廣東省紅樹(shù)林土壤碳儲(chǔ)量及固碳潛力研究

覃國(guó)銘，張靖凡，周金戈，盧 哲，王法明

（1. 中國(guó)科學(xué)院華南植物園 小良熱帶海岸帶生態(tài)系統(tǒng)定位研究站，廣州 510650；2. 華南國(guó)家植物園，廣州 510650；3. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049）

二氧化碳（CO2）濃度上升導(dǎo)致的氣候變化，是全球共同面臨的重要環(huán)境問(wèn)題之一。目前，為了緩解氣候變化帶來(lái)的影響，主要采用的方式是減排增匯，即降低溫室氣體的排放和增加碳的儲(chǔ)量（Pan et al., 2011）。多數(shù)關(guān)于生態(tài)系統(tǒng)固碳增匯的項(xiàng)目，都是基于對(duì)陸地森林生態(tài)的恢復(fù)以及增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳儲(chǔ)量（Smith et al., 2008; Agrawal et al., 2011）。隨著對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)碳價(jià)值認(rèn)識(shí)的深化，“藍(lán)碳”逐漸受到學(xué)界的關(guān)注（Wang et al.,2021）。“藍(lán)碳”一般指生長(zhǎng)在濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)中的紅樹(shù)林、海草和鹽沼濕地所固定下來(lái)的碳（Duarte et al., 2005; Pendleton et al., 2012）。盡管濱海植被所占面積不足海洋總面積的2%，但其碳埋藏速率是成熟熱帶森林的幾十倍（Duarte et al., 2005；王法明 等，2021）。

紅樹(shù)林作為生長(zhǎng)在熱帶和亞熱帶地區(qū)的主要濱海植被，其固碳速率達(dá)到194 g C/m2/a，高于鹽沼（168 g C/m2/a）和海草床（140 g C/m2/a），是“藍(lán)碳”碳匯的主要貢獻(xiàn)者（Wang et al., 2021）。紅樹(shù)林除了具有較高的碳埋藏速率，還提供著重要的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。沿著中國(guó)的亞熱帶和熱帶海岸線，紅樹(shù)林主要在其中扮演抗風(fēng)消浪、固岸護(hù)堤、凈化環(huán)境等重要角色，而且還是魚(yú)類(lèi)、螃蟹和其他生物的棲息地（王法明 等，2021）。開(kāi)展紅樹(shù)林碳儲(chǔ)量研究，對(duì)于熱帶、亞熱帶地區(qū)科學(xué)恢復(fù)紅樹(shù)林濕地系統(tǒng)、建設(shè)低碳城市具有理論指導(dǎo)意義。

中國(guó)紅樹(shù)林主要分布在海南、廣東、廣西、福建和臺(tái)灣等省份（Li et al., 1997），紅樹(shù)林面積在近些年來(lái)變化較大。以廣東省為例，在歷史上，該省份紅樹(shù)林面積在所有省份中占比最高，且其面積曾占全國(guó)紅樹(shù)林面積的一半以上（Chen et al., 2017）。但受海平面上升、氣候變化、人類(lèi)活動(dòng)等因素的影響，廣東省紅樹(shù)林面積從1985年（9 305 hm2）開(kāi)始下降，到2005 年，面積僅為6 793 hm2；近年來(lái)，隨著政府出臺(tái)濕地保護(hù)相關(guān)政策，廣東省紅樹(shù)林的面積在2020年恢復(fù)至10 651.3 hm2（廣東省統(tǒng)計(jì)局，2020）。20世紀(jì)80年代以來(lái)，中國(guó)進(jìn)行了大規(guī)模的紅樹(shù)林造林活動(dòng)。20 世紀(jì)90 年代后，生長(zhǎng)速度快的外來(lái)樹(shù)種無(wú)瓣海桑（Sonneratia apelata）逐漸取代本地樹(shù)種，如秋茄（Kandelia candel），成為紅樹(shù)林人工恢復(fù)的主要樹(shù)種（Chen et al., 2009; Ren et al., 2009）。據(jù)此，廣東主要常見(jiàn)的紅樹(shù)植物為紅海欖（Rhizophora stylosa）、白骨壤（Avicennia marina）、桐花樹(shù)（Aegiceras corniculatum）、海漆（Excoecaria agallocha）、秋 茄（K. candel）、木 欖（Bruguiera gymnorrhiza）、海蓮果（Bruguiera sexangula）、無(wú)瓣海桑（S. apelata）、海桑（S. caseolaris）、對(duì)葉欖李（Laguncularia racemosa）等（廖寶文 等，2014）。

