湛江红树林湿地沉积物有机碳分布特征及影响因素

刘大路 石红才 晏丰钰 许人中 莫钰谋

摘要：紅树林生态系统位于海洋与陆地的交界处，具有重要的生态服务功能。红树林湿地是重要的碳库，对全球碳平衡有重要影响。然而，由于受到人口增长、社会经济发展和城市化进程加快等人类活动和全球气候变化的影响，红树林正在加速消失。文章以广东湛江市国家级红树林自然保护区为研究区，通过分析红树林沉积物中的有机碳含量及分布特征，讨论人类活动（如，人工养殖）在湿地碳循环中的影响。本研究在研究区内获取15个样品，利用重铬酸钾氧化—还原容量法测定了沉积物中有机碳含量。结果表明：研究区内沉积物有机碳（TOC）含量介于 0.68%～2.50% ，同时TOC含量与研究区内人工养殖场排污口的距离有密切关系：离排污口越近，TOC值越低;离排污口越远，TOC值越高。此外，研究区内红树林TOC含量与其他红树林湿地TOC含量相比明显偏低，可能与养殖排污抑制红树林的生长和繁殖，从而使其TOC含量明显减少有关。

关键词：有机碳（TOC）含量;红树林;分布特征;养殖排污;湛江东海岛

中图分类号：P76文献标志码：A文章编号：1005-9857（2019）05-0067-06

Distribution of Soil Organic Carbon in Mangrove Wetlands of Zhanjiang and Its Influencing Factors

LIU Dalu1，2，SHI Hongcai1，2，YAN Fengyu1，2，XU Renzhong1，2，MO Yumou1，2

（1.Guangdong Province Key Laboratory for Coastal Ocean Variation and Disaster Prediction，Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China;2.Guangdong Ocean University，Zhanjiang 524088，China）

Abstract：Mangrove ecosystem is located at the junction of ocean and land，and has important ecological service functions.Mangrove wetland is an important carbon pool，which has important impact on global carbon balance.However，mangroves are rapidly disappearing due to global climate change and human activities，such as population growth，socio-economic development and accelerated urbanization.Therefore，this study took the Zhanjiang Mangrove National Nature Reserve，Guangdong as the research area，discussed the impact of human activities （such as artificial cultivation） on the carbon cycle in wetlands，by analyzing the content and distribution characteristics of organic carbon in mangrove sediments.15 samples were obtained in the study area，based on the potassium dichromate oxidation reduction capacity method，the content of organic carbon in sediments was measured.The results showed that the content of organic carbon （TOC） in the study area was between 0.68% ～ 2.50%，at the same time，the TOC content was closely related to the distance from the sewage outlet of the artificial aquaculture farm in the study： The closer to the sewage outlet，the lower the TOC value;the farther away from the sewage outlet，the higher the TOC value.In addition，the TOC content of mangrove in the study area was significantly lower than that of other mangrove wetlands TOC content，which may be related to the inhibition of mangrove growth and reproduction by sewage from aquaculture，so that the TOC content of mangrove decreased significantly.

Key words：Soil organic carbon content，Mangrove forest，Distribution pattern，Aquaculture sewage，Zhanjiang Donghai Island

0引言

天然湿地是地球上固碳能力最强的生态系统[1]，占全球陆地面积1.4%的天然湿地，其碳储量约占全球陆地碳库的12%～20%[2]，作为全球碳循环的重要组成部分，红树林湿地已成为重要研究区域;同时湿地沉积物中碳密度极高[3]，且对气候变化和人类活动反应敏感[4]，因此湿地有机碳储量和影响因素的研究成为当前湿地生态学的热点问题[5]。湿地沉积物中90%的碳以土壤有机碳形式存在，因此关于沉积物有机碳含量、分布特征、变化趋势以及人类活动对其影响等方面的研究得到广泛关注[6]。国内学者多在红树林沉积物的沉积率[7-8]、呼吸速率与碳输出[9-10]、红树林系统的生物多样性[11-12]、重金属污染[13-14]等方面进行研究，而红树林湿地有机碳的研究起步相对比较晚，红树林的固碳能力[9]、有机碳分布规律及影响因素[15-16]、碳储量[17-18]、理化性质[19-20]等均取得了不同程度的认识。红树林作为一个完整的生态系统，某个因素的改变都会发生相应的变化。从研究结果可以看出，有机碳的分布具有极高的变异性，受到土地利用、成土母质、土壤类型、植被类型、气候条件、人类活动等因素的综合影响。目前相关的研究在热带、亚热带海岸带的红树林湿地却不多[15]。

