何琴飛 ，鄭 威 ，黃小榮 ，劉 秀 ，申文輝 ，何 峰

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 a.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，b.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002）

廣西欽州灣紅樹林碳儲量與分配特征

何琴飛a，b，鄭 威a，b，黃小榮a，b，劉 秀a，b，申文輝a，b，何 峰a，b

（廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 a.國家林業(yè)局中南速生材繁育實驗室，b.廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室，廣西 南寧 530002）

以廣西欽州灣沿海紅樹林區(qū)域內(nèi)的3種鄉(xiāng)土紅樹植物及底泥為研究對象，采用野外現(xiàn)場調(diào)查分析和實驗室測定相結(jié)合的方法，研究了紅樹林的生物量、碳貯量及其分配特征。結(jié)果表明：（1）不同紅樹植物的生物量回歸方程不同，秋茄、桐花樹和白骨壤的總生物量方程表達式分別為Wt=a+bD2、Wt=a+bDBH、Wt=a+bD2H，且這些生物量回歸方程均達到極顯著水平（P＜0.01）；（2）秋茄、桐花樹和白骨壤全植株的含碳比率差異不明顯，分別為0.448、0.440、0.428，但不同紅樹植物不同組分的含碳比率存在一定差異，如樹根、樹干、樹枝、樹葉等指標(biāo)；（3）紅樹植物碳儲量的大小順序為桐花樹（33.88 t/hm2）＞白骨壤（10.36 t/hm2）＞秋茄（3.72 t/hm2），各組分的碳儲量為樹干＞樹根＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝＞花果，地下與地上碳儲量之比分別為0.27、0.22和0.42；（4）桐花樹、白骨壤、秋茄3種紅樹林濕地的總碳儲量分別為79.14、62.09、43.49 t/hm2，其中紅樹林土壤碳儲量高于紅樹植物。

紅樹林；碳儲量；含碳比率；生物量；回歸方程

紅樹林是在熱帶、亞熱帶地區(qū)，陸地與海洋交界的海岸潮間帶灘涂上生長的由木本植物組成的喬木和灌木林[1]，其生境特殊、水熱條件優(yōu)越，使紅樹林濕地具有很高的生產(chǎn)力和生物量，碳匯潛力巨大，目前紅樹林濕地的碳儲量、碳匯能力在全球碳平衡中的作用和地位越來越受到重視。紅樹林有著奇特的形狀結(jié)構(gòu)，具板根、氣生根和多重主干，生境條件多變，海岸線和海平面不斷變化，使紅樹林的凈初級生產(chǎn)力、生物質(zhì)分配和分解、發(fā)育和演替不符合陸地森林的經(jīng)典概念[2]。估算森林生物量主要有3種方法：收獲法、平均樹法和異速生長法[3]。由于海岸潮間帶特殊的生境條件，紅樹林生物量的實地調(diào)查相當(dāng)困難，多年來生態(tài)學(xué)家開發(fā)了各種異速生長方程來估算紅樹林的生物量。異速生長法從可測量的樹木尺寸來估算整樹質(zhì)量或部分樹質(zhì)量，是一個非破壞性的方法。測量紅樹林的生產(chǎn)力和生物量，可以了解系統(tǒng)的成熟度、結(jié)構(gòu)發(fā)育和壓力等級[4]，了解紅樹林的碳收支和其對沿海生態(tài)系統(tǒng)的影響[5]。中國20世紀(jì)80年代開始對紅樹林生物量進行研究，林鵬研究了九龍江口秋茄和深圳福田白骨壤的生物量和生產(chǎn)力[6-7]；廖寶文等人研究了海桑的生物量[8]；尹毅、梁士楚研究了廣西白骨壤及其幼苗的生物量[9-10]；韓博平提出了紅樹植物的個體生長模型[11]；昝啟杰研究了無瓣海桑和海桑的生物量和生產(chǎn)力[12]；金川等對浙江秋茄林的生物量進行了研究[13]。在紅樹林的碳計量方面，毛子龍對福田秋茄的碳循環(huán)進行了初步研究[14]；張莉綜述了紅樹林濕地碳儲量及碳匯[15]；李娜等對廣東8個典型紅樹區(qū)域內(nèi)的11種常見紅樹的碳貯量進行了估算[16]；黎夏、曹慶先和朱遠(yuǎn)輝基于遙感技術(shù)研究了紅樹林的碳儲量[17-19]，然而，遙感數(shù)據(jù)必須與實地測量資料結(jié)合才能提供可靠的信息[20]。

