廣東省紅樹林土壤碳儲量及固碳潛力研究

覃國銘，張靖凡，周金戈，盧 哲，王法明

（1. 中國科學院華南植物園 小良熱帶海岸帶生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，廣州 510650；2. 華南國家植物園，廣州 510650；3. 中國科學院大學，北京 100049）

二氧化碳（CO2）濃度上升導致的氣候變化，是全球共同面臨的重要環(huán)境問題之一。目前，為了緩解氣候變化帶來的影響，主要采用的方式是減排增匯，即降低溫室氣體的排放和增加碳的儲量（Pan et al., 2011）。多數(shù)關于生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯的項目，都是基于對陸地森林生態(tài)的恢復以及增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳儲量（Smith et al., 2008; Agrawal et al., 2011）。隨著對海洋生態(tài)系統(tǒng)碳價值認識的深化，“藍碳”逐漸受到學界的關注（Wang et al.,2021）?！八{碳”一般指生長在濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中的紅樹林、海草和鹽沼濕地所固定下來的碳（Duarte et al., 2005; Pendleton et al., 2012）。盡管濱海植被所占面積不足海洋總面積的2%，但其碳埋藏速率是成熟熱帶森林的幾十倍（Duarte et al., 2005；王法明 等，2021）。

紅樹林作為生長在熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要濱海植被，其固碳速率達到194 g C/m2/a，高于鹽沼（168 g C/m2/a）和海草床（140 g C/m2/a），是“藍碳”碳匯的主要貢獻者（Wang et al., 2021）。紅樹林除了具有較高的碳埋藏速率，還提供著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務功能。沿著中國的亞熱帶和熱帶海岸線，紅樹林主要在其中扮演抗風消浪、固岸護堤、凈化環(huán)境等重要角色，而且還是魚類、螃蟹和其他生物的棲息地（王法明 等，2021）。開展紅樹林碳儲量研究，對于熱帶、亞熱帶地區(qū)科學恢復紅樹林濕地系統(tǒng)、建設低碳城市具有理論指導意義。

中國紅樹林主要分布在海南、廣東、廣西、福建和臺灣等省份（Li et al., 1997），紅樹林面積在近些年來變化較大。以廣東省為例，在歷史上，該省份紅樹林面積在所有省份中占比最高，且其面積曾占全國紅樹林面積的一半以上（Chen et al., 2017）。但受海平面上升、氣候變化、人類活動等因素的影響，廣東省紅樹林面積從1985年（9 305 hm2）開始下降，到2005 年，面積僅為6 793 hm2；近年來，隨著政府出臺濕地保護相關政策，廣東省紅樹林的面積在2020年恢復至10 651.3 hm2（廣東省統(tǒng)計局，2020）。20世紀80年代以來，中國進行了大規(guī)模的紅樹林造林活動。20 世紀90 年代后，生長速度快的外來樹種無瓣海桑（Sonneratia apelata）逐漸取代本地樹種，如秋茄（Kandelia candel），成為紅樹林人工恢復的主要樹種（Chen et al., 2009; Ren et al., 2009）。據(jù)此，廣東主要常見的紅樹植物為紅海欖（Rhizophora stylosa）、白骨壤（Avicennia marina）、桐花樹（Aegiceras corniculatum）、海漆（Excoecaria agallocha）、秋 茄（K. candel）、木 欖（Bruguiera gymnorrhiza）、海蓮果（Bruguiera sexangula）、無瓣海桑（S. apelata）、海桑（S. caseolaris）、對葉欖李（Laguncularia racemosa）等（廖寶文 等，2014）。

盡管廣東省在沿海區(qū)域造林取得一定的成績，但仍存在造林樹種單一、存活率相對較低等問題。目前，尚未見關于該省份較完整的土壤碳儲量和固碳潛力研究。因此，本文通過文獻收集和數(shù)據(jù)整合的方法，對廣東沿海紅樹林碳分布格局進行調(diào)查，分析其紅樹林碳儲量特征，以期為該地區(qū)未來造林工作提供較為全面的信息，為紅樹林的保育和管理提供科學參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

廣東省地處中國東南沿海區(qū)域，主要與香港、澳門、江西、湖南、廣西和福建接壤，與海南隔海相望。面積約為18萬km2，其中海岸線長4 114 km，為中國最長的海岸線；全省海岸帶面積約為0.82萬hm2，約占全國濕地面積的一半，主要分布在汕頭等14 個地級市（國家林業(yè)局，2014）。廣東省是中國紅樹林現(xiàn)存面積最大的省份，紅樹林主要呈間斷性小片分布，從南邊徐聞縣五里，到北邊饒平海山均有紅樹林分布（陳遠生 等，2001）。截止到2015年底，廣東省一共建立了12個保護區(qū)，分別是湛江紅樹林保護區(qū)、內(nèi)伶仃福田、淇澳擔桿島、惠東紅樹林、電白紅樹林、程村豪光紅樹林、平岡紅樹林濕地、崗列對岸三角洲、茂港紅樹林、蒼頭紅樹林、恩平紅樹林和鎮(zhèn)海灣紅樹林。這些保護區(qū)在廣東紅樹林的保護和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1.2 數(shù)據(jù)來源

