本研究区位于广东省中山市翠亨国家湿地公园内（113°9′2″～113°46′ E，22°11′12″～22°46′35″ N），该地处于珠江横门水道的咸淡交汇处，是珠江流域河口湿地生态系统的典型代表。中山翠亨国家湿地公园总面积为623.6 hm²，无瓣海桑人工林湿地面积393.44 hm²，湿地率达到63.09%。该湿地公园海域属珠江口，潮汐属不正规半日潮。

翠亨国家湿地公园内地貌类型属低丘、台地、浅海等，具有明显的垂直地带性，即从浅海沉积的滩涂、泥沼→水道或旱地土壤→坡地赤红壤；或从浅海沉积的滩涂、泥沼→滨海砂土→坡地赤红壤。滩涂是湿地公园内分布最广的土类，此土壤属浅海沉积的黑色黏质盐土（滩涂），由于受海潮、海水生物和河流带来有机质的作用，土壤肥力高，有利于红树林植物生长发育。研究区内红树林植被呈带状分布于水道两侧堤岸外围的潮汐带，种类组成单纯，结构较简单，主要以无瓣海桑组成的单优人工群落，林下有老鼠簕( Acanthus ilicifolius L.），三叶鱼藤（Derris ellipitica Benth.）等。

在湿地公园内，于2018年6月选择人为干扰少、代表性强，2005年营造的无瓣海桑林作为研究对象，以潮位因素作为分类依据，分别在不同地点选取高潮带、中潮带和低潮带（光滩）各3个小区，每个小区3个10 m×10 m的重复样地。3种潮位带样地情况见表1，其中，高潮带位于潮间带的最上部，上界为大潮高潮线，下界是只有在大潮时才被海水淹没的小潮高潮线；中潮带是上界为小潮高潮线，下界是小潮低潮线，为典型的潮间带地区；低潮带是上界为小潮低潮线，下界是大潮低潮线，大部分时间浸在水里，只有在大潮落潮的短时间内才露出水面。根据研究区的实际情况，同一区域3种潮位带之间的采样距离间隔100 m左右。

在每个重复样地内随机选取立地条件相同的3个地点采集土样。土壤样品采集深度为100 cm，每个取样点用直径5 cm的土钻取0～100 cm深的土柱，并按0～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm的深度将土柱分为5层，将同一地点的3个重复土柱混合，带回实验室自然风干，去除根系，石粒等杂质。研磨，过100目钢筛。在分土层的同时，另外取土壤样品，称质量，在105℃烘干至恒质量，用于计算土壤密度和含水量。测定土壤pH值和有机碳、全氮、全磷、盐度等含量，测定的依据分别是LY/T1239-1999、LY/T1237-1999，LY/T1228-1999、LY/T1232-1999、LY/T1251-1999。

土壤有机碳（SOC）密度指一定深度土层中单位面积中土壤有机碳的储存量^[11]，其计算公式为：

式中：SOCD_K—第k层SOC密度（kg·m⁻²）；K—土壤层次；C_k—第k层SOC含量（g·kg⁻²）；D_k—第k层土壤密度（g·cm⁻³）；E_k—第k层土壤厚度（cm）；G_k—第k层土壤中直径>2 mm石砾所占体积百分比（%）（国家林业局，2011）。实验数据的处理和表格的绘制采用Excel 2013，数据的显著性、回归性以及相关性分析采用IBM公司的SPSS 23.0。

不同潮位带土壤有机碳含量的垂直分布特征见图1，再结合土壤含水量的分布特征计算得到土壤有机碳密度的分布特征（图2）。在高潮带，土壤有机碳含量的变化范围为1.09%～2.73%，土壤有机碳密度的变化范围为24.98～42.71 t·hm⁻²。在中潮带，土壤有机碳含量和有机碳密度随土壤深度的增加变化相对不明显，变化范围分别为1.23%～1.45%和24.19～29.41 t·hm⁻²；低潮带（光滩）土壤有机碳含量和有机碳密度的变化范围分别为1.30%～1.38%和22.26～28.88 t·hm⁻²，没有明显的变化趋势。高潮带0~80 cm土壤有机碳含量和密度明显高于中潮带和低潮带，一方面是由于高潮带受到海水的冲刷较中潮带和低潮带少，林下的枯枝落叶更易停留分解，对土壤有机碳的输入也越多^[12]；另一方面高潮带的无瓣海桑的密度和胸径树高均大于中潮带，而低潮带没有树木生长（表1），高潮带高的生物量为土壤有机碳提供了更高的输入源。因此，高潮带无瓣海桑人工林土壤有机碳含量及密度较中潮带和低潮带（光滩）高。