近些年來，雖然國內(nèi)許多學(xué)者研究了當(dāng)?shù)刂脖惶佳h(huán)，但關(guān)于廣西紅樹林碳儲量及分配格局的研究甚少。紅樹林植物生物量及其分配格局受到緯度、氣候條件以及土壤條件、地形地貌條件和水文、水利條件等綜合影響[21]，即不同地區(qū)紅樹植物的生長存在差異，其生物量和碳儲量及其分配格局均不同，因此，本研究通過對廣西欽州灣的紅樹林進行生長量和生物量調(diào)查，擬合樹種異速生長方程，建立基于廣西紅樹林?jǐn)?shù)據(jù)的生物量模型，掌握紅樹林各組分碳量分配特征，推算欽州灣紅樹林單位面積的碳儲量，建立紅樹林碳儲量數(shù)據(jù)庫，為廣西沿海紅樹林可持續(xù)經(jīng)營管理、紅樹林濕地重建與恢復(fù)以及對全球氣候變化的影響提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究方法

1.1 試驗地概況

欽州灣位于北部灣頂部，廣西海岸中段，在 21°33′20″～ 21°54′30″N，108°28′20″～108°45′30″E之間，屬南亞熱帶海洋季風(fēng)氣候，年平均溫度21～23 ℃，極端最高溫37.5 ℃，極端最低溫-1.8 ℃，平均日照時數(shù) 1 600～1 800 h，降雨量 2 075.7～2 106.5 mm。該灣口門寬29 km，縱深39 km，海岸線長達336 km，總面積380 km2，其中紅樹林岸線長約100 km，主要分布于茅尾海北部、西北部和金鼓江沿岸，在灣中部龍門群島呈間斷分布[22]。欽州灣是廣西紅樹林面積較大、種類較為豐富的灣口，現(xiàn)有紅樹林3 057 hm2，其中宜林潮灘占4 456.4 hm2，未成林造林地134.9 hm2，天然更新林地20.2 hm2[23]，紅樹植物主要有8科11種，半紅樹植物有4科4種，分布于潮間帶的紅樹植物主要有白骨壤、桐花樹、秋茄、紅海欖、木欖、海桑、老鼠勒7種，紅樹林天然林群落類型主要有桐花樹、白骨壤、白骨壤+桐花樹和秋茄-桐花樹 4 種[24]。

1.2 試驗方法

在廣西欽州灣選擇3種紅樹植物純林或占絕對優(yōu)勢的林分，設(shè)置有代表性的樣方（面積10 m ×10 m）進行調(diào)查，逐株測量樣方內(nèi)紅樹植物的株高、基徑（避開基部有板狀根等隆起的位置，離地面3～10 cm處）、胸徑（大于1.3 m的植株）、冠幅長軸、冠幅短軸和分枝數(shù)等，在每個樣方內(nèi)采集植物和土壤樣品。

選取平均木標(biāo)準(zhǔn)株，記錄其株高（H）、基徑（D）、胸徑（DBH）、冠幅長軸（C1）、冠幅短軸（C2）。假定樹冠為圓形，冠幅平均值C=(C1+C2)/2，植株樹冠面積CA=πC2/4，植株樹冠投影體積CV=CA×H[25]，其中有分枝的桐花樹的基徑（D）和胸徑（DBH）為各分枝的總和。

