林 慧，曾思齊，王光軍，梁定栽 ，余志金 ，李茂金

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2. 海南省林業(yè)總公司，海南 ?？?70100）

海南文昌清瀾港海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)碳密度及分配格局

林 慧1,2，曾思齊1，王光軍1，梁定栽2，余志金2，李茂金2

（1. 中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2. 海南省林業(yè)總公司，海南 ?？?70100）

采用Komiyama紅樹林異速生長模型，對海南文昌清瀾港海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)的植被生物量、碳密度及其空間分布特征進行研究。研究結(jié)果表明:海蓮-黃槿植被層總生物量為389.57±12.73 t/hm2，其中，喬木層生物量為387.75±12.01 t/hm2，占林分植被層總碳密度的99.5 %；海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)總有機碳庫密度為688.51±45.69 t/hm2，其中，群落植被層單位面積的碳貯量為184.5 t/hm2，占總碳貯量的26.6%；0～105 cm土壤有機碳單位面積的貯量為504.01±39.69 t/hm2，占生態(tài)系統(tǒng)總碳密度的73.2%; 林下植被層和現(xiàn)存凋落物層僅占0.2%。

紅樹林；海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)；異速生長模型；生物量；碳密度；空間分布特征

紅樹林是陸地向海洋過渡的一種特殊森林，主要生長在熱帶、亞熱帶地區(qū)陸地與海洋交界的海岸潮間帶或海潮能達到的河口附近，是地球上生產(chǎn)力最高的四大海洋自然生態(tài)系統(tǒng)之一[1]。在當(dāng)前氣候變化背景下，紅樹林作為國際上濕地生態(tài)保護和生物多樣性保護的重要對象，主要生長在熱帶、亞熱帶地區(qū)陸地與海洋交界的海岸潮間帶或海潮能達到的河口等地方。在國際上受到普遍關(guān)注。紅樹林作為重要的濱海生態(tài)交錯帶上的植被，其生物量超過很多熱帶雨林植物生物量。它們不但通過發(fā)達的根系和豐富的凋落物維持自身養(yǎng)分循環(huán)，而且紅樹植物根際的碳循環(huán)周期長[2]，土壤有機碳分解速率低，土壤基質(zhì)可以沉積陸源和海水中有機碳[3]，土壤碳含量高，儲存時間長，使紅樹林濕地具有很高的碳匯潛力[2]，成為海岸帶生態(tài)系統(tǒng)重要的碳庫，因此在海洋“藍碳”的研究中備受國際關(guān)注[4]。Laffoley等[5]研究表明，全球紅樹林面積約為 15.7萬～16.0 萬 hm2，埋置固定的碳約18.4 TgC/a，固碳速率達到 139.0 gC/(m2·a)。因此，了解明確紅樹林濕地碳儲量和碳匯能力及其研究方法，明確各種因子對其碳儲量和碳匯能力的影響，評價紅樹林對全球碳平衡的作用，以及固定地球的碳匯能力具有十分重要的意義。

紅樹林生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能越來越受到重視，但對紅樹林生態(tài)系統(tǒng)碳源匯特征以及碳匯潛力方面的研究依然薄弱，特別是揭示紅樹林生物量碳庫以及沉積物有機碳庫的現(xiàn)狀及其碳匯潛力等方面。海南文昌清瀾港紅樹林保護區(qū)是我國紅樹林種類最多、面積最大生長較茂盛的保護區(qū)，面積為2 905 hm2，是典型的紅樹林類型之一。采用Komiyama紅樹林異速生長模型[6]，對海南清瀾港海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)的植被生物量、碳密度及其空間分布特征進行研究，為我國精確估算紅樹林碳貯量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究地選擇在海南省東北部文昌市清瀾港紅樹林保護區(qū)境內(nèi)八門灣沿岸的海蓮群落中，地處110°50′02″E，19°37′36″N。試驗地屬熱帶海洋氣候，年均氣溫為24.1℃，7月平均氣溫最高，為28.3℃，1月平均氣溫最低，為18℃，極端最低溫度達到4.7℃。年均降雨量為1 749.5 mm，相對濕度約為87%。土壤成土母質(zhì)主要為沙土，土壤有機質(zhì)含量均值為47.166 g/kg，全氮含量均值為3.506 g/kg，全磷含量均值為0.382 g/kg，全硫含量均值為1.279 g/kg，pH值在3.5～5.5范圍內(nèi)變化。

