廣西欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與土壤理化性質相關性分析

周慧杰，莫莉萍， 劉云東， 李其艷， 梁 毅

(1.廣西師范學院地理科學與規劃學院，廣西南寧 530001；2.北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西南寧 530001；3.廣西師范學院環境與生命科學學院，廣西南寧 530001；4.廣西紅樹林保護重點實驗室，廣西紅樹林研究中心，廣西北海 536000；5.中山大學地球科學與地質工程學院，廣東廣州 510275)

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廣西欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與土壤理化性質相關性分析

周慧杰1,2，莫莉萍2,3,4,5*， 劉云東1， 李其艷3， 梁 毅3

(1.廣西師范學院地理科學與規劃學院，廣西南寧 530001；2.北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西南寧 530001；3.廣西師范學院環境與生命科學學院，廣西南寧 530001；4.廣西紅樹林保護重點實驗室，廣西紅樹林研究中心，廣西北海 536000；5.中山大學地球科學與地質工程學院，廣東廣州 510275)

[目的] 為了探究廣西欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度的分布特征及土壤理化性質的影響程度。[方法]采集茅尾海紅樹林自然保護區內不同類型紅樹林群落0～50 cm濕地土壤剖面樣品,測定土壤的有機碳密度、pH、容重、粒度組成、總氮、總磷等指標，并且進行相關性分析。[結果]紅樹林群落0～50 cm平均土壤有機碳密度從大到小排列順序依次為混交林>桐花>光灘，光灘、桐花、混交林群落樣地的有機碳密度平均值分別為9.44、9.45、28.60 t/hm2；土壤有機碳密度與粒度組成、pH、總磷呈極顯著相關，其中與土壤黏粒含量、粉粒含量、pH和總磷含量呈極顯著負相關，與土壤砂粒含量呈極顯著正相關，而與容重、總氮呈不顯著正相關。[結論]在欽州灣紅樹林濕地中，0～50 cm土壤剖面的平均土壤有機碳密度混交林大于桐花樹和光灘，差異極顯著。紅樹林濕地土壤有機碳密度與土壤粒度組成、pH、總磷呈極顯著相關，與容重、總氮呈相關性不顯著。

土壤有機碳; 土壤理化性質; 相關性分析; 紅樹林濕地; 廣西欽州灣

濕地土壤和泥炭是全球陸地系統最大的碳庫，在全球碳循環中發揮重要作用[1]。紅樹林濕地是熱帶、亞熱帶海岸潮間帶的重要濕地類型，其固碳速率在所有濕地類型中最高，并且遠高于其他類型的濕地[2]。紅樹林生態系統在濕地生態系統碳循環中起著至關重要的作用。紅樹林濕地生態系統碳循環的研究在濕地生態系統碳循環的研究中具有十分重要的意義。

紅樹林濕地處于海陸交錯帶，是一個物質、能量交換較頻繁且又相對開放的系統，生物地球化學循環過程相當復雜。目前，對紅樹林生態系統的碳循環過程和機理還存在不確定的地方，相關研究還有待進一步深入。但是，土壤的理化性質無疑會影響土壤有機碳固定的微觀環境，影響土壤有機碳的儲存和分解，從而影響土壤有機碳的固定速率，進而在局部范圍內影響土壤有機碳庫，同時土壤有機碳的累積會改變土壤的理化性質[3-4]，土壤有機碳的累積和土壤的理化性質關系較密切。土壤有機碳密度與土壤理化性質的相關性研究將為區域紅樹林生態系統的碳循環過程和機理的研究打下基礎。

廣西是我國紅樹林濕地分布最多的省份之一，紅樹林面積約占全國紅樹林總面積的1/3，主要分布在廣西北部灣海岸。以典型區域廣西欽州灣紅樹林為研究對象，筆者對土壤有機碳密度和土壤理化性質進行分析，并且探討它們之間的變化，旨在為紅樹林濕地生態系統碳循環的研究積累基礎數據，并且為不同類型紅樹林碳收支的評估方法提供理論依據。1 材料與方法