广东沿海红树植物资源丰富，是重要的海岸防护林;红树植物独特的板状根、支柱根和膝状根在防风消浪的同时，也固持了大量土壤，蓄积了大量土壤有机碳。 据统计，受到海岸带开发、水产养殖以及围垦等多方面的影响，全球红树林面积在过去50年减少30%～50%。广东湛江市国家级红树林自然保护区红树林植被覆盖度高，在东海岛大堤红树林有较大面积人工养殖场，是一个研究人工水产养殖与红树林湿地沉积物相关参数（TOC）的相关性的良好研究区域。因此，本研究拟通过在研究区内利用重铬酸钾氧化—还原容量法（国标法）测红树林湿地沉积物中有机碳含量，分析其分布特征及分布规律，同时根据与其他区域对比探讨可能存在的影响因素及其与人工养殖等人类活动之间的相关性，为红树林保护以及科学管理提供科学依据。

1材料和方法

1.1研究区概况

红树林是热带、亚热带潮间海岸带的特殊植被群落，主要分布于淤泥质海岸带，是具有重要生态功能的海岸带湿地生态系统，在我国自然分布于海南、广东、广西、福建沿海。本研究区域位于我国现存红树林面积最大的一个自然保护区——广东湛江市国家级红树林自然保护区。研究区内东海岛大堤红树林种属以无瓣海桑为主，覆盖面积比例较高，且周围有较多的水产养殖场。广东湛江处于北亚热带季风型海洋性气候，受季风气候和海洋气候影响较大，年平均气温 23℃，最高气温38℃，最低气温15℃。年平均降雨量为1 700～1 800 mm，干湿季节明显，降雨集中在 5—9 月，也是台风暴雨季节，多有雷暴。潮汐属于不正规日潮为主的混合潮型，大潮汛期为全日潮，月平均22 d，小潮为半日潮，月平均为8 d;平均潮差2.53 m，最大潮差6.25 m。海水年均温23.5℃[16]。

1.2材料与方法

1.2.1沉积物取样策略

采样时间为2016年11月。采样地点位于广东省湛江市麻章区，采用随机取点和重点加密取点的方法取样，并用GPS进行定位（图1）。在广东湛江市国家级红树林自然保护区，麻章区红树林附近進行随机取样及在养殖排污口区域进行密集取样。

1.2.2取样方法及预处理

采集红树林表层沉积物，装入密封袋中，并做好标记。在自然通风的情况下，风干。去除土样中的动植物残体，石块等杂物，手工研磨，用四分法取出，过 80目尼龙筛网，装入密封袋，准备实验。

1.3实验方法及结果

本次实验按照海洋监测规范的要求用重铬酸钾氧化—还原容量法测沉积物中有机碳含量。先称取 0.2 g左右的风干的沉积物样品于试管中，加入 0.1 g硝酸银，再加入 10.00 ml重铬酸钾—硫酸标准溶液。然后将试管放置于 185℃～ 190℃的油浴锅中，于 170℃～ 180℃加热，待试管内溶液沸腾 5min后，取出试管。然后将试管内溶液和残渣倒入 250 mL锥形瓶中，冲洗干净试管，加入 5 ml磷酸溶液，然后用硫酸亚铁标准溶液滴定至黄色大部分褪去，加入 2 ～3 滴苯基代邻氨基苯甲酸溶液，继续滴定至溶液由紫色蜕变到绿色，即为滴定终点。最后按式（1）计算沉积物有机碳（TOC）含量：

TOC含量（%）=[SX（]