清瀾港是文昌江和文教河匯流于此，港灣深入內(nèi)陸，形成漏斗狀，沿岸淤泥豐厚。紅樹林主要分布于八門灣沿岸灘涂，適宜紅樹林的生長。海蓮群落中混生的植被主要有：黃槿Hibiscus tiliaceus、桐花樹Aegiceras corniculatum、銀葉樹Heritiera littoralis、木果楝Xylocarpus granatum、貓尾木Dolichandrone cauda-felina、 海 漆Excoecaria agallocha、木欖Bruguiera gymnorrhiza、老鼠勒Acanthus ebracteatus、鹵蕨Acrostichum speciosum等。各群落植被基本特征見表1。

表1 群落植被基本特征?Table1 Basic characteristics of vegetation communities

1.2 研究方法

1.2.1 群落調(diào)查

本試驗在清瀾港保護區(qū)海蓮群落內(nèi)設(shè)置4塊20 m×20 m固定樣地，于2013年3月對樣地進行植被的環(huán)境因子和群落學(xué)特征調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括：樹種的種類、數(shù)量、高度、枝下高、胸徑、蓋度、頻度、物種豐富度、郁閉度、凋落物量以及土壤[7-8]。

1.2.2 喬木層生物量計算

由于紅樹林屬于嚴(yán)格保護的濕地植物，不能采用收獲方法進行測量，并且紅樹植物形態(tài)與陸地喬木樹種不同。因此本研究選用Komiyama等[8]提出的紅樹林異速生長通用方程計算喬木層生物量。根據(jù)紅樹林通用異速生長方程計算不同樹種植被的葉、枝干、地表和根生物量，累加后得單株生物量，進而獲得相應(yīng)群落的生物量。

式中：Ws為樹干生物量；Wl為葉生物量；Wtop為地表生物量；Wr為地下根生物量；Wt為總生物量。DB為最低活枝高度，紅樹科植物D=DR0.3， H為樹高；ρ為樹干木材密度(t·m-3)，不同紅樹種的樹干木材密度ρ值不同 (0.340～0.770 t/m3)[8]（見表1）。

表2 不同樹種樹干木材密度ρ值Table 2 The ρ values of wood density of different tree trunk

1.2.3 林下植被和凋落物層生物量調(diào)查

林下植被與凋落物現(xiàn)存量生物量調(diào)查采用樣方收獲法。灌木層生物量是在每塊樣地內(nèi)設(shè)置2 m×2 m的小樣方各3 塊，共12塊；凋落物量采用2 m ×2 m 的樣方各5 塊，共20塊。采集后測定其鮮重，取樣后帶回實驗室在80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，計算其生物量[9]。

1.3 土壤樣品采集

土壤容重采用環(huán)刀法測定。土壤樣品取樣采用“四分法”[10]土壤樣品采用直徑10 cm的土鉆分層鉆取，每15 cm取一層，共取7層。在樣地內(nèi)，采樣時先除去地面凋落物，用土鉆取0～15、15～ 30、30～ 45、45～ 60、60～ 75、75～ 90、90～105 cm的土壤樣品，每塊樣地取次3次，共12次，84個土樣。土樣帶回實驗室風(fēng)干后按照常規(guī)方法研磨粉碎、過100 目篩，然后裝入保鮮袋待測定有機碳(C)。

1.4 樣品含碳率分析

樣品經(jīng)烘干、粉碎，過100目篩制成供試樣品。用C、N元素分析儀( ELEMEN TAR Vario ELⅢ) 測定碳含量，通過現(xiàn)存量和碳含量計算碳貯量；土壤碳含量用C、N元素分析儀。每一樣品重復(fù)3次測定，測定結(jié)果用單位質(zhì)量的養(yǎng)分含量(mg/g)表示。

