海南儋州灣紅樹林區沉積有機質來源及碳儲量

褚夢凡 , 肖曉彤 , 丁 楊 , 趙美訓

(1. 深海圈層與地球系統前沿科學中心和海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室, 中國海洋大學, 山東青島 266100; 2. 青島海洋科學與技術試點國家實驗室 海洋生態與環境科學功能實驗室, 山東 青島266237)

紅樹林濕地生態系統多存在于熱帶和亞熱帶地區的潮間帶, 與海洋和陸地都有密切的有機碳交換。紅樹林生態系統的面積只占整個邊緣海的0.5%, 所輸送的有機碳占整個邊緣海體系向海洋中輸送有機碳的11%和現代海洋沉積物的15%, 是邊緣海碳循環不可或缺的一部分[1-2]。

紅樹林中儲存的有機碳通常被稱為“藍碳”, 與陸地生態系統所固定的“綠碳”幾乎等量[3], 能夠有效減緩大氣CO2的上升[4]。反之, 如果紅樹林生態系統被破壞, 其儲存的碳將以CO2的形式返回大氣。自1992 年《聯合國氣候變化框架公約》被通過并被國際社會廣泛接受, 維護、加強溫室氣體的匯和庫, 以及計算和通報地表有機碳儲量成為了熱點[5]。然而,目前的碳儲量研究大多聚焦于與陸地生態系統、人類活動和大氣圈有密切聯系的碳匯, 對濱海濕地生態系統有機碳儲存能力的評估鮮有研究。紅樹林生態系統存儲的有機碳對于邊緣海乃至全球碳循環有重要影響[1,4], 有效地衡量以紅樹林為代表的海洋濕地生態系統中的有機碳儲量和有機碳來源, 能夠把握和預測其在氣候變化下所受的影響, 對制定生態保護措施、減少碳排放均有重要意義[4]。

紅樹林生態系統中的沉積有機碳主要來源可分為陸源、水源和紅樹林源。陸源有機碳主要由陸生高等植物產生, 由河流輸送至紅樹林濕地; 水源有機碳包括由潮汐帶來的海洋藻類、浮游植物和海草床產生的有機碳, 或是紅樹林水體中藻類、菌類的初級生產輸入; 除了這些外來有機碳以外, 紅樹植物自身也有很高的光合效率和生產力。由于紅樹林具有復雜的水文環境和生物特異性, 對紅樹林有機碳的研究大多需要結合水文條件和氣候條件進行綜合的分析討論。一方面, 地形和水文因素比如河流流量、降雨、潮汐等控制了有機物的埋藏和交換的物理過程[6-7]; 另一方面, 生物因素也對紅樹林中有機碳的埋藏和遷移有重要影響[8]。亞洲地區的紅樹林在種類方面最為復雜, 樹林的物種組成能夠決定紅樹林有機碳的特征[9-10]。這些復雜的環境因素使紅樹林系統中的有機碳循環在時間、空間尺度上都非常多變。

總有機碳(total organic carbon, TOC)、碳氮元素比(C/N)和穩定碳同位素(δ13C)為研究沉積有機碳來源的傳統指標, 同樣被應用到紅樹林有機碳來源的研究中[11-12], 但這些指標的單獨應用存在一定的局限性。由于紅樹植物的C/N 值與δ13C 值與陸生植物大致相同, 僅僅利用這兩種指標無法進行準確的區分。例如, Xue 等[13]運用δ13C 和C/N 調查了漳江口紅樹林濕地的有機質來源, 并指出6%～37%的沉積物有機質來自紅樹林。但是, 這種計算方式并不能有效區分陸源有機碳和紅樹林源有機碳, 所得結果其實是陸生高等植物和紅樹林的混合。

