浙江省红树林分布和造林成效分析

吴伟志, 赵志霞, 杨升, 梁立成, 陈秋夏, 卢翔, 刘星, 张小伟

1. 浙江省森林资源监测中心, 浙江 杭州 310020;

2. 浙江省林业勘测规划设计有限公司, 浙江 杭州310020;

3. 浙江省亚热带作物研究所, 浙江 温州 325005

红树林是生长在热带、亚热带海岸潮间带, 受周期性潮水浸淹, 以红树植物为主体的常绿灌木或乔木组成的潮滩湿地木本植物群落(王友绍, 2021)。红树林是地球生产力最高的海洋自然生态系统, 具有消浪护岸、降解污染和维持生物多样性等功能,是最有价值的生态系统之一(林鹏, 1997; 王文卿 等,2007; Lovelock, 2008; Palacios et al, 2017)。

当前, 全球红树林主要分布30°N 和30°S 之间,包括印度尼西亚、澳大利亚、巴西、墨西哥和中国等124 个国家, 总面积约15 万～18 万km2(Cárdenas et al, 2017)。中国红树林分布于东南沿海 8 个省(区),包括广西、广东、海南、福建、浙江、台湾、香港和澳门, 形成南部和东南部海岸保护带(陈秋夏 等,2019)。我国红树林自然分布的南界和北界分别是海南省三亚市(18°12′N)和福建省福鼎市(27°20′N), 人工引种的最北界为浙江省舟山市(29°32′N)(王文卿等, 2007; 陈秋夏 等, 2019)。受人类活动和气候变化等因素影响, 红树林生态系统退化严重(卢元平,2018), 其中, 2000—2012 年, 全球红树林年均损失量达 0.16%～0.39%, 而东南亚高达 3.58%～8.08%(Hamilton et al, 2016)。中国在1973—2000 年约丧失62%的红树林, 2000 年后, 国家大力保护和营建红树林, 截至2020 年, 全国红树林总面积为27100hm2, 比2000 年净增长23.04%, 已得到基本恢复(自然资源部, 2021)。

人工造林是近年来红树林面积迅速增加的最主要原因(卢元平, 2018)。浙江省作为红树林人工引种的北界, 早在20 世纪50 年代已开展红树林引种造林, 2000 年以后更是加大红树林造林力度。秋茄(Kandelia obovata)是红树科(Rhizophoraceae)秋茄树属(Kandelia)的常绿灌木或小乔木, 是我国分布最广且最耐寒的真红树植物, 现已成为浙江主要造林树种(陈秋夏 等, 2019)。目前关于秋茄生物量、种群、群落、生理生态、低温盐度胁迫、虫害等方面已有大量的研究(金川 等, 2012; 谭芳林 等, 2014; 仇建标 等, 2021; 杨升 等, 2021)。浙江省曾累计造林面积达到1700hm2, 由于规划与实施脱节、造林技术和抗寒良种缺乏、海涂围垦、人为破坏等原因, 已郁闭成林面积仅有33.3hm2(陈秋夏 等, 2019)。目前关于浙江省红树林造林时空分布尚未厘清, 不同造林区域的土壤理化性质差异和幼龄秋茄种群的生长差异有待进一步分析。本研究统计了浙江省自1957年以来不同时期的红树林造林面积和分布情况, 摸清浙江红树林本底及林分生长状况, 分析不同区域造林后的生长差异, 以期为后续红树林造林提供科学依据。

1 研究方法

1.1 红树林分布现状调查

采用低空轻小型无人机航测技术, 飞行平台为大疆精灵PHANTOM 4 RTK 无人机, 搭载2000 万像素RGB 相机, 对全省的红树林分布区进行正射影像采集。

选择无云天气、低潮位时段, 通过DJI GS RTK App 软件实现无人机飞行航线、起落点的设置。飞行器在多个架次内完成整个研究区域的拍摄任务。采取正射方式, 飞行速度为10m·s–1, 相对航高保持在林分最高位置的80m。航向重叠率为80%, 旁向重叠率 80%, 分辨率为 0.0124m, 坐标系为UTMWGS84 50N。对无人机影像进行预处理, 包括错误影像的删除、对比度和曝光值的调整。使用大疆智图软件对预处理后的无人机影像进行三维重建处理。最终获得的DSM 和DOM 数据的分辨率为0.02m。根据形成的正射影像图, 结合实地调查,确定不同种植区的种植时间和树龄。

