田 野,陳玉軍,侯 琳,廖寶文,李 玫,周光益,吳曉東,陳粵超

（1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所,廣東廣州 510520；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100；3.廣東湛江紅樹林國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)管理局,廣東湛江 524088）

廣東湛江無瓣海桑紅樹林消波效應(yīng)初步研究

田 野1,2,陳玉軍1,侯 琳2,廖寶文1,李 玫1,周光益1,吳曉東3,陳粵超3

（1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所,廣東廣州 510520；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100；3.廣東湛江紅樹林國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)管理局,廣東湛江 524088）

以廣東湛江紅樹林國(guó)家級(jí)保護(hù)區(qū)無瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林為研究對(duì)象,通過對(duì)紅樹林內(nèi)臨海邊緣25,50,75m的消波情況的觀測(cè),研究紅樹林的消波效應(yīng)。研究表明,無瓣海桑人工林的消波率是隨著林分空間密度的增加而增加的,波浪經(jīng)過紅樹林01～03樣地25m后的消波率分別為34.61%,27.22%, 29.75%；波浪減低率隨著無瓣海桑林帶寬度的增加而提高,無瓣海桑紅樹林的消波減低率隨水深的增加而減低。同時(shí),無瓣海桑人工林消波率隨著波高的增加而降低的。總體看來,紅樹林消波消減程度受林分結(jié)構(gòu)主導(dǎo),消波率隨林分地面至胸高處體積密度增加而增加。

消波效應(yīng)；無瓣海桑；紅樹林

文獻(xiàn)著錄格式：田野,陳玉軍,侯琳,等.廣東湛江無瓣海桑紅樹林消波效應(yīng)初步研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2014（2）：210-213.

紅樹林是生長(zhǎng)于熱帶、亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落,屬于陸地到海洋過渡的生態(tài)系。由于所處的特殊生態(tài)環(huán)境,紅樹林具有顯著的防風(fēng)、消浪、促淤護(hù)岸、凈化海水、促進(jìn)海洋水產(chǎn)生物繁盛等功能,具有獨(dú)特的濱海旅游價(jià)值［1］。從2004年印度洋大海嘯后,對(duì)紅樹林防災(zāi)減災(zāi)的功能研究日益受到關(guān)注［2］。紅樹林的防風(fēng)、消浪功能是紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要組成部分［3］。因此,對(duì)紅樹林消波效應(yīng)的研究,有助于為建立和完善海岸帶防護(hù)林體系提供參考和依據(jù),提高對(duì)臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)難的抵抗與緩沖能力,減少海岸社區(qū)的損失與危害。

國(guó)外對(duì)紅樹林消波效應(yīng)的研究多集中在東南亞地區(qū)［4-9］,多以秋茄、海桑等紅樹植物為研究對(duì)象。通過對(duì)林分特征指標(biāo)、傳播距離指標(biāo)與水文相關(guān)特征指標(biāo)的觀測(cè)與分析,討論紅樹林對(duì)波浪的消減情況。國(guó)內(nèi)對(duì)紅樹林消波效應(yīng)開展了初步研究,主要集中在海南島東寨港地區(qū)［3,10-12］。其中,張喬民［10］研究消波效應(yīng)是以海上風(fēng)場(chǎng)參數(shù)推算相應(yīng)波浪場(chǎng)參數(shù),王旭等［11］是以林前林后為監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)消波效應(yīng)進(jìn)行觀測(cè)。本研究選取湛江雷州半島東岸速生的無瓣海桑人工林,從生態(tài)監(jiān)測(cè)的角度分析不同林分結(jié)構(gòu)特征與各個(gè)因素對(duì)消波作用的影響,進(jìn)一步為紅樹林消波效應(yīng)定量評(píng)價(jià)提供依據(jù),更好地完善紅樹林在沿海地區(qū)的生態(tài)價(jià)值與資源化利用［13-15］。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究地點(diǎn)設(shè)在廣東湛江國(guó)家級(jí)紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)（20°15′-21°55′N,109°40′-110°55′E）,屬于北熱帶與南亞熱帶過渡區(qū)的海洋氣候類型。年均溫度23℃,最冷月均溫度16.0℃,極端最冷溫度2.8℃,年降雨量約為1500mm。表層海水年均溫度23.7℃,淤泥質(zhì)土壤,鹽度1%～3%。該區(qū)現(xiàn)有紅樹林面積7256.5hm2,其中以白骨壤、桐花樹、紅海欖、秋茄和木欖等為優(yōu)勢(shì)種。年均降水量1534.6mm,干濕季節(jié)明顯,降雨集中在4-9月份,也是臺(tái)風(fēng)暴雨季節(jié),多有雷暴,臺(tái)風(fēng)帶來暴雨和海浪沖擊海岸,其破壞能量巨大。消波效應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于雷州半島東海岸韶山村旁,選擇無瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林為消波效應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象。紅樹植物無瓣海桑,耐水淹,對(duì)土壤適應(yīng)性強(qiáng),為生長(zhǎng)速度最快的紅樹植物。無瓣海桑人工林均是南北走向,東面臨海。