類脂生物標志物由特定的生物產生, 記載著相應的母源信息, 在沉降和成巖過程中能較穩定存在,被廣泛應用于指示物質來源。維管植物表皮蠟質中的長鏈正構烷烴(C27,29,31,33n-alkanes)是表征陸源有機碳的經典指標[14], 但是來源存在重疊, 例如紅樹植物和陸生植物擁有大致相同的烷烴特征[15]。目前,學界缺乏一個能夠表征所有紅樹植物的生物標志物。紅樹屬植物(Rhizophora)葉片中大量合成的蒲公英萜醇(taraxerol), 雖然不是其所特有的脂類, 但在其葉片中的含量遠高于其他高等植物(干葉中含量為15.9 mg/g[16])。因此, 蒲公英萜醇能夠更為具體地量化邊緣海系統中紅樹林來源有機質的分布埋藏情況。需要指出的是, 并非廣義上的所有紅樹植物都能夠產生蒲公英萜醇。目前, 蒲公英萜醇僅在紅樹屬(Rhizophora)和欖李屬(Lumnitzera)兩個屬中檢出[17-18]。此外, 甾醇和烯酮等生物標志物已經被廣泛應用于水環境中浮游植物群落生態結構的重建[19], 以菜子甾醇(brassicasterol)指示硅藻的生產力, 甲藻甾醇(dinosterol)指示甲藻生產力, 長鏈烯酮(C37∶3,37∶3alkenones)來指示顆石藻的生產力[20-22]。

目前, 很多研究聚焦紅樹林系統中不同來源有機質的地理分布, 但關于這些有機質來源的量化研究相對較少。蒲公英萜醇的應用局限于其(相對)含量,并未被作為一個指標應用于數學混合模型量化紅樹林有機質貢獻。本文在海南省儋州灣南岸選取柱狀沉積物樣品, 測定包括長鏈正構烷烴、甾醇的多種類脂生物標志物, 尤其是紅樹植物特征標志物蒲公英萜醇含量, 結合δ13C 進行混合模型計算, 探索蒲公英萜醇作為特征生物標志物量化紅樹林源有機質的一種應用; 同時, 估算該地有機碳儲量, 為區域性的碳儲數據匯總提供依據。

圖1 儋州灣采樣站位示意圖Fig. 1 Sampling stations in Danzhou Bay

1 研究區域與方法

1.1 研究區域

儋州灣(19°54′N, 109°57′E, 圖1)位于海南省西北部的儋州市境內, 是北部灣伸入洋浦半島構成的半封閉內灣, 面積約50 km2。潮型為不規則半日潮,平均潮差1.05 m, 年均氣溫23.1℃。注入儋州灣的河流有大水江與春江, 年徑流量分別為4.1×108m3和2.8×108m3[23]。儋州灣于1986 年被立為市級自然保護區, 紅樹林面積約133 ha, 主要紅樹科植物包括紅海欖(Rhizophora stylosa), 木欖(Bruguiera gymnorrhiza), 欖李(Lumnitzera racemosa), 海漆(Excoecaria agallocha), 蠟燭果(Aegiceras corniculatum), 秋茄(Kandelia obovate), 海欖雌(Avicennia marina), 黃槿(Hibiscus tiliaceus), 水黃皮(Pongamia pinnata), 海芒果(Cerbera manghas)等[24-25]。儋州灣屬于夏季濕潤、冬季干燥的季風性氣候, 年均降雨量約為1 426 mm/a,雨季為每年5 月到10 月, 這期間的降雨約占全年平均降水量的80%。

本研究所用柱狀樣DZB14 于2016 年11 月使用universal coring system (Aquatic Research, 直徑68 mm,長度120 cm), 以重力采樣法采集于春江(圖1), 春江上下游沿岸和入海處均有紅樹林分布。柱狀樣位于春江入儋州灣口, 據儋州灣口9 431 m。站位水溫21.8 ℃, 手持鹽度計WTW Multi 3420 測量鹽度8.6。柱狀樣長度40 cm。本研究以2 cm 為間隔進行樣品處理。同時在入海河流沿岸按鹽度梯度采集紅海欖葉片。

1.2 研究方法

1.2.1 粒度測定

粒度測定方法參照陶舒琴[26]的研究。粒度樣品在350℃下燒12 h 之后加入5 mL 1 mol/L 的六偏磷酸鈉溶液, 超聲30 min 以上, 之后使用Malvern 3000激光粒度儀測試。

