广西红树林群落表层沉积物有机碳的初步研究

谈思泳+邱广龙+范航清+苏治南+韦梅球

摘要：探讨了广西红树林湿地有机碳含量、有机碳密度的分布规律，为今后该区域的相关研究和红树林湿地恢复提供基础数据。为此，以广西红树林优势群落为调查样地，调查了白骨壤、桐花树、秋茄、木榄4种自然群落及无瓣海桑人工群落表层沉积物有（0～30 cm）机碳含量、有机碳密度和有机碳储量。结果显示：各群落沉积物有机碳含量为秋茄群落（22.90±2.66 g/kg）>无瓣海桑群落（19.58±2.85 g/kg）>桐花树群落（15.55±1.44 g/kg）>木榄群落（11.63±1.21 g/kg）>白骨壤群落（10.82±0.65 g/kg）。有机碳密度为秋茄群落（2.43 kg/m2）>无瓣海桑群落（1.92 kg/m2）>白骨壤群落（1.51 kg/m2）>桐花树群落（1.37 kg/m2）>木榄群落（1.12 kg/m2），平均为1.67 kg/m2。广西红树林表层湿地沉积物（0～30 cm）有机碳碳储量分别为：秋茄群落72.76 t/hm2、木榄群落33.49 t/hm2、桐花树群落40.98 t/hm2、无瓣海桑群落57.73 t/hm2、白骨壤群落45.18 t/hm2。沉积物有机碳含量在垂直分布上从上而下呈现出逐渐下降的趋势，且不同群落类型表层沉积物有机碳含量差异显著。

关键词：广西红树林；表层沉积物；有机碳储量

1 引言

随着温室效应的持续发酵，人们对空气中CO2等温室气体含量尤为关注，进而对土壤中的碳储量以及植物的固碳能力展开了深入的研究。现有湿地中的碳是碳汇还是碳源，对于空气中的二氧化碳含量来说是一个重要的影响因子。滨海湿地是湿地系统中重要组成，滨海湿地沉积物中对碳储量的研究和估算是现在以及未来的重要研究课题。红树林湿地生态系统是地球上生产力最高的生态系统之一，单位面积红树林根部以上的固碳能力是热带雨林的10倍[1，2]。国内对土壤有机碳的研究过去大多都集中在内陆，早在1999年王绍虎等[3]就估算了全国陆地土壤总有机碳储量约为924.18×108 t，土壤碳库储量约占全球的6.73%。21世纪初期宪丽[4]、于东升[5]等分别用不同的方法对中国土壤有机碳库进行了估算。国内对红树林湿地的早期研究主要集中在根部以上，如红树植物的热值[6，7]、呼吸速率与碳输出[8，9]、重金属污染[10，11]、以及红树林系统的生物多样性[12，13]，红树林湿地有机碳的研究起步比较晚，红树林的固碳能力[1，8]、有机碳分布规律[14，15]、碳储量[16，17]、有机碳和其他土壤特性的关系[18]均取得了不同程度的研究成果。

广西红树林湿地是国内重要的湿地系统，不仅面积宽广，而且种类丰富[19]。广西红树林的植被特征[20]、生态系统结构[19，20]、景观变化[21，22]、和生物多样性[12，13]等方面都曾被学者深入的研究，而碳储量[16]、碳密度[23]的研究鲜见报道。笔者基于广西红树林不同群落采集的沉积物样品，分析广西红树林湿地沉积物表层有机碳含量、有机碳密度、有机碳储量的分布规律，为该区域红树林碳汇的估算提供基础数据。

2 研究区概况和研究方法

2.1 研究区概况

该调查研究区位于广西南部、北部湾北部，经纬度为21°24′～22°01′N，107°56′～109°40′E，广西地处南亚热带，是典型的亚热带湿热季风性气候，气候温和，无严寒酷暑，最冷月为1月，最热月为7月，该调查区年平均气温22.0～23.2℃，≥10℃的年积温7571～8142℃，年均降雨量1565～2823 mm[24]。广西的海岸线逶迤曲折，东起与广东接壤的洗米河口，西至中越边境北仑河口，绵延1628 km，孕育着1000多km2的滨海滩涂[24]。研究区位置及采样点见图1。基于国家林业局专项调查结果显示广西红树林现有面积8374.9 km2，宜林地面积9274.0 km2，未成林面积380.3 km2，红树林现有面积在国内居于第二位，仅次于广东[25]。广西现有红树林11科14属14种[26]，构成桐花树（Aegiceras corniculatum）群落、白骨壤（Avicennia marina）群落、秋茄（Kandelia obovata）群落、木榄（Bruguiera gymnorrhiza）群落、桐花树-白骨壤群落、桐花树-秋茄群落、白骨壤-秋茄群落、无瓣海桑（Sonneratia apetala）群落（人工林）等16个群落类型[27]，主要分布在防城港市、钦州市和北海市。