土壤有機碳貯量(t·m-3)=土壤有機碳含量(g/kg)×土壤容重(g/cm3)×土層厚度(cm)×10-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 海蓮群落植被多樣性特征

文昌清瀾港海蓮群落主要是由海蓮、黃槿、銀葉樹、木果楝、海漆、貓尾木和木欖組成，共7種，隸屬6科6屬，重要值最大的是海蓮(48.65)，是該群落的優(yōu)勢種，其次是黃槿(25.82)和銀葉樹(12.67)，其他樹種重要值在1.11～5.72之間(見表3)，所占比例不大。

表3 海蓮-黃槿群落物種組成及綜合數(shù)量特征Table 3 Species composition and quantitative features of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus comm unity

2.2 紅樹林群落的生物量

根據(jù)Komiyama等提出的紅樹林異速生長通用方程，計算出4塊海蓮-黃槿群落樣地不同樹種植被單株的葉、枝干、地表和根生物量，然后累加后得單株生物量，折算成1 hm2面積后，把不同樹種的生物量累加，計算出1 hm2海蓮-黃槿群落樣地的不同樹種各器官生物量和總生物量見表4。海蓮-黃槿群落喬木層總生物量為387.75±12.01 t/hm2，其中，枝干生物量為70.64 ±2.98 t/hm2，葉生物量為9.29±0.33 t/hm2，地表生物量225.39±8.90 t/hm2，根生物量為82.44±2.44 t/hm2。海蓮群落中99%以上為喬木層，除少量海蓮、黃槿、銀葉樹幼苗外，只有少量的老鼠簕、鹵蕨、尖葉鹵蕨等其他草本植物。由于潮汐的沖刷作用，凋落物殘體很少，凋落物層的生物量僅為 0.98 t/hm2。

表4 海蓮-黃槿群落植被器官的生物量?Table 4 Biomass of organ components of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus community

2.3 海蓮-黃槿群落器官組分碳密度

海蓮-黃槿群落植被層總生物量為389.57±12.73 t/hm2，其中，喬木層生物量為387.75±12.01 t/hm2，林下灌草層生物量為0.84±0.60 t/hm2，現(xiàn)存凋落物層生物量為0.98±0.12 t/hm2。根據(jù)各組分的碳含量，計算出海蓮-黃槿群落植被的單位面積的碳貯量為184.5 t/hm2（見表5），其中喬木層碳密度為183.62 t/hm2，占據(jù)林分植被層總碳密度的99.5 %。喬木層碳貯量以地表部分最大，達109.88 t/hm2，占喬木層總碳貯量的59.9%，葉的碳貯量最小，為4.30 t/hm2，僅占2.3%；喬木層各組分碳貯量的排序為地表生物量(59.9 %) ＞枝干(19.6%)＞根系(18.2%) ＞葉(2.3%)。林下灌草層碳貯量為0.37 ±0.02 t/hm2，現(xiàn)存凋落物層碳貯量為0.51±0.01 t/hm2，分別占群落植被層總碳貯量的0.2 %和0.3%。

表5 海蓮-黃槿群落各組分的碳含量及碳密度Table 5 Carbon content and density of components of B.sexangula and H.tiliaceus community