1.2.2 總有機碳和穩定碳同位素測定

總有機碳測定方法參照操云云等[27]的研究, 穩定碳同位素測定方法參照陶舒琴[26]的研究。將冷凍干燥的沉積物樣品除去較大植物碎屑后研磨, 取約1 g 樣品裝入8 mL 玻璃瓶中。加入4 mol/L HCl, 去除無機碳。加入超純水洗去HCl, 直至上清液呈中性。將洗至中性的沉積物樣品在55℃下烘干(約24 h)。將烘干的沉積物樣品研磨使其均質化。

使用CHN 元素分析儀(Thermo Flash 2000 Elemental Analyzer, EA)測定總有機碳含量。所用標準樣品為阿托品(Atropina Standard, TOC=70.56%)和標準土(Low Organic Content Soil Standard OAS, TOC=1.55%)。標準誤差為±0.02% (n=6)。使用穩定同位素比質譜儀(Elemental Analyzer -Isotope Ratio Mass Spectrometer, EA-IRMS), 在連續流模式下測定總有機碳穩定碳同位素組成(R=13C/12C), 根據 V-PDB(Vienna Pee Dee Belemnite)標準按下式矯正: δ13C(‰)=[Rsample/Rstandard–1]×1 000。所用標準樣品為USGS-40(δ13C= –26.39‰), IAEA-600(δ13C= –27.77‰) 和 IAEACH3 (δ13C= –4.72‰)。使用IAEA-600 標準測量所得標準誤差為±0.06%(n= 6), 測樣精度大于±0.2‰。

1.2.3 類脂生物標志物提取和測定

生物標志物的提取和測定方法參照操云云等[27]的研究。將冷凍干燥的樣品研磨后稱取5 g 樣品裝入50 mL 特氟龍樣品瓶中, 加入約10 mL 二氯甲烷︰甲醇(3∶1)混合溶液, 上層液體澄清后加入n-C19醇和n-C24氘烷內標, 振蕩將其充分混合。將混合后樣品超聲15 min, 離心(2 000 r/min, 2 min), 收集上清液。重復上述步驟3 次, 共萃取4 次。將得到的總的萃取有機質柔和N2吹干(水浴溫度<40 ℃)。向吹干溶劑的萃取物中加入約5 mL 的6%氫氧化鉀-甲醇溶液, 堿水解8 h。用正己烷萃取、離心(2 000 r/min, 2 min), 將上層清液轉移, 重復4 次, 萃取液合并后柔和N2吹干。將該組分進行硅膠柱層析分離, 分別用8 mL 正己烷淋洗得烷烴組分, 用12 mL 5%甲醇(二氯甲烷∶甲醇=95∶5)淋洗得醇類組分。醇類組分分為二等份,一份加入衍生化試劑(BSTFA), 70℃加熱反應1 h, 用于甾醇和烯酮測定; 另一等份加入吡啶和乙酸酐,70℃加熱反應30 min, 用于蒲公英萜醇測定。

經過化學純化后的組分用氣相色譜(Agilent 7890N GC)進行定量分析。采用PTV 進樣口不分流進樣, 初始溫度40 ℃, 平衡時間0.05 min; 進樣量1 μL。色譜柱類型為VF-1ms(30 m×0.25 mm, 膜厚度0.25 μm); 載氣為氫氣, 流速1.3 mL/min; 色譜柱的升溫程序為: 80℃保持1 min, 以25 ℃/min的速度加熱到加熱到300 ℃,保持10 min, 5 ℃/min加熱到315 ℃, 保持5 min 后結束。

采用火焰離子化檢測儀(Flame Ionization Detector,FID)檢測器將有機質燃燒產生的碳轉換為電信號并圖像化, 檢測器溫度在整個測定過程中保持在320℃。化合物定性主要通過對比已知濃度的n-C19醇和n-C24氘烷混合標準各峰的保留時間來確定; 定量采用內標法, 對比樣品和混合標準對應的化合物的電信號峰面積, 根據混合標準的濃度定量估算樣品中該化合物的含量。實驗空白加入內標隨著樣品一起進行前處理, 實驗回收率達85%以上。生物標志物GC 定量分析過程中的分析誤差<15%。