盡管廣東省在沿海區(qū)域造林取得一定的成績(jī)，但仍存在造林樹(shù)種單一、存活率相對(duì)較低等問(wèn)題。目前，尚未見(jiàn)關(guān)于該省份較完整的土壤碳儲(chǔ)量和固碳潛力研究。因此，本文通過(guò)文獻(xiàn)收集和數(shù)據(jù)整合的方法，對(duì)廣東沿海紅樹(shù)林碳分布格局進(jìn)行調(diào)查，分析其紅樹(shù)林碳儲(chǔ)量特征，以期為該地區(qū)未來(lái)造林工作提供較為全面的信息，為紅樹(shù)林的保育和管理提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

廣東省地處中國(guó)東南沿海區(qū)域，主要與香港、澳門(mén)、江西、湖南、廣西和福建接壤，與海南隔海相望。面積約為18萬(wàn)km2，其中海岸線長(zhǎng)4 114 km，為中國(guó)最長(zhǎng)的海岸線；全省海岸帶面積約為0.82萬(wàn)hm2，約占全國(guó)濕地面積的一半，主要分布在汕頭等14 個(gè)地級(jí)市（國(guó)家林業(yè)局，2014）。廣東省是中國(guó)紅樹(shù)林現(xiàn)存面積最大的省份，紅樹(shù)林主要呈間斷性小片分布，從南邊徐聞縣五里，到北邊饒平海山均有紅樹(shù)林分布（陳遠(yuǎn)生 等，2001）。截止到2015年底，廣東省一共建立了12個(gè)保護(hù)區(qū)，分別是湛江紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)、內(nèi)伶仃福田、淇澳擔(dān)桿島、惠東紅樹(shù)林、電白紅樹(shù)林、程村豪光紅樹(shù)林、平岡紅樹(shù)林濕地、崗列對(duì)岸三角洲、茂港紅樹(shù)林、蒼頭紅樹(shù)林、恩平紅樹(shù)林和鎮(zhèn)海灣紅樹(shù)林。這些保護(hù)區(qū)在廣東紅樹(shù)林的保護(hù)和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)“紅樹(shù)林”“廣東省”“有機(jī)碳”“碳儲(chǔ)量”和“沉積速率”等關(guān)鍵詞，在Web of Science、Google Scholar 和中國(guó)知網(wǎng)對(duì)已發(fā)表的期刊文章和科學(xué)報(bào)告進(jìn)行檢索，共獲得24篇符合要求的文獻(xiàn)。從這些文獻(xiàn)中，分別獲取樹(shù)種、土壤有機(jī)碳濃度和碳儲(chǔ)量等指標(biāo)。對(duì)于部分僅對(duì)土壤表層有機(jī)碳進(jìn)行測(cè)定的文獻(xiàn)，用表層的數(shù)據(jù)外推至整個(gè)土壤剖面（0～100 cm）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

1.3 各地級(jí)市紅樹(shù)林面積的獲取

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏查紅樹(shù)林?jǐn)?shù)據(jù)和谷歌地圖（Google earth）上的高清影像，利用目視解譯的方法，對(duì)各地級(jí)市的紅樹(shù)林范圍進(jìn)行區(qū)劃，最終在谷歌地圖引擎（Google Earth Engine）上對(duì)各地級(jí)市內(nèi)紅樹(shù)林所占面積進(jìn)行計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣東省不同紅樹(shù)林群落土壤碳含量及碳密度

