海南東寨港紅樹林沉積物中有機質的分布特征

袁超+趙爽+徐柯

摘要：于2012年6月至2013年3月，分4次對海南東寨港紅樹林沉積物中的有機質含量進行測定。結果表明，沉積物中有機質含量為331.366～430.298 mg/g，平均值為373.47 mg/g，不同采樣點有機質水平分布差異顯著。不同深度有機質含量隨深度增加呈降低趨勢，0～2、2～5、5～8 cm有機質含量分別為116.54～152.29、106.59～143.89、103.28～134.11 mg/g。表層有機質濃度最高，平均35.19%的有機質分布在0～2 cm表層。春季有機質含量略低于秋、夏、冬，最高含量均出現在10月，為152.29 mg/g。

關鍵詞：紅樹林；沉積物；有機質；水平分布特征；垂直分布特征；季節分布特征

中圖分類號： S181 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）01-0263-04

紅樹林生態系統是潮間帶5種生態類型之一[1]，主要位于熱帶、亞熱帶海灣河口區，處于海洋、陸地、大氣的動態交界面，周期性遭受海水浸淹的潮間帶環境，使其在結構和功能上既不同于海洋生態系統，也不同于陸地生態系統[2]。海南東寨港紅樹林濕地位于海南省?？谑袞|北部寨港內（110°32′～110°37′E，19°51′～20°01′N），是我國最典型、最原始的天然紅樹林分布區[3]。保護區總面積為3 337.6 hm2，其中紅樹林面積2 180 hm2，保護區內共有紅樹植物19科35種，占全國紅樹植物種類的95%。該地區屬熱帶季風氣候，年平均氣溫23.8 ℃，年降水量1 700 mm，平均水溫24.5 ℃，十分適宜紅樹林生長[4-5]。

紅樹林盤根錯節的發達根系對于減少海浪沖擊，保護海岸環境具有重要作用，獨特的板狀根、支柱根和膝狀根在防風消浪的同時，也固持了大量土壤，蓄積了大量土壤有機碳[2，6]，全球紅樹林每天平均生產力為2 500 mg C/m2[7]。單位面積紅樹林地上部分固碳能力約為熱帶雨林的10倍[8-10]，而整個紅樹林生態系統單位面積的固碳能力約為熱帶雨林的50倍[11]。因此紅樹林是重要的碳匯，在全球碳循環中扮演著重要的角色，目前紅樹林濕地碳儲量、碳匯能力在全球碳平衡中的作用和地位越來越受到重視。國內外對于土壤有機碳的研究一般在30 cm[12]、1 m[13]到3 m[10]或數米[14]不等。針對海南島紅樹林有機碳的相關報道已經有很多，辛琨等通過對比群落結構、土壤理化性質、不同區域的自然條件，探討了海南省紅樹林土壤有機碳的分布規律以及影響碳儲量的主要因素[6]；郭志華等通過野外實地調查，研究了海南清瀾港紅樹林濕地離文昌河河口和海洋的距離對紅樹林土壤有機碳分布的影響及土壤有機碳與pH值的關系[15]。本研究于2012年6月至2013年3月，分4次測定了海南東寨港紅樹林沉積物中有機質水平、垂直含量，分析了其在水平、垂直及季節的分布規律，以期為后續沉積物中底棲生物的相關研究提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 采樣時間和地點

于2012年6月9日、2012年10月20日、2012年12月16日、2013年3月19日在東寨港紅樹林保護區選取A、B、C、D、E共5個采樣站點，每個采樣站位點采集5個沉積物柱狀樣品。A測站（110.586 0E，19.955 0N）在當地山尾小學遠離水門閘排出口300 m左右的位置，主要的樹種為海蓮；B測站（110.585 0E，19.953 5N）距離A點200 m左右，靠近水門閘排出口，主要的樹種為白骨壤；C測站（110.580 5E，19.951 5N）在東寨港紅樹林研究所育苗圃附近位置；D測站（110.580 0E，19.951 1N）距C點300 m左右的位置，主要樹種為海桑；E測站（110.583 0E，19.950 0N）位于河邊位置，靠近碼頭，紅樹林生長環境較差，受陸地和人的活動影響較大（圖1）。

