半自然退塘還林模式下紅樹林生態環境特征及其物種多樣性動態變化分析

摘要

紅樹林是地球上生物多樣性最豐富和生產力最高的生態系統之一，是抵御臺風、海嘯和風暴潮等災害的生態屏障，也是眾多魚蝦蟹貝、昆蟲和鳥類的重要棲息地。以海南省昌江黎族自治縣珠碧江河口濕地為研究對象，于2021年5月至2023年10月開展生態環境和動植物群體調研。采用Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson多樣性指數和Pielou均勻度指數進行紅樹林物種多樣性評價，并運用Canoco 5.0進行相關性分析。結果表明：1）隨著退塘還林年限的增加，水體中硝酸鹽氮、活性磷酸鹽含量呈下降趨勢，半自然退塘還林模式在一定程度上改善了水環境質量；2）在各退塘還林階段，底棲動物和魚類多樣性均呈現先降后升的趨勢，退塘還林區物種多樣性和生態系統功能得到了一定的提升；3）水體溫度和沉積物pH與紅樹林物種多樣性指數呈顯著相關，在未來紅樹林修復過程中需給予更多關注。

關鍵詞

退塘還林；紅樹林；生物多樣性；環境因子；海南島

中圖分類號： S718.5 文獻標志碼： A DOI：10.12233/j.gdyl.2024.03.017

文章編號：1671-2641（2024）03-0120-06

Abstract

Mangroves are one of the most biodiverse and productive ecosystems on Earth， an ecological barrier against disasters such as typhoons， tsunamis and storm surges， and essential habitats for numerous fish， shrimps， crabs， shellfish， insects and birds. The Zhubijiang estuary wetland in Changjiang County， Hainan Province， was used as the study object， and the research on the ecological environment and the flora and fauna communities was carried out from May 2021 to October 2023. Mangrove species diversity was evaluated using the Shannon-Wiener index， Simpson index and Pielou evenness index， and correlation analysis was performed with Canoco 5.0. The results showed that the nitrate nitrogen and active phosphate content in the water body showed a decreasing trend with the increase of the years of pond retreat， and the semi-natural pond retreat mode improved the water environment quality to a certain extent. The diversity of benthic fauna and fish showed a decreasing and then an increasing trend at each pond retreat stage， and the species diversity and ecosystem function of the pond retreat area were improved to a certain extent. The water temperature and sediment pH were significantly correlated with the mangrove species diversity index， and more attention should be paid to the mangrove restoration process in the future.

Keywords

Pond-to-mangrove; Mangrove; Biodiversity; Environmental factor; Hainan Island

文章亮點

1）對珠碧江河口濕地紅樹林退塘還林修復前期生態環境特征及物種多樣性變化進行較全面的分析；2）初步揭示了水體溫度、鹽度和沉積物pH是影響紅樹林物種多樣性的主導環境因子；3）為河口濕地紅樹林生態修復提供科學參考。

紅樹林指自然分布于熱帶、亞熱帶海岸帶和潮間帶，由紅樹植物為主的常綠喬木、灌木組成的木本植物群落，其是海岸區域重要的濕地類型之一[1]，也是當今全球生產力最高、碳含量最高的生態系統之一[2]。20世紀80年代以來，在全球魚蝦消費需求急劇增長、養殖塘大規模建設的背景下，紅樹林面積不斷縮小，紅樹林濕地生態系統成為熱帶地區退化最嚴重的生態系統[3]，其恢復成為全球亟待解決的生態問題之一。灘涂造林的恢復方式存在造林區域有限、成活率低、不利于維持生物多樣性等諸多問題[4]，退塘還林以其獨特的優勢成為紅樹林生態恢復的主要方式[5～6]。自我國2018年全面推行退塘還林還濕工作以來，對退塘區域紅樹林生態系統變化的研究基本空白[7]。現有研究表明，半自然退塘還林模式（人工輔助退塘還林模式）通過人工打開魚塘缺口，疏整納潮通道，恢復水文連通性后，避開退潮積水區配植適當的紅樹植物，可快速達到較好的恢復效果[8]。但目前尚不明確該模式在退塘還林過程中生態環境特征的變化、生態恢復的程度和周期，以及是否具有可行性、可推廣性等。