图  1  不同潮位带土壤有机碳含量垂直分布特征

Figure 1.  Vertical distribution characteristics of soil organic carbon content in different tidal zones

图  2  不同潮位带土壤有机碳密度垂直分布特征

Figure 2.  Vertical distribution characteristics of soil organic carbon density in different tidal zones

图1、2表明：在高潮位，土壤表层（0～20、20～40 cm）有机碳含量和密度最高，这是因为在高潮带，植物群落已经形成且生长稳定，林下灌木和草本植物丰富，乔木的枯枝落叶和林下植被为土壤有机碳提供了丰富的来源，增加了土壤有机碳的表聚力^[13]。由于高潮带丰富植物群落的存在，在一定程度上改变了潮汐海岸带的地形，更有利于高潮带截获海水冲刷进来的营养物质，因此，在0～20、20～40 cm土层中土壤有机碳是整个土壤剖面含量最高的。

图3表明：在高潮带，其土壤密度的变化范围为1.07～1.22 g·cm⁻³，平均为1.20 g·cm⁻³，但在20～100 cm土层没有显著增加；而中潮带和低潮带土壤密度在0～100 cm剖面上的平均土壤密度均低于高潮带，且平均密度相同，均为0.99 g·cm⁻³；但3种潮位带土壤密度的共同点是表层（0～20 cm）土壤密度均为整个土层的最低值。土壤密度是土壤含水量的间接体现，土壤质地、结构和所处的环境共同决定了土壤的密度^[13]。土壤中增加的物质主要来自于植物枯枝落叶及根系有机质和半有机质等分解固定的结果^[14]。

图  3  不同潮位带土壤密度的垂直分布特征

Figure 3.  Vertical distribution characteristics of soil density in different tidal zones

图4表明：在3种潮位带中，在0～100 cm土层，土壤含盐量大部分呈先增再降低的变化趋势，但平均含盐量各不相同，从小到大依次为：高潮带（2.11 g·kg⁻¹）<中潮带（2.57 g·kg⁻¹）<低潮带（2.89 g·kg⁻¹），其中，3种潮位带土壤含盐量的最大值大部分出现在40～60 cm土层。土壤含盐量是影响红树林有机碳储量的主要影响因子^[15]，土壤盐度越大，会造成土壤紧实度越高，对有机碳的固定也就越弱。所以，高盐度地区不利于红树林的生长进而影响土壤有机碳的累积^[16-17]。叶君等^[18]通过在长江口研究不同盐度下碳的分布和来源，得出不同形态的碳均与盐度存在负相关的结论，与本研究结果一致。

图  4  不同潮位带土壤含盐量的垂直分布特征

Figure 4.  Vertical distribution characteristics of soil salinity in different tidal zones

在本研究中，3种潮位带土壤在各个土层中的pH值均低于8.0，且随着潮位的增高土壤剖面平均pH值逐渐降低，依次为：低潮带（7.82）>中潮带（7.35）>高潮带（6.92）（图5）。3种潮位带均表现出表层土壤pH值最低，且pH最高值出现在土壤中下层的特点。周慧杰等^[19]通过对广西钦州湾红树林研究也得到相同的结果。

图6表明：高潮带土壤全氮在土壤剖面上总的变化趋势是随着土层深度的增加，土壤全氮含量逐渐降低，变化范围为0.83～1.93 g·kg⁻¹，平均值为1.30 g·kg⁻¹；中潮带土壤全氮整个土层剖面平均为0.98 g·kg⁻¹；最高值出现在80～100 cm土层，含量为1.06 g·kg⁻¹；低潮带土壤全氮的的最高值出现在表层0～20 cm土层，含量为1.15 g·kg⁻¹。

图  5  不同潮位带土壤pH值的垂直分布特征

Figure 5.  Vertical distribution characteristics of soil pH values in different tidal zones

图  6  不同潮位带土壤全氮的垂直分布特征

Figure 6.  Vertical distribution characteristics of soil total nitrogen in different tidal zones

图7表明：在高潮带，随着土层深度的增加，全磷含量逐渐降低，最大含量为1.02 g·kg⁻¹；中潮带，全磷含量最高值出现在20～40 cm土层，最低值出现在60～80 cm土层，且各土层间没有明显的规律性；低潮带，全磷含量最高值出现在0～20 cm土层，最低值出现在20～40 cm土层，平均含量为0.68 g·kg⁻¹。

图  7  不同潮位带土壤全磷的垂直分布特征

Figure 7.  Vertical distribution characteristics of total phosphorus in soil at different tide levels

