广州南沙湿地4种红树植物底泥特性的差异

曾庆昌，黄敏华，缪绅裕，陶文琴，龙连娣，陈伟霖

(广州大学 生命科学学院，广东 广州 510006)

广州南沙湿地4种红树植物底泥特性的差异

曾庆昌，黄敏华，缪绅裕，陶文琴，龙连娣，陈伟霖

(广州大学 生命科学学院，广东 广州 510006)

【目的】比较外来红树植物(无瓣海桑Sonneratiaapetala、拉关木Lagunculariaracemosa)和本地红树植物(桐花树Aegicerascorniculatum、卤蕨Acrostichumaureum)的底泥特性，了解外来植物对湿地生态环境潜在的影响。【方法】采用仪器原位测定及土壤常规测定法分析广州南沙湿地公园4种植物林下底泥的温度、pH、氧化还原电位(Eh)、电导率、有机质和营养元素(N、P、K)含量及机械组成。【结果】外来植物底泥温度(无瓣海桑15.59 ℃、拉关木16.85 ℃)比本地植物(桐花树15.18 ℃、卤蕨15.06 ℃)的高；外来植物底泥pH(无瓣海桑6.97、拉关木6.54)小于本地植物(桐花树7.21、卤蕨7.09)；拉关木底泥的Eh(30.16 mV)显著高于其他3种植物(无瓣海桑-5.02 mV、桐花树-11.99 mV、卤蕨-4.85 mV)。外来植物底泥有机质质量分数(无瓣海桑8.41%、拉关木8.75%)显著低于本地植物(桐花树10.22%、卤蕨10.25%)。无瓣海桑底泥为砂质黏壤土，可能导致有效K含量有显著降低，其他3种植物底泥均为壤质黏土。【结论】外来红树植物和本地红树植物的底泥生态因子有明显差异。外来植物生长迅速，可能加快了有机质分解与物质循环过程，从而改变了底泥的特性。

湿地； 红树植物； 底泥特性； pH； Eh

红树林是生长在热带亚热带潮间带的木本植物群落，具很高的观赏和科研价值[1-2]。作为地球上最重要的湿地生态系统之一，其底泥是红树林湿地的重要组成部分，其中许多研究涉及湿地系统的特征与功能[3-7]。近年来，关于广州南沙红树林湿地的研究主要有环境与生物多样性[1]；无瓣海桑Sonneratiaapetala土壤的动态变化[8]；无瓣海桑、拉关木Lagunculariaracemosa(又称假红树或拉贡木)、桐花树Aegicerascorniculatum的生理生态特性[9]；湿地现状与保护对策[10]；湿地恢复的环境效益[11]及小气候效应[12]；人工红树林凋落物组成与季节变化等[13]。无瓣海桑1985年引自孟加拉国，拉关木1999年从墨西哥引种，分别于2000、2003年起在南沙湿地种植；南沙湿地尚有人工种植的红树植物海桑Sonneratiacaseolaris和本地种桐花树、卤蕨Acrostichumaureum、秋茄Kandeliaobovata、木榄Bruguieragymnorrhiza、老鼠簕Acanthusilicifolius等[1]。为更好地了解外来植物在广州南沙湿地的生态适应性及其对环境的影响，本文研究了其中2种外来植物(拉关木和无瓣海桑)和2种本地植物(卤蕨和桐花树)的底泥理化性质差异，为探讨外来植物对底泥多种因子的影响及潜在的生态风险提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地自然条件概况

广州南沙湿地公园(N22°37′027″、 E113°38′361″，海拔约5 m)地处北回归线以南，属南亚热带海洋性季风性气候，年均气温21.9 ℃，最冷1月13.3 ℃，最热月7月29 ℃，年无霜期346 d，年均降水量1 650 mm，相对湿度81%，年均日照2 000 h[8]；年蒸发量750 mm。潮汐属不正规半日潮；土壤主要由海湾沉积形成，属滨海海涂土壤[1]。试验地选择在靠近18涌的人工栈道旁的人工种植红树林区域，所测定的4种红树植物同时种植于2009年，无瓣海桑、桐花树和卤蕨相互间距约10 m，而拉关木与它们相距约50 m，因此底泥各指标的本底值基本一致。野外测定时这4种红树植物群落的郁闭度，无瓣海桑和拉关木林约为0.95，略高于桐花树和卤蕨的0.85。