1.1 研究區概況 欽州灣位于北部灣頂部，廣西海岸帶中段，介于21°33′20″～21°54′30″N，108°28′20″～108°45′30″E。該地區屬于亞熱帶季風氣候區，夏半年炎熱多雨，盛行偏南季風，冬半年低溫干燥，盛行偏北季風。年平均氣溫21.0～23.4 ℃，最熱月均溫28.6 ℃，極端最高溫37.5 ℃,最冷月均溫14.1 ℃，極端最低溫-1.8 ℃;平均海水溫度23.14 ℃，鹽度28.24%;平均日照時數1 600～1 800 h，降雨量2 075.7～2 106.5 mm，蒸發量1 655.8～1 706.5 mm。欽州灣潮汐以日潮為主，龍門港區平均潮差2.55 m，最大潮差達5.49 m，漲潮潮流流向西北，流速2.8節；落潮流流向東南，流速2.8節。年均水溫21.3 ℃。

該灣由內灣(茅尾海)、灣頸和外灣(狹義上的欽州灣)3個部分組成，中間狹窄，島嶼眾多，兩端開闊，呈啞鈴狀，東西北三面圍陸地環繞，南面與北部灣相通，背面有琴江、茅嶺江注入，是一個半封閉的天然河口灣。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，主要分布在茅尾海北部、西北部和金鼓江沿岸。紅樹植物長勢良好，樹高為1.0～3.5 m，而且種群比較單一，多以桐花樹和白骨壤為單優建群種，主要植物群落有桐花樹群落、白骨壤群落、秋茄-桐花樹群落、白骨壤+桐花樹群落。

欽州灣的紅樹林濕地已被列入中國重要濕地名錄，是自治區級自然保護區。茅尾海紅樹林自然保護區位于欽州市境內，最近處距市區不到10 km，總面積2 700多hm2，分別由康熙嶺片、堅心圍片、七十二涇片和大風江片四大片組成，其中七十二涇片區位于欽州港轄區的灘涂濕地。

1.2 樣品采集與保存 根據紅樹林群落分類特點，在茅尾海紅樹林自然保護區七十二涇片區內設置了光灘、混交林群落(桐花+白骨壤+秋茄)、桐花群落三類樣地。每類樣地量取10 m×10 m大小的樣方，并且在各樣方內隨機選取采樣點3個，每點挖50 cm深的土壤剖面，每個剖面按0～10、10～20、20～30、30～40 和40～50 cm分層采集土壤樣品。采取環刀法測定土壤容重，環刀體積為100 cm3。將土壤剖面樣品用聚乙烯自封袋封裝后運回實驗室，室內自然風干，磨碎，去除石礫、根系和凋落物，過篩后放入自封袋，附上標簽保存，用于土壤理化性質的測定。

1.3 樣品測定 土壤容重和含水量采用烘干法測定。稱取通過1 mm篩風干土樣10 g于50 ml燒杯中，加入25 ml去二氧化碳水，水土比為1.0∶2.5，攪拌1 min，靜置30 min后使用美國哈希DREL2800便攜式水質測定儀電位法測定pH。取過2 mm篩風干土樣，預處理后用英國Malvern 2000型激光粒度分析儀測定土壤粒度，黏粒<2 μm，粉粒2～ 20 μm，砂粒>20 μm。取過100目篩風干土樣，用德國 Elementar 公司Vario EL元素分析儀測定土壤總氮含量。取過100目篩風干土樣，采用鉬銻抗分光光度法測定總磷含量。土壤有機碳含量測定采用重鉻酸鉀氧化外加熱法測定，具體實驗操作參照《土壤農化分析》[5]。

1.4 數據統計分析 數據統計分析處理主要采用Microsoft Excel2003和SPSS(19.0)統計軟件。

2 結果與分析

2.1 紅樹林濕地土壤有機碳密度分布特征 土壤有機碳密度一般指一定深度的單位面積土壤有機碳的儲量。由表1可知，不同紅樹林群落0～50 cm土壤有機碳密度排列順序為混交林>桐花>光灘。T檢驗結果顯示，桐花與光灘的土壤有機碳密度差異不顯著(P>0.05)，而混交林土壤有機碳密度極顯著性高于桐花和光灘(P<0.01)，光灘、桐花和混交林各樣層土壤有機碳密度平均值分別為9.44、9.45、28.60 t/hm2。