對(duì)廣東省不同紅樹(shù)林群落的有機(jī)碳含量、土壤容重和碳密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（表1）。廣東省紅樹(shù)林土壤有機(jī)碳的含量均值為2.24%，本地的紅樹(shù)林群落的土壤有機(jī)碳含量大部分顯著高于外來(lái)紅樹(shù)林，其含量由大到小分別為：紅海欖 > 木欖 > 秋茄 > 桐花 >本地樹(shù)種混交 > 無(wú)瓣海桑 > 白骨壤 > 外來(lái)樹(shù)種混交。不同群落間紅樹(shù)林群落容重差異較大，其中白骨壤群落容重最大，為1.04 g/cm3，而秋茄群落的土壤容重最小，僅為0.78 g/cm3。

表1 廣東省不同紅樹(shù)林群落土壤有機(jī)碳含量及碳密度Table 1 Soil organic carbon contents and carbon densities in different mangrove communities in Guangdong Province

廣東省不同紅樹(shù)林群落土壤碳密度變化范圍為0.12～0.28 Gg C/hm2，不同紅樹(shù)林群落植被的碳密度從大到小為：紅海欖 > 木欖 > 外來(lái)樹(shù)種混交 > 白骨壤=桐花 > 無(wú)瓣海桑 > 本地樹(shù)種混交 > 秋茄。

2.2 廣東省不同地區(qū)紅樹(shù)林土壤碳密度及碳儲(chǔ)量

經(jīng)過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廣東省現(xiàn)有的紅樹(shù)林面積為9 106.21 hm2，主要分布在潮州、東莞、廣州、惠州、江門(mén)、茂名、汕頭、汕尾、深圳、陽(yáng)江、湛江、中山和珠海13個(gè)地區(qū)。

對(duì)廣東省13個(gè)地區(qū)的紅樹(shù)林群落土壤有機(jī)碳及碳儲(chǔ)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示，惠州地區(qū)的土壤有機(jī)碳含量較高，為3.47%，其次是江門(mén)（2.15%）、中山（2.08%）、湛江（2.07%）和汕頭（2.04%），其中有機(jī)碳含量最低的地區(qū)是茂名，僅為1.15%。土壤容重方面，廣東省的土壤容重平均值為0.72 g/cm3，其中廣州和湛江最高，分別是0.97 和0.93 g/cm3，潮州最低，僅為0.47 g/cm3（表2）。

表2 廣東省不同地區(qū)紅樹(shù)林群落土壤有機(jī)碳含量以及碳儲(chǔ)量Table 2 Soil organic carbon contents and carbon storages in different site of mangrove communities in Guangdong Province

進(jìn)一步對(duì)廣東省不同地區(qū)紅樹(shù)林的土壤碳密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其含量從大到小為惠州 > 中山 > 汕頭 >廣州 > 茂名 > 珠海 > 湛江 > 潮州 > 深圳 > 江門(mén)。各地區(qū)土壤碳儲(chǔ)量從大到小為湛江 > 陽(yáng)江 > 江門(mén) >珠海 > 茂名 > 汕頭 > 中山 > 惠州 > 廣州 > 深圳 >汕尾 > 東莞 > 潮州。綜上，廣東省紅樹(shù)林土壤碳儲(chǔ)量約為1 542.02 Gg C。