1.2 樣品采集與處理

采用內徑為2.9 cm的有機玻璃管，選擇具有代表性、底質類型相對均勻、較完整、無人為破壞或人為擾動且相對較穩定的地點取芯樣，每個地點采5個芯樣，每個芯樣按0～2、2～5、5～8 cm 3個層面分層裝入封口袋，用于有機質的測定。

1.3 測定方法

將樣品分別置于玻璃皿中，在無風條件下自然晾干，研磨勻凈，使其通過0.25 mm篩孔的的分離篩，準確稱取0.15 g土壤樣品，然后采用重鉻酸鉀外加熱法測定土壤樣品中有機質含量[16]。

1.4 數據處理與統計分析

對數據資料的處理和分析采用SPSS 18.0軟件包中的有關程序來進行，同時采用 Surfer 8.0 軟件繪制取樣站位分布圖和等值線圖。

2 結果與分析

2.1 沉積物中有機質的水平分布

4次采樣測定調查區有機質的含量范圍為331.366～430.298 mg/g，總平均值為373.47 mg/g，不同調查時間其水平分布趨勢發生了一定變化。

2012年6月，有機質最高濃度值出現在A站（390.534±79.14 mg/g），最低濃度值出現在B站（331.366±46.85 mg/g）；2012年10月，有機質最高濃度值出現在A站（430.298±55.24 mg/g），最低濃度值出現在D站（365.828±45.46 mg/g）；2012年12月，有機質最高濃度值出現在A站（389.13±71.37 mg/g），最低濃度值出現在B站（339.626±39.60 mg/g）；2013年3月，有機質最高濃度值出現在E站（402.528±18.97 mg/g），最低值出現在B站（338.274±21.73 mg/g）（圖2）。

2.2 沉積物中有機質的垂直分布

2012年6月，沉積物在0～2 cm表層、2～5 cm分層和 5～8 cm 分層有機質含量的變化范圍分別是116.54～134.08、111.55～132.76、103.28～123.69 mg/g，平均含量分別是（126.174±7.76）、（121.336±9.09）、（114.97±8.95） mg/g。平均34.80%的有機質分布在0～2 cm表層。

2012年10月，沉積物在0～2 cm表層、2～5 cm分層和5～8 cm 分層中有機質含量的變化范圍分別是124.63～152.29、121.33～143.89、119.87～134.11 mg/g，平均含量分別是（135.882±10.068）、（132.136±8.063）、（125.858±5.338）mg/g。平均34.52%的有機質分布在0～2 cm表層。

2012年12月，沉積物在0～2 cm表層、2～5 cm分層和5～8 cm 分層有機質含量的變化范圍分別是117.12～137.88、115.59～132.42、106.91～124.40 mg/g，平均含量分別是（128.648±7.732）、（122.964±6.925）、（114±7.380） mg/g。平均35.19%的有機質分布在0～2 cm表層。

2013年3月，沉積物在0～2 cm表層、2～5 cm分層和 5～8 cm 分層有機質含量的變化范圍分別是124.23～140.78、106.59～130.41、107.45～131.33 mg/g，平均含量分別是（134.864±6.58）、（118.768±9.87）、（118.276±9.34）mg/g。平均36.26%的有機質分布在0～2 cm表層。

東寨港紅樹林沉積物有機質的垂直空間分布如圖3。在4次采樣調查中發現沉積物0～2 cm表層、2～5 cm分層和 5～8 cm 分層中有機質呈依次遞減的趨勢的垂直分布，表層有機質濃度最高，平均35.19%的有機質分布在0～2 cm表層。

