广州南沙人工林海桑属群落及土壤的动态变化

张晓君 ，管 伟 ，朱宁华，廖宝文 ，徐 蒂

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙410004；2.中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州510520)

广州南沙人工林海桑属群落及土壤的动态变化

张晓君1,2，管 伟2，朱宁华1，廖宝文2，徐 蒂1

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙410004；2.中国林业科学研究院 热带林业研究所，广东 广州510520)

通过分析广州南沙人工红树植物海桑属群落特征及其土壤特性的动态变化，揭示红树植物海桑属群落及土壤变化的原因。结果表明：①在近5年的变化过程中可以看出遭受寒害对纯林海桑群落的影响最大：寒害后海桑林全部死亡，在无人为干扰的情况下，短叶茳芏迅速占据海桑林迹地；无瓣海桑+海桑混交林群落物种变化最为明显，其中无瓣海桑的郁闭度寒害后随着植被的恢复逐渐增加到35%，密度下降到450株·hm-2，出现了三叶鱼藤和海雀稗，林下未见无瓣海桑幼苗。②随着植被的恢复，土壤的机械组成和化学性质都发生了改变，土壤黏粒的比重增加，质地均一，pH值呈现下降的趋势，盐分含量增加，有效磷、速效钾的含量都有明显的上升趋势，速效氮由于水体淋溶及植物吸收呈现下降的趋势。

人工林红树海桑属群落；土壤特性；动态变化；南沙

近年来全球气候的变化主要表现为温室效应，伴随着极端气象事件的发生，植物遭受极端气温变化所造成的严重伤害越来越受到人们的重视。而红树林作为沿海滩涂重要的湿地植物群落，在经历2008年的南方低温雨雪冰冻灾害之后，出现了大面积不同程度的枯黄、落叶，甚至死亡现象[1]。因此温度是调节红树植物生长最重要的因子，气温的变化可能影响红树林的分布，改变红树林的物种组成以及滩涂土壤的沉积速率和侵蚀状况[2]。本文以广州南沙红树植物海桑属红树植物为研究对象，主要分析红树植物群落在经受一次严重寒害后不同林分在恢复过程中的群落变化特征和土壤动态变化特征，为比较在相近的生态环境条件下，人工红树林在遭受寒害后生态恢复方面的指标变化和红树种植方式的选择、树种的选择等方面提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于广东省广州市南沙区南沙湿地公园内。该湿地公园(113°35'E，22°36'N)地处珠江入海口西岸。该地区属南亚热带海洋性季风气候，气候温和，年均气温21.8 ℃，最冷的1月平均气温13.3 ℃，最热的7月平均气温29.0 ℃，年无霜期346 d，年均降水量1 650 mm，年均日照时数为2 000 h。土壤主要由海湾沉积形成，属海滩盐土，养分状况良好。根据野外调查统计，南沙地区共有湿地植物318种，其中湿地公园内有真红树10种，半红树6种。真红树包括无瓣海桑Sonneratia apetala、海桑Sonneratia caseolaris、木榄Bruguiera gymnoihiza、秋茄Kandelia candel、红海榄Rhizophora stylosa等树种。根据湿地公园现有生物多样性的现状和实验要求，本次所选择的红树主要为海桑科的树种，其样地种植方式为混交林和纯林。

1.2 研究方法

1.2.1 群落调查

无瓣海桑+海桑人工混交林（2002年栽种，种植规格为2 m×2 m）、海桑人工纯林（2002年栽种，种植规格为2 m×2 m））中设置2个长期固定样地，各样地分别设置4个10 m×10 m的样方，在每个样方固定一角各设1个1 m×1 m的小样方。分别于2006年10月底和2011年12月初对样地进行群落调查。调查指标为种类组成、密度（株/hm2）、高度（m）、盖度（%）、胸径（cm），以及林下幼苗的种类、密度（株/hm2）、高度（m）。

1.2.2 土壤特性的测定

于2006年10月底、2011年12月初，在各样地内按S形路线利用取土器采集土样，每个取样点分别采集0～15 cm和15～30 cm的土样，风干后测定土壤理化性质。土壤机械组成采用比重计法测定；土壤pH值采用pH计测定；土壤速效氮采用碱解扩散法测定；有效磷采用盐酸—硫酸浸提法测定；速效钾采用火焰光度计法测定；土壤含盐量采用质量法测定；土壤Ca2+、Mg2+含量采用EDTA络合滴定法测定；土壤SO42-含量采用EDTA间接滴定法测定。

1.2.3 数据分析

数据采用Excel2003和SPSS16.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 群落特征的动态变化