珠碧江河口濕地紅樹林是海南島西部沿海地帶十分重要的自然生態資源。該濕地有豐富的底棲動物和魚類資源，也是大多數遷徙水鳥和過境候鳥的棲息地，能有效指示退塘還林恢復效果。該地于2021年進行半自然退塘還林修復，人工種植紅海蘭Rhizophora stylosa、海欖雌Avicennia marina、蠟燭果Aegiceras corniculatum、欖李Lumnitzera racemosa和水黃皮Pongamia pinnata等植物，苗木規格為40～60 cm，種植間距為1.0 m×1.0 m，

造林修復總面積約為0.62 km2，疏通納潮通道約為

0.07 km2。因此，珠碧江河口濕地是探究半自然退塘還林模式下紅樹林生態系統功能恢復情況的典型實驗樣地。

本研究分別在珠碧江河口濕地紅樹林退塘還林前半年（退塘-0.5a）、退塘還林時（退塘0a）、退塘還林后半年、一年、一年半、兩年（退塘0.5a、1a、1.5a、2a）6個階段，對退塘還林區域水質因子、沉積物因子、植被群落、底棲動物和魚類多樣性進行調查監測和對比研究，旨在為進一步探討退塘還林機制和過程奠定理論基礎，為退塘還林技術的研發提供更多的依據。同時，揭示影響紅樹林物種多樣性的主導環境因子，為珠碧江河口濕地紅樹林的科學保護和修復策略的制定提供必要的數據支持。

1 研究區與研究方法

1.1研究區概況

珠碧江河口濕地位于海南省珠碧江與南羅溪交匯處的南羅溪至新港濕地區域，退塘還林修復種植范圍為南羅村-新港海岸區域，南側以橋梁為界，北側至小島南緣，西側岸線不進行生態護岸改造，東側不包括河道與河堤（19°29'1''～19°29'48''N，108°55'48''～108°56'32'' E）。該地區屬典型的熱帶季風性海洋氣候，年平均氣溫24.3℃，年平均降水量1 676 mm，日照充足，熱量豐富[9]。

1.2研究方法

1.2.1 監測方法

本研究以底棲動物和魚類作為生物指示指標，結合生態環境監測數據來分析半自然退塘還林模式下紅樹林生態系統功能的恢復情況。于2021年5月至2023年10月對修復區域進行為期3年共6個階段的監測，于每年5月（春季）和10月（秋季）開展。具體監測方法如下：

1）動物群落調查

底棲動物：在入海口（1號點）、林緣灘涂（2、3號點）、不同樹種組成的林分內（4、5號點）分別選取5個底棲動物監測斷面，每個斷面采集5個樣方，樣方大小為30 cm×30 cm，深度為30 cm。采集樣方框內的沉積物，用1 mm孔徑篩子分選出沉積物內底棲生物并鑒定種名，使用精確度為0.01 g的電子天平測量其鮮重以計算生物量。

魚類：采用捕撈法監測魚類。根據不同立地條件，在入海口（1號點）、林緣灘涂（2、3號點）、紅樹林林內潮溝（4、5號點）分別布設5個魚類監測點。選用當地漁民常用的地籠，又稱蜈蚣網，于漲潮前布于樣點，隔日退潮后起網[10]。根據《海洋調查規范第6部分：海洋生物調查》

（GB/T 12763.6-2007）的有關規定，起網后將收集的魚類樣品進行種類鑒定、計數等實驗步驟。

2）環境參數獲取

植物群落：調查退塘區域的植物種類、個體數量、樹高、胸徑或基徑等，以了解樣地的紅樹幼苗生長情況和底棲動物、魚類的棲息環境。根據不同群落類型的分布情況設置樣地，每個樣地設置3個大小為10 m×10 m的樣方。

水質因子：采用現場實測結合采樣測定的方法。海水酸堿度（pH）、溫度、鹽度（Salinity，Sal）、溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）使用儀器現場檢測；氨氮（NH3-N）、硝酸鹽氮（NO3-N）、亞硝酸鹽氮（NO2-N）和活性磷酸鹽（PO43-）含量通過采集監測點水樣送實驗室檢測得到。