根據(jù)“紅樹林”“廣東省”“有機碳”“碳儲量”和“沉積速率”等關鍵詞，在Web of Science、Google Scholar 和中國知網(wǎng)對已發(fā)表的期刊文章和科學報告進行檢索，共獲得24篇符合要求的文獻。從這些文獻中，分別獲取樹種、土壤有機碳濃度和碳儲量等指標。對于部分僅對土壤表層有機碳進行測定的文獻，用表層的數(shù)據(jù)外推至整個土壤剖面（0～100 cm）進行統(tǒng)計。

1.3 各地級市紅樹林面積的獲取

結(jié)合現(xiàn)場踏查紅樹林數(shù)據(jù)和谷歌地圖（Google earth）上的高清影像，利用目視解譯的方法，對各地級市的紅樹林范圍進行區(qū)劃，最終在谷歌地圖引擎（Google Earth Engine）上對各地級市內(nèi)紅樹林所占面積進行計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣東省不同紅樹林群落土壤碳含量及碳密度

對廣東省不同紅樹林群落的有機碳含量、土壤容重和碳密度進行統(tǒng)計（表1）。廣東省紅樹林土壤有機碳的含量均值為2.24%，本地的紅樹林群落的土壤有機碳含量大部分顯著高于外來紅樹林，其含量由大到小分別為：紅海欖 > 木欖 > 秋茄 > 桐花 >本地樹種混交 > 無瓣海桑 > 白骨壤 > 外來樹種混交。不同群落間紅樹林群落容重差異較大，其中白骨壤群落容重最大，為1.04 g/cm3，而秋茄群落的土壤容重最小，僅為0.78 g/cm3。

表1 廣東省不同紅樹林群落土壤有機碳含量及碳密度Table 1 Soil organic carbon contents and carbon densities in different mangrove communities in Guangdong Province

廣東省不同紅樹林群落土壤碳密度變化范圍為0.12～0.28 Gg C/hm2，不同紅樹林群落植被的碳密度從大到小為：紅海欖 > 木欖 > 外來樹種混交 > 白骨壤=桐花 > 無瓣海桑 > 本地樹種混交 > 秋茄。

2.2 廣東省不同地區(qū)紅樹林土壤碳密度及碳儲量

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廣東省現(xiàn)有的紅樹林面積為9 106.21 hm2，主要分布在潮州、東莞、廣州、惠州、江門、茂名、汕頭、汕尾、深圳、陽江、湛江、中山和珠海13個地區(qū)。

對廣東省13個地區(qū)的紅樹林群落土壤有機碳及碳儲量進行統(tǒng)計，結(jié)果顯示，惠州地區(qū)的土壤有機碳含量較高，為3.47%，其次是江門（2.15%）、中山（2.08%）、湛江（2.07%）和汕頭（2.04%），其中有機碳含量最低的地區(qū)是茂名，僅為1.15%。土壤容重方面，廣東省的土壤容重平均值為0.72 g/cm3，其中廣州和湛江最高，分別是0.97 和0.93 g/cm3，潮州最低，僅為0.47 g/cm3（表2）。

表2 廣東省不同地區(qū)紅樹林群落土壤有機碳含量以及碳儲量Table 2 Soil organic carbon contents and carbon storages in different site of mangrove communities in Guangdong Province

進一步對廣東省不同地區(qū)紅樹林的土壤碳密度進行統(tǒng)計，其含量從大到小為惠州 > 中山 > 汕頭 >廣州 > 茂名 > 珠海 > 湛江 > 潮州 > 深圳 > 江門。各地區(qū)土壤碳儲量從大到小為湛江 > 陽江 > 江門 >珠海 > 茂名 > 汕頭 > 中山 > 惠州 > 廣州 > 深圳 >汕尾 > 東莞 > 潮州。綜上，廣東省紅樹林土壤碳儲量約為1 542.02 Gg C。