红树林包括郁闭度≥0.2 的乔木林、覆盖度≥30%的灌木林以及三年成活率≥1500 株·hm–2的红树林造林地。

1.2 红树林样地设置和群落调查

按纬度梯度从低到高选取龙港市新美洲村(27°35′04″N, 120°34′50″E)、龙湾区树排沙岛(27°57′11″N, 120°51′32″E)和乐清市西门岛(28°20'05"N, 121°10'17"E)设置红树林样地。其中,龙港市新美洲村和龙湾区树排沙岛红树林按照潮带的内、中、外分别设置3 个站点, 每个站点设置3个 10m×10m 的样方。乐清市西门岛(28°20'05"N,121°10'17"E)红树林由于林带较窄, 只设置1 个站点,设置5 个10m×10m 的样方。

图1 浙江省红树林分布图Fig. 1 Map of mangrove distribution in Zhejiang Province

在每个样方内调查红树林植被物种、株数、株高、基径、盖度等。采集每个样方内沉积物样品, 分上(0～30cm)、下(30～60cm)两层, 测定沉积物含盐量、pH、有机质、水解氮、有效磷和速效钾含量。

1.3 数据处理

采用LSD 多重比较方法, 分析各样地土壤理化性质、秋茄株高、基径和盖度差异。利用R 语言进行数据处理、相关分析以及图表绘制。

2 结果与分析

2.1 浙江省红树林分布现状

2.1.1 空间分布

截止到2020 年, 浙江省红树林主要为秋茄纯林和苦槛蓝纯林, 现有面积总计386.77hm2,集中分布在温州市和台州市, 分别为257.01hm2和129.76hm2(表1)。温州市各县(市、 区)红树林面积分别为龙湾区74.27hm2、苍南县55.91hm2、乐清市50.3hm2、龙港市32.3hm2、洞头区31.8hm2、 平阳县9.37hm2, 以及瑞安市3.05hm2(表1)。台州市各县(市、 区)红树林面积分别为玉环市116.52hm2、温岭7.27hm2、椒江3.16hm2和三门2.81hm2(表1)。其中, 温州市红树林均为秋茄纯林, 龙湾区、苍南县和乐清市在全市的占比分别为28.90%、 21.75%和19.58%,合计达到70.23%; 而平阳县和瑞安市占比较少, 分别为3.65%和1.19%。台州市红树林包括真红树植物秋茄林和半红树植物苦槛蓝林, 分别占红树林总面积的84.30%和15.70%。在台州市各县(市、 区)中, 玉环市占比最大, 占到全市的89.80%, 而温岭市、椒江区和三门县的占比分别为5.60%、 2.44%和2.16%。

表1 浙江省各区域红树林分布面积Tab. 1 Mangrove distribution area in each region of Zhejiang Province

2.1.2 时间分布

由图2 可知, 现有红树林引种于2000 年以前的林分仅有0.44hm2, 占比为0.11%, 而在2000—2010年的10年间, 红树林面积为14.38hm2, 占比为3.72%。2011—2015 年, 浙江省红树林面积增加了139.92hm2,主要集中在龙湾区和玉环市, 分别为74.27hm2和45.96hm2, 并且与前10 年(2000—2010年)相比, 增加8.73 倍(图2)。 2016—2020 年, 浙江省红树林增加面积达到232.03hm2, 与2011—2015年相比增加了 65.83%, 其中, 近三年(2018—2020年)的未成林幼林面积为 201.37hm2, 占近五年(2016—2020 年)新增红树林面积的86.79%, 占浙江省现有红树林面积的52.06%(图2)。

图2 浙江省不同时期红树林面积Fig. 2 Mangrove area in Zhejiang Province at different periods

2.1.3 各阶段林分发育

由表2 可以看出, 2000 年以前、2000—2010 年、2011—2015 年和2016—2020 年四个时期种植秋茄株高分别为205.5、246.13、106.63 和50.17cm; 盖度分别为67.69%、77.9%、68.66%和24.56%(表2)。其中, 株高和盖度均在2000—2010 年间最高, 表明秋茄植物生长旺盛; 2016—2020 年间株高和盖度最低, 可能与栽培时间较短有关。