2.2 研究方法

2.2.1 样品采集

样地的布设和样品的采集遵循了典型性和代表性的原则，根据广西红树林的群落特征（表1），研究在广西沿岸选取了白骨壤群落、桐花树群落、秋茄群落、木榄群落及人工种植的无瓣海桑群落作为调查样地。根据群落面积的大小和群落从陆到海的距离，将群落划分为外滩、中滩、内滩。分别在各个群落的外滩、中滩、内滩各取3个剖面，在每个剖面的0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm处使用100 cm3的土壤环刀采集沉积物。

2.2.2 样品室内测定

（1）沉积物含水量。

沉积物含水量采用烘干法：即将已称湿重的样品放入60℃的烘箱中烘干至恒重。计算公式为：

含水量% =（湿土重-干土重）/干土重×100%

（2）沉积物容重。

沉积物容重采用環刀法，计算公式为：

Rs= G×100/ V×（100+W）

式中：

Rs为土壤容重（g/cm3）；

G为环刀内湿样重（g）；

V为环刀容积（cm3）；

W为样品含水量（%）。

（3）沉积物有机碳含量。

沉积物有机碳含量采用重铬酸钾氧化-硫酸亚铁还原滴定法，即称取已过100目筛的沉积物样0.2～0.3 g于试管中，加入定量重铬酸钾试剂，置于185～190℃油浴锅中加热使土壤有机碳氧化，取出冷却后用Fe2SO4标准溶液滴定至颜色由黄色突变至棕红色为止。计算公式为：

沉积物有机碳含量（%）=[（V0-V）×C2×0.003×1.724×1000]/Mi

式中：

V0为空白滴定时消耗Fe2SO4标准溶液的体积（ mL）；

V为土样消耗Fe2SO4标准溶液的体积（ mL）；

C2为Fe2SO4标准溶液的浓度（mol/L）； 0.003 为 1/4 碳原子的摩尔质量数（g/ mol）；

1.724 为由有机碳换算为有机质的系数；

Mi为第i层烘干沉积物试样质量（g）。

每个样品重复测定3次，结果取平均值。

（4）沉积物有机碳密度和碳储量。

某一沉积物层i的有机碳密度SOCi（kg/m2）计算，公式为：

SOCi= CiDiEi（1-Gi）/10

式中，Ci为沉积物有机碳含量（%），Di为容重（g/cm3）；Ei为沉积物厚度（cm）；Gi为大于2mm的石砾所占的体积（%）。

沉积物有机碳储量具体计算公式为：

SOCs=10niSOCi

式中， SOCs为某深度内的沉积物有机碳储量（t/hm2）；SOCi为第i层土壤有机碳密度（kg/m2），n为土层数，10为由kg/m2换算为t/hm2的系数。

2.3 数据处理

用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0统计软件进行数据整理和分析。

3 结果与讨论

3.1 不同群落沉积物物理性质及其剖面分布

由表2可见，各个群落沉积物含水量差异大，最大的是桐花树群落（67.45%），最小的是白骨壤群落（31.19%）。白骨壤群落沉积物含水率为30.31%～32.32%；桐花树群落土壤含水率为62.74%～73.53%；秋茄群落土壤含水率为49.18%～59.93%；木榄群落沉积物含水率为37.89%～81.42%。无瓣海桑群落土壤含水率为40.11%～90.54%。研究区5种不同群落类型下土壤的含水率分布有所不同，白骨壤群落、木榄群落中土壤含水率垂直分布为先增后降，桐花树群落、无瓣海桑群落土壤含水率随着深度的减少，而秋茄群落却随着深度的增加含水率不断增加。各群落增加或减少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花树群落、秋茄群落变化得较为缓慢，木榄群落、无瓣海桑群落变化幅度较大。

由表2可见，沉积物容重大小排序为白骨壤群落（1.36 g/cm3）>秋茄群落（1.09 g/cm3）>无瓣海桑群落（1.06 g/cm3）>木榄群落（1.00 g/cm3）>桐花树群落（0.90 g/cm3）。方差分析结果表明：白骨壤群落与其它四种群落差异极显著（p<0.01），桐花树群落与秋茄群落差异显著（p<0.05），桐花树群落、木榄群落、无瓣海桑群落之间，秋茄群落、木榄群落、无瓣海桑群落差异不显著（p>0.05）。