沉積物因子：采集表層0～10 cm及10～20 cm的沉積物，采樣時先輕輕刮去沉積物表面，利用環刀（100 cm3）采取沉積物樣品，裝入自封袋，并做好標記送實驗室，檢測其pH、容重、鹽度。

根據以上方法設計各監測樣點，共設立10個植物調查樣地、5個魚類監測點、5個底棲監測斷面、5處水質監測點和4處沉積物監測點（圖1）。

1.2.2 數據處理與分析

1）生物多樣性分析

本研究通過在不同季節對珠碧江紅樹林進行實地監測調查，利用R軟件[11]計算研究區域內的Shannon-Wiener多樣性指數（H′）、Simpson多樣性指數（D）、Pielou均勻度指數（J），測度退塘還林區底棲動物和魚類物種多樣性[12]，相關公式如下：

式中，S為物種數，Pi的數值等于物種i的個體數占群落中總個體數的比例。

2）環境因子與生物因子相關性分析

分析不同退塘階段的環境因子與底棲動物、魚類生物指數的相關性，有助于探究退塘還林過程中影響紅樹林恢復效果的因子。本研究運用Canoco 5.0[13]對底棲動物、魚類與環境因子進行冗余分析（Redundancy Analysis，RDA），含8個水質因子（鹽度、溫度、溶解氧、pH、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽）、3個沉積物因子（鹽度、pH、容重）與5個生物指標（物種數S、個體數N、Shannon-Wiener多樣性指數、Simposon多樣性指數、Pielou均勻度指數）。

2 結果與分析

2.1 退塘還林過程中紅樹林生態環境特征的變化

2.1.1 植物群落特征變化

通過研究區紅樹植物各階段的實地監測可以發現，種植的紅海蘭、海欖雌、蠟燭果幼苗無論是高度還是莖干，都能在短時間內展現出明顯的生長態勢（表1）。同時，在退塘1.5a階段后，大多數紅樹苗木已生長出支柱根，顯示出良好的定植效果。

2.1.2 水質因子特征變化

研究區水體pH范圍為7.25～8.32，溫度為25.20～

37.30℃，鹽度為6.12‰～48.32‰，溶解氧為2.65～

10.44 mg·L-1，氨氮范圍為0.000～1.280 mg·L-1，硝酸鹽氮為0.005～0.501 mg·L-1，亞硝酸鹽氮為0.001～

0.153 mg·L-1，活性磷酸鹽為0.017～0.208 mg·L-1（圖2）。在各退塘階段中，水質因子均有差異，其中溫度、鹽度、溶解氧、氨氮和亞硝酸鹽氮差異更顯著。溶解氧在退塘1.5a階段前呈不同程度的下降趨勢，在2a階段時有所升高；亞硝酸鹽氮、活性磷酸鹽在退塘1.5a階段前波動升高，但在2a階段時有所下降并顯著低于1.5a階段。

2.1.3 沉積物因子特征變化

研究區0～10 cm土層沉積物pH范圍為4.18～9.21，容重為0.90～1.67 g·cm-3，鹽度為0.10 ‰～16.30‰。10～

20 cm土層沉積物pH范圍為4.09～8.87，容重為1.01～1.62 g·cm-3，鹽度為0.08 ‰～9.72‰。在各個退塘還林階段，沉積物pH總體呈升-降-升的趨勢；容重總體差異不大；鹽度呈波動上升的趨勢，且表層鹽度都要高于深層鹽度（圖3）。

2.2 退塘還林過程中物種多樣性的變化

底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數在退塘0a至退塘1a階段均有所下降，在退塘1.5a、退塘2a階段有所上升，甚至在退塘1.5a時高于退塘前（圖4-a），一定程度說明半自然退塘還林修復模式速度快，成效明顯。同年監測的Shannon-Wiener多樣性指數高值均出現在春季（退塘-0.5a、0.5a、1.5a階段），這與東寨港紅樹林灘涂大型底棲動物存在季節變化的特點一致[14]，猜測該季節變化可能跟優勢種的繁殖特點有關。