表2 不同时期秋茄株高和盖度Tab. 2 Height and cover of Kandelia obovata at different periods

2.2 不同区域滩涂沉积物化学性质和秋茄种群生长差异

2.2.1 不同区域滩涂沉积物化学性质

由表 3 可知, 龙港市新美洲村滩涂红树林种植区的高程最高, 西门岛滩涂高程相对较低, 龙湾区树排沙岛处于两者之间。在3 个红树林种植区域, 乐清西门岛滩涂沉积物中的碱解氮、有效磷、速效钾、有机质和含盐量均显著高于龙港市新美洲村(P＜0.05)。乐清西门岛有机质和含盐量分别高达20.3g·kg–1和27.71‰, 比龙港市新美洲村沉积物含量高54.37%和101.38%, 比龙湾区树排沙岛分别高23.48%和32.58%(表3)。龙湾区树排沙岛沉积物仅有机质和含盐量显著高于龙港市新美州村(P＜0.05), 分别高25.02%和51.89%(表3)。养分指标和含盐量差异可能与滩涂高程相关, 高程低, 相对淹水时间较长。龙湾区树排沙岛沉积物的 pH 显著低于新美洲村和西门岛的沉积物(P＜0.05), 这可能与龙湾树排沙岛位于瓯江中心,有大量淡水流经有关。

表3 不同区域滩涂沉积物化学性质Tab. 3 Chemical properties of sediments in different areas of tidal flat

2.2.2 不同区域秋茄种群生长差异

由表4 可以看出, 树排沙岛、西门岛和新美洲村树龄 4 年的秋茄树高分别为 53.63、76.76 和86.93cm, 表现为低纬度龙港新美洲村(27°35′N)>高纬度乐清西门岛(28°20′N)>中纬度龙湾树排沙岛(27°57′N)。西门岛和新美洲村秋茄树高分别比树排沙岛高出43.18%和62.01%, 其中, 新美洲村显著高于树排沙岛(P＜0.05)(表4)。

树排沙岛、西门岛和新美洲村树龄4 年的秋茄基径分别为35.43、18.70 和26.98mm,表现为中纬度龙湾树排沙岛>高纬度乐清西门岛>低纬度龙港新美洲村(表 4)。树排沙岛秋茄基径分别比西门岛和新美洲岛高出47.22%和23.85%, 其中,中纬度树排沙岛显著高于高纬度的西门岛(P＜0.05)(表4)。

表4 不同区域4 年生秋茄株高和基径Tab. 4 Height and basal diameter of 4-year-old Kandelia obovata in different regions

3 讨论

3.1 浙江省红树林发展现状

中国红树林湿地面积经历了先减少后增加的趋势(但新球 等, 2016)。1973—2000 年, 受海岸围垦和养殖扩张等因素影响, 全国约62%的红树林消失

(贾明明 等, 2021)。自2000 年开始, 国家大力加强红树林的保护和恢复工作, 在条件适宜地区开展造林, 2000—2020 年红树林面积净增长51%, 截止到2020 年, 中国红树林的总面积基本恢复到1980 年水平(王浩 等, 2020; 贾明明 等, 2021)。各省来看,当前海南省红树林面积仍未恢复, 与20 世纪50 年代相比减少了约52.6%; 广西和广东红树林面积稳定增长, 分别恢复到20 世纪50 年代87.8%和92.8%的规模; 福建红树林面积增长较快, 已达到20 世纪50 年代规模的1.6 倍(但新球 等, 2016)。人工种植是红树林面积增加的最主要原因(卢元平, 2018)。浙江省红树林均为人工栽培,引种历史最早可追溯至20 世纪50 年代末到60 年代初(陈秋夏 等, 2019)。近年来浙江省红树林栽培迅速发展, 尤其是2010 年以后, 截止到 2020 年, 浙江省红树林面积达386.77hm2, 10 年间增长了26 倍(表1)。浙江省红树林宜林地总面积高达5195.6hm2, 主要集中在浙江省的温州市和台州市, 分别占总面积的 82.4%和13.7%(杜群 等, 2004)。当前浙江省现有红树林面积集中分布在温州市和台州市, 分别占比66.45%和33.55%, 已造林面积仅为宜林地总面积的 7.44%,浙江省未来红树林发展空间广阔。浙江省在大力发展红树林人工种植的同时注重红树林的保护工作,已建成多个以红树林湿地生态系统为主要保护对象的国家级或省级保护地(陈秋夏 等, 2019)。

