen （TN）， total phosphorus （TP）， available phosphorus （AP）， total sulfur（TS）， available sulfur （AS）， total potassium（TK）， available potassium （AK） and so on. The ecological stoichiometric characteristics of C， N， P and other elements in surface sediments and their influencing factors were studied.【Result】1） The age of S. apetala forests had a significant influence on the physicochemical properties that included TOC， TN， TP， TS and AS， as well as the ecological stoichiometry that contained C/N， C/P， C/S， C/K， N/S， P/S， P/K， and S/K in sediments； 2） The average C/N values of sediments in the study area （20.41） were slightly higher than those of Chinese wetland soils （18.22）. Conversely， the mean C/P values （64.91） and N/P values （3.19） were much lower than those of Chinese wetland soils（245.22 and 13.6， respectively）. The average C∶N∶P ratio of 20.3 fell within the range of 7.08 to 41.44 that was observed in Chinese wetland soils. （3） Correlation analysis and redundancy analysis revealed that TOC， TN， and TP were the key factors influencing the variation in ecological stoichiometry of surface sediments.【Conclusion】The sediments in the study area were characterized by rich C and P but less N， with a higher mineralization capacity of sedimentary phosphorus. The growth of S. apetala requires a large amount of phosphorus while being limited by nitrogen. During the management process of S. apetala plantations， the diffusion rate of S. apetala can be slowed down by scientifically regulating the sediment organic carbon content and reducing the influx of nitrogen and phosphorus into the estuary， thus reducing ecological risks.
Keywords： Sonneratia apetala； stand age； surface sediments； ecological stoichiometry； plantation management