生物量采用標(biāo)準(zhǔn)株全株收獲法，植株收獲后，植物樣品按粗根（直徑R≥2 cm）、中根（直徑2 cm ＞R≥1 cm）、小根（直徑R＜0.5 cm）、細(xì)根（1 cm＞直徑R≥0.5 cm）、樹樁、樹干、多年生枝、幼枝、樹葉、花果等組分分別裝袋，現(xiàn)場稱量各組分的鮮質(zhì)量，隨機取樣測定各組分的含水率，將各組分的鮮質(zhì)量換算成干質(zhì)量。將帶回的植物樣品在通風(fēng)干燥箱內(nèi)105℃殺青、70℃烘干至恒重，研磨粉碎后，測定有機碳含量，采用重鉻酸鉀氧化法[26]，根據(jù)各組分有機碳之和占總生物量的比例，計算植物全株的含碳比率。

土樣采集，于樣方內(nèi)0～30 cm的土層混合取樣，裝袋帶回實驗室自然風(fēng)干，研磨粉碎后，測定有機碳含量，采用LYT 1237-1999《森林土壤有機質(zhì)的測定及碳氮化的計算》重鉻酸鉀氧化-外加熱法，另取環(huán)刀土樣測定土壤容重。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS19.0軟件進行單因素方差分析（One-way ANOVA）、多重比較（Duncan）和逐步回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同紅樹林的生長情況

紅樹林生長調(diào)查的情況見表1，3種紅樹植物均為矮灌或小喬，其中桐花樹和白骨壤為天然林，秋茄為人工林。桐花樹林分的株密度最大為2.1株/m2，平均高度2.6 m，桐花樹群落較為密集，從基徑處分枝明顯，最多分枝數(shù)18枝；白骨壤林分密度為1.2株/m2，平均高度僅0.94 m，株高范圍在0.2～1.7 m之間，冠幅較大；秋茄林為多年生人工林，密度較低，僅0.4株/m2，欽州灣秋茄純林天然分布少。

2.2 不同紅樹植物生物量回歸模型

表1 紅樹林生長情況Table 1 General situation of mangroves (mean±se)

表2 紅樹植物標(biāo)準(zhǔn)株的基本參數(shù)Table 2 Basic parameters of three mangrove species(mean±se)

表3 紅樹植物標(biāo)準(zhǔn)株含水率和干質(zhì)量?Table 3 Moisture content and dry weight ofthree mangrove species (mean±se)

紅樹植物標(biāo)準(zhǔn)株的基本參數(shù)見表2，其中桐花樹的生物量最多，白骨壤最少。由表3可知，秋茄、桐花樹和白骨壤根生物量的占比分別為26.2%、19.6%和33.3%，地下與地上生物量之比分別為0.36、0.26和0.54，秋茄各組分生物量大小順序為樹根＞樹干＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝＞花果，桐花樹各組分生物量大小順序為樹干＞樹根＞樹樁＞多年生枝＞樹葉＞幼枝＞花果，白骨壤各組分生物量樹干＞樹根＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝，且3種紅樹植物各組分的生物量只有細(xì)根、小根和樹干之間存在顯著差異（P＜0.05）。秋茄各組分的含水率均大于桐花樹和白骨壤，且存在顯著差異（P＜0.05）。除與白骨壤幼枝和樹葉的含水率不存在顯著差異外，3種紅樹植物均顯示根系的含水率最高。

對紅樹植物總生物量與H、D、DBH、D2、D2H、C、CA和CV進行逐步回歸分析，通過分析比較方程的決定系數(shù)R2、標(biāo)準(zhǔn)誤差SE和方差顯著性P值來確定最優(yōu)生物量回歸方程，結(jié)果見表4。這些生物量回歸方程均達到極顯著水平（P＜0.01），但不同樹種由于其生長形態(tài)特征的差異，生物量回歸方程也不同。秋茄總生物量和地上部分生物量是以D2為自變量的一元二次方程的R2值最大，而秋茄根系生物量是以D2H為自變量的一元二次方程的R2值最大；桐花樹總生物量、地上部分和根系生物量均是以DBH為自變量的一元一次方程的R2值最大，白骨壤總生物量、地上部分和根系生物量則是以D2H為自變量的一元二次方程的R2值最大。