3.2 秋茄种群生长发育情况

引起秋茄种群生长差异的主要影响因素是温度和土壤含盐量,与土壤理化性质无显著相关性(杨升等, 2021; 张宜辉 等, 2006)。红树林生境具有高盐的特征, 盐度是影响红树植物生长的主要因素, 直接影响红树林造林成活率(廖岩 等, 2007; 刘逸泠等, 2017)。研究发现, 秋茄的适宜生长盐度区间为7.5‰～21.2‰(林鹏 等, 1984)。本研究中, 含盐量处于秋茄适宜生长区间的分别是龙港市新美洲村(13.76‰)和龙湾区树排沙岛(20.90‰), 而乐清市西门岛盐度(27.71‰)超出最适宜生长范围。盐度过高抑制秋茄生长, 但秋茄耐盐程度较高, 乐清市西门岛盐度虽超出适宜区间, 但仍耐受范围内, 且能够存活成林, 仅生长速度较新美洲村和树排沙岛迟缓。对不同区域相同树龄的秋茄树高对比发现, 低纬度龙港市新美洲村红树林最高, 其次为高纬度乐清西门岛, 中纬度龙湾区树排沙岛的最低。秋茄喜热, 温度可能是造成树高生长差异的主要原因, 低纬度苍南地区温度稍高于乐清和西门岛, 利于秋茄生长(王友绍, 2021)。同时土壤含盐量也对生长产生一定的影响(林鹏 等, 1984), 龙港新美洲村和乐清西门岛更适宜秋茄生长。基径生长则是龙湾区树排沙岛基径最大, 其次是乐清西门岛, 龙港新美洲村最小。红树林基径差异容易受滩涂淤积影响, 过高的淤积抑制秋茄生长, 严重可导致红树林大面积退化和死亡(潘良浩 等, 2021)。

树木生长量表征着个体水平在一定时间内的增长量, 其中树高和胸径是衡量树木生长状况、决定植物生产力的重要指标(Bowman et al, 2013)。本研究发现, 2015 年在龙港市、乐清市和龙湾区栽植的4 年生秋茄种群平均株高达72.44cm。而同纬度鳌江口2000年栽植5 年生秋茄平均株高73.1cm(金川 等, 2012),2015 年栽植秋茄的4 年生长量已接近2000 年栽植秋茄5 年的生长水平。这可能与全球变暖促进了植物的生长和有利于红树植物向高纬度地区扩散有关(Record et al, 2013; Alongi, 2015; 王友绍, 2021)。

3.3 浙江红树林存在的问题和建议

从浙江红树林引种造林调查结果来看, 也存在一些问题。例如, 苍南县在2015—2019 年间, 造林面积达到84.00hm2, 现在保留面积为55.80hm2(表1),主要是由于前期造林地点选择不当, 未充分考虑秋茄生长适宜的滩涂高程, 以及避免风浪较大的区域。调查发现龙湾区树排沙岛已发生大面积考氏白盾蚧(Pseudaulacaspis caspiscockerelliCooley)危害(仇建标 等, 2021), 严重危害秋茄生长, 早期由于管理不到位, 造成大面积死亡, 并且在树排沙岛由于油污染, 引发成片秋茄林死亡。在乐清市西门岛,原本保留了少量20 世纪50—60 年代种植的秋茄林,但受2016 年底的寒潮影响, 地上部分全部冻死, 而且造林保存率偏低, 使乐清西门岛红树林成小斑块状分布(表1)。在乐清西门岛红树林, 互花米草入侵严重, 大部分红树林被互花米草包围。

针对浙江红树林存在的问题, 建议: (1)在造林前期, 一定要有科学的论证, 包括造林工程的必要性、造林地选择科学性、植物物种的适宜性等; (2)在造林过程中, 做好种苗的质检工作, 避免病虫害引入, 同时保证工程质量, 尤其是需要进行微地形改造的区域必须满足设计要求; (3)造林后, 加强管护工作, 尤其是互花米草等入侵性杂草的清理, 同时注意病虫害的防治和周边污染排放的监控; (4)在极端气候发生前, 主要做好防护工作, 尤其在乐清湾, 需要时刻寒潮的影响, 可以在小水潮喷施防冻剂, 提升植物的抗寒能力。

因此, 浙江省人工红树林发展正在迅速前行,营建面积急速增加, 达到386.77hm2, 其中幼林(3 年内)面积占到52.06%, 而且林分矮化成灌木群落, 林分单一, 主要为秋茄纯林。在适生区, 秋茄林分群落生长发育主要土壤盐分影响。但在红树林营建中,要选择宜林区域造林, 并注意做好病虫害的防治和寒潮前的防护工作。