在垂直分布上，混交林的土壤有機碳密度在0～20 cm土層深度呈遞增趨勢，在20～30 cm土層達到最高值，隨后逐層遞減。光灘的土壤有機碳密度則在10～20 cm土層出現最高點后逐層遞減，桐花的土壤有機碳密度則隨土層深度的增加呈緩慢遞減，但桐花與光灘的有機碳密度逐層遞減幅度都不明顯，且兩者的單位有機碳密度接近。

表1 欽州灣紅樹林土壤有機碳密度分布 t/hm2

2.2 紅樹林濕地土壤主要理化性質特征 由表2可知，在紅樹林濕地土壤的機械組成中，以粉粒和砂粒為主，黏粒只占4.87%～10.91%，光灘土壤黏粒含量隨著土層深度的遞增呈現逐層遞增，而桐花和混交林含量以20～30 cm土層最高。不同紅樹林群落濕地土壤黏粒含量不等，大小順序為混交林<光灘<桐花；紅樹林濕地土壤呈酸性，pH范圍在2.81～6.31之間，大小順序為混交林<桐花<光灘；土壤容重范圍在0.615～3.26 g/cm3之間，大小順序為桐花<混交林<光灘；總氮含量范圍在0.107%～0.139%之間，大小順序為光灘<桐花<混交林；總磷含量范圍在0.020 7%～0.072 8%之間，大小順序為混交林<光灘<桐花。

2.3 土壤有機碳密度與土壤理化性質的相關性分析 對紅樹林土壤有機碳密度和相應的土壤質地、pH、容重、含水量、總氮、總磷進行皮爾森(Pearson)相關分析，得到土壤有機碳密度和土壤主要理化指標之間的相關性。由表3可知，土壤有機碳密度與土壤理化性質的相關性較密切，其中有機碳密度與土壤質地、pH、總磷在0.01的置信水平上呈極顯著相關。

2.3.1 土壤有機碳密度與土壤質地。欽州灣土壤有機碳密度與土壤質地極顯著相關，其中與土壤黏粒含量(圖1)、粉粒含量(圖2)呈極顯著負相關(P<0.01)，相關系數分別為-0.716、-0.750，與土壤砂粒含量(圖3)呈極顯著正相關(P<0.01)，相關系數為0.748。

一般認為，土壤有機碳儲量會隨粉粒含量和黏粒含量的增加而增加。這主要反映在粉粒對土壤水分有效性、植被生長的正效應及其黏粒對土壤有機碳的保護作用[6]。也有研究表明，土壤質地與土壤有機碳儲量之間沒有明顯關系，認為質地對土壤有機碳的影響在不同的地區有明顯的差異[7]。該研究進一步豐富了土壤質地與土壤有機碳儲量之間關系的內容。

表2 欽州灣紅樹林土壤理化性質

表3 欽州灣紅樹林土壤有機碳密度與土壤理化性質的相關性

注：** 在0.01 水平(雙側)上顯著相關。

2.3.2 土壤有機碳密度與pH。由圖4可知，欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與土壤pH呈極顯著負相關(P<0.01)，相關系數為-0.921。 pH 是土壤的重要性質之一。它可以影響土壤各元素在土壤中的轉化，同時影響土壤有機碳密度。一般認為，土壤pH通過影響微生物活性而影響有機碳的分解狀況，pH 過高都不利于一般微生物的生長，并且會抑制其活動，從而抑制有機質的分解轉化，因此土壤酸性越強，即pH越低，土壤有機碳含量越高，二者呈極顯著負相關。李真[8]在海南島紅樹林濕地土壤有機碳分布特征研究中，發現土壤有機碳含量與pH之間呈顯著負相關。祖元剛等[9]得出，土壤pH與有機碳含量呈負相關。這與該研究結果基本一致。