2.3 沉積物中有機質的季節變化

2012—2013年4次5個站點東寨港紅樹林沉積物0～2 cm 表層、2～5 cm分層和5～8 cm分層有機質平均含量的季節變化曲線并不太一樣，但是較為相似（圖4）。5個站點有機質含量呈一個按照夏秋冬春4季先增加后減小再增加的大體趨勢，但是高峰值出現的季節不同。0～2 cm表層（152.29 mg/g）、2～5 cm分層（143.89 mg/g）和5～8 cm分層（134.11 mg/g）有機質最高含量均出現在2012年10月A站位，這說明秋季（2012年10月）沉積物中有機質的含量要高于其他季節。表層有機質最低含量（116.54 mg/g）、深層有機質最低含量（103.28 mg/g）都出現在2012年6月B站位，這說明夏季（2012年6月）沉積物中有機質的含量要低于其他季節。次表層有機質最低含量（106.59 mg/g）出現在2013年3月B站位，這可能與不同采樣點具體的不同環境條件有關系。

從季節變化上看，春季與秋季的沉積物中有機質的含量相差不大，夏季與冬季的沉積物中有機質的含量相差不大，秋季沉積物中有機質含量最高。從各采樣點來看，A站和B站站位點的有機質含量較C、D、E位點的含量大。

3 討論

2012年6月至2013年3月調查期間，東寨港沉積物有機質含量的水平分布在不同季節明顯不同，有機質含量南北高、中部低，近岸高、遠岸低，人為因素、紅樹類型、生物因素是影響水平分布的主要原因。在不同季節，沉積物中有機質含量會隨著采樣點紅樹種類、地理條件、人為因素而變化。本試驗調查范圍有限，未發現與緯度、地形的顯著關系。

東寨港沉積物有機質的垂直分布按照表層、次表層和深層3個層次隨季節變化趨勢相似，大體呈一個依次遞減的趨勢，表層有機質含量最高。土壤有機碳含量主要來源于地面上的植物凋落物和根系分泌物以及動物殘體和排泄物，經土壤微生物的分解作用積累到土壤表層中，所以土壤表層的有機碳含量高[17]。

在春季沉積物中有機質含量最高值出現在E站位，在秋季沉積物中有機質含量最低值出現在D站位，E站位、D站位人為活動較多，其變化受陸地和人的活動影響較大。在夏、秋、冬3個季節沉積物中有機質含量最高值均出現在A站位， 在春、夏、冬3個季節沉積物中有機質含量最低值均出現在B站位，說明季節變化對不同站點沉積物有機質影響不大，同時對采樣點的調查研究發現不同生長位置的不同種紅樹群落有機質含量差異較大。A站位是遠離水門閘排出口300 m左右的海蓮群落，其樹冠較大，長勢較好，這海蓮是東寨港土壤有機碳含量最高的群落，海蓮群落平均胸徑為（8.2±0.12） cm，根系垂直延伸較深，因此根系分解在各層的土壤有機質累積中起到主要作用[6]。B站位是距離A點200 m左右，靠近水門閘排出口的白骨壤群落，造成紅樹植物長勢不好，樹冠小，枯枝落葉較多，雖然紅樹植物對污水有一定的凈化效應[18-19]，但是長期以來各種生活、工業、農業污水集中排放到此，遠遠超過了白骨壤群落的凈化能力，造成白骨壤群落長勢不好，進而影響其對有機質的固定作用。

值得注意的是，東寨港沉積物有機質在2012年10月最高濃度值為（430.298±55.24） mg/g，最低濃度值為 （365.828 ±45.46） mg/g，而其他3次采樣調查的最高濃度、最低濃度相比變化卻不大。在季節變化中發現，2012年10月，5個站點的有機質濃度在0～2 cm表層、2～5 cm分層和 5～8 cm 分層都明顯要高于其他3次調查，通過查閱資料發現因為水質污染嚴重和海洋天敵減少，東寨港紅樹林自然保護區在2012年8月團水虱爆發，造成上百畝紅樹林死亡，團水虱是生活在潮間帶暖水海域的一類海洋鉆孔動物，在全球紅樹林區廣泛分布，會傷害紅樹林的氣生根，它靠濾食懸浮在水中的浮游生物、藻類和細菌為生。穴居在紅樹林中的團水虱能通過不斷濾食圍繞在紅樹周圍水體中的浮游生物、藻類和細菌進行大量繁殖，然后鉆空紅樹林的樹根、樹莖造成紅樹大面積死亡[4，20]。因此筆者推論，2012年8月東寨港紅樹林的死亡導致根、莖、葉等凋落物大面積覆蓋在表層，蔓延至次表層、深層，爆發式的死亡造成了沉積物有機質濃度的爆發式增加，2012年10月的沉積物有機質濃度顯著增加與團水虱的爆發有關，隨著時間推移、海水沖刷、人為保護，沉積物有機質濃度又漸漸趨于一個平緩的變化規律。