3.2 不同群落沉积物有机碳含量

研究区5种不同群落表层沉积物有机碳含量（表3），秋茄群落>无瓣海桑群落>桐花树群落>木榄群落>白骨壤群落。各群落沉积物有机碳含量变化范围分别为，秋茄群落12.14～35.26 g/kg，木榄群落7.12～17.75 g/kg，白骨壤8.48～13.57 g/kg，桐花树群落8.96～22.18 g/kg，无瓣海桑群落11.97～34.01 g/kg。与国内其他省份、国外红树林湿地相比，广西红树林湿地各群落沉积物有机碳含量相对比较低。清澜港红树林在90 cm土层处的有机碳含量还高于20 g/kg[28]。高于闽东红树林湿地0～60 cm土壤有机碳含量为12.94 g/kg[15]。低于马达加斯加红树林0～30 cm土壤有机碳含量[29]（6～48 g/kg），远低于密克罗尼西亚红树林0～30 cm的土壤有机碳含量[30]（73～125 g/kg）。与国内河流、沼泽湿地相比，广西红树林湿地各群落沉积物有机碳含量相对比较高。远高于长江口崇明东滩湿地[31]（长江口崇明东滩湿地芦苇型沙质土4.34±1.30 g/kg、芦苇/互花米草混合型粘质土7.35±1.63 g/kg、芦苇/互花米草型粘质9.17±1.18 g/kg），与青海湖环湖[32]有机碳含量相近（0～10、10～20、20～30 cm土层有机碳含量分别为28.2 g/kg、20.1 g/kg、16.3 g/kg）。

方差分析结果表明，白骨壤和秋茄、无瓣海桑，桐花树和秋茄群落沉积物有机碳含量差异显著（P<0.05），白骨壤和木榄，桐花树和木榄、无瓣海桑，秋茄和无瓣海桑，木榄和无瓣海桑群落沉积物有机碳含量差异不显著（P>0.05）。在同种群落中，土沉积物剖面有机碳含量变异系数仅在0.0740～0.3788，白骨壤群落下土壤有机碳变异系数最低，仅有0.0740。各群落沉积物的有机碳含量垂直分布趋势分两种情况，白骨壤群落、木榄群落和秋茄群落由上向下先增多后减少，桐花树群落和无瓣海桑群落由上而下逐渐降低。各群落增加或减少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花树群落、木榄群落变化得较为缓慢，秋茄群落、无瓣海桑群落变化幅度较大。该区域的群落沉积物有机碳与容重之间呈负相关性（r=-0.516，N=45），均随容重的变化呈相反趋势变化。

3.3 沉积物有机碳含量空间分布

3.3.1 沉积物有机碳含量垂直方向分布

如图2（a）所示，广西各群落表层沉积物0～30 cm的变化范围分别为：秋茄群落16.49～27.01 g/kg，木榄群落8.14～13.48 g/kg，桐花树群落14.00～18.47 g/kg，白骨壤10.11～11.69 g/kg，无瓣海桑14.87～28.12 g/kg。广西红树林湿地表层沉积物0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm深度有机碳含量分别为：17.33±1.96 g/kg，16.21±1.75 g/kg，14.75±1.96 g/kg。沉积物有机碳平均含量大小为0～10 cm>10～20 cm>20～30 cm。方差分析結果显示，秋茄群落0～10 cm有机碳含量显著低于10～20 cm、20～30 cm（p<0.05），无瓣海桑群落0～10 cm有机碳含量显著高于10～20 cm、20～30 cm（p<0.05），这一结果与海南[14]不一致（海南无瓣海桑群落0～20 cm、20～40 cm沉积物有机碳含量不显著），其它三种群落垂直分布差异不显著，该结果与海南相同[14]。造成这一结果的原因可能是秋茄是板状根红树植物，含碳量较高的凋落物在沉积物表面容易被潮水带走；无瓣海桑群落是人工种植林，群落中的沉积物被翻动破坏，可能会造成一定深度内有机碳的损失，而无瓣海桑群落中有许多枯枝掉落在沉积物表面，这有利于叶、花、果实等凋落物不易被潮水带走，在群落沉积物0～10cm形成积累。

3.3.2 沉积物有机碳含量在水平方向分布

如图2（b）所示，广西红树林湿地沉积物各群落从外滩到内滩有机碳含量的变化分别为：秋茄群落20.01～27.65 g/kg，木榄群落9.93～13.34 g/kg，桐花树群落12.25～20.15 g/kg，白骨壤9.82～11.42 g/kg，无瓣海桑15.15～24.50 g/kg。水平方向平均有机碳含量分别为：内滩19.41±1.80 g/kg，中滩15.44±1.87 g/kg，外滩13.43±2.05 g/kg。各群落水平方向有机碳含量以及平均有机碳含量大小排序均为内滩>中滩>外滩。变化趋势与密克罗尼西亚红树林土壤有机碳含量水平变化不一致[29]（近海>近陆>中间）。方差分析结果显示，内滩、中滩、外滩之间沉积物平均有机碳含量差异不显著（P>0.05）。从内滩到外滩有机碳含量变化最大的是秋茄群落和无瓣海桑群落；白骨壤群落变化最小，有机碳含量几乎相同。