圖1為無瓣海桑人工林和裸灘波浪監(jiān)測(cè)設(shè)置,其中觀測(cè)點(diǎn)A～D設(shè)置為無瓣海桑人工林波浪監(jiān)測(cè),A～F設(shè)置為裸灘波浪監(jiān)測(cè)點(diǎn),總長(zhǎng)為50m；觀測(cè)點(diǎn)A～D總長(zhǎng)75m,相鄰觀測(cè)點(diǎn)之間的距離為25m。紅樹林樣地05,06,07分別位于A～B,B～C,C～D之間。

1.2 研究方法

試驗(yàn)操作中,把波浪測(cè)定儀設(shè)置在無瓣海桑人工林內(nèi),沿著與林帶垂直方向距林帶臨海邊緣25, 50,75m處,同時(shí)在林帶臨海邊緣設(shè)立波浪測(cè)定儀作為對(duì)照測(cè)量。另外,在無瓣海桑林外裸灘,距林緣50m設(shè)立波浪測(cè)定儀,用于測(cè)定裸灘的消波情況。2013年4月對(duì)研究地?zé)o瓣海桑人工林及裸灘的消波效應(yīng)進(jìn)行全天候觀測(cè),取樣間隔為30 min,取樣頻率為2Hz,每個(gè)間隔的取樣數(shù)為1200次。數(shù)據(jù)采集后分析每30min內(nèi)1/3波高、1/10波高和平均波高的消波情況。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將在各個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)利用波浪儀壓力傳感器測(cè)定的瞬間水深數(shù)據(jù),通過運(yùn)算轉(zhuǎn)換成所需要的參數(shù)量：平均水深、1/3波高、1/10波高、平均波高等。將野外監(jiān)測(cè)地點(diǎn)紅樹林樣地調(diào)查數(shù)據(jù)換算成參數(shù)量：地上根高度、生物量體積密度等。

生物量體積密度：W=V/SH=V0（1+g）/SH［17］。

式中,V若代表林帶內(nèi)單株林木的地上生物量總體積,則V0為單株材積,S為單株林木的平均營(yíng)養(yǎng)面積,H為株高；若令V代表L長(zhǎng)度林帶內(nèi)的總地上生物量的體積,則V0為該段的蓄積量。S=LD為該段林帶的總面積,D為帶寬,H為平均高。

紅樹林消波率或波高減低率：R=（H0-Hd）/H0。

式中,Hd表示波浪在林內(nèi)傳遞距離為d時(shí)的波高,H0表示入射波在林緣的波高。

所測(cè)的數(shù)據(jù)通過Excel2003和SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與方差分析。裸灘與紅樹消波觀測(cè)只考慮林緣波高大于0.05m的數(shù)據(jù),針對(duì)水深與波高兩種因素對(duì)消波效應(yīng)的影響,是以只考慮林緣波高大于0.05m、水深高于0.2m的參數(shù)為前提的。