2.3 廣東省不同地區(qū)紅樹(shù)林群落土壤沉積速率

根據(jù)210Pb測(cè)年法估算，廣東省各地區(qū)紅樹(shù)林的平均沉積速率速率為13.47 mm/a。如表3 所示，淇澳島的沉積速率最高，為31.5 mm/a，其次是鎮(zhèn)海灣16.5 mm/a，深圳福田15.9 mm/a，雷州灣的沉積速率最低，僅為7.3 mm/a。廣東省碳埋藏能力平均值為2.96 Gg C/a，其中雷州半島的碳埋藏能力最大，為6.05 Gg C/a，而深圳福田的埋藏最低僅為0.66 Gg C/a。各地區(qū)有機(jī)碳平均累積速率由大到小依次為：淇澳島 > 深圳福田 > 鎮(zhèn)海灣 > 雷州半島 >英羅港 > 雷州灣。不同紅樹(shù)林群落方面，無(wú)瓣海桑群落的沉積速率最高，為19.4 mm/a，而桐花和木欖的混交群落的沉積速率最低，僅為6.5 mm/a。與沉積速率相似，無(wú)瓣海桑群落的有機(jī)碳累積速率最高，為306.5 g C/m2/a，而海欖雌和桐花的混交群落有機(jī)碳累積速率最低，為35 g C/m2/a（表4）。

表3 廣東省不同地點(diǎn)土壤沉積速率和有機(jī)碳積累速率Table 3 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different locations in Guangdong

表4 廣東省不同群落的土壤沉積速率和有機(jī)碳積累速率Table 4 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different communities in Guangdong

3 討論

3.1 不同紅樹(shù)林群落土壤碳密度

紅樹(shù)林的土壤有機(jī)碳來(lái)源主要是地上的凋落物、地下的根系以及河流中懸浮的有機(jī)顆粒物（Tam et al., 1998; Kristensen et al., 2008）。其中，紅樹(shù)林自身凋落物是有機(jī)碳輸入的主要來(lái)源（辛琨等，2014）。紅樹(shù)林群落土壤有機(jī)碳的來(lái)源主要受生物因子和非生物因子的共同影響（Ouyang et al.,2017）。生物因子主要包括紅樹(shù)林的光合作用和紅樹(shù)林間灘涂動(dòng)物等，非生物因子主要包括紅樹(shù)林所處的位置以及氣候等因子。在本研究中，紅海欖和木欖的土壤有機(jī)碳含量以及碳密度均顯著高于其他物種的土壤，因此從固碳能力的角度，在紅樹(shù)林重建過(guò)程中，可以優(yōu)先考慮這些樹(shù)種。盡管秋茄土壤有機(jī)碳含量較高，但其容重較低，所以碳密度相對(duì)較低。而無(wú)瓣海桑作為廣東省紅樹(shù)林恢復(fù)的主要造林樹(shù)種，其土壤有機(jī)碳含量均低于其他紅樹(shù)林樹(shù)種，原因可能是廣東省的無(wú)瓣海桑群落多為人工種植，林齡較小。Yu等（2020）對(duì)廣東珠海不同林齡的無(wú)瓣海桑群落土壤有機(jī)碳含量進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，15 a生與4 a生的無(wú)瓣海桑土壤有機(jī)碳含量無(wú)顯著差異，進(jìn)一步證實(shí)該物種幼林齡階段土壤碳累積速率低。