2 研究結果

2.1 干密度、粒徑、總有機碳和δ13C

DZB14 沉積物的干密度(bulk density, BD)范圍在1.12～1.66 g/cm3(圖2), 在垂直分布上分為兩個高值區和兩個低值區(T 檢驗P<0.05), 自下而上干密度分區分別為(1.60±0.07) g/cm3(沉積物深度33 cm 以下); (1.18±0.03) g/cm3(18～30 cm); (1.47±0.01) g/cm3(6～15 cm)和1.12 g/cm3(3 cm 以上)。沉積物粒徑總體較粗, 均值為87 μm, 范圍在66～411 μm。

圖2 干密度、粒徑、總有機碳和穩定碳同位素垂直分布Fig. 2 Vertical distributions of the bulk density (BD), grain size, total organic carbon (TOC), and δ13C at DZB14

DZB14 總有機碳平均值為0.6±0.5%, 在表層和10 cm 處出現極高值, 可能是樣品中混有植物碎屑。通常來說, 粗顆粒的砂質沉積物對有機碳的保留程度較低, 礦物粒徑也被認為是影響有機質埋藏量的主要因素之一[28]。因此, 總有機碳在0～12 cm 的含量較高可能是輸入和保存的共同結果。DZB14 的δ13C 值平均值為–23.7‰±1.1‰, 范圍在–22.50‰～ –26.69‰。上層數值普遍較負, 與高等植物有機質特征相吻合,受植物碎屑輸入影響。

2.2 生物標志物含量

生物標志物含量使用總有機碳進行校正, 以消除礦物對有機質保存情況和非有機質輸入的影響,表達方式為μg/g TOC, 即每克總有機質中的生標含量。使用長鏈正構烷烴(C27+29+31+33n-alkanes)表征高等植物有機質輸入, 包括紅樹植物和陸生植物; 蒲公英萜醇表征紅樹植物(包括紅樹屬和欖李屬)有機質輸入; 甲藻甾醇+菜子甾醇+C37∶2,37∶3烯酮 (Phytoplankton Biomarkers, PB)表征海洋浮游植物有機質輸入。DZB14 柱狀樣的長鏈正構烷烴相對含量平均值為(95±34) μg/g TOC(圖3)。PB 在表層和26 cm 存在兩個由于低TOC 造成的極大值, 除此之外均值為(18±7) μg/g TOC。蒲公英萜醇同樣存在兩個極值, 表層為低TOC 導致, 10 cm 處則可能是樣品中混有新鮮紅樹植物葉片。除去極值, DZB14 的蒲公英萜醇含量為(272±149) μg/g TOC。垂直方向上, 長鏈正構烷烴含量在該地沒有明顯隨時間變化, 蒲公英萜醇略有增加, 而PB 略有減少。

本文所采集的紅樹屬樹葉樣品中n-C31正構烷烴是含量最高的正構烷烴, 我們定義參數T為蒲公英萜醇與C31正構烷烴含量的比值, 即:

以此在2.3 混合模型中表征紅樹植物有機質輸入。除去表層和10 cm 的極大值, DZB14 的T值均值為9.5±5.6。表層和10 cm 的T極大值與δ13C 極低值吻合, 符合紅樹植物特征。

