广东湛江无瓣海桑红树林消波效应初步研究

田 野,陈玉军,侯 琳,廖宝文,李 玫,周光益,吴晓东,陈粤超

（1.中国林业科学研究院热带林业研究所,广东广州 510520；2.西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100；3.广东湛江红树林国家级保护区管理局,广东湛江 524088）

广东湛江无瓣海桑红树林消波效应初步研究

田 野1,2,陈玉军1,侯 琳2,廖宝文1,李 玫1,周光益1,吴晓东3,陈粤超3

（1.中国林业科学研究院热带林业研究所,广东广州 510520；2.西北农林科技大学林学院,陕西杨凌 712100；3.广东湛江红树林国家级保护区管理局,广东湛江 524088）

以广东湛江红树林国家级保护区无瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林为研究对象,通过对红树林内临海边缘25,50,75m的消波情况的观测,研究红树林的消波效应。研究表明,无瓣海桑人工林的消波率是随着林分空间密度的增加而增加的,波浪经过红树林01～03样地25m后的消波率分别为34.61%,27.22%, 29.75%；波浪减低率随着无瓣海桑林带宽度的增加而提高,无瓣海桑红树林的消波减低率随水深的增加而减低。同时,无瓣海桑人工林消波率随着波高的增加而降低的。总体看来,红树林消波消减程度受林分结构主导,消波率随林分地面至胸高处体积密度增加而增加。

消波效应；无瓣海桑；红树林

文献著录格式：田野,陈玉军,侯琳,等.广东湛江无瓣海桑红树林消波效应初步研究［J］.浙江农业科学,2014（2）：210-213.

红树林是生长于热带、亚热带海岸和河口潮间带的木本植物群落,属于陆地到海洋过渡的生态系。由于所处的特殊生态环境,红树林具有显著的防风、消浪、促淤护岸、净化海水、促进海洋水产生物繁盛等功能,具有独特的滨海旅游价值［1］。从2004年印度洋大海啸后,对红树林防灾减灾的功能研究日益受到关注［2］。红树林的防风、消浪功能是红树林湿地生态系统功能的重要组成部分［3］。因此,对红树林消波效应的研究,有助于为建立和完善海岸带防护林体系提供参考和依据,提高对台风等自然灾难的抵抗与缓冲能力,减少海岸社区的损失与危害。

国外对红树林消波效应的研究多集中在东南亚地区［4-9］,多以秋茄、海桑等红树植物为研究对象。通过对林分特征指标、传播距离指标与水文相关特征指标的观测与分析,讨论红树林对波浪的消减情况。国内对红树林消波效应开展了初步研究,主要集中在海南岛东寨港地区［3,10-12］。其中,张乔民［10］研究消波效应是以海上风场参数推算相应波浪场参数,王旭等［11］是以林前林后为监测点对消波效应进行观测。本研究选取湛江雷州半岛东岸速生的无瓣海桑人工林,从生态监测的角度分析不同林分结构特征与各个因素对消波作用的影响,进一步为红树林消波效应定量评价提供依据,更好地完善红树林在沿海地区的生态价值与资源化利用［13-15］。

1 研究地区与方法

1.1 研究区概况

本研究地点设在广东湛江国家级红树林自然保护区内（20°15′-21°55′N,109°40′-110°55′E）,属于北热带与南亚热带过渡区的海洋气候类型。年均温度23℃,最冷月均温度16.0℃,极端最冷温度2.8℃,年降雨量约为1500mm。表层海水年均温度23.7℃,淤泥质土壤,盐度1%～3%。该区现有红树林面积7256.5hm2,其中以白骨壤、桐花树、红海榄、秋茄和木榄等为优势种。年均降水量1534.6mm,干湿季节明显,降雨集中在4-9月份,也是台风暴雨季节,多有雷暴,台风带来暴雨和海浪冲击海岸,其破坏能量巨大。消波效应监测点位于雷州半岛东海岸韶山村旁,选择无瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林为消波效应监测对象。红树植物无瓣海桑,耐水淹,对土壤适应性强,为生长速度最快的红树植物。无瓣海桑人工林均是南北走向,东面临海。

图1为无瓣海桑人工林和裸滩波浪监测设置,其中观测点A～D设置为无瓣海桑人工林波浪监测,A～F设置为裸滩波浪监测点,总长为50m；观测点A～D总长75m,相邻观测点之间的距离为25m。红树林样地05,06,07分别位于A～B,B～C,C～D之间。