1.2 试验材料

于2016年1月6日在南沙湿地公园内的无瓣海桑(高约10 m)、拉关木(高约5 m)、桐花树(高约2 m)和卤蕨(高约1 m)种群相对优势的生长地，在野外原位测定工作完成后，在每种植物距主干10 cm处的4个角方位各选1个点，采集距地面10 cm深处的底泥(每个样湿质量1 kg)，用密封袋保存运回实验室风干。每种植物底泥采4个样作为重复；4种植物底泥样品共计16个。

1.3 底泥特性的测定

1.3.1 野外温度、pH、氧化还原电位(Eh)、电导率测定 对南沙4种红树林湿地的底泥表土上层(距土表5 cm处)、表土下层(距土表15 cm处)及底泥之上的覆盖水温度、pH、Eh和电导率，分别用美国Spectrum Technologies公司生产的便携式pH/氧化还原电位/温度仪(型号IQ150)和土壤电导率仪(型号2265FS)直接进行野外原位测定，选择每种植物距离植株主干10 cm处的4个角处的覆盖水和底泥，每个层次各测定4个数据作为重复。

1.3.2 土壤有机质、各营养元素含量以及土壤机械组成测定 风干后的松散底泥样品根据所测指标分别过筛，用于测定有机质含量(过0.147 mm筛)、营养元素含量(过0.147 mm筛)和机械组成(土壤质地)(过2 mm筛)。其中，土壤有机质含量、营养元素(铵态N、速效P和有效K)含量用浙江托普公司生产的TPY-6A智能土壤养分测试仪测定。凯氏N含量用上海沛欧公司生产的SKD-08S红外智能8孔消化炉先消化，然后用SKD-100自动凯氏定氮仪测定。土壤机械组成利用甲种密度计法测定，每次测定后根据实际液温对密度计读数进行校正。

1.3.3 数据处理 所有数据用Excel 2003统计分析，计算平均值和标准差；用SPSS 17.0版本软件按Duncan’s法进行多重比较差异显著性。

2 结果与分析

2.1 温度

土壤温度对植物根系的生长以及植物衰亡分解过程中释放的N、P、K的含量有一定影响。土壤温度不同，植物衰亡后分解释放的N、P、K量不同。所测定的底泥及其上层覆盖水温度结果见表1。除拉关木以外，其他3种植物底泥均为土层越深，温度越高。覆盖水温度中，拉关木显著高于其他3种植物(P<0.05)；表土上层温度为拉关木>无瓣海桑、卤蕨>桐花树；表土下层温度，4者间无明显差异。拉关木各层次的温度均高于其他3种植物，特别是覆盖水温和表土温度都表现出显著差异。3层次平均温度表明，外来植物(拉关木和无瓣海桑)底泥的各层次温度均高于本地红树植物(桐花树和卤蕨)。

表1 不同红树植物湿地底泥及其覆盖水温度1)Tab.1 The temperatures of wetland sediments and their cover water under four mangrove species ℃

1)同列数据后凡具有一个相同小写字母者，表示不同树种间差异不显著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.2 pH

土壤酸碱性是影响土壤肥力的重要因素，不仅直接影响植物的生长，而且与土壤中元素的转换以及有效性密切相关[14]。所测定的底泥及其覆盖水pH结果见表2。4种植物底泥的层次越深，酸度越大。除拉关木表土下层pH为5.84(属微酸性)外，其余均在6.5～7.5范围内(均为中性)。4种植物间覆盖水、表土上层pH均无显著差异；桐花树的表土下层pH显著高于其他3种红树植物(P<0.05)，而拉关木的表土下层pH显著低于其他3种红树植物。从3层次平均值看，外来红树植物(拉关木和无瓣海桑)底泥pH比本地红树植物(卤蕨和桐花树)低，酸性较强。