表4 紅樹植物的最優(yōu)生物量回歸方程?Table 4 Optimal biomass equations of three mangrove species (n=9)

2.3 不同紅樹植物各組分的含碳比率

方差分析表明，秋茄、桐花樹和白骨壤全植株的含碳比率差異不明顯，分別為0.448、0.440和0.428，但不同紅樹植物不同組分的含碳比率存在一定差異，結(jié)果如表5所示，其中秋茄的中根和細(xì)根含碳比率明顯小于桐花樹和白骨壤，秋茄和桐花樹的小根和總根含碳比率顯著小于白骨壤，桐花樹的樹干含碳比率明顯較大，而秋茄的多年生枝和樹葉含碳比率明顯較大，白骨壤的地上部分含碳比率顯著較小，其他組分間則不存在顯著差異。3種紅樹植物各組分的含碳比率大小順序為樹干＞樹根＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝＞花果，總體上植株地上部分的含碳比率大于根系。

2.4 不同紅樹林碳儲量與分配特征

表6 紅樹林碳儲量分配?Table 6 Carbon storage distribution of mangroves (t/hm2)

碳儲量是含碳比率和生物量的乘積，紅樹林濕地的碳儲量是植物碳儲量和土壤碳儲量之和。紅樹林單位面積總碳儲量及各組分碳儲量結(jié)果見表6，通過株密度換算的紅樹植物碳儲量大小順序為桐花樹＞白骨壤＞秋茄，植株各組分的碳儲量分配存在差異，大小順序為樹干＞樹根＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝＞花果，總體地上部分碳儲量大于根系，秋茄、桐花樹和白骨壤根系碳儲量分別占全植物的21.2%、17.8%和29.8%，地下與地上碳儲量之比分別為0.27、0.22和0.42。紅樹林濕地碳儲量與紅樹植物碳儲量的大小順序一致，為桐花樹（79.14 t/hm2）＞白骨壤（62.09 t/hm2）＞秋茄（43.49 t/hm2），其中土壤（30 cm土層）碳儲量最高。

3 結(jié)論與討論

（1）不同紅樹植物的生物量存在差異，標(biāo)準(zhǔn)株生物量從大到小依次為桐花樹、白骨壤、秋茄，其中秋茄、桐花樹和白骨壤根生物量的占比分別為26.2%、19.6%和33.3%，地下與地上生物量之比分別為0.36、0.26和0.54。陸地森林植物地下與地上生物量的比值為0.24～0.27[27]，普遍低于紅樹林植物地下與地上生物量的比值。由于紅樹林生境的特殊性，紅樹林植物具有發(fā)達的根系，因此紅樹林植物地下生物量在總生物量中占有較大比重[28]。秋茄、桐花樹和白骨壤的生物量與生長指標(biāo)建立的回歸方程表達式分別為Wt=a+bD2、Wt=a+bDBH、Wt=a+bD2H，且這些生物量回歸方程均達到極顯著水平（P＜0.01）。紅樹林生物量與生長指標(biāo)之間存在良好的相關(guān)性，金川等人建立了秋茄生物量和D的冪函數(shù)生長方程[13]，梁士楚[10]研究結(jié)果表明白骨壤幼苗的生物量與D2H存在良好的冪函數(shù)關(guān)系，與本研究結(jié)果類似，但紅樹林種群或群落生物量受樹種、林齡、緯度、生境類型和種群密度等因素的影響，因此，任何模型都有一定的適用范圍，存在一定的局限性。