3.4 沉积物有机碳密度和碳储量

经计算，广西不同红树植物群落各自的平均有机碳密度分别为：秋茄群落2.43 kg/m2，无瓣海桑群落1.92 kg/m2，白骨壤群落1.51 kg/m2，桐花树群落1.37 kg/m2，木榄群落1.12 kg/m2，总平均值为1.67 kg/m2（表4）。该结果远低于海南岛[14]、闽东地区[15]红树林土壤有机碳密度（海南岛红树林0～20 cm、20～40 cm土壤有机碳密度分别为4.29±0.69、4. 26±0.99 kg/m2，闽东地区红树林0～20 cm土壤有机碳密度为10.61 kg/m2，20～40 cm为10.17 kg/m2，40～60 cm为7.49 kg/m2）。广西红树林碳密度明显低于海南和闽东地区跟红树林生长的海岸类型有关。广西红树林大多生长在开阔海岸，海南和闽东地区红树林则主要生长在泻湖和河口海岸。一般而言，泻湖和河口海岸环境更有利于红树林的生长及固碳。广西红树林碳密度低还可能与林区经济活动有关。例如，广西红树林滩涂盛产可口革囊星虫（Phascolosoma esculenta），它是当地著名的特色食材，市场巨大，大量群众常年进入林下滩涂挖捕。挖掘活动一方面严重伤害红树植物根系[33]，导致红树林的矮化，降低红树林固功能；另一方面，挖掘活动严重干扰沉积物的稳定性与完整性，可能会加快土壤碳库的碳排放。挖掘活动对红树林碳汇的影响过程与机理还有待于进一步研究与验证。

方差分析结果显示，调查区表层沉积物有机碳密度垂直分布差异不显著（p>0.05）。秋茄、无瓣海桑群落沉积物有机碳密度均与其他4个群落差异显著（p<0.05），白骨壤、桐花树、木榄之间群落沉积物有机碳密度差异不显著（p>0.05）。各群落沉积物的有机碳密度垂直分布趋势分两种情况，白骨壤群落、桐花树群落、秋茄群落和木榄群落由上向下先增多后减少，无瓣海桑群落由上而下先减少后增多。各群落增加或减少的幅度各不相同，白骨壤群落、桐花树群落、木榄群落变化得较为缓慢，秋茄群落、无瓣海桑群落变化幅度较大。

0～30 cm有机碳储量的计算结果分别为：秋茄群落72.76 t/hm2、无瓣海桑群落57.73 t/hm2、白骨壤群落45.18 t/hm2、桐花树群落40.98 t/hm2、木榄群落33.49 t/hm2。有机碳储量大小排序一致，秋茄>无瓣海桑>白骨壤>桐花树>木榄。广西红树林湿地沉积物有机碳储量与密克罗尼西亚同等深度的红树林土壤有机碳储量相近[29]（密克罗尼西亚0～30 cm碳储量为48.7±4.8～78.4±10.4 t/hm2）；低于马达加斯加覆盖度高、覆盖度低的红树林同等深度土壤有机碳储量[30]（马达加斯加覆盖度高、覆盖度低的红树林0～30 cm碳储量分别为82.4、75.6 t/hm2）；低于海南岛的红树林湿地土壤碳储量[14]（海南红树林面积33.93 km2，1 m深度内碳储量为2.39×106 t）；远低于三江平原湿地[34]（1 m深度内岛状林、小叶章草甸和毛果苔草有机碳储量分别为1.04、1.48、4.22×102 t/hm2）；低于广西主要林型土壤碳储量[35]（1 m深度内平均碳储量为124.70 t/hm2）。

4 结论

研究表明，广西红树林湿地表层沉积物有机碳含量表现为秋茄群落>无瓣海桑群落>桐花树群落>木榄群落>白骨壤群落，有机碳碳储量表现为秋茄群落>无瓣海桑群落>白骨壤群落>桐花树群落>木榄群落。沉积物有机碳含量在垂直分布上从上而下呈现出逐渐下降的趋势。广西红树林湿地表层沉积物有机碳密度、碳储量较海南、闽东的低，且不同群落类型表层沉积物有机碳含量差异显著[36～41]。广西红树群落表层沉积物碳库可能与红树植物生长的海岸类型、人类活动等因素有密切联系，有待于进一步研究。

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