无瓣海桑+海桑群落：从表1可以看出，该群落的物种组成发生了较为显著的变化，调查发现在没有经过人工抚育的条件下，群落中的海桑已经全部死亡，而无瓣海桑的密度也由2006年的850株·hm-2下降到 450 株·hm-2；虽然群落的郁闭度由2006年的0.65下降到2011年的0.35，但是无瓣海桑的郁闭度却由2006年的0.3增加到2011年的0.35；无瓣海桑的平均高度由2006年的4.89 m上升到2011年的6.30 m，并且在2011年调查时发现样地内有豆科的三叶鱼藤Derris trifoliate和禾本科的海雀稗Paspalum vaginatum的侵入，其中三叶鱼藤的平均高度达到25 cm，平均密度为20 株/m2，海雀稗总共发现15株，其平均高度为65 cm，而2次调查样方内均有短叶茳芏的分布，平均高度由2006年的50.8 cm上升到2011年的63 cm，平均密度由 2006年的 81.1 株·hm-2下降到 76.7 株·hm-2。由于2008遭受寒害的影响，但寒害对其影响不显著，林下未见无瓣海桑幼苗更新，这是由于无瓣海桑是阳性树种，其种子即使萌发也难以在林下自然生长[3]，而由海桑死亡所空出的迹地，又被海雀稗、短叶茳芏等侵占，无瓣海桑幼苗难以与之竞争。

海桑群落：2006年调查时海桑的平均高度为5.6 m，胸径已达13.6 cm，其密度为1 700 株·hm-2，郁闭度为0.7，林内伴生有短叶茳芏和海雀稗。但经过2008年寒害，在2011年调查时发现该群落海桑已全部死亡，其迹地已被短叶茳芏和海雀稗所覆盖,海雀稗的郁闭度达到0.10，密度为24.57株·hm-2，平均高度为48.86 cm，短叶茳芏的密度达到1 372 500 株·hm-2，郁闭度为0.49，平均高度为87.14 cm，这充分说明海桑为嗜热植物种，其苗木越小，抗寒性较成树更差，而气温的骤降及持续低温会使大树落叶、枯顶直至死亡[4]。

表1 主要人工红树林海桑属的群落调查结果Table 1 Survey results of artificial mangrove Sonneratia genus communities

2.2 土壤特性的动态变化

2.2.1 各样地土壤的机械组成

粒径分布是表征土壤物理性质的重要参数之一。从表2、表3可看出，无瓣海桑+海桑人工混交林样地上层（0～15 cm）和下层（15～30 cm）土壤的黏粒（粒径＜0.002 mm）百分含量分别由14.27%、18.28%增加至22.45%、20.41%；海桑纯林下层土壤的黏粒百分含量由17.42%增加到28.57%。随着植被的恢复，无瓣海桑和海桑都能够促进泥沙的淤积，而两样地中粗粉粒的变化不明显，砂粒（＞0.05 mm）的变化最为显著，这说明寒害后海桑林全部死亡，导致其植被层发生了变化，而植被的恢复在一定程度上能够使土壤的机械组成得到改良，使其质地程度均一，而不同类型的群落，由于组成种类及其生物生态学特性的不同，可能同时会受滩涂位置的影响，其粒径分布也会有所差异[5]。

表2 2006年各样地土壤的颗粒组成Table 2 Particles size distribution of different plot soil in 2006

表3 2011年各样地土壤的颗粒组成Table 3 Particles size distribution of different plot soil in 2011

2.2.2 各样地土壤pH值

植被恢复对土壤pH值的影响见图1。经过2008年寒害，无瓣海桑+海桑林样地土壤pH值呈现下降的趋势，其中样地0～15 cm土壤pH值下降幅度为13.6%，15～30 cm土壤pH值下降幅度为20.6%，由此可以看出15～30 cm的土壤pH值随着恢复时间的增加而显著下降，这可能是由于寒害后无瓣海桑遭受到不同程度的影响，产生的一些植物残体被掩埋分解，释放出大量的致酸物质，从而使土壤pH值降低，且对深层土壤的影响要强于表层。而海桑纯林迹地0～15 cm土壤pH值在寒害后有明显的上升趋势，可能是由于寒害造成海桑林死亡后，根系及根际微生物群落发生改变，对土壤的酸化作用减弱，从而导致土壤pH值升高。