2.4 海蓮-黃槿群落土壤碳庫及其垂直分布

海蓮-黃槿群落中，0～105 cm土壤容重和有機碳含量垂直變化見表6。土壤平均容重為1.09±0.05 g/cm3，有機碳含量垂直變化非常明顯，其中土壤15～30 cm層的有機碳含量最大，達49.42±3.02 g/kg，30 cm 以下有機碳含量呈下降趨勢，海蓮-黃槿群落土壤有機碳變化特征與王文卿等對紅樹林濕地土壤 SOC 含量垂直分布規(guī)律是一致的。0～105 cm土壤單位面積有機碳貯量為504.01±39.69 t/hm2。這一結(jié)果與陸地楠木林[11]土壤有機碳庫（1 m深）為96.388 t/hm2、豫南35年生馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)[12]土壤有機碳庫為90.42 t/hm2相比明顯較大，遠大于全球的土壤有機碳密度平均值106.0 t/hm2[5]，這主要是由于紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)特殊的水熱條件、氣候因素，再加上海水鹽度、淹沒時間和海水深度共同對紅樹林產(chǎn)生影響[5,13]，同時單位面積紅樹林年凈生產(chǎn)力紅樹林固定的碳是熱帶雨林的 10 倍，全球紅樹林濕地土壤的平均固碳速率為210 ±20 g/(m2a)[5]，使清瀾港海蓮紅樹林的土壤成為巨大的碳庫。

表6 海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)土壤有機碳密度Table 6 Soil organic carbon content and density of B.sexangula and H.tiliaceus community

2.5 海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)碳庫密度及分配

根據(jù)海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)各組分的碳庫密度，計算出海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)總有機碳庫密度為688.51±45.69 t/hm2。其中植被有機碳密度為184.5±6 t/hm2，占總碳貯量的26.8%，0～105 cm土壤碳密度為504.01±39.69 t/hm2，占總碳貯量的73.2%。植被有機碳貯量中，喬木層占總碳貯量的26.6%，林下植被層和現(xiàn)存凋落物層僅占0.2%，這一分布結(jié)果表明，喬木層和土壤碳庫是海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)碳庫的主體，這一研究結(jié)果與深圳福田秋茄林紅樹林的碳密度在234.58～694.46 t/hm2相符合，與帕勞群島近海區(qū)的紅樹林總碳儲量為479 t/hm2[14]的結(jié)果是相近，但結(jié)果小于Donato等對印度太平洋地區(qū) 25 個紅樹林濕地樣地的碳貯量1 023 tC/hm2研究，也小于Micronesia聯(lián)邦中Yap地區(qū)紅樹林濕地的平均碳儲量為1 062 t/hm2[15]，但這一研究結(jié)果表明，海南清瀾港海蓮-黃槿群落的地上碳密度184.5±6 t/hm2大于全球紅樹林地上植被碳密度的平均值159 t/hm2，土壤碳庫小于全球海岸紅樹林類型平均碳密度990 t/hm2，這是由于我們只測定的0～105 cm的土壤深度，而全球平均碳密度值是估算0～3m的沉積物中碳儲藏。

3 結(jié) 論

(1)海南清瀾港紅樹林海蓮-黃槿群落植被層總生物量為389.57±12.73 t/hm2，其中，喬木層生物量為387.75±12.01 t/hm2。海蓮-黃槿群落植被的單位面積的碳貯量為184.5 t/hm2，其中喬木層碳密度為183.62 t/hm2，占據(jù)林分植被層總碳密度的99.5 %。

(2)海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)中0～105 cm土壤層的平均容重為1.09±0.05 g/cm3，其中土壤15～30 cm層的有機碳含量最大，達49.42±3.02 g/kg，30 cm 以下有機碳含量呈下降趨勢，0～105 cm土壤有機碳單位面積的貯量為504.01±39.69 t/hm2。

(3)海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)總有機碳庫密度為688.51±45.69 t/hm2。其中植被有機碳密度占總碳貯量的26.6%，0～105 cm土壤碳密度占總碳貯量的73.2%，林下植被層和現(xiàn)存凋落物層僅占0.2%。

[1]朱可峰,廖寶文,章家恩.廣州市南沙紅樹植物無瓣海桑、木欖人工林生物量的研究[J].林業(yè)科學(xué)研究,2011,24(4):531-536.

[2]張 莉,郭志華,李志勇.紅樹林濕地碳儲量及碳匯研究進展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013,24(4) : 1153-1159.

[3]Bernal B, Mitsch W J. A comparison of soil carbon pools and profiles in wetlands in Costa Rica and Ohio[J].Ecological Engineering, 2008,34: 311-323.

