-
红树林是生长在热带、亚热带的木本群落[1],是国际上生物多样性保护和湿地生态保护的重要对象,近年来已成为国际上普遍关注的资源环境热点问题之一[2]。由于全球变暖的加剧,红树林的固碳能力得到了大量关注[3],研究表明,红树林生态系统是滨海湿地生态系统中碳密度最高的生态系统[4]。红树林土壤有机碳是红树林生态系统碳库的重要组成部分,与此同时,土壤有机碳的影响因素也得到了大量的关注。土壤有机碳是植物枯枝落叶、动物和微生物分泌物等的产物,处于不断累积和消耗的动态平衡中。关于红树林土壤有机碳的迁移、转化、固定机制等方面的研究较多[5-9],但关于土壤有机碳的调查深度却不尽相同,有30、50、100、120 cm等。一般认为,土壤有机碳分布随着土层深度的增加而逐渐降低,但表层土壤有机碳不稳定且易受其他因素的干扰,下层土壤有机碳分布较稳定。中国关于红树林土壤有机碳分布及影响因素的研究较多,而关于人工引种的无瓣海桑林土壤有机碳分布规律及土壤因素的研究却鲜有报道。有些学者分析了其他红树林土壤有机碳含量与土壤pH值、盐度、氮磷的关系,如赵泽阳等[10]调查海南岛北部地区红树林湿地土壤发现,土壤有机碳含量与砂粒含量和pH值呈显著负相关,与黏粒和粉粒含量呈显著正相关;但人工引种的无瓣海桑林土壤有机碳分布是否和其他红树林土壤有机碳有相似的分布规律是一个值得研究的问题。
研究无瓣海桑(Sonneratia apetala Buch.-Ham.)人工林土壤有机碳的分布规律及影响因子,对合理评估无瓣海桑人工林的生态价值,完善无瓣海桑人工林的保护制度,推进人工红树林的恢复有着重要的现实意义。本文以广东中山翠亨国家湿地公园人工引种的无瓣海桑林为研究对象,参考最新的滨海生态系统土壤碳库的野外采样标准[11],测定不同潮位带0~100 cm层土壤有机碳含量及其他土壤理化指标数据,通过分析不同潮位带土壤有机碳分布规律和各种土壤理化指标之间的相关关系,为进一步研究无瓣海桑人工林碳循环和有机碳储量提供依据。
HTML
-
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。
样地
Sample plot主要树种
Chief species栽种时间
Planting time/a土壤类型
Soil type现存密度
Existing density/(株·hm−2)平均树高
Average tree height/m平均胸径
Mean DBH/cm低潮带(光滩)Low tide zone \ 盐渍沼泽土 \ \ \ 中潮带Middle tide zone 无瓣海桑 2005 约1 200 9.04±0.29 13.92±0.51 高潮带High tide zone 约1 400 11.33±0.33 18.60±0.68 Table 1. General conditions of sampled plots
-
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。
Figure 1. Vertical distribution characteristics of soil organic carbon content in different tidal zones
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。
-
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。
-
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。
因子
Factor土壤有机碳
Soil organic carbonpH值
pH value全氮
Total nitrogen全磷
Total phosphorus含盐量
Total salinity密度
Density土壤有机碳Soil organic carbon 1 pH值pH value -0.583** 1 全氮Total nitrogen 0.976** -0.618** 1 全磷Total phosphorus 0.488** -0.450** 0.502** 1 含盐量Total salinity -0.328* 0.286 -0.331** -0.122 1 密度Density 0.165 0.084 0.940 -0.126 -0.511** 1 注:*代表显著相关,**代表极显著相关。
Notes: * represents significant correlation, **represents extremely significant correlation.Table 2. correlation between soil organic carbon and soil physical and chemical properties