沉積物作為濕地生態(tài)系統(tǒng)的基質(zhì)[1]，是濕地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的環(huán)境要素之一，也是碳（C）、氮（N）、磷（P）等營養(yǎng)元素的重要蓄積庫[2]。C、N、P等營養(yǎng)元素在提高濕地生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力及維持濕地生態(tài)系統(tǒng)功能等方面發(fā)揮著重要作用，研究C、N、P等元素在濕地沉積物中的分布特征，是了解濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要基礎(chǔ)[3]。生態(tài)化學(xué)計量學(xué)綜合了化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)等基本原理，是研究多元素平衡及系統(tǒng)能量循環(huán)理論的一門科學(xué)[4]，是探索耦合元素平衡和循環(huán)的有效工具（如C、N、P等）[5]。已有研究表明，濕地沉積物具有相對穩(wěn)定的生態(tài)化學(xué)計量比[6]，但是會受到多種外界因素的影響[7]。眾多學(xué)者也對不同區(qū)域濕地沉積物及植物生態(tài)系統(tǒng)化學(xué)計量特征進行了研究，均表明植物群落會影響濕地表層沉積物C、N、P等化學(xué)計量特征[8-9]。但是，紅樹林濕地作為全球最脆弱的生態(tài)系統(tǒng)之一，是一類地質(zhì)條件較為特殊的濕地，與其他類型濕地相比，紅樹林濕地沉積物生態(tài)化學(xué)計量特征研究基礎(chǔ)相對較為薄弱。沉積物生態(tài)化學(xué)計量學(xué)可作為預(yù)測養(yǎng)分限制性和有機質(zhì)分解速率的重要指標，因此，查明紅樹林濕地沉積物C、N、P等元素賦存規(guī)律對于推進紅樹林濕地科學(xué)保護和修復(fù)具有重要意義。
無瓣海桑Sonneratia apetala是首個從國外引進并大范圍推廣種植的紅樹植物，其生長迅速、定居容易、抗寒抗逆、適應(yīng)性廣，已成為我國華南沿海裸地恢復(fù)植被的優(yōu)選樹種，總面積已達3 800 hm2[10]。然而，無瓣海桑具有一定的競爭和擴散能力，這引起了有關(guān)部門和專家對無瓣海桑是否會導(dǎo)致生態(tài)入侵的關(guān)注[11]。當前，無瓣海桑研究主要集中在生態(tài)學(xué)特性[12]、群落特征結(jié)構(gòu)[13]、土壤碳儲量[14]、土壤化學(xué)因子動態(tài)變化[15]、重金屬吸附能力[16]和對鄉(xiāng)土種的影響[17]等方面，國內(nèi)學(xué)者也重點關(guān)注了無瓣海桑的入侵性并做了相應(yīng)評估研究[18]。上述學(xué)者們開展的大量研究為闡明無瓣海桑特性及科學(xué)管控奠定了堅實基礎(chǔ)，而涉及無瓣海桑生態(tài)系統(tǒng)元素循環(huán)和平衡機制的相關(guān)研究鮮見報道。生態(tài)化學(xué)計量學(xué)為無瓣海桑研究提供了新視角，對于深入闡明無瓣海桑生態(tài)系統(tǒng)特征及其科學(xué)管控具有重要現(xiàn)實意義。無瓣海桑自引入廣西以來，經(jīng)歷過多次人工造林，與鄉(xiāng)土種相比，在適應(yīng)性、生長、繁殖、擴散均顯示出明顯優(yōu)勢，在廣西欽州灣表現(xiàn)出了較強的擴散性，但是其定居后的適應(yīng)機制及對原生濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響程度還需要深入研究。
基于此，本研究在廣西欽州灣無瓣海桑群落區(qū)采集多個表層沉積物樣品，試圖回答以下科學(xué)問題：1）無瓣海桑人工林表層沉積物C、N、P是否符合我國濕地土壤C、N、P化學(xué)計量特征？2）無瓣海桑人工林表層沉積物C、N、P等化學(xué)計量特征是否與林齡有關(guān)，有哪些影響因素？期望研究結(jié)果能初步揭示欽州灣無瓣海桑人工林表層沉積物C、N、P等元素分布規(guī)律，為了解無瓣海桑的生物地球化學(xué)循環(huán)過程及全面評估其生態(tài)入侵性提供科學(xué)依據(jù)，同時也為無瓣海?？刂乒芾砑吧鷳B(tài)修復(fù)提供理論依據(jù)，進一步為揭示外來植物適應(yīng)機制提供數(shù)據(jù)支撐和理論證據(jù)。