2.3 有機質來源混合模型

雖然蒲公英萜醇在其他高等植物中也有少量存在, 但其含量遠小于在紅樹植物中的含量。例如, 在Setzer 等[18]對山麻桿屬葉片的分析報告中, 蒲公英萜醇含量僅為新鮮樹葉的0.000 7% 。而本文所用紅樹屬葉片中蒲公英萜醇含量均值為10 142 μg/g TOC,以樹葉總有機質含量為50%換算, 蒲公英萜醇含量高達干葉總有機質的2%。相反, 長鏈正構烷烴是在所有高等植物中普遍存在的類脂生物標志物[14]。因此, 通過引入蒲公英萜醇和長鏈正構烷烴的比值,能夠把來自紅樹植物的大量的蒲公英萜醇區分出來,從而進一步消除其他植物來源有機質的影響。例如,Versteegh 等[16]運用紅樹屬花粉和taraxerol/C29正構烷烴在沉積物中識別了來自于紅樹植物的有機物質,并證明這兩個指標有良好的相關性。

本文選用δ13C 和T值進行混合模型計算。根據前人的研究經驗, δ13C 值能夠有效區分高等植物(包括陸生植物和紅樹植物)和水生植物來源有機質[29-31];而T值能夠識別紅樹來源有機質, 以彌補傳統指標δ13C 在區分陸生植物和紅樹植物方面的缺陷。紅樹屬樹葉樣品的δ13C 平均值為–(29±0.7)‰,T平均值為280±69。為了更具體地量化該地的有機質來源, 定義δ13C = –16‰(來自中國南海北部浮游植物[32]),T= 0為水生植物端元值; δ13C = –27‰[33],T= 0.05(來自Versteegh 等[16]選取的環境本底值)為陸生植物端元值; δ13C = –29‰,T= 280 為紅樹屬端元值(樹葉樣品,n= 4)進行計算。根據吳瑞等[25]的調查結果, 在采樣河流中, 欖李屬在種群中所占比例較低, 而紅樹屬在紅樹群落中的相對多度[RA(%)=(某個種在樣方中出現的次數/所有出現的次數)×100%]為20.5%。我們用上述方式計算出紅樹屬的有機質貢獻后, 再使用當地的紅樹群落組成校正, 以估算全部紅樹植物對沉積物的貢獻。混合模型使用IsoSource 進行計算[34],模型所采用的端元值見表1, 計算公式如下:

圖3 長鏈正構烷烴、浮游生物標志物PB、蒲公英萜醇和T 的垂直分布Fig. 3 Vertical distributions of the concentrations of n-C27+29+31+33 alkanes, phytoplankton biomarker (PB), and taraxerol and T value (T = taraxerol/n-C31 alkane)

其中,fterr,faq,fmang, 和fRhi.分別代表陸生、水生浮游植物、紅樹植物和紅樹屬來源有機質的所占的比例。

表1 混合模型計算Tab. 1 Mixing model calculations

根據計算結果(圖4), DZB14 處陸生植物, 水生植物和紅樹植物來源有機質所占比例分別為(47±10)%, (36±5)%和(17±10)%。垂直分布上, DZB14的陸生植物有機質貢獻比例自下而上逐漸減小(62%～26%), 與之相對的紅樹植物有機質逐漸增加(5%～44%)。

圖4 混合模型計算結果Fig. 4 Results of the mixing model

2.4 有機碳儲量

本文所采用總有機碳TOC 和干密度BD 來估算沉積物的有機碳儲量(carbon stock)[35], 結合混合模型計算得到的fmang進一步計算由紅樹林貢獻的碳儲量。由于干密度和總有機碳層數不對應, 而干密度總體變化較小, 在計算中將使用圖3 所示的干密度分區平均值。

Carbon stock (t/ha)= TOC(%)× BD(g/cm3)×1(cm), (6)Mangrove carbon stock(t/ha)=carbon stock(t/ha)×fmang. (7)

如圖5 所示, DZB14 單位厘米深度沉積物的碳儲量范圍在0.12～2.90 t/ha, 18～34 cm 之間為高值區(均值0.70 t/ha)。從總量上來看, DZB14 共40 cm 的沉積物中碳儲量為34.10 t/ha。按照紅樹林總面積133 ha計算, 儋州灣南岸紅樹林保護區表層40 cm 沉積物的總碳儲量約為4 535 t。按照混合模型計算結果,DZB14 單位厘米深度的紅樹碳儲量范圍為0.01～0.45 t/ha(fmang>100%或缺失的層數取上下層平均值計算),均值為0.14 t/ha。同樣, 在上述總碳儲高值層位中,紅樹碳儲量也相對較大。辛琨等[36]對紅樹林土壤碳儲量的調查顯示, 紅樹林根系通常在20～40 cm 的深度埋藏和降解, 是除表層凋零物之外重要的有機碳來源。因此, 圖5 中的碳儲量中間高值可能是由于來自紅樹林根系的有機質輸入引起的。