2.2.3 各样地土壤含盐量及组成

图1 不同样地土壤pH值Fig. 1 Soil pH of different plots

由于受周期性的海潮影响，红树植物的土壤含盐量高。从表4、表5可以看出，经历2008年寒害后各样地土壤的含盐量明显高于寒害前，变化范围从1.51～1.68 mg·kg-1增加到3.33～5.48 mg·kg-1，说明红树植物根系发达，能够从土壤和海水中吸收大量盐分累积于体内，且土壤粘粒越多，其吸附盐类的量就越多[6]，而寒害导致高盐分的枯落物归还土壤后也会使土壤盐分不断的累积[7]。其中寒害后各样地表层土壤变化最为明显，具体表现为土壤表层盐分含量大于第二层盐分含量，且呈现自上而下递减的趋势。这与徐海等[8]阐述的理论相一致，从盐分的组成来看，水溶性、交换性 Ca2+和交换性Mg2+在遭受寒害影响之后都呈现出下降的趋势，这可能与寒害和强烈的水体淋溶在一定程度上造成了表层离子的流失有关，且土壤Ca2+离子溶度下降幅度最为显著，变化范围从117.24 ～161.17 mg/kg下降到9.47～10.57 mg·kg-1。

表4 2006年土壤含盐量及其组成Table 4 The soil salt content and composition in 2006

表5 2011年土壤含盐量及其组成Table 5 The soil salt content and composition in 2011

2.2.4 速效氮、有效磷和速效钾

潮滩作为一种生境，不同的滩位会受到潮汐、波浪等的影响，且控制着潮滩湿地土壤的性状和发育方向,进而影响土壤养分含量的分配，从而导致土壤养分含量在不同的滩位存在一定的差异，进而影响着湿地植被的生长和更替[9]。各样地各层次土壤养分含量见图2、图3。从图2、3中可以看出各群落土壤0～15 cm的养分含量均大于第二层土壤的养分含量，这与多数陆地土壤养分在剖面中的垂直分布相一致。

图2 各样地0～15 cm土壤养分含量Fig. 2 Soil nutrient content in 0～15 cm of different plots

图3 各样地15～30 cm土壤养分含量Fig. 3 Soil nutrient content in 15～30 cm of different plots

随着植被恢复时间的增加，土壤不同深度无瓣海桑+海桑样地、海桑纯林样地在寒害之后土壤养分元素有效磷和速效钾的含量都有明显的上升趋势，这与王艳树[10]研究的结果相一致，在所阐述的结论中可以看出超低温冻融对土壤磷素和钾素有一定的影响，这表明低温冻融作用可能是土壤微生物将养分元素转化和释放的主要影响因素之一，同时也不排除土壤能够从水体中沉积某些营养元素的积累过程占到了优势，结果还有待进一步的研究。但是海桑纯林样地在寒害之后速效氮的含量在0～15 cm却呈现明显的下降趋势，其下降幅度为32.80%，15～30 cm的变化却不显著，其原因可能有二，一是土壤氮素的转换主要是通过矿化、硝化、微生物固持、植物吸收和凋落物释放等过程[11]，海桑林的死亡使得植物细根难以周转和提供大量的有机物质；二是寒害造成了土壤短时间的冻土效应，温度和水分的急速变化难以满足土壤中微生物分解时对N的需求，且随着时间的增加，表层土壤营养元素的流失也与水的淋溶和植物本身生长所吸收消耗有关。

4 结 论

南沙人工红树植物海桑属的群落特征和土壤特性在近5年的研究过程中，群落和土壤都有不同程度的变化，且变化最大的原因可能是遭受2008年的寒害所致。（1）从各样地的群落特征可以看出：无瓣海桑+海桑混交林在一定程度上群落结构稳定，而海桑纯林在面对突发自然灾害的情况下表现出的抵抗力和稳定性均较差，在混交林中，无瓣海桑表现出极强的抗寒能力，海桑则全部死亡，海桑林迹地被短叶茳芏所侵占，这表明无瓣海桑对短叶茳芏的生长有显著的抑制作用；在林分的恢复过程中，也可以考虑将单一的纯林向混交方向发展，提高湿地生态系统的多样性。（2）各样地植被类型上层（0～15 cm)、下层（15～30 cm）土壤黏粒（＜0.002 mm）的百分含量均有明显的上升趋势，pH值总体上呈现下降的趋势，速效氮、速效钾含量 分 别 在 77.80 ～ 137.62 mg·kg-1、78.49 ～ 165.51 mg·kg-1之间，有效磷含量在 9 ～ 44.08 mg·kg-1之间，盐分含量增加在3.33～5.48 mg·kg-1范围之间，这说明在遭受寒害后使土壤的机械组成得到了改良，红树植物的酸化作用使pH值降低，植物根际和微生物的共同作用影响土壤有效磷的含量，而土壤黏粒直接或间接都会影响土壤的理化性质，且有研究指出土壤理化性质的改变会影响林地的生产潜力[12]，植被修复在一定程度上也会对土壤产生效应[13]，所以湿地土壤的监测是一个长期的过程，还有待更长时间的监测。

[1] 陈鹭真,王文卿,张宜辉,等.2008年南方低温对我国红树植物的破坏作用[J].植物生态学报,2010,34(2):186-194.