2 結(jié)果與分析

2.1 裸灘消波效應(yīng)

波浪經(jīng)過裸灘50m后,1/10波高、1/3波高與平均波高減低率分別為12.93%,10.20%, 9.31%（圖2）。數(shù)據(jù)表明,波浪經(jīng)過裸灘時(shí),主要受到底質(zhì)摩擦的作用,波能損失,波高減少；且底質(zhì)越光滑,對(duì)波高變化的影響就越小。波浪經(jīng)過裸灘50m后,試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的裸灘對(duì)波浪消減程度是不斷變化而未見明顯規(guī)律性的。

圖2 波浪經(jīng)過裸灘50m的消波情況

2.2 不同觀測(cè)區(qū)域紅樹林消波效果

不同無瓣海桑人工林樣地,受林分結(jié)構(gòu)的影響,其消波率是有一定的差異性。波浪經(jīng)01樣地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分別降低了34.61%, 30.29%,31.29%；波浪經(jīng)紅樹林02樣地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分別減少27.22%, 27.20%,29.44%；同時(shí)波浪經(jīng)過樣地03樣地25m后,其1/10波高、1/3波高及平均波高分別降低了29.75%,27.55%,29.71%（表1）。

表1 經(jīng)25m無瓣海桑人工林后的波高減低率%

波浪從林緣到林內(nèi)25m的范圍內(nèi),其1/10波高減低率為34.61%,而裸灘觀測(cè)區(qū)50m范圍內(nèi),其1/10波高減低率僅為12.93%,波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林是經(jīng)過裸灘時(shí)消波效應(yīng)的2.24倍。數(shù)據(jù)表明,紅樹林樣地的消波率受底質(zhì)影響不大,而紅樹林自身林分結(jié)構(gòu)對(duì)消波率起著主導(dǎo)作用。

2.3 水深對(duì)無瓣海桑人工林消波效應(yīng)影響

在不同林緣水深條件下,無瓣海桑人工林的消波效應(yīng)也不同,其消波率隨水深的增加而降低。在林內(nèi)50m處,當(dāng)林緣水深為0.2～0.3m時(shí),無瓣海桑人工林的1/10波高減低率是15.07%,是林緣水深為1.2～1.3m時(shí),1/10波高消波率10.66%的1.41倍（圖3）。隨著水深的增高,受底質(zhì)摩擦、支柱根以及呼吸根的阻力逐漸減小,主要是受到林分接觸林木水平斷面積量的影響。而無瓣海桑從地徑到胸高處的水平斷面積量是逐漸遞減的,波浪所受到的林分阻力逐漸降低,引起了消波率的減少。

圖3 水深變化對(duì)無瓣海桑消波率影響

2.4 波高對(duì)無瓣海桑人工林消波效應(yīng)的影響

分析表明,無瓣海桑人工林均是隨著林緣波高的增加,消波率呈下降的趨勢(shì)（圖4）。當(dāng)林緣波高范圍由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m時(shí),無瓣海桑人工林內(nèi)50m處1/10波高減低率由16.54%下降到4.17%。隨著水深不斷增高,波高的增幅逐漸增加,受底質(zhì)摩擦影響減小,主要受林分水平斷面積影響；而在無瓣海桑樣地50m內(nèi),其地表斷面積是胸高斷面積的3.60倍（表2）,即隨著波高的增加,波浪接觸林木水平斷面積逐漸減少,波浪所受的阻力變小,消波率逐漸降低。