3.2 紅樹(shù)林群落土壤碳含量和碳儲(chǔ)量

本研究發(fā)現(xiàn)廣東省不同紅樹(shù)林群落土壤有機(jī)碳含量范圍在1.26%～4.22%，平均值約為2.24%，高于同緯度的廣西紅樹(shù)林土壤平均有機(jī)碳含量1.61%（談思泳 等，2017），但稍低于相對(duì)低緯度海南紅樹(shù)林土壤有機(jī)碳含量（3.27%）（辛琨 等，2014）。其原因可能與紅樹(shù)林生長(zhǎng)的地形有關(guān)，廣東和廣西的紅樹(shù)林大多生長(zhǎng)于開(kāi)闊海岸區(qū)域，而海南的紅樹(shù)林大多生長(zhǎng)在河口海岸，該區(qū)域具有營(yíng)養(yǎng)物沉積多，淤泥沉積豐富的特點(diǎn)，更利于紅樹(shù)林的生長(zhǎng)（胡懿凱 等，2019a）。其次，紅樹(shù)林受干擾程度也會(huì)影響土壤有機(jī)碳的形成。一般而言，受干擾程度低的紅樹(shù)林土壤碳含量更高（Alongi, 2014），主要是因?yàn)榧t樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)脆弱，人為的擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致原有的土壤結(jié)構(gòu)被破壞，土壤微生物群落發(fā)生改變，減弱微生物對(duì)土壤碳的固持作用，從而使得原有的豐富有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分容易隨潮汐作用流失（Mcleod etal., 2011）。廣東的紅樹(shù)林多為后期人工恢復(fù)，恢復(fù)前的“圍墾造塘”，以及恢復(fù)過(guò)程中的整地等活動(dòng)，均導(dǎo)致大量有機(jī)質(zhì)流失。此外，廣東人口密度大，人為活動(dòng)相對(duì)活躍，生活污水的不合理排放，也導(dǎo)致紅樹(shù)林碳含量相對(duì)低于其他省份。

廣東紅樹(shù)林土壤有機(jī)碳密度平均值為0.23 Gg C/hm2，低于低緯度的海南紅樹(shù)林有機(jī)碳密度（0.70 Gg C/hm2）（辛琨 等，2014），稍高于廣西紅樹(shù)林土壤有機(jī)碳密度（0.14 Gg C/hm2）（陶玉華 等，2020）。其原因可能是，與廣東和廣西相比，低緯度的海南常年高溫多雨，更有利于紅樹(shù)林的生長(zhǎng)（Wang et al., 2019）。其次，廣東紅樹(shù)林大部分是后期人工種植，林齡相對(duì)較小。紅樹(shù)林處在幼齡林和中齡林，其地下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)較少，而當(dāng)其生長(zhǎng)到成熟林時(shí)，土壤有機(jī)碳隨生長(zhǎng)年限逐年顯著上升（Adame et al., 2018；胡懿凱 等，2019a）。綜上，紅樹(shù)林的碳密度分布格局，在大尺度上，主要受到氣候因素控制，而在小尺度上，主要受到紅樹(shù)林的林齡和生長(zhǎng)所在地的地理水文條件共同決定。

3.3 紅樹(shù)林碳埋藏速率

不同地區(qū)紅樹(shù)林地區(qū)沉積速率的快慢主要由沉積環(huán)境的水動(dòng)力以及泥沙供應(yīng)等因子共同決定。一般而言，在同一區(qū)域，紅樹(shù)林外緣區(qū)域具有淹水時(shí)間長(zhǎng)以及漲潮量大的特點(diǎn)，使得外緣區(qū)域的沉積速率遠(yuǎn)大于內(nèi)部區(qū)域。在本研究，淇澳島的沉積速率較高（31.5 mm/a），可能是該區(qū)域位于河口灣附近，隨著珠江三角洲的發(fā)育，大量的沉積物隨河流運(yùn)輸至此，泥沙供應(yīng)充足，因此具有較高的沉積速率。其他沉積速率速率相對(duì)較低地區(qū)，如英羅港（10.3 mm/a），屬于半封閉的海灣，缺乏大型河流輸入，泥沙的來(lái)源相對(duì)較少。此外，沉積速率海域與臺(tái)風(fēng)登錄頻率具有一定的關(guān)系（傅海峰 等，2014）。近幾十年廣東臺(tái)風(fēng)登錄次數(shù)顯著高于廣西，進(jìn)一步促進(jìn)廣東沿海區(qū)域的泥沙沉積。在海平面上升加劇和臺(tái)風(fēng)登錄頻率增大等氣候變化背景下，位于海岸帶前緣的紅樹(shù)林可以較好地接納風(fēng)暴沉積物，減少極端天氣帶來(lái)的影響。