[2] Field C D. Impact of expected climate change on mangroves[J].Hydrobiologia,1995,295:75-81.

[3] 陈玉军,廖宝文,郑松发,等.无瓣海桑、海桑、秋茄红树人工林群落动态及物种多样性研究[J].应用生态学报,2004,15(6): 924-928.

[4] 廖宝文,李 玫,陈玉军, 等.中国红树林恢复与重建技术[M].北京:科学出版社,2010:102-103.

[5] 梁士楚,董 鸣,王伯荪,等.英罗港红树林土壤粒径分布的分形特征[J].应用生态学报,2003,14(1):11-14.

[6] 韩维栋,凌大炯,李 燕,等.人工无瓣海桑林的土壤动态研究[J].南京林业大学学报: 自然科学版,2003,27(2):49-51.

[7] 林 鹏,中国红树林生态系[M].北京:科学出版社,1997:21-23.

[8] 徐 海,陈少波,张素霞,等.红树林土壤基本特征及发展前景[J].安徽农业科学,2008, 36(4):1496-1497.

[9] 杨桂山,施雅风,张 深.江苏滨海潮滩湿地对潮位变化的生态响应[J].地理学报,2002, 57(3):325-326.

[10] 王艳树.超低温冻融对近红外光谱法测定土壤磷、钾含量的影响[D].沈阳:沈阳农业大学,2012: 36-37.

[11] 方运霆,莫江明,Per Gunders en,等.森林土壤氮素转化及其对氮沉降的响应[J].生态学报,2004,27(7):1523-1531.

[12] 闫法领.马尾松人工林林下植被恢复生产经营模式研究[D].长沙:中南林业科技大学, 2013.

[13] 武丽花,植被修复对湘潭锰矿矿区废弃地土壤环境效应的研究[D].长沙:中南林业科技大学, 2008.

Dynamic changes of artif i cial mangroveSonneratiagenus communities and soil characteristics in Nansha district of Guangzhou city

ZHANG Xiao-jun1,2, GUAN Wei2, ZHU Ning-hua1, LIAO Bao-wen2, XU-Di1
(1.Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, Chnia; 2. Research Institute of Tropical Forestry,CAF, Guangzhou 510520, Guangdong, Chnia)

Through analyzing the dynamic changes in the community structure and soil characteristics of the artificial mangroveSonneratiagenus, the reasons of the artif i cial mangroveSonneratiagenus in community characteristics and soil changes were revealed.The surveying results are as follows: (1)from the changing process in recent fi ve years, it can be found that the chilling injury had deeply inf l uenced on pureSonneratiacommunity; the aerophore community all died after the chilling, short leaf cyperus malaccensis rapidly grew up in this deforested place caused by the chilling in the absence of human disturbance case; While the species changes were most obvious inpetalous aerophore+aerophorecommunity，as the vegetation recovery the canopy density of petalous aerophore increased to 35%, the density decreased to 450 tree·hm-2,Derris trifoliateandPaspalum vaginatumSw were found, the aerophore seedlings under the community did not fi nd; this means that the chilling had a slightly inf l uenced to the growth of vegetations; (2) After the chilling with the restoration of vegetations, the soil mechanical composition and chemical properties both changed, concomitantly the proportion of clay soil increased, the soil emerged uniform texture, the pH value decreased completely, salt content increased and the nutrient elements of effective phosphorus, rapidly-available potassium content had obvious rising trend, due to the water leaching and plant absorption the available nitrogen showed a trend of decline.

artif i cial mangroveSonneratiagenus communities; soil properties; dynamic change; Nansha district in Guangzhou city

S714.2

A

1673-923X(2014)09-0103-04

2013-12-10

国家自然科学基金项目(41176084)和广州市林业和园林局项目“广州南沙湿地效应监测”

张晓君（1987-），女，河南长葛人，硕士研究生，从事城市林业与湿地方向的研究；E-mail：625242664@qq.com

朱宁华（1964-），男，河南中牟人，副教授，博士，硕士研究生导师，主要从事森林培育教学及研究工作；

E-mail：zhuninghua@yahoo.com

[本文编校：谢荣秀]