參考文獻：

[1]全 峰，朱 麟. 海南東寨港紅樹林區底棲節肢動物多樣性研究[J]. 海洋科學，2013，37（11）：35-40.

[2]曹啟民，鄭康振，陳 耿，等. 紅樹林生態系統微生物學研究進展[J]. 生態環境，2008，17（2）：839-845.

[3]廖寶文，李 玫，陳玉軍，等. 海南東寨港紅樹林生態系統研究[M]. 青島：中國海洋大學出版社，2007：2-31.

[4]徐 蒂，廖寶文，朱寧華，等. 海南東寨港紅樹林退化原因初探[J]. 生態科學，2014，33（2）：294-300.

[5]何艷虹. 東寨港紅樹林的生態影響分析[J]. 現代營銷，2014（1）：48-48.

[6]辛 琨，顏 葵，李 真，等. 海南島紅樹林濕地土壤有機碳分布規律及影響因素研究[J]. 土壤學報，2014，51（5）：1078-1086.

[7]Jennerjahn T C，Ittekkot V. Relevance of mangroves for the production and deposition of organic matter along tropical continental margins[J]. Naturwissenschaften，2002，89（1）：23-30.

[8]王文卿，王 瑁. 中國紅樹林[M]. 北京：科學出版社，2007.

[9]Alongi D M. The energetics of mangrove forest[M]. Dordrecht：Springer Netherlands，2009.

[10]Donato D C，Kauffman J B，Murdiyarso D A，et al. Mangroves among the most carbon-rich forests in the tropics[J]. Nature Geoscience，2011，4（5）：293-297.

[11]Sandilyan S，Kathiresan K. Mangrove conservation：a global perspective[J]. Biodiversity and Conservation，2012，21（14）：3523-3542.

[12]Ray R，Ganguly D，Chowdhury C，et al. Carbon sequestration and annual increase of carbon stock in a mangrove forest[J]. Atmospheric Environment，2011，45（28）：5016-5024.

[13]Khan M N I，Rempei S，Akio H.Carbon and nitrogen pools in a mangrove stand of Kandelia obovata （S.，L.） Yong：vertical distribution in the soil-vegetation system[J]. Wetlands Ecology and Management，2007，15（2）：141-153.

[14]Kristensen E，Bouillon S，Dittmar T A. Organic carbon dynamics in mangrove ecosystems：a review[J]. Aquatic Botany，2008，89（2）：201-219.

[15]郭志華，張 莉，郭彥茹，等. 海南清瀾港紅樹林濕地土壤有機碳分布及其與pH的關系[J]. 林業科學，2014，50（10）：8-15.

[16]解憲麗，孫 波，周慧珍，等. 中國土壤有機碳密度和儲量的估算與空間分布分析[J]. 土壤學報，2004，41（1）：35-43.

[17]詹紹芬. 海南東寨港紅樹林生態系底棲土壤環境有機碳的垂直分布研究[D]. ?？冢汉Ｄ洗髮W，2015.

[18]de Jong J.The purification of waste water with the aid of rush and reed ponds[M]//Biological control of water pollution. Philadelphia：University of Pennsylvania Press，1976：133-139.

[19]Dwivedi S N，Padmkumar K G. Ecology of a mangrove swamp near Juhu beach[M]. Dordrecht：Springer Netherlands，1983：163-179.

[20]吳雪君. 紅樹林之死背后的人禍[N]. 工人日報，2012-08-12（1）.王 力，韓亞麗. 基于主成分分析的新疆棉花種植面積變動及驅動力[J]. 江蘇農業科學，2017，45（1）：267-270.