（2）秋茄、桐花樹和白骨壤3種紅樹植物全株的含碳比率差異不明顯，分別為0.448、0.440、0.428，但不同紅樹植物不同組分的含碳比率存在一定差異，總體上植株地上部分的含碳比率大于根系。紅樹植被碳儲量的大小順序為桐花樹（33.88 t/hm2）＞白骨壤（10.36 t/hm2）＞秋茄（3.72 t/hm2），植株各組分的碳儲量分配格局為樹干＞樹根＞多年生枝＞樹樁＞樹葉＞幼枝＞花果，與生物量和含碳比率均相關(guān)[29]，且地上部分碳儲量大于根系，地下與地上碳儲量之比分別為0.27、0.22和0.42。紅樹林濕地碳儲量與紅樹植物碳儲量的大小順序一致，為桐花樹（79.14 t/hm2）＞白骨壤（62.09 t/hm2）＞秋茄（43.49 t/hm2），主要受植物類型的影響[30]。紅樹林濕地土壤碳儲量比紅樹植物本身的碳儲量高，曾有研究表明紅樹覆蓋區(qū)的碳密度和碳儲量都明顯高于無紅樹覆蓋區(qū)[16,31]，這表明紅樹植物對紅樹林濕地的碳儲量起關(guān)鍵作用。現(xiàn)有對于紅樹林濕地碳儲量的研究多基于生物量的換算[3,32]，因此本研究通過建立生物量模型，能夠快速地計算大尺度區(qū)域的紅樹林生物量和碳儲量，不會造成大面積的植被破壞，對紅樹林的保護具有重要意義。

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Carbon storage and distribution of mangroves at Qinzhou bay

HE Qinfeia,b, ZHENG Weia,b, HUANG Xiaoronga,b, LIU Xiua,b, SHEN Wenhuia,b, HE Fenga,b
(a. Key Laboratory of Central South Fast-growing Timber Cultivation of Forestry Ministry of China, b.Guangxi Key Laboratory of Superior Timber Trees Resource Cultivation, Guangxi Forestry Research Institute, Nanning 530002, Guangxi, China)

Using the mangrove plants and sediment of the typical mangrove areas at Qinzhou Bay in Guangxi Zhuang autonomous region as research object, the biomass, carbon storage and spatial distribution were studied by the combination of wild fi eld analysis and laboratory testing methods. The results showed that: (1) The biomass equations of different mangrove plants were different in Guangxi province, optimal biomass equations ofKandelia candel,Avicennia marinaandAegiceras corniculatumwereWt=a+bD2、Wt=a+bDBHandWt=a+bD2Hwhich reached extremely signi fi cant level (P＜0.01). (2)Total carbon content rates ofK. candel,A. marinaandA.corniculatumwere 0.448, 0.440, 0.428, there were no signi fi cant difference, but carbon content rates of some different components including roots, trunks, branches and leaves of 3 mangrove species were signi fi cant difference. (3) Carbon storage of three mangrove plants were in the order ofA. corniculatum(33.88 t/hm2)＞A. marina(10.36 t/hm2)＞ K. candel (3.72 t/hm2), its distribution pattern was in the order of trunk ＞ root ＞ branch ＞ stump ＞ leaf ＞ sprout ＞ fruit, and carbon storage ratio of underground/aboveground was 0.27,0.22 and 0.42. (4) Carbon storage ofA. corniculatum,A. marinaandK. candelmangrove wetland was79.14 t/hm2, 62.09 t/hm2, 43.49 t/hm2respectively, and carbon storage of soil was more than that of mangrove plant.

mangrove; carbon storage; carbon content rate; biomass; regression equation

S718.5

A

1673-923X(2017)11-0121-06

10.14067/j.cnki.1673-923x.2017.11.020

2017-01-16

廣西自然科學(xué)基金項目“廣西欽州灣3種紅樹林的碳儲量及其分配特征”（2014GXNSFBA118073）；廣西自治區(qū)直屬公益性科研院所專項“東寨港主要紅樹林群落細(xì)根壽命及生產(chǎn)力研究”（林科201606）

何琴飛，工程師，碩士；E-mail：dragon fly.hqf@126.com

何琴飛，鄭 威，黃小榮，等.廣西欽州灣紅樹林碳儲量與分配特征[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報，2017, 37(11): 121-126.

[本文編校：吳 毅]