有機(jī)碳碳埋藏速率通常由沉積速率與沉積物碳密度計(jì)算獲得。廣東有機(jī)碳埋藏速率介于73～539.5 g C/m2/a，其中淇澳島的有機(jī)碳埋藏速率最高，而雷州灣的有機(jī)碳埋藏速率最低。結(jié)合紅樹(shù)林沉積速率和有機(jī)碳埋藏速率發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳埋藏速率主要受沉積速率的影響，在沉積速率較大的珠江口區(qū)域，其有機(jī)碳沉積速率也較高，而位于雷州灣內(nèi)側(cè)的紅樹(shù)林沉積速率較低，其有機(jī)碳埋藏速率也較慢。總體上，廣東平均碳埋藏速率平均值為250 g C/m2/a，高于中國(guó)海平面上升速率，且高于全球紅樹(shù)林固碳速率的平均值（194 g C /m2/a）（Wang et al., 2021），說(shuō)明廣東紅樹(shù)林普遍具有較高的碳埋藏潛力。

4 結(jié)論

紅樹(shù)林是重要的濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)，具有較高的儲(chǔ)碳能力。本研究通過(guò)文獻(xiàn)收集和數(shù)據(jù)整合的方法，對(duì)廣東省紅樹(shù)林的土壤碳儲(chǔ)量以及固碳潛力進(jìn)行探討。結(jié)果顯示，廣東省紅樹(shù)林的面積為9 106.21 hm2，土壤碳儲(chǔ)量約為1 542.02 Gg C，土壤碳密度為0.23 Gg C/hm2。由于紅海欖和木欖土壤碳密度較高，因此在紅樹(shù)林重建的過(guò)程中這兩者的選用將更有助于提升當(dāng)?shù)丶t樹(shù)林的碳儲(chǔ)量。與中國(guó)其他地區(qū)相比，廣東省土壤有機(jī)碳含量在1.26%～4.22%，平均值為2.24%，該數(shù)值高于廣西壯族自治區(qū)，但低于海南省，原因可能與紅樹(shù)林生長(zhǎng)地形以及受干擾程度有關(guān)。基于210Pb測(cè)年法估算，廣東省紅樹(shù)林的平均沉積速率為14.5 mm/a，碳埋藏能力約為2.96 Gg C/a，高于全球紅樹(shù)林固碳速率的平均值，說(shuō)明廣東省具有較高的碳埋藏潛力。

本研究基于廣東省不同地區(qū)紅樹(shù)林土壤的數(shù)據(jù)，探討了該省份內(nèi)土壤碳儲(chǔ)量及固碳潛力，可為濱海濕地總碳儲(chǔ)量的精準(zhǔn)估計(jì)提供基礎(chǔ)，為“雙碳”的實(shí)現(xiàn)做好技術(shù)支撐。本研究?jī)H對(duì)紅樹(shù)林群落內(nèi)土壤的碳儲(chǔ)量以及碳埋藏速率進(jìn)行研究，并未涉及植被碳儲(chǔ)量，未來(lái)可以進(jìn)一步結(jié)合光學(xué)遙感數(shù)據(jù)（如MODIS、Landsat 等提取的植被指數(shù)（NDVI、EVI、LAI 等））、雷達(dá)數(shù)據(jù)（如Sentinel）和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)（ICESat、GEDI 等）對(duì)植被生物量進(jìn)行估計(jì)。此外，在本文的數(shù)據(jù)集中，由于部分地區(qū)可用數(shù)據(jù)太少，在對(duì)當(dāng)?shù)氐奶純?chǔ)量估計(jì)可能存在不確定性，因此，需加強(qiáng)對(duì)不同地區(qū)紅樹(shù)林群落的研究，將有助于提高紅樹(shù)林碳儲(chǔ)量準(zhǔn)確性，以期為當(dāng)?shù)仃P(guān)于紅樹(shù)林的保育和管理工作提供科學(xué)依據(jù)。