表2 不同红树植物湿地底泥及其覆盖水pH1)
Tab.2 The pH values of wetland sediments and their cover water under four mangrove species

树种覆盖水表土上层表土下层平均值无瓣海桑7．03±0．26a6．95±0．02a6．93±0．02b6．97拉关木7．19±0．29a6．60±0．12a5．84±0．04a6．54桐花树7．46±0．03a7．15±0．10a7．01±0．01c7．21卤蕨7．32±0．08a7．03±0．04a6．91±0．02b7．09

1) 同列数据后凡具有一个相同小写字母者，表示不同树种间差异不显著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.3 Eh

所测定的覆盖水和底泥Eh(表3)变动范围较大，4种植物生境Eh均表现为表土下层>表土上层>覆盖水，这与一般随土壤深度加大，Eh越低的规律不同，一方面可能是因为所测定的底泥深度不够大，另一方面可能与红树植物为了适应湿地环境，根际能产生一定O2有关。覆盖水Eh从高到低依次是拉关木、无瓣海桑、卤蕨、桐花树；表土上层和下层Eh值，从高到低依次均为拉关木、卤蕨、无瓣海桑、桐花树。从3层次平均值看，外来红树植物拉关木的底泥Eh值最高，本地红树植物桐花树的底泥Eh最低，表明拉关木的底泥氧化性更强，有利于有机质分解和根系吸收。

2.4 电导率

描述土壤盐分状况，常用土壤浸提液电导率作为常用直接的指标[15]。所测的各底泥电导率结果见表4。4种植物底泥覆盖水的电导率差异不显著，底泥越深差异越明显，其中表土下层差异最显著，表土上层和下层的电导率及3层次的平均值均为拉关木>卤蕨>桐花树>无瓣海桑。

表3 不同红树植物湿地底泥及其覆盖水Eh1)Tab.3 The Eh values of wetland sediments and their cover water under four mangrove species mV

1) 同列数据后凡具有一个相同小写字母者，表示不同树种间差异不显著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

表4 不同红树植物湿地底泥及其覆盖水电导率1)Tab.4 The conductivities of wetland sediments and their cover water under four mangrove species mS·m-1

1) 同列数据后凡具有一个相同小写字母，表示不同树种间差异不显著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.5 有机质及各营养元素含量

土壤有机质指的是存在于土壤中的所有含碳的有机化合物，基本可反映土壤肥力水平的高低[16]。所测定的4种植物底泥有机质含量和营养元素含量结果见表5。4种红树植物林下底泥的有机质质量分数，卤蕨和桐花树的很接近(10.22%和10.25%)，均显著高于无瓣海桑和拉关木(P<0.05)。说明本地红树植物的底泥有机质含量比外来红树植物的高。卤蕨底泥凯氏N、铵态N和速效P含量均显著高于其他3种植物底泥的相应值；但有效K含量以拉关木为最高，显著高于其他3种植物底泥。对于铵态N和速效P含量，除本地植物卤蕨外，外来植物无瓣海桑和拉关木与本地植物桐花树之间虽有显著差异，但含量高低的变化规律不太一致，可能与不同植物对各种营养元素的利用效率不同有关。

表5 不同红树植物湿地底泥的有机质与营养元素含量1)
Tab.5 Contents of organic matter and nutrients of the sediments under four mangrove species

树种w/%w(mg·kg-1)有机质凯氏N铵态N速效P有效K无瓣海桑8．41±0．52a1．82±0．08a25．40±6．43b6．13±1．06c86．33±8．58a拉关木8．75±0．20a1．61±0．22a27．33±2．74c4．73±0．57a248．00±5．72d桐花树10．22±0．54b1．33±0．07a20．07±1．72a5．07±1．00b238．67±25．25c卤蕨10．25±0．35b4．84±0．24b63．87±2．96d7．07±0．84d137．67±19．94b