圖5 單位厘米碳儲量垂直分布Fig. 5 Vertical distribution of the carbon stock per cm

3 討論

3.1 有機碳來源

綜合來看, 儋州灣南岸地區沉積物中以陸源有機質為主[(47±10)%], 水源有機質次之[(36±5)%],紅樹源有機質比例最低[(17±10)%]。對此的解釋有:第一, 陸源有機質在河口的沉積。DZB14 位于河流入海處, 河流攜帶的大量有機質會在此沉積, 而紅樹植物龐大的根系能夠有效攔截這些陸源有機碳。河口的相關研究指出, 陸生高等植物產生的有機碳是陸源有機質最主要的成分[37-41]。第二, 紅樹植物有機質的輸出。高生產力的紅樹林會通過潮汐作用向外部水域輸出一部分通過初級生產所固定的碳, 幾乎占總凋零物的一半[1]。尤其是河流沿岸的紅樹林由于受單一方向的水流運輸影響, 更傾向于輸出而非積累有機質[9]。因此, 與紅樹林極高的凈生產力[12,29]不吻合的是, 紅樹林源有機碳往往不是紅樹林下沉積物中最主要的組分[42-44]。本文計算的沉積物樣品T均值(9.5)與樹葉樣品T均值(280)的比例僅為3%, 說明紅樹植物產生的絕大多數有機質沒有被就近埋藏,而是被輸出或分解。但是, 紅樹林輸出的有機質受周邊環境(狹窄河道和入海口, 珊瑚海草床等)的限制,通常不會傳輸到很遠的距離[42-43]。因此, 雖然該處及河流上下游有紅樹林生長, 但由于紅樹植物有機質大量和短途的輸出特點, 該處紅樹植物有機碳的比例很可能反而低于儋州灣口無紅樹林生長的、鹽度較高的位置。第三, 原位產生的水源有機質。養殖業是本研究區域當地的傳統產業, 高密度養殖和人工施肥會造成水體富營養化, 促進水生藻類的生長[45]。此外, 儋州灣部分地區的生活污水和養殖污水目前直排入海, 這些污水也會干擾自然濕地的有機質循環, 并使紅樹林系統發生退化。

3.2 有機碳埋藏速率及儲量

紅樹林的埋藏速率與鹽沼濕地和海草床生態系統相似, 但顯著高于淡水泥炭地和陸地森林生態系統[46]。目前, 許多研究使用210Pb 和137Cs 對紅樹林沉積物進行定年以測定紅樹林的碳埋藏速率, Breithaupt等[47]對此進行了總結, 并估算全球紅樹林平均碳埋藏速率為163 g/(m2·a), 平均每年埋藏26.1×1012g 有機碳。據王秀君等[48]統計, 中國紅樹林固碳效率高達200 g/(m2·a), 高于全球平均水平。對儋州灣地區的其他柱狀樣初步定年中, 在長74 cm 的柱狀樣中并未觀察到210Pb 的衰減曲線和137Cs 的活度頂峰(未發表數據)。因此, 本文40 cm 的沉積物實際年齡可能小于1965 年沉積。假設柱狀樣最下層自1965 年開始沉積(至采樣時間51 年), 可估算最低沉積速率0.67 t/(ha·yr), 換算單位后為67 g/(m2·a), 遠低于全球平均速率。