魚類Shannon-Wiener多樣性指數在退塘后呈先降后升趨勢（圖4-b），且在退塘2a階段高于退塘0a階段，隨著退塘時間的增加，魚類多樣性得到恢復。均勻度指數在不同退塘階段有所波動，總體差異不大。在退塘1.5a階段的調查中，臨近入海口的1號、2號監測點因漁網被人為損壞未記錄到物種，故該階段的魚類多樣性偏低。

2.3 紅樹林環境因子與生物因子的相關性

2.3.1 水質因子與生物因子關聯分析

水質因子與底棲動物生物多樣性的Canoco-RDA分析顯示（圖5-a），溫度與底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數、物種數呈顯著正相關（P<0.01）。水質因子與魚類生物多樣性的Canoco-RDA分析顯示（圖5-b），水體鹽度與魚類個體數、物種數呈顯著正相關（P<0.01），溫度與魚類個體數、物種數呈顯著正相關（P<0.05），亞硝酸鹽氮含量與魚類Simpson多樣性指數方向趨近相反，呈顯著負相關（P<0.01）。

2.3.2 沉積物因子與生物因子關聯分析

深層沉積物pH與底棲動物Shannon-Wiener多樣性指數、Simpson多樣性指數和物種數有顯著相關性（P<0.05，圖6-a）。淺層沉積物容重與魚類物種多樣性有顯著相關性（P<0.01），深層沉積物鹽度與魚類物種多樣性有顯著相關性（P<0.05，圖6-b）。

3 討論

溶解氧含量是反映海水質量或有機物污染的主要指標之一[15]，研究區溶解氧在退塘2a階段較退塘1.5a階段有所提升。陳永林等[16]將水體NO3-、NO2-、NH4+、PO43-等指標列為水環境質量負向指標，對廣西壯族自治區北海紅樹林區的海域水質進行測定，得到NO3-范圍為0.02～0.31 mg·L-1，NO2-為0.00～0.07 mg·L-1，NH4+為0.01～0.08mg·L-1。本研究顯示，退塘2a階段硝酸鹽氮、活性磷酸鹽含量顯著低于1.5a階段。因此，隨著退塘時間的延長，研究區水環境質量可能會有很大地改善。相關性分析結果表明，水體溫度與底棲動物、魚類物種多樣性呈顯著相關，且在適宜范圍內，呈正相關。根據底棲動物的生理活動和代謝速率可知，在適宜的溫度范圍內，溫度越高，底棲動物的生長和繁殖活動通常會越旺盛，種群數量也相對較

高[17]。其次，溫度對魚類的生命周期、繁殖活動、食物鏈和食物供應也有直接影響，許多魚類在特定的溫度范圍內才能正常繁殖和生存[18]。

紅樹林濕地沉積物的理化性質如pH、養分含量及鹽度等，直接或間接影響著紅樹林的生長狀況和生態功

能[19]。本研究相關性分析結果表明，沉積物pH與底棲動物多樣性有顯著相關性。在適宜的pH值范圍內，底棲動物的物種多樣性通常較高。這是因為適宜的酸堿度條件有利于底棲動物的生存和繁衍。然而，當沉積物pH值過高時，可能會對底棲動物的生存造成不利影響，導致物種多樣性降低。此外，沉積物pH值的變化還可能影響底棲動物的分布和群落結構。不同的底棲動物對酸堿度的適應能力有所不同，因此，在pH值發生變化時，一些底棲動物可能會遷移至其他區域，而另一些則可能因無法適應而死亡，這進一步影響了底棲動物的物種多樣性。

4 結語

4.1 結論

本研究對珠碧江河口濕地紅樹林退塘還林修復前期3年6個階段的生態環境特征及物種多樣性變化進行分析，結果表明半自然退塘還林是可行性強、生境破壞少、生態恢復程度良好和周期短的修復模式，而且隨著退塘還林年限的增加，研究區域的水環境質量逐步得到改善。在退塘還林進程中，底棲動物和魚類多樣性呈現先降后升的趨勢，退塘還林生態恢復區生態系統功能也得到了一定的恢復。根據RDA分析，水體溫度和沉積物pH值與紅樹林物種多樣性息息相關，在未來紅樹林生態修復中需重點監測。