1) 同列数据后凡具有一个相同小写字母者，表示不同树种间差异不显著(n=4,P>0.05, Duncan’s法)。

2.6 土壤机械组成

所测定的4种植物底泥的机械组成结果见表6。其中无瓣海桑底泥属于砂质黏壤土；其他3种植物的底泥均为壤质黏土，这种土壤质地类型上的差异，可能是导致无瓣海桑底泥有效K流失，从而其有效K含量显著低于其他3种植物底泥的原因之一。除有效K外，不同形态营养元素在外来植物与本地植物间的差异与它们底泥的不同质地关联性不大。

表6 不同红树植物湿地底泥的机械组成

Tab.6 Textures of the sediments under four mangrove species

树种w/%砂粒粉粒黏粒质地类型无瓣海桑61．2422．0116．75砂质黏壤土拉关木45．2723．1431．59壤质黏土桐花树35．0333．4331．54壤质黏土卤蕨35．6128．2936．10壤质黏土

3 讨论与结论

本文测定的4种红树林湿地的上层覆盖水1月温度为14.17～16.95 ℃，略低于南沙湿地平均水温的17.1 ℃[1]，可能因为测定日的气温偏低。研究认为南沙红树林的保温效果非常显著，秋冬季林内温度变幅小于林外[12]，珠海淇澳红树林林内气温一直低于林外无林地[17]。本文测定的结果除拉关木上层覆盖水温度最高外，其他种类均为覆盖水<表土上层<表土下层，主要是1月份水温受较低的气温影响，而土壤具一定的保温作用，土层越深其温度越高。外来红树植物(拉关木、无瓣海桑)的林下覆盖水和表土温度均略高于本地红树植物(桐花树、卤蕨)，可能与它们群落郁闭度大小有关，因为前者约0.95，后者约0.85。

有学者从土壤的pH、全硫含量以及形态角度把现代红树林发育下的土壤定义为红树林酸性潮滩土[18]，而红树林植物残体分解出的单宁酸就是土壤酸性物质的来源之一[19]。2010年南沙湿地无瓣海桑纯林下土壤(0～15 cm)的pH 为7.84，低于2005年的8.22；而2010年测定的本地种秋茄下土壤pH 为8.17则高于2005年测定的8.10；6龄无瓣海桑土壤pH小于4龄无瓣海桑土壤，红树林土壤pH不仅受红树植物生长时间的影响，也受植物种类的影响[1]。本文测定的拉关木、无瓣海桑、桐花树和卤蕨表土上层和下层pH均明显低于上述文献数据，因为随着红树林的生长(测定期比文献更晚，植物生存时间更久)，其土壤pH逐渐降低，且外来种的土壤pH相对本地种降低幅度更明显。

由于Eh受溶液温度、pH及化学反应可逆性等因素影响，因此所测定的Eh结果变幅较大，其中拉关木的表土平均Eh为50.87，显著高于无瓣海桑的-2.65、桐花树的-4.32和卤蕨的2.14。由于海潮的长期淹没，通气条件差，红树林土壤通常为还原状态，除了表层颜色较浅的氧化层以外，其余土壤均水分饱和，土壤空气容量低，主要是土壤中的氧含量低造成Eh低，还原物质含量高[19]。本文的拉关木表土Eh相对较高，可能与其根系表层的氧化层有关。