海灘涂養殖業在歷史上是儋州地區的主要經濟來源。由于生態環保的需要, “退塘還濕”、保護和修復紅樹林生態系統的工作正在逐步展開, 但目前其生態環境并沒有完全恢復, 且入海河流沿岸有大量人工堤壩和排污口, 這些人為因素都對有機質的埋藏和遷移有極大影響。同時, 碳埋藏量不僅取決于有機碳的初始輸入量, 也取決于這些有機碳在沉積物中的保存情況。采樣地處于河流外部, 沉積物粒徑較粗, 均值為87 μm, 屬于砂質沉積物。粗粒徑的砂質礦物表面積小, 對有機質的保存較差[49]; 而氧氣在粗顆粒土壤中滲透的程度更深, 也會進一步降解有機質[50], 故該處單位厘米有機質含量和總碳儲量較其他紅樹林系統偏低。

3.3 研究展望

由于柱狀樣屬于淺層沉積物, 水流和生物活動導致的垂直混合作用較強, 阻礙了對當地有機質來源和碳儲量時間變化的深入討論。將本文的混合模型計算方法和更精確的定年數據結合, 可以進行季節和較長尺度的分析。此外, 在“真紅樹”類別中, 不同樹種的紅樹植物內部的生物化學過程、其對環境因素的適應程度、能夠指示有機質的特異生物標志物均有所不同。同樣, 紅樹林系統中不同植物和動物在潮間帶的橫向(高、中、低潮位)和縱向(鹽度高低)分布也隨著不同地域的特點而變化。雖然蒲公英萜醇有良好的示蹤能力, 但根據目前的研究, 只有紅樹和欖李兩個屬的紅樹植物才能大量產生蒲公英萜醇。因此, 利用蒲公英萜醇估算有機質來源時, 當地紅樹林的群落結構對結果影響很大。未來研究應在充分的生態學調查的基礎上更準確地估算紅樹林對沉積有機質的貢獻。同時, 隨著氣候變化加劇, 海平面高度、大氣CO2濃度、氣溫水溫及降雨量的變化都會對紅樹林濕地系統的碳埋藏能力造成影響。對于以紅樹林系統為代表的的海岸帶生態系統的“藍碳”碳儲, 無論是靜態碳庫還是動態碳通量, 目前都存在多種測量方法。在未來研究中, 建立對“藍碳”這一相對較新的概念的統一核算標準也有利于進行大范圍的統計和分析。

4 結論

(1) 在儋州灣南岸采集的柱狀樣中高等植物生標(長鏈正構烷烴C27+29+31+33n-alkanes)含量為(95±34) μg/g TOC, 浮游植物生標(甲藻甾醇、菜籽甾醇、長鏈烯酮)含量為(18±7) μg/g TOC, 紅樹植物標志物(蒲公英萜醇)含量為(272±149) μg/g TOC。混合模型表明該處陸源、水源和紅樹植物有機質所占平均比例分別為47%, 36%和17%, 與生物標志物含量指示相吻合。雖然儋州灣沿岸生長有紅樹林, 但紅樹植物有機質并不是沉積物中的主要成分, 相對埋藏量只有3%,這可能是由陸源有機質的沉積和紅樹植物有機質的大量輸出/分解造成的。

(2) 儋州灣南岸柱狀樣沉積物單位厘米深度碳儲量為0.12～2.90 t/ha, 40 cm 長的柱狀樣總碳儲量約34.10 t/ha。據此估計, 儋州灣南岸的紅樹林保護區表層40 cm 沉積物的總碳儲約4 535 t。本研究表明, 儋州灣地區沉積物中來自于紅樹林的有機質比例不高,且其碳埋藏量低于全球平均水平。2019 年, 儋州灣濕地入選《中國沿海濕地保護綠皮書(2019)》“最值得關注的十塊濱海濕地”名單, 具有很大的生態價值和發展潛力。修復和保護儋州灣紅樹林, 能夠有效提升濕地的碳埋藏效率、降低大氣CO2濃度, 從而減緩氣候變化對環境帶來的負面影響。

致謝:張海龍和王子成幫助采集樣品, 李莉、侯鵬飛對實驗工作進行了幫助,審稿人給予了專業的修改建議, 作者對此表示誠摯謝意。