2.3 廣東省不同地區(qū)紅樹林群落土壤沉積速率

根據(jù)210Pb測年法估算，廣東省各地區(qū)紅樹林的平均沉積速率速率為13.47 mm/a。如表3 所示，淇澳島的沉積速率最高，為31.5 mm/a，其次是鎮(zhèn)海灣16.5 mm/a，深圳福田15.9 mm/a，雷州灣的沉積速率最低，僅為7.3 mm/a。廣東省碳埋藏能力平均值為2.96 Gg C/a，其中雷州半島的碳埋藏能力最大，為6.05 Gg C/a，而深圳福田的埋藏最低僅為0.66 Gg C/a。各地區(qū)有機碳平均累積速率由大到小依次為：淇澳島 > 深圳福田 > 鎮(zhèn)海灣 > 雷州半島 >英羅港 > 雷州灣。不同紅樹林群落方面，無瓣海桑群落的沉積速率最高，為19.4 mm/a，而桐花和木欖的混交群落的沉積速率最低，僅為6.5 mm/a。與沉積速率相似，無瓣海桑群落的有機碳累積速率最高，為306.5 g C/m2/a，而海欖雌和桐花的混交群落有機碳累積速率最低，為35 g C/m2/a（表4）。

表3 廣東省不同地點土壤沉積速率和有機碳積累速率Table 3 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different locations in Guangdong

表4 廣東省不同群落的土壤沉積速率和有機碳積累速率Table 4 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different communities in Guangdong

3 討論

3.1 不同紅樹林群落土壤碳密度

紅樹林的土壤有機碳來源主要是地上的凋落物、地下的根系以及河流中懸浮的有機顆粒物（Tam et al., 1998; Kristensen et al., 2008）。其中，紅樹林自身凋落物是有機碳輸入的主要來源（辛琨等，2014）。紅樹林群落土壤有機碳的來源主要受生物因子和非生物因子的共同影響（Ouyang et al.,2017）。生物因子主要包括紅樹林的光合作用和紅樹林間灘涂動物等，非生物因子主要包括紅樹林所處的位置以及氣候等因子。在本研究中，紅海欖和木欖的土壤有機碳含量以及碳密度均顯著高于其他物種的土壤，因此從固碳能力的角度，在紅樹林重建過程中，可以優(yōu)先考慮這些樹種。盡管秋茄土壤有機碳含量較高，但其容重較低，所以碳密度相對較低。而無瓣海桑作為廣東省紅樹林恢復的主要造林樹種，其土壤有機碳含量均低于其他紅樹林樹種，原因可能是廣東省的無瓣海桑群落多為人工種植，林齡較小。Yu等（2020）對廣東珠海不同林齡的無瓣海桑群落土壤有機碳含量進行研究，結(jié)果顯示，15 a生與4 a生的無瓣海桑土壤有機碳含量無顯著差異，進一步證實該物種幼林齡階段土壤碳累積速率低。

3.2 紅樹林群落土壤碳含量和碳儲量

本研究發(fā)現(xiàn)廣東省不同紅樹林群落土壤有機碳含量范圍在1.26%～4.22%，平均值約為2.24%，高于同緯度的廣西紅樹林土壤平均有機碳含量1.61%（談思泳 等，2017），但稍低于相對低緯度海南紅樹林土壤有機碳含量（3.27%）（辛琨 等，2014）。其原因可能與紅樹林生長的地形有關，廣東和廣西的紅樹林大多生長于開闊海岸區(qū)域，而海南的紅樹林大多生長在河口海岸，該區(qū)域具有營養(yǎng)物沉積多，淤泥沉積豐富的特點，更利于紅樹林的生長（胡懿凱 等，2019a）。其次，紅樹林受干擾程度也會影響土壤有機碳的形成。一般而言，受干擾程度低的紅樹林土壤碳含量更高（Alongi, 2014），主要是因為紅樹林生態(tài)系統(tǒng)相對脆弱，人為的擾動會導致原有的土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤微生物群落發(fā)生改變，減弱微生物對土壤碳的固持作用，從而使得原有的豐富有機質(zhì)和養(yǎng)分容易隨潮汐作用流失（Mcleod etal., 2011）。廣東的紅樹林多為后期人工恢復，恢復前的“圍墾造塘”，以及恢復過程中的整地等活動，均導致大量有機質(zhì)流失。此外，廣東人口密度大，人為活動相對活躍，生活污水的不合理排放，也導致紅樹林碳含量相對低于其他省份。

廣東紅樹林土壤有機碳密度平均值為0.23 Gg C/hm2，低于低緯度的海南紅樹林有機碳密度（0.70 Gg C/hm2）（辛琨 等，2014），稍高于廣西紅樹林土壤有機碳密度（0.14 Gg C/hm2）（陶玉華 等，2020）。其原因可能是，與廣東和廣西相比，低緯度的海南常年高溫多雨，更有利于紅樹林的生長（Wang et al., 2019）。其次，廣東紅樹林大部分是后期人工種植，林齡相對較小。紅樹林處在幼齡林和中齡林，其地下土壤有機碳儲量增長較少，而當其生長到成熟林時，土壤有機碳隨生長年限逐年顯著上升（Adame et al., 2018；胡懿凱 等，2019a）。綜上，紅樹林的碳密度分布格局，在大尺度上，主要受到氣候因素控制，而在小尺度上，主要受到紅樹林的林齡和生長所在地的地理水文條件共同決定。