2.3.3 土壤有機碳密度與容重。由圖5可知，欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與容重呈不顯著正相關。通常來說，土壤容重與土壤質地、壓實狀況、土壤顆粒密度、土壤有機質含量及各種土壤管理措施有關，有機質含量高、結構性好的土壤容重小。而有機碳又是有機質的主要成分之一，故土壤有機碳越高，土壤容重越小[8]。李真[9]在海南島紅樹林濕地土壤有機碳庫分布特征研究中，發現土壤有機碳含量與容重呈不顯著負相關。祖元剛等[10]得出，土壤容重與有機碳含量呈不顯著負相關。該研究結果有待進一步驗證。

2.3.4 土壤有機碳密度與總氮含量。由圖6可知，欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與總氮含量呈正相關關系，但不顯著。土壤總氮與有機碳是土壤肥力高低的重要指標之一，也是評價濕地土壤碳庫功能的重要指標[11]。土壤中的碳氮主要來源于植物有機質的歸還，因此通常有機碳密度和土壤氮含量的變化趨于一致，呈0.01水平顯著正相關。董凱凱等[12-13]對人工恢復黃河三角洲濕地土壤碳氮含量變化特征的研究也應證了這一結論。欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與總氮含量相關性不顯著。這可能與紅樹林濕地所處的特殊環境有關。紅樹林濕地處于海陸交錯帶，是一個物質、能量交換較頻繁而又相對開放的系統。生物地球化學循環過程相當復雜。由于頻繁受海潮的影響，氮相對易隨海流流失。

2.3.5 土壤有機碳密度與總磷含量。由圖7可知，欽州灣紅樹林濕地土壤有機碳密度與土壤總磷含量呈極顯著負相關(P<0.01)，相關系數為-0.764。紅樹林中植物凋落物分解釋放營養元素的大部分會被紅樹植物再吸收。養分元素的循環可使土壤有機質得到補充，土壤總磷含量不斷積累。袁彥婷等[13]對廣西大冠沙、廣東湛江、海南東寨港紅樹林區土壤進行研究，發現有機碳含量與土壤總磷含量呈0.05水平顯著正相關關系。由于土壤有機碳固定受到土壤pH、鹽度、含水量、機械組成等多種環境因素的影響，該研究結果需要進一步驗證。此外，紅樹林土壤總磷含量與土壤質地有關。紅樹植物有發達的根系，可以固沙固土。海水帶來的黏粒在紅樹林濕地中易沉積，而且黏粒對土壤顆粒態磷的吸附作用極強，使得土壤中總磷含量增加[13]。研究中，總磷含量與土壤黏粒含量呈極顯著正相關(P<0.01)。

4 結論

(1)紅樹林濕地是熱帶、亞熱帶海岸潮間帶的重要濕地類型，是全球碳庫的重要組成部分，在濕地生態系統碳循環中起至關重要的作用。廣西是我國紅樹林濕地分布最多的省份之一。以典型區域——廣西欽州灣紅樹林為研究對象，對土壤有機碳密度和土壤理化性質之間的變化進行研究，可為紅樹林濕地生態系統碳循環的研究積累基礎數據，并且為不同類型紅樹林碳收支的評估方法提供理論依據。

(2)不同紅樹林群落樣地土壤有機碳密度大小順序為混交林>桐花>光灘，平均值分別為9.44、9.45、28.60 t/hm2，混交林土壤有機碳密度極顯著性高于桐花和光灘(P<0.1)。在垂直分布上，混交林的土壤有機碳密度在0～20 cm土層呈遞增趨勢，在20～30 cm土層達到最高值，隨后逐層遞減。光灘的土壤有機碳密度則在10～20 cm土層出現最高點，然后呈逐層遞減。桐花的土壤有機碳密度則隨土層深度的增加緩慢遞減。