1 材料與方法
1.1 研究區(qū)概況
研究區(qū)位于廣西欽州灣的茅尾海紅樹林自治區(qū)級自然保護區(qū)（108°28′35′～108°54′26′E，21°44′13′～21°53′49′N），屬典型南亞熱帶季風性氣候，年均氣溫22.1℃，年均降水量2 170.99 mm，年均相對濕度81%。保護區(qū)內(nèi)有大片沙質(zhì)和泥質(zhì)淺灘，支撐著紅樹林的生長發(fā)育，是全國最大最典型的島群紅樹林區(qū)，有桐花樹Aegiceras corniculatum、無瓣海桑、秋茄Kandelia obovata和老鼠簕Acanthus ilicifolius等紅樹植物，另外還生長有廣西面積最大的鹽沼植被—茳芏Cyperus malaccensis。保護區(qū)內(nèi)無瓣海桑以人工種植為主，主要分布在欽州灣茅尾海西部茅嶺鄉(xiāng)沿岸及西北部康熙嶺鎮(zhèn)的河口、沿岸邊緣區(qū)，面積約為350 hm2，占茅尾海紅樹林總面積的18.23%。
1.2 樣地設(shè)置
2022年9月，在欽州灣茅尾海紅樹林保護區(qū)無瓣海桑的生長區(qū)域，根據(jù)無瓣海桑種植時間，遵循樣點設(shè)置的典型性原則，選取了3種具有代表性的樣地，分別為10年生（SA10）、15年生（SA15）和20年生（SA20）的無瓣海桑林，另外選擇無植被生長的光灘（Tidal flat， TF）作為對照，各類樣地信息見表1。
1.3 樣品采集
在上述無瓣海桑群落的中潮帶分別設(shè)置3個20 m×20 m樣方，樣方內(nèi)采用蛇形布點，采集0～20 cm表層沉積物樣品，將3個平行樣方采集的沉積物混勻為一個樣品，約1 kg，運回實驗室。將采集的土樣平鋪于干凈的紙張上，通過自然風干、壓碎、剔除根系和石塊等雜質(zhì)后，研磨后過0.15 mm孔徑篩，裝入自封袋備用，用于理化性質(zhì)的測定。
1.4 測定方法
樣品測定方法參照《GB 17378.5—2007海洋監(jiān)測規(guī)范 第5部分：沉積物分析》[19]，pH值測定采用電位法（土∶水=1∶2.5）；電導(dǎo)率（EC）采用電導(dǎo)儀測定；有機碳（TOC）采用重鉻酸鉀容量法-稀釋熱法測定；全氮（TN）采用半微量凱氏法測定，全磷（TP）測定采用硫酸-高氯酸熔融-鉬銻抗比色法；全鉀（TK）測定采用氫氧化鈉熔融-火焰光度法；全硫測定（TS）采用硝酸鎂浸提-硫酸鋇比濁法；有效磷測定（AP）采用鹽酸-氟化銨浸提-鉬銻抗比色法；有效鉀測定（AK）采用醋酸銨浸提-火焰光度法；有效硫（AS）測定采用磷酸鹽-乙酸溶液浸提-硫酸鋇比濁法。每個指標重復(fù)測3次，取平均值以減少誤差。
1.5 數(shù)據(jù)處理與分析
采用Excel 2019軟件計算樣品理化性質(zhì)及生態(tài)化學(xué)計量比的平均值和標準偏差；采用SPSS 20.0軟件對各樣地沉積物的理化性質(zhì)和生態(tài)化學(xué)計量比進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和Pearson相關(guān)性分析；采用CANOCO 5.0軟件對試驗數(shù)據(jù)進行冗余分析（RDA），相關(guān)性熱值圖繪制用https：//hiplot.com.cn/home/index.html。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同林齡無瓣海桑表層沉積物理化性質(zhì)特征
研究區(qū)不同林齡無瓣海桑林下表層沉積物的理化性質(zhì)表現(xiàn)出一定差異（表2）。由表2可知，pH值、EC、TOC、TN、TP、AP、TS、AS、TK、AK的變化范圍分別為5.48～5.88、605～3 013.33 μs/m、9.73～58.59 g/kg、1.06～3.17 g/kg、0.31～1.17 g/kg、5.78～16.75 mg/kg、5.29～10.09 g/kg、16.66～50.06 mg/kg、1.42～1.47 g/kg、58.93～288.8 mg/kg，其中EC、TOC、TN、TP、TS、AS、TK、AK含量無瓣海桑均高于光灘，而且養(yǎng)分含量為TOC>TS>TN>TK>TP。