3.3 紅樹林碳埋藏速率

不同地區(qū)紅樹林地區(qū)沉積速率的快慢主要由沉積環(huán)境的水動力以及泥沙供應等因子共同決定。一般而言，在同一區(qū)域，紅樹林外緣區(qū)域具有淹水時間長以及漲潮量大的特點，使得外緣區(qū)域的沉積速率遠大于內(nèi)部區(qū)域。在本研究，淇澳島的沉積速率較高（31.5 mm/a），可能是該區(qū)域位于河口灣附近，隨著珠江三角洲的發(fā)育，大量的沉積物隨河流運輸至此，泥沙供應充足，因此具有較高的沉積速率。其他沉積速率速率相對較低地區(qū)，如英羅港（10.3 mm/a），屬于半封閉的海灣，缺乏大型河流輸入，泥沙的來源相對較少。此外，沉積速率海域與臺風登錄頻率具有一定的關系（傅海峰 等，2014）。近幾十年廣東臺風登錄次數(shù)顯著高于廣西，進一步促進廣東沿海區(qū)域的泥沙沉積。在海平面上升加劇和臺風登錄頻率增大等氣候變化背景下，位于海岸帶前緣的紅樹林可以較好地接納風暴沉積物，減少極端天氣帶來的影響。

有機碳碳埋藏速率通常由沉積速率與沉積物碳密度計算獲得。廣東有機碳埋藏速率介于73～539.5 g C/m2/a，其中淇澳島的有機碳埋藏速率最高，而雷州灣的有機碳埋藏速率最低。結(jié)合紅樹林沉積速率和有機碳埋藏速率發(fā)現(xiàn)，土壤有機碳埋藏速率主要受沉積速率的影響，在沉積速率較大的珠江口區(qū)域，其有機碳沉積速率也較高，而位于雷州灣內(nèi)側(cè)的紅樹林沉積速率較低，其有機碳埋藏速率也較慢。總體上，廣東平均碳埋藏速率平均值為250 g C/m2/a，高于中國海平面上升速率，且高于全球紅樹林固碳速率的平均值（194 g C /m2/a）（Wang et al., 2021），說明廣東紅樹林普遍具有較高的碳埋藏潛力。

4 結(jié)論

紅樹林是重要的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，具有較高的儲碳能力。本研究通過文獻收集和數(shù)據(jù)整合的方法，對廣東省紅樹林的土壤碳儲量以及固碳潛力進行探討。結(jié)果顯示，廣東省紅樹林的面積為9 106.21 hm2，土壤碳儲量約為1 542.02 Gg C，土壤碳密度為0.23 Gg C/hm2。由于紅海欖和木欖土壤碳密度較高，因此在紅樹林重建的過程中這兩者的選用將更有助于提升當?shù)丶t樹林的碳儲量。與中國其他地區(qū)相比，廣東省土壤有機碳含量在1.26%～4.22%，平均值為2.24%，該數(shù)值高于廣西壯族自治區(qū)，但低于海南省，原因可能與紅樹林生長地形以及受干擾程度有關。基于210Pb測年法估算，廣東省紅樹林的平均沉積速率為14.5 mm/a，碳埋藏能力約為2.96 Gg C/a，高于全球紅樹林固碳速率的平均值，說明廣東省具有較高的碳埋藏潛力。

本研究基于廣東省不同地區(qū)紅樹林土壤的數(shù)據(jù)，探討了該省份內(nèi)土壤碳儲量及固碳潛力，可為濱海濕地總碳儲量的精準估計提供基礎，為“雙碳”的實現(xiàn)做好技術支撐。本研究僅對紅樹林群落內(nèi)土壤的碳儲量以及碳埋藏速率進行研究，并未涉及植被碳儲量，未來可以進一步結(jié)合光學遙感數(shù)據(jù)（如MODIS、Landsat 等提取的植被指數(shù)（NDVI、EVI、LAI 等））、雷達數(shù)據(jù)（如Sentinel）和激光雷達數(shù)據(jù)（ICESat、GEDI 等）對植被生物量進行估計。此外，在本文的數(shù)據(jù)集中，由于部分地區(qū)可用數(shù)據(jù)太少，在對當?shù)氐奶純α抗烙嬁赡艽嬖诓淮_定性，因此，需加強對不同地區(qū)紅樹林群落的研究，將有助于提高紅樹林碳儲量準確性，以期為當?shù)仃P于紅樹林的保育和管理工作提供科學依據(jù)。