南沙湿地土壤质地主要是沙质土和壤质土类型[1]，本研究测定的底泥质地类型与之一致，未见随着植物的生长而发生显著变化。南沙湿地土壤有机质、总N质量分数分别为24.45、1.34 g·kg-1[1]；本研究测定的有机质、凯氏N质量分数分别为8.41%～10.25%、1.33%～4.84%，显示出有机质含量低而凯氏N含量高。随着植被从寒害后的恢复，南沙湿地各类型植被上层(0～15 cm)土壤黏粒(<0.002 mm)的有效P、速效K的含量均有明显上升趋势，其中有效P质量分数在9.00～44.08 mg·kg-1之间[8]或18.45 mg·kg-1[1]，速效K质量分数在78.49～165.51 mg·kg-1之间[8]或225.15 mg·kg-1[1]。本研究测定的速效P质量分数在4.73～7.07 mg·kg-1之间，低于文献报道值，而速效K质量分数在86.33～248.00 mg·kg-1之间，接近文献报道值，这些营养元素的含量变化也可能与植物生长有关。红树林土壤黏粒的多少反映了有机质含量的多少，且pH、N、P、K含量都直接或间接地受到黏粒大小的影响[20]。土壤有机质、凯氏N、全P和速效K含量均为6龄>4龄，说明红树林群落有利于土壤有机质增加，不同群落的影响不同，随着年龄的增长有机质积累增多。如果土壤pH>7，可能发生氨的挥发，造成N的损失[21]。加上红树林土壤常处于还原状态，残留物分解较慢且不完全，进而大量累积在土壤中，故有机质含量较光滩高[1]。以往研究还显示，外来种无瓣海桑和拉关木有较高的净光合速率、总光合速率、净光合速率、蒸腾速率和较低的呼吸速率，有机物积累较多，生长快，环境适应性强，而本地种桐花树净光合速率较低、呼吸速率较高，生长相对较缓[9]，因此这些外来植物的快速生长，显著改变了湿地中底泥的某些特性，值得予以关注。

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【责任编辑 庄 延】

Characteristic differences of the sediment under four mangrove species in Nansha Wetland, Guangzhou

ZENG Qingchang, HUANG Minhua, MIAO Shenyu, TAO Wenqin, LONG Liandi, CHEN Weilin

(School of Life Sciences, Guangzhou University, Guangzhou 510006, China)

【Objective】 To compare the sediment characteristics under exotic mangrove species (Sonneratiaapetala,Lagunculariaracemosa) and native mangrove species (Aegicerascorniculatum,Acrostichumaureum), so as to better understand the potential ecological impacts of exotic species on the wetland environment.【Method】The temperature, pH, redox potential (Eh), conductivity, contents of organic matter and nutrients (N, P, K), and texture of sediments under these four species in Nansha Wetland, Guangzhou were measured by usinginsitumeasurement instruments and the common analysis methods of soil.【Result】The sediment temperatures of exotic species (S.apetala15.59 ℃,L.racemosa16.85 ℃) were higher compared to native species(A.corniculatum15.18 ℃,A.aureum15.06 ℃). The sediment pH of exotic species(S.apetala6.97,L.racemosa6.54) were lower compared to native species (A.corniculatum7.21,A.aureum7.09). The sediment Eh ofL.racemosa(30.16 mV) was significantly higher compared to other three species (S.apetala-5.02 mV,A.corniculatum-11.99 mV,A.aureum-4.85 mV) . The contents of organic matter in the sediments under exotic species(S.apetala8.41%,L.racemosa8.75%)were significantly lower compared to native species (A.corniculatum10.22%,A.aureum10.25%). The sediment underS. apetalawas sandy clay loam, which could be related to its significantly low effective K content since the sediments under other three species were all loamy clay.【Conclusion】There are evident differences in the ecological factors of sediments between extotic and native mangroves. Fast growing of exotic mangroves may accelarate the decomposition of organic matter in sediments and cycling of substances, and therefore lead to changes in sediment characteristics.

wetland; mangrove; sediment characteristic; pH; Eh

2016- 02- 25优先出版时间：2016-12-28

曾庆昌(1989—)，男，硕士，E-mail: 490945935@qq.com；通信作者：缪绅裕(1965—)，男，教授，博士，E-mail: miaoshy@gzhu.edu.cn

国家自然科学基金(31270526)

S153.6

A

1001- 411X(2017)01- 0103- 06

优先出版网址：http://www.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20161228.0922.012.html

曾庆昌，黄敏华，缪绅裕，等.广州南沙湿地4种红树植物底泥特性的差异[J].华南农业大学学报，2017,38(1):103- 108.