(3)紅樹林濕地土壤的機械組成以粉粒和砂粒為主，黏粒只占4.87%～10.91%，在不同紅樹林群落濕地土壤黏粒含量大小順序為混交林<光灘<桐花；紅樹林濕地土壤呈酸性，土壤pH范圍在2.81～6.31之間，pH大小順序為混交林<桐花<光灘；土壤容重范圍在0.615～3.26 g/cm3之間，大小順序為桐花<混交林<光灘；總氮含量范圍在0.107%～0.139%之間，大小順序為光灘<桐花<混交林；總磷含量范圍在0.0207%～0.0728%之間，大小順序為混交林<光灘<桐花。

(4)采用IBM SPSS Statistics 19.0軟件，對紅樹林土壤有機碳密度和相應的土壤質地、pH、容重、總氮、總磷進行Pearson相關分析。結果表明，有機碳密度與土壤質地、pH、總磷含量在0.01的置信水平上極顯著相關。其中，有機碳密度與土壤黏粒含量、粉粒含量、pH和總磷呈極顯著負相關，相關系數分別為-0.716、-0.75、-0.921和-0.764，與土壤砂粒含量呈極顯著正相關，相關系數為0.748；土壤有機碳密度與容重和總氮呈不顯著正相關。

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Correlation Analysis between Soil Organic Carbon Density and Soil Physical and Chemical Properties of Mangrove Wetland in Qinzhou Bay of Guangxi

ZHOU Hui-jie1,2,Mo Li-ping2,3,4,5*,LIU Yun-dong1et al

(1.School of Geography and Planning, Guangxi Teachers Education University, Nanning, Guangxi 530001; 2.Key Laboratory of Beibu Gulf Environment Change and Resources Use, Ministry of Education, Nanning, Guangxi 530001;3.School of Environment and Life Science, Guangxi Teachers Education University, Nanning, Guangxi 530001; 4.Guangxi Key Lab of Mangrove Conservation and Utilization, Guangxi Mangrove Research Center, Beihai, Guangxi 536000; 5.School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275)

[Objective] The research aimed to discuss the distribution of soil organic carbon density and the influence of soil physical and chemical properties of mangrove wetland in Qinzhou Bay of Guangxi.[Method] Soil profile samples (0-50 cm) of different mangrove community wetland in Maoweihai Mangrove Nature Reserve were collected.Soil organic carbon density as well as physical and chemical properties including pH, bulk density, particle size composition, total nitrogen content and total phosphorus content were analyzed.And the correlation analysis was conducted.[Result] The order of average organic carbon density in mangrove wetland soil (0-50 cm) was mixed species>Aegicerascorniculatum>bare flat.The average soil organic carbon density of bare flat,Aegicerascorniculatumand mixed species were 9.44, 9.45, 28.60 t/hm2, respectively.The soil organic carbon density had a high significant correlation with soil particle composition, pH and total phosphorus content.The soil organic carbon density had a high significant negative correlation with clay particle content,silt particle content, pH and total phosphorus content，and had a high significant positive correlation with sand particle composition, while had no significant positive correlation with soil bulk density and total nitrogen content.[Conclusion] The average organic carbon density of soil profile of mangrove wetland in Qinzhou Bay was analyzed.The soil organic carbon density of mixed species was significantly higher than that ofAegicerascorniculatumand bare flat.The soil organic carbon density had a high significant correlation with particle composition, pH and total phosphorus content, while had no significant correlation with bulk density and total nitrogen content.

Soil organic carbon; Soil physical and chemical property; Correlation analysis; Mangrove wetland; Qinzhou Bay of Guangxi

廣西自然科學基金項目(2011jjA50016);廣西紅樹林保護重點實驗室開放基金項目(GKLMC-201208);北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室開放基金項目(BBG1110);國家自然科學基金項目(41361023);廣西師范學院博士研究人員啟動基金項目。

周慧杰(1967- ),男,廣西博白人,副研究員,博士,從事資源環境與區域可持續發展方面的研究。*通訊作者,講師,博士,從事環境地質學與區域可持續發展方面的研究。

2015-04-20

S 714.2

A

0517-6611(2015)17-120-04