[4]Mcleod E, Chmura G L, Bouillon S, et al. A blueprint for blue carbon: toward an improved understanding of the role of vegetated costal habitats in sequestering CO2[J].Frontiers in Ecology and the Environment, 2011, 9: 552-560．

[5]Laffoley D, Grimsditch G. The Management of Natural Coastal Carbon Sinks[M]. Gland, Switzerland: IUCN, 2009．

[6]廖寶文,鄭德璋,鄭松發(fā).海南島清瀾港紅樹林次生灌叢生物量與葉面積指數(shù)的測定[J].林業(yè)科學(xué)研究,1993,6(6):680-685.

[7]劉美齡.海南東寨港和清瀾港紅樹植物分布與土壤性質(zhì)的關(guān)系[D].廈門:廈門大學(xué), 2008.

[8]Komiyama A, Poungparn S, Kato S. Common allometric equations for estimating the tree weight of mangroves[J]. Journal of Tropical Ecology, 2005, 21(4): 471-477．

[9]林業(yè)部科技司. 森林生態(tài)系統(tǒng)定位研究方法[M].北京: 中國科學(xué)技術(shù)出版社,1994.

[10]中國科學(xué)院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1978.

[11]鄭金興, 劉小飛, 高 人, 等. 福建南平35年生楠木林生態(tài)系統(tǒng)碳庫及分配[J].亞熱帶資源與環(huán)境學(xué)報, 2009, 4(4): 59-65.

[12]鄧華平,耿 賡,王正超.豫南35年生馬尾松林生態(tài)系統(tǒng)碳庫特征及其分配[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報,2010,30(6):5-9.

[13]林文歡,詹潮安,鄭道序,等.粵東沿海前沿深水潮汐困難地帶營造紅樹林試驗[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2014, 34(11):67-70.

[14]Donato D C, Kauffman J B, Murdiyarso D, et al. Mangroves among the most carbon- rich forests in the tropics[J]. Nature Geoscience, 2011, 4: 293-297.

[15]Kauffman J B, Heider C, Cole T G, et al. Ecosystem carbon stocks of Micronesian mangrove forests[J].Wetlands, 2011, 31:343-352.

Carbon density and allocation of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem in Qinglan harbor of Wenchang city, Hainan province

LIN Hui1,2, ZENG Si-qi1, WANG Guang-jun1, LIANG Ding-zai2, YU Zhi-jin2, LI Mao-jin2
(1. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry Corporation of Hainan Province,Haikou 570100, Hainan, China)

Vegetation biomass, carbon density and its spatial distribution characteristics of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem in Qinglan Barbor of Wenchang city, Hainan province by using Komiyama mangrove allometric growth model.The results show that the total vegetation layer biomass of the mangrove ecosystem was 389.57 ± 12.73 t/hm2, and of them the tree layer biomass was 387.75±12.01 t/hm2, accounting for 99.5% of the total carbon density of forest vegetation layer; Total organic carbon density of the mangrove ecosystem was 688.51±45.69 t/hm2, of them the vegetation layer carbon capacity per unit area was 184.5 t·hm-2,accounting for 26.6% of the total carbon reserves; 0 ～ 105 cm soil organic carbon of per unit area was 504.01±39.69 t·hm-2, accounting for 73.2% of the total ecosystem carbon density, the soil organic carbon sum in undergrowth layer and existing litters layer accounted for only 0.2%.

mangrove ecosystem; Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem; Komiyama allometry model;biomass; carbon density; spatial distribution characteristics

S718.55+4.2

A

1673-923X(2015)11-0099-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.018

2015-01-10

2013湖南省自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究團體項目（湘基金委字[2013]7號）；2014年度湖南省高校創(chuàng)新平臺開放基金項（14K115）

林 慧，高級工程師，博士研究生

曾思齊，教授，博士生導(dǎo)師；E-mail：zengsiqi@csuft.edu.cn

林 慧，曾思齊，王光軍，等.海南文昌清瀾港海蓮-黃槿生態(tài)系統(tǒng)碳密度及分配格局[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報, 2015,35(11): 99-103.

[本文編校：吳 毅]