表2 不同樣地?zé)o瓣海桑紅樹林林分結(jié)構(gòu)特征

圖4 1/10波高對(duì)無瓣海桑人工林消波率的影響

2.5 林帶寬度對(duì)無瓣海桑人工林消波效應(yīng)的影響

受林帶寬度的影響,隨著波浪在紅樹林中傳播距離的增加,紅樹林消波率逐漸增加,但林內(nèi)波浪的能量逐漸降低（表3）。其中波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林25m與50m后,其1/10波高減低率從34.61%增加到51.91%；波浪經(jīng)過白骨壤人工林25m與50m后,其1/10波高減低率從27.79%增加到49.81%。這表明,波浪受林帶寬度的影響,隨著波浪在紅樹林內(nèi)傳播距離的增加,其所受底質(zhì)和主干、枝葉、呼吸根的摩擦與阻礙的程度越來越大,使其消波率逐漸增加。但隨著波浪在紅樹林中傳播距離的增加,林帶寬度逐漸增加,其波高減低率增加的幅度是逐漸減小的。

表3 不同距離和波高下無瓣海桑人工林的消波率

3 小結(jié)和討論

通過觀測(cè)與分析廣東湛江無瓣海桑人工林消波效應(yīng),波浪分別經(jīng)過01～03樣地25m后的消波率為34.61%,27.22%,29.75%,經(jīng)過裸灘50m后1/10消波率為12.93%,可以看出不同林分結(jié)構(gòu)下紅樹林的消波效存在著明顯的差異性。主要由于波浪所接觸樣地內(nèi)單位面積生物量體積密度越大,林分疏透度越小,波浪所受的阻力系數(shù)越大,消波效應(yīng)越好；波浪經(jīng)過裸灘50m后,試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)的裸灘對(duì)波浪消減程度是不斷變化而未見明顯規(guī)律性的。但底質(zhì)狀況的不同對(duì)消波效應(yīng)也有影響,底質(zhì)越光滑,對(duì)波高變化的影響就越小。同時(shí)一定的坡面斜率、裸灘凋落物以及浮水植物等因素也都會(huì)影響灘涂的消波效應(yīng)［8,15］。

隨著波浪在紅樹林傳播距離的增加,波浪消減率隨之增加,而波高卻是逐漸降低的,而波高減低率增加幅度也是隨之減少的。波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林樣地75m后,1/10波高減低率達(dá)到67.19%。通常100m左右寬度的林帶,高度在2.5～4.0 m,遮蔽系數(shù)大于40%,可消波80%以上,很好地實(shí)現(xiàn)了紅樹林消浪、緩流、促淤、護(hù)岸的功能。

在不同林緣水深情況下,其消波效應(yīng)差異明顯,隨著水深的增加,無瓣海桑人工林消波效應(yīng)是呈遞減趨勢(shì)的。在林內(nèi)50m處,當(dāng)林緣水深為0.2～0.3m時(shí),無瓣海桑人工林的1/10波高減低率是15.07%,是林緣水深為1.2～1.3m時(shí)1/ 10波高消波率10.66%的1.41倍。隨著水深的增加,無瓣海桑從地徑到胸高處的水平斷面積量是逐漸遞減的,波浪所受到的林分阻力逐漸降低,從而引起了消波率的減少。

無瓣海桑人工林波高減低率是隨著波高的增加而降低的。當(dāng)林緣波高范圍由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m時(shí),無瓣海桑人工林內(nèi)50m處1/10波高減低率由16.54%下降到4.17%。隨著水深的增高,波高的增幅進(jìn)一步變大,受底質(zhì)摩擦影響越來越小,是受地徑到胸高處生物量體積密度影響。同時(shí),無瓣海桑人工林作為速生紅樹植株,生長(zhǎng)迅速,年高生長(zhǎng)可達(dá)1.2～2.2m,遠(yuǎn)大于其他鄉(xiāng)土紅樹植物；在天然紅樹林的林緣裸灘種植,促進(jìn)天然林種群的生長(zhǎng)、更新和向前緣的灘涂擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)了緩解波浪,保護(hù)海岸、防災(zāi)減災(zāi)的功能［18-20］。

［1］ 陳玉軍,廖寶文,鄭松發(fā),等.紅樹植物對(duì)不同海灘面高度的適應(yīng)性研究［J］.生態(tài)科學(xué),2006,25（6）：496-500.

［2］ 陳玉軍,廖寶文,李玫,等.無瓣海桑和秋茄人工林的減風(fēng)效應(yīng)［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23（4）：959-964.