[（V1-V2）×c×0.003 0][]M×[1-wH2O]×100（1）

式中：c为硫酸亚铁标准溶液浓度，单位为mol/L;V1为测定空白样品时，硫酸亚铁溶液的用量，单位为mL;V2为测定样品时，硫酸亚铁溶液的用量，单位为mL;M为样品的称取量，单位为g;WH2O为风干样品的含水率，单位为%。

本研究严格按照上述测试方法及流程，对每个样品进行平行双样处理，所得结果取平均值。测试结果如表1所示。

2分析与讨论

红树林下土壤属于酸性硫酸盐土类型，是红树植物下发育形成的一类特殊土壤。红树林湿地中的有机碳来自海洋、陆地和自身生产，其中凋落物以及根系更新是其重要来源，也有研究认为是主要来自海洋藻类、菌类以及人类活动等[21]。影响湿地有机碳的因素有气候、地形、潮汐等非生物因素和植物的功能特征及微生物活动等生物因素。

红树林湿地有机碳含量差异大，从不足0.5%～40%，平均2.2%[22]。有学者认为高温带来更高的有机碳降解率，有机碳含量随着年温度的增高而降低[23]。我国红树林沉积物有机碳含量0.12%～14.5%，平均3.05%±0.8%。本研究区15个样点的沉积物有机碳含量为0.67%～2.52%，平均0.68%～2.50%，全部样品有机碳平均含量为1.15%。本研究区沉积物的有机碳含量相对较低，仍高于地带性土壤0.87%的结果，与前人研究结果类似。湛江市红树林自然保护区内不同区块内沉积物有机碳含量变化比较小，介于0.21%～3.69%，有机碳平均含量为1.28%[16]，总体上，本研究数据与湛江红树林其他样点相似。

在湛江东海岛红树林区内有较大面积鱼塘养殖。通过分析本研究样点数据TOC含量与鱼塘排污口距离的关系后发现，在人工养殖场附近的内沉积物有机碳含量总体上较低（表1），两者之间具有明显的相关性（图2）。

前人研究表明，红树林和水产养殖相辅相成、互相促进[31]，红树林对于人工污水的净化有一定的作用[32]，而人工污水在很大范围内对于红树林的生长有促进作用，而且在超过红树林适应范围时，对红树林具有抑制作用[33]，本研究实验结果可能与此有关，人工养殖排污作用正处于有效地抑制了红树林快速生长的范围，从而减少了其有机碳来源。为了验证其相关性，根据本研究在站位排污口及附近站位不同距离进行加密取样分析。其中zjh1、zjh2、zjh5、zjh6、zjh9、zjh10为排污口，其TOC含量比排污口周边区域zjh3、zjh4、zjh7、zjh8站位更低。在图2中可以明显看出，随着排污口距离的远近，TOC含量呈现出有规律性的变化，排污口的TOC平均含量为附近区域的64%。经常性的鱼塘换水，也会造成土壤溶解性碳和部分颗粒碳的流失，即增大了有机碳的输出量;围垦而成的农田和开挖的鱼塘的pH值都明显下降，东海岛红树林区酸化现象明显[24]，也可能说明了研究区内鱼塘养殖对红树林系统具有一定的影响。这表明：一方面人工养殖排污作用可能有效地抑制了红树林的快速生长，从而减少了其有机碳来源;另一方面也可能与东海岛红树林区处于侵蚀状态，该区的有机碳等成分已经开始流失。因此，不同的土地使用方式会改变红树林生态系统的循環过程。

3结论

红树林土壤作为潜在的长期碳库，在全球碳循环中扮演着重要作用。虽然红树林具有良好的污水净化能力，但在过量养殖排污的作用下，红树林的储碳能力明显降低，大量的有机碳矿化流失。红树林系统的循环过程受到多种物理因素和生物因素的控制，不同的土壤利用方式会影响土地的空间组合，从而影响整个红树林生态系统的平衡稳定性。在红树林管理和保护上，可以结合养殖场，促进红树林生长，但养殖规模需要限制，否则过量的养殖排污会抑制红树林的发展，降低红树林的储碳能力。

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