隨著林齡的增加，pH值先升高后降低再升高；除了SA20樣地與其他樣地均有明顯的差異外，其余樣地兩兩之間并無顯著差異（P>0.05，下同）。隨著林齡的增加，EC含量先升高后降低；除了SA15樣地與SA20樣地無顯著差異外，其余樣地兩兩之間差異顯著（P<0.05，下同）。TOC、TN、AS的含量隨林齡的增大呈現(xiàn)與pH值相同的變化趨勢；TOC、TN、AS在各樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，TP和TS含量先增加后降低；TP、TS在樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，AP含量先降低后升高；AP含量在樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，TK含量在樣地間無明顯的變化，差異小。隨著林齡的增加，AK含量先升高后降低；除了SA20樣地與其他樣地有顯著差異外，其余樣地兩兩之間并無顯著性差異。由變異系數(shù)（CV）可知，pH值、TK空間變異性較弱，TS屬于中等程度變異，EC、TOC、TN、TP、AP、AS、AK空間變異性較強。
2.2 不同林齡無瓣海桑林下表層沉積物生態(tài)化學(xué)計量特征
研究區(qū)不同林齡無瓣海桑林下表層沉積物生態(tài)化學(xué)計量表現(xiàn)出一定的差異（表3）。由表3可知，C/N、C/P、C/S、C/K、N/P、N/S、N/K、P/S、P/K、S/K變化范圍分別為9.21～25.74、32.16～84.28、1.84～8.37、6.87～39.96、1.28～4.19、0.20～0.41、0.75～2.16、0.06～0.19、0.21～0.82、3.74～6.88，大小順序為C/P>C/K>C/N>C/S>S/K>N/P>N/K>P/K>N/S>P/S；其中C/N、C/P、C/S、C/K、N/S、N/K、P/S、P/K、S/K為無瓣海桑高于光灘。隨著林齡的增加，C/ N、P/S和P/K先升高后降低；C/N、P/S和P/K在樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，C/P先升高后降低再升高；C/P除了SA15樣地與TF樣地無顯著差異外，其余樣地兩兩之間差異顯著。隨著林齡的增加，C/S呈現(xiàn)升高趨勢；C/S在樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，C/K、N/S和N/K先升高后降低再升高；C/K、N/S和N/K在樣地間差異顯著。隨著林齡的增加，N/P先升高后降低再升高；N/P除SA10樣地與SA20樣地無顯著差異外，其余均表現(xiàn)出差異顯著。隨著林齡的增加，S/K先升高后降低；S/K除SA20樣地與SA10樣地、SA20樣地與TF樣地無顯著差異外，其余的均表現(xiàn)差異顯著。由CV結(jié)果可知，N/S和S/K空間變異性屬于中等變異，其他生態(tài)化學(xué)計量比屬于高變異，說明生態(tài)化學(xué)計量在各樣地間差異較大，而與C/N、C/S、C/K、N/S、N/K、P/S、P/K在各樣地間差異顯著是較一致的。沉積物各生態(tài)化學(xué)計量比變化規(guī)律不一致，是沉積物C、N、P、K、S含量隨林齡變化不一致引起的。
2.3 沉積物生態(tài)化學(xué)計量與理化性質(zhì)的關(guān)系
由沉積物生態(tài)化學(xué)計量與理化性質(zhì)相關(guān)性熱圖（圖1）可知，沉積物生態(tài)化學(xué)計量與理化性質(zhì)指標之間存在不同程度的相關(guān)性。C/N與TOC顯著正相關(guān)，與TP、AK極顯著正相關(guān)；TOC與TN相比，C/N的主要貢獻來自TOC。C/P與EC、AP顯著正相關(guān)，與pH值、TOC、TN、AS極顯著正相關(guān)；TOC與TP相比，C/P的主要貢獻來自TOC。C/S與pH值、EC、TN、AP顯著正相關(guān)，與TOC、AK極顯著正相關(guān)；TOC與TS相比，C/S的主要貢獻來自TOC。