［3］ 陳玉軍,廖寶文,黃勃,等.秋茄［Kandeliaobovata］和無瓣海桑［Sonneratiaapetala］紅樹人工林消波效應(yīng)量化研究［J］.海洋與湖沼,2011,42（6）：764-770.

［4］ AlongiDM.Mangroveforests：Resilience,protectionfrom tsunamis,andresponsestoglobalclimatechangeEstuarine［J］.CoastalandShelfScience,2008,76（1）：1-13.

［5］ MasselSR,FurukawaK,BrinkmanRM.Surfacewave propagationinmangroveforests［J］.FluidDynamics Research,1999,24（4）：219-249.

［6］ MagiM,MazdaY,KogoM,etal.Effectofmangrove［Kandeliacandel］reforestationonwavereductioninTongKing Delta［J］.VietnamForestryProduction,1996, 41：157-169.

［7］ MazdaY,KobashiD,OkadaS.Tidal-scalehydrodynamics withinmangroveswamps［J］.WetlandsEcologyand Management,2005,13（6）：647-655.

［8］ QuartelS,KroonA,AugustinusP,etal.Waveattenuationin coastalmangrovesintheRedRiverDelta［J］.VietnamJournal ofAsianEarthSciences,2007,29（4）：576-584.

［9］ NarayanS,SuzukiT.StiveMJF,etal.Ontheeffectiveness ofmangrovesinattenuatingcycloneinducedwaves［D］.Civil EngineeringandGeosciences,2010-07-01.

［10］ 張喬民.紅樹林防浪效益定量計(jì)算初步分析［J］.南海研究與開發(fā),1997（3）：1-6.

［11］ 王旭,楊懷,郭勝群,等.海桑-無瓣海桑紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的防浪效應(yīng)［J］.林業(yè)科學(xué),2012（8）：39-45.

［12］ 張莉,郭志華,李志勇.紅樹林濕地碳儲(chǔ)量及碳匯研究進(jìn)展［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2013,24（4）：1153-1159.

［13］ 陳玉軍,廖寶文,黃勃,等.紅樹林消波效應(yīng)研究進(jìn)展［J］.熱帶生物學(xué)報(bào),2011（4）：378-382.

［14］ 廖寶文.海南東寨港紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)研究［M］.青島：中國(guó)海洋大學(xué)出版社,2009.

［15］ 廖寶文,李玫,陳玉軍,等.中國(guó)紅樹林恢復(fù)與重建技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社,2010.

［16］ HashimAM,CatherineSMP.Alaboratorystudyonwave reductionbymangroveForests［J］.APCBEEProcedia,2013（5）：27-32.

［17］ 傅抱璞.論林帶結(jié)構(gòu)與防風(fēng)效能［J］.南京大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,1963（增1）：109-120.

［18］ 昝啟杰,王勇軍,王伯蓀.深圳福田無瓣海桑+海桑人工林的生態(tài)影響［J］.中山大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2001, 40（6）：72-76.

［19］ ZanQJ,WangBS,WangYJ,etal.Ecologicalassessment ontheintroducedSonneratiacaseolarisandS.apetalaatthe mangroveforestofShenzhenBay［J］.ChinaActaBotanica Sinica,2003,45（5）：544-551.

［20］ PanH,XueZY,ChenGR.WhetherornottheSonneratia apetalaB.HamplantationcausedbiologicalinvasioninJiulong RiverEstuary［J］.WetlandScienceandManagement,2006, 2（2）：51-55.

（責(zé)任編輯：張瑞麟）

S687

A

0528-9017（2014）02-0210-04

2013-11-01

國(guó)家林業(yè)科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2009BADB2B0404）；中國(guó)林科院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（CAFYBB2012018）；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項(xiàng)資金項(xiàng)目（2011KJCX017-01,2009KJCX013-01）。

田 野（1988-）,男,碩士生,從事濕地生態(tài)效益研究工作。E-mail：344363594@qq.com。