将3种潮位带土壤性质综合，进行双变量分析，得表2。表2表明：土壤有机碳和土壤pH值极显著负相关；土壤全氮含量是各项指标中和有机碳含量相关性最显著的，土壤中氮的来源和有机碳一样，主要来自与腐殖质的分解，因此，在相关性上表现出极显著正相关性（P<0.01）；磷元素和氮、有机碳一样，其主要来源是植物枯枝落叶的分解，土壤有机碳含量和全磷含量之间呈极显著正相关，相关系数为0.488；土壤有机碳和含盐量之间存在着显著的负相关关系，皮尔逊相关系数为−0.328；土壤有机碳含量和密度之间无相关性。

总体来看，中山翠亨无瓣海桑人工林土壤有机碳含量和有机碳储量都远高于我国其他农田生态系^[20]，而与其他相近地区陆地森林生态系统相似^[21-22]。与其他天然红树林生态系统相比，无论是有机碳含量还是有机碳储量均较低^[19,23]。红树林生态系统生产力高，腐殖质等有机物分解归回土壤的比例也大，这都是红树林土壤有机碳含量高的原因。由于中山翠亨红树林属人工林，乔木树种均为无瓣海桑，其生态系统群落结构相对其他天然红树林较简单，生产力水平也相对较低，这是造成无瓣海桑人工林土壤有机碳低于天然红树林的主要原因。有研究表明，红树林土壤有机碳和树龄、潮位因素、树种等都有密切的关系^[24]，这些因素对于无瓣海桑人工林土壤有机碳的影响都需要进一步的深入研究。中山翠亨无瓣海桑人工林土壤有机碳的垂直分布和潮位有密切关系，在高潮带，土壤有机碳含量和密度均随着土层深度的增加而不断降低，而在中潮带和低潮带，土壤有机碳含量和密度均在一定范围内波动，且变化幅度不大。土壤有机碳的垂分布和林下枯落物碳源的输入、立地环境、潮汐等密切相关，这些复杂因子的存在是土壤有有机碳垂直分布特征在不同潮位带出现差异的主要原因。

在本研究中，无瓣海桑人工林土壤有机碳和全氮、全磷均呈极显著正相关。在其他天然红树林土壤理化性质的研究中，也均发现土壤有机碳和土壤全氮有极显著正相关，但却与土壤全磷呈极显著负相关^[19]；而袁彦婷等^[25]对广东、海南、广西的红树林土壤有机碳和全氮、全磷关系的研究和本研究的结果一致。土壤中有机碳和全氮的来源基本一致，均主要来自植物枯枝落叶的分解^[26]，而土壤有机碳和全磷的关系存在着一定的争议，主要是因为土壤中全磷含量还受到土壤质地、机械组成等因素的强烈影响^[27]，如有研究表明，粘粒土壤对颗粒态磷的吸附作用极强^[19]，这些都是造成土壤全磷含量和土壤有机碳含量关系在不同地区存在差异的原因。

中山翠亨无瓣海桑人工林土壤有机碳含量和土壤pH值间存在极显著负相关，在森林生态系统和天然红树林生态系统中也同样存在^[20,25]。土壤pH值差异直接影响土壤微生物生长的环境，不同的pH值会导致不同的微生物种类、数量以及活性。一般认为，强酸性和强碱性的环境都不利于微生物的生长，所以，在中性偏弱酸的环境下，土壤pH值越低，越有利于有机物质的分解，土壤有机碳的含量也就越高，即土壤有机碳含量和土壤pH值表现出负相关关系。

需要指出的是，无瓣海桑是作为人工恢复红树林过程中的替代树种，其只作为人工恢复红树林过程中的一部分，最终的恢复结果是乡土红树植物的定居，且人工无瓣海桑在引种的过程中存在生物入侵风险以及后代再生困难等问题^[28]。对红树林的恢复最好的方式是“引进种＋乡土种”，所以，在人工无瓣海桑林的研究过程中应逐渐加入“引进种＋乡土种”这一配植模式。本文的研究主要聚焦于人工无瓣海桑林，所以，在后续的研究中应加强这一方面的跟踪调查，以期为红树林恢复提供更加实际科学的基础素材，这些都是值得进一步研究的课题。

潮位因素对无瓣海桑人工林土壤有机碳分布影响明显，高潮带无论是土壤有机碳含量还是有机碳碳储量均高于中潮带和低潮带。通过对土壤有机碳含量和各种土壤理化指标的相关性分析，发现土壤有机碳的含量和土壤全磷、全氮、pH值的关系最密切，这些指标可以用来预测人工无瓣海桑林的土壤有机碳分布。