C/K與TS顯著正相關(guān)，與EC、TOC、TN、AS、AK極顯著正相關(guān)；TOC與TK相比，C/K的主要貢獻來自TOC。N/P與AS顯著正相關(guān)，與TP極顯著負相關(guān)；TN與TP相比，N/P主要貢獻來自TP。N/S與AS顯著正相關(guān)，與pH值、TOC、TN、AP極顯著正相關(guān)；TN與TS相比，N/S的主要貢獻來源于TN。N/K與AK顯著正相關(guān)，與EC、TOC、TN、TS、AS極顯著正相關(guān)；TN與TK相比，N/K的主要貢獻來源于TN。P/S與AK顯著正相關(guān)，與TP極顯著正相關(guān)，與N/P極顯著負相關(guān)；TP與TS相比，P/S的主要貢獻來自TP。P/K與TP、AK極顯著正相關(guān)；TP與TK相比，P/K的主要貢獻來自TP。S/K與AK顯著正相關(guān)，與EC、TOC、TN、TS、AS極顯著正相關(guān)；TS與TK相比，S/K的主要貢獻來自TS。本研究中，除了N/P主要貢獻來自分母外，其他生態(tài)化學(xué)計量的貢獻均來自分子。
為探究各樣地沉積物生態(tài)化學(xué)計量的影響因子，以沉積物的理化因子作為解釋變量，以沉積物生態(tài)化學(xué)計量作為響應(yīng)變量進行冗余分析（RDA）。在RDA排序圖中（圖2），藍色箭頭表示沉積物生態(tài)化學(xué)計量，紅色箭頭表示沉積物的理化因子。由RDA分析結(jié)果可知，排序圖中第一軸（RDA1）的解釋量為51.42%，第二軸（RDA2）的解釋量為37.41%，前兩軸累計解釋了沉積物理化因子-沉積物生態(tài)化學(xué)計量關(guān)系88.83%，這能很好地說明沉積物生態(tài)化學(xué)計量與沉積物理化因子的相關(guān)性較高，分析結(jié)果具有可信性。沉積物TK的連線最短，表明其與沉積物各生態(tài)化學(xué)計量的相關(guān)性最小，對沉積物各生態(tài)化學(xué)計量特征變異的解釋效果不佳；沉積物TOC、TN、TP的連線較長，表明它們與沉積物各生態(tài)化學(xué)計量相關(guān)性較大，能很好地解釋沉積物各化學(xué)計量特征的變異。
由表4可知，各沉積物理化因子對沉積物生態(tài)化學(xué)計量的影響大小排序為TOC>TP>TS>TK>TN>AS>AK>EC>pH值>AP。其中TOC、TP、TS、TK、TN這5個沉積物理化因子與沉積物生態(tài)化學(xué)計量間呈極顯著相關(guān)關(guān)系（P<0.01），其他因子不具有顯著性。TOC和TP的貢獻率分別為50.0%和36.3%，兩者的共貢獻率為86.3%，說明TOC和TP是影響沉積物生態(tài)化學(xué)計量的最主要因子。
3 討 論
3.1 不同林齡沉積物理化性質(zhì)特征
沉積物TOC主要來源于枯枝落葉和動物殘體的分解，以及潮水帶來的營養(yǎng)物質(zhì)。研究表明，隨著林齡的增加，TOC等有機物質(zhì)積累越多[20]。本研究中，不同林齡無瓣海桑沉積物TOC含量并未隨著林齡的增加而增加，可能是無瓣海桑在10～15 a林齡段生長快速，吸收的養(yǎng)分較多，導(dǎo)致15 a的TOC含量顯著低于其他林齡段。沉積物TOC在不同林齡間表現(xiàn)顯著差異性，與劉濱爾[21]的研究結(jié)果不同，可能是由于林分的林齡、潮位和高程等不同引起的。
隨著林齡的增加，TN呈增加趨勢[22]，本研究有不同的發(fā)現(xiàn)。隨著林齡的增加，沉積物TN與TOC具有相同的變化規(guī)律，這可能是由于TOC和TN是沉積物有機質(zhì)的重要組成，進入沉積物的植物體和微生物C、N比例相對穩(wěn)定引起的。TN在10 a林齡達到最大值，且與光灘樣地和15 a林齡樣地差異顯著，而Ren等[23]研究結(jié)果中也表明雷州灣紅樹林區(qū)沉積物TN與光灘沒有顯著性差異，本研究結(jié)果與之不同，這可能是因為林齡不一致或沉積物來源不同。