4.2 建議與展望

4.2.1 建議

珠碧江河口濕地經過三年半自然退塘還林修復，其紅樹林生態系統功能已得到了初步的恢復。在未來生態文明建設進程中，中國紅樹林保護和修復力度將會進一步加強。針對珠碧江退塘還林生態恢復區修復現狀及存在的問題，提出若干建議：

1）樹種選擇。由實地監測情況可知，紅海蘭、海欖雌和蠟燭果對研究區的適應性更高，可以作為該區域紅樹栽植的首選植物和建群種。另外，目前的生物多樣性偏低，不利于生態系統服務功能的發揮，修復種植時可在遵循“適地適樹”原則的基礎上，適當增加紅樹林物種種類，有利于提升群落的物種多樣性，進而提高群落的穩定性，增強紅樹林群落的抵抗能力[20]。部分外來入侵種對植物生態具有破壞作用，會擠占其他植物種群的生長空間和爭奪資源，可以有針對性地清除，進行幼林撫育、割草等管理。

2）水文連通。海水浸淹時間過短或過長都會影響紅樹林幼苗的存活率，在退塘還林修復種植前需特別注重場地平整和潮溝疏通，最大限度地保障海水漲退潮的正常運行，才能充分保障當地紅樹林的健康生長，同時維護其他水生生物的適宜生存環境。

3）生態監測。在未來紅樹林修復過程中，需加強對水體溫度以及沉積物pH、容重等環境因子的跟蹤監測，以維持紅樹林生態系統的穩定性。

4.2.2 展望

在紅樹林生態環境特征和物種多樣性影響分析中，本文僅對水質因子和沉積物pH、容重、鹽度做了研究和討論，但對沉積物碳庫有機碳組分及氮、磷、硅等營養元素在退塘還林過程中的變化并未深入探討，今后仍需深入研究，以便能更加全面地了解紅樹林退塘還林過程中生態環境因子的變化規律。其次，在對退塘還林過程中底棲動物、魚類資源的分布進行監測調查時，只在春季和秋季做了調研，對夏季和冬季的物種組成和分布并未深入探討，未來還需要進一步的跟蹤監測研究。

紅樹林修復和保護工作任重道遠。相關研究表明，完全恢復海洋和河口生態系統的動植物種類一般需要15～25年[21]，退塘還林后的紅樹林生物量至少需要50年才能接近鄰近的天然林水平，而恢復其生物多樣性則需要更長的時間[22]。本研究對退塘還林修復前期的物種多樣性監測具有較強的現實意義，但對于修復中期和后期的多樣性變化情況還需長時間的監測和研究。同時，后續還需加強紅樹林保護的科學管理與宣傳引導，以促進紅樹林的良性建設和可持續發展[23]。

致謝：感謝海南大學熱帶農林學院宋希強教授于論文選題和調研思路等方面的指導；感謝海南省林業科學研究院薛楊高級工程師于數據分析、行文邏輯性、用詞專業性等方面給予論文優化意見；感謝課題組張龍洋、孫靜馨、曾秀、薛乾懷、王鑫洋、張澤、楊華對本研究實驗調研的幫助。

注：文中圖片均由作者自繪。

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作者簡介：

王矮/1999 年生/文/廣西貿州人/碩士/海南大學（海口570100）/專業方向為紅樹林生態修復研究

杜意君/1981年生/男/海南海口人/博士/海南大學（海口570100）/研究員/研究方向為紅樹抹生物多樣性

鐘云芳/1977年生/文/海南海口人/博士/海南大學（海口5701000）/副教授/研究方向為園藝、生物學

（*通信作者）楊澤秀/1970年生/男/海南東方人/本科/海南省珠峰林業生態研究所（海口570100）/高級項目管理師、林業工程師/研究方向為森抹資源調查、生態修復/E-mail：8024010499.com

基金項目：海南東方黑臉琵鷺省級自然保護區2021年中央財政林業改革發展資金（濕地保護修復）項目實施方案（編號：RH2100006346）；昌江黎族自治縣珠碧江河口濕地紅樹林生態監測項目（編號：RH2200001542）