研究區(qū)內(nèi)的TP含量平均值為0.84 g/kg，處于全國第二次土壤普查分級標準的第二級別（800～1 000 mg/kg），說明研究區(qū)內(nèi)P素貯量和供應(yīng)能力相對較強。不同于TOC和TN含量，TP在15 a林齡漲幅較大，顯著高于其他林齡段，可能是濕地沉積物系統(tǒng)的復(fù)雜性及海水影響所致。本研究中，AP平均含量為9.87 mg/kg，而且林齡越大含量越高，在20 a達到最大值，可能是因為15～20 a林齡段無瓣海桑的生長緩慢，吸收的AP減少，AP在沉積物中逐漸積累。沉積物AP與TP無顯著相關(guān)性，可能是由于沉積物磷形態(tài)多樣、各項反應(yīng)復(fù)雜以及濕地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)作用所致。
紅樹植物比其他普通植物有更強的富集硫的能力，其沉積物中的TS含量一般較高，如在廣西、廣東、海南和福建地區(qū)紅樹林沉積物TS的含量分別為0.23%、0.19%、0.34%和0.18%[24]。本研究區(qū)無瓣海桑林下沉積物TS平均含量為7.47 g/kg（0.75%），高于廣西紅樹林均值；其中，10 a林齡的TS含量10.09 g/kg顯著高于其他林齡，這可能是由于該林齡的無瓣海桑根系活力強于其他林齡。研究區(qū)沉積物AS平均含量為34.08 mg/kg，遠遠低于膠州灣互花米草潮灘濕地（651.56 mg/kg）[25]和海南島東寨港紅樹林鹽土（115.640 mg/kg）的AS含量[26]。沉積物TS和AS受沉積物性質(zhì)的影響，如pH值、TOC、鹽度、含水量等。本研究發(fā)現(xiàn)沉積物pH值均呈弱酸性，這可能與紅樹植物特有的硫酸化作用有關(guān)。隨著林齡的增加，根系活力減弱，硫酸化作用減弱，需硫量變少，這可以解釋隨著林齡增加沉積物TS含量減少的原因，與楊瓊等[27]在不同林齡海桑和海桑林沉積物理化性質(zhì)的研究一致。
3.2 不同林齡沉積物生態(tài)化學(xué)計量特征
C/N是判斷有機碳分解快慢的重要指標，且C/N越低有機質(zhì)分解速度越快[28]。研究表明，C/N<25時有助于促進有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化和N素的釋放[29]；C/N>25時有助于促進有機質(zhì)的積累，且微生物需要吸收N素以滿足自身生長。研究區(qū)沉積物C/N均值為20.41±8.73，高于中國濕地土壤C/N平均值（18.22）[30]，且林齡對沉積物C/N的影響顯著。15 a林齡處C/N（25.74）大于25，說明該林齡段無瓣海桑沉積物中的有機質(zhì)礦化速率緩慢，TOC含量較高，TN含量較低；10 a和20 a處沉積物C/N均小于25，有利于TN的釋放，故沉積物TN含量較高。
C/P能夠指示P素的礦化能力[31]。研究表明，C/P值越低，越有利于微生物分解有機質(zhì)和釋放P素，且對有效磷的釋放起促進作用[32]。本研究區(qū)沉積物C/P均值為64.91，遠低于中國濕地土壤C/P均值（245.22）[30]，說明研究區(qū)沉積物微生物對磷的礦化較高，可為無瓣海桑提供較多可吸收的P組分。本研究中，沉積物C/P隨林齡增加與TOC含量呈現(xiàn)類似的規(guī)律，在15 a處達到最低值，在20 a處達到最大值，表明隨著林齡的增加，沉積物TOC分解速度下降，沉積物P素有效性升高。
N/P值可用作表征N素飽和與限制的重要指標。本研究中，不同林齡無瓣海桑沉積物N/P均值3.19，遠低于中國濕地土壤N/P平均值（13.6）[31]。研究表明，N/P小于14指示養(yǎng)分受氮限制，N/P大于16指示養(yǎng)分受磷限制[33]。本研究區(qū)沉積物N/P均值低于14，表明該區(qū)域內(nèi)養(yǎng)分受N限制，無瓣海桑生長氮素供應(yīng)不足，這也證明了紅樹林沉積物N的缺乏，與相關(guān)研究結(jié)果一致[34]。隨著林齡的增加，無瓣海桑沉積物N/P比值呈先降低后升高的趨勢，與靖磊等[35]關(guān)于濕地楊樹沉積物N/P隨林齡的增加呈先增后降的趨勢的結(jié)果相反，可能是因為濕地沉積物立地條件和植被類型不同。
C/S<200，說明有機硫在礦化過程中凈釋放；200
綜上，研究區(qū)表層沉積物C/N均值（20.41）略高于中國濕地土壤C/N平均值（18.22），C/P均值（64.91）、N/P均值（3.19）遠低于中國濕地土壤C/P平均值（245.22）、N/P平均值（13.6），僅為全國濕地C/N值和N/P值的26.47%，表明欽州灣無瓣海桑沉積物具有富C、P而少N的特點（該特點是相對于無瓣海桑生長需求量而言），進一步表明無瓣海桑生態(tài)系統(tǒng)是典型的C累積系統(tǒng)，且可能受到N的限制。其中，沉積物C∶N∶P=65.1∶3.2∶1，均值為20.3，符合中國濕地土壤中C∶N∶P變化范圍7.08～41.44。
3.3 沉積物理化性質(zhì)及生態(tài)化學(xué)計量相關(guān)性
相關(guān)研究表明，濕地沉積物理化性質(zhì)在一定程度上會影響其生態(tài)化學(xué)計量空間變化[3]。本研究中，pH值與C/S顯著正相關(guān)，與C/P、N/S極顯著正相關(guān)；隨林齡增加，pH值、C/P、N/S具有相同變化趨勢。EC與C/P、C/S顯著正相關(guān)，與C/K、N/K、S/K極顯著正相關(guān)，隨著林齡增加，EC、S/K具有相同的變化趨勢。TOC與C/N顯著相關(guān)，與C/P、C/S、C/K、N/S、N/K、S/K均極顯著正相關(guān)，說明這7個計量比受TOC影響較大；隨著林齡增加，TOC、C/P、C/K、N/S、N/K具有相同變化趨勢。TN與C/S顯著相關(guān)，與C/P、N/P、N/S、N/K、S/K極顯著正相關(guān)，說明這6個計量比受TN影響較大；隨著林齡增加，TN、C/P、N/P、N/S、N/K具有相同變化趨勢。TP與C/N、P/S、P/K極顯著正相關(guān)，與N/P極顯著負相關(guān)，說明這4個計量比受TP影響較大；隨著林齡增加，C/N、P/S、P/K具有相同變化趨勢。TS與C/K顯著正相關(guān)，與N/K、S/K極顯著正相關(guān)，說明這3個計量比受TS影響較大，隨著林齡增加，TS與S/K具有相同的變化趨勢。TK與所有的生態(tài)化學(xué)計量比的相關(guān)性均不顯著。上述結(jié)果表明，沉積物理化性質(zhì)對生態(tài)化學(xué)計量影響順序為TOC>TN>TP>TS>TK，結(jié)合冗余分析結(jié)果可知，TOC、TN、TP是影響沉積物生態(tài)化學(xué)計量的關(guān)鍵因子。
4 結(jié) 論
此次對欽州灣無瓣海桑人工林進行調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，無瓣海桑種植有助于沉積物養(yǎng)分的匯集，且該地區(qū)有機物分解速度較快，有助于沉積物養(yǎng)分形態(tài)轉(zhuǎn)化，研究區(qū)沉積物具有富C、P而少N的特點；研究區(qū)表層沉積物C/N平均值（20.41）略高于中國濕地土壤C/N平均值（18.22），C/P平均值（64.91）、N/P平均值（3.19）遠低于中國濕地土壤C/P平均值（245.22）、N/P平均值（13.6），C∶N∶P=65.1∶3.2∶1，平均值為20.3，處于中國濕地土壤中C∶N∶P變化范圍7.08～41.44之間；總體來說，林齡顯著影響了無瓣海桑沉積物生態(tài)化學(xué)計量特征；無瓣海桑生長需P元素量大、受N元素限制、不受S元素限制，TOC、TN、TP是影響沉積物生態(tài)化學(xué)計量的關(guān)鍵因子。建議在無瓣海桑人工林管理過程中科學(xué)調(diào)控沉積物TOC含量、降低入海口N元素和P元素輸入來減緩無瓣海桑的擴散速度，以降低其入侵風險。
本次調(diào)查對欽州灣無瓣海桑人工林營養(yǎng)狀態(tài)有了一定的了解，但是該區(qū)域周邊存在較多的水產(chǎn)養(yǎng)殖、旅游觀光等人類活動干擾，諸多因素對紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)的影響有待于深入研究。此外，欽州灣區(qū)域存在大面積鄉(xiāng)土紅樹植物群落分布且與無瓣海桑存在潛在競爭關(guān)系，不同樹種對沉積物營養(yǎng)元素的吸收利用特征不同，今后需開展不同紅樹植物營養(yǎng)特征的相關(guān)研究，對研究濱海濕地紅樹林恢復(fù)效益及評價等方面都具有重要意義。
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[本文編校：吳 彬]