1.2 研究方法

试验操作中,把波浪测定仪设置在无瓣海桑人工林内,沿着与林带垂直方向距林带临海边缘25, 50,75m处,同时在林带临海边缘设立波浪测定仪作为对照测量。另外,在无瓣海桑林外裸滩,距林缘50m设立波浪测定仪,用于测定裸滩的消波情况。2013年4月对研究地无瓣海桑人工林及裸滩的消波效应进行全天候观测,取样间隔为30 min,取样频率为2Hz,每个间隔的取样数为1200次。数据采集后分析每30min内1/3波高、1/10波高和平均波高的消波情况。

1.3 数据分析

将在各个监测地点利用波浪仪压力传感器测定的瞬间水深数据,通过运算转换成所需要的参数量：平均水深、1/3波高、1/10波高、平均波高等。将野外监测地点红树林样地调查数据换算成参数量：地上根高度、生物量体积密度等。

生物量体积密度：W=V/SH=V0（1+g）/SH［17］。

式中,V若代表林带内单株林木的地上生物量总体积,则V0为单株材积,S为单株林木的平均营养面积,H为株高；若令V代表L长度林带内的总地上生物量的体积,则V0为该段的蓄积量。S=LD为该段林带的总面积,D为带宽,H为平均高。

红树林消波率或波高减低率：R=（H0-Hd）/H0。

式中,Hd表示波浪在林内传递距离为d时的波高,H0表示入射波在林缘的波高。

所测的数据通过Excel2003和SPSS17.0进行数据处理与方差分析。裸滩与红树消波观测只考虑林缘波高大于0.05m的数据,针对水深与波高两种因素对消波效应的影响,是以只考虑林缘波高大于0.05m、水深高于0.2m的参数为前提的。

2 结果与分析

2.1 裸滩消波效应

波浪经过裸滩50m后,1/10波高、1/3波高与平均波高减低率分别为12.93%,10.20%, 9.31%（图2）。数据表明,波浪经过裸滩时,主要受到底质摩擦的作用,波能损失,波高减少；且底质越光滑,对波高变化的影响就越小。波浪经过裸滩50m后,试验区域内的裸滩对波浪消减程度是不断变化而未见明显规律性的。

图2 波浪经过裸滩50m的消波情况

2.2 不同观测区域红树林消波效果

不同无瓣海桑人工林样地,受林分结构的影响,其消波率是有一定的差异性。波浪经01样地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分别降低了34.61%, 30.29%,31.29%；波浪经红树林02样地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分别减少27.22%, 27.20%,29.44%；同时波浪经过样地03样地25m后,其1/10波高、1/3波高及平均波高分别降低了29.75%,27.55%,29.71%（表1）。

表1 经25m无瓣海桑人工林后的波高减低率%

波浪从林缘到林内25m的范围内,其1/10波高减低率为34.61%,而裸滩观测区50m范围内,其1/10波高减低率仅为12.93%,波浪经过无瓣海桑人工林是经过裸滩时消波效应的2.24倍。数据表明,红树林样地的消波率受底质影响不大,而红树林自身林分结构对消波率起着主导作用。

2.3 水深对无瓣海桑人工林消波效应影响

在不同林缘水深条件下,无瓣海桑人工林的消波效应也不同,其消波率随水深的增加而降低。在林内50m处,当林缘水深为0.2～0.3m时,无瓣海桑人工林的1/10波高减低率是15.07%,是林缘水深为1.2～1.3m时,1/10波高消波率10.66%的1.41倍（图3）。随着水深的增高,受底质摩擦、支柱根以及呼吸根的阻力逐渐减小,主要是受到林分接触林木水平断面积量的影响。而无瓣海桑从地径到胸高处的水平断面积量是逐渐递减的,波浪所受到的林分阻力逐渐降低,引起了消波率的减少。

图3 水深变化对无瓣海桑消波率影响

2.4 波高对无瓣海桑人工林消波效应的影响

分析表明,无瓣海桑人工林均是随着林缘波高的增加,消波率呈下降的趋势（图4）。当林缘波高范围由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m时,无瓣海桑人工林内50m处1/10波高减低率由16.54%下降到4.17%。随着水深不断增高,波高的增幅逐渐增加,受底质摩擦影响减小,主要受林分水平断面积影响；而在无瓣海桑样地50m内,其地表断面积是胸高断面积的3.60倍（表2）,即随着波高的增加,波浪接触林木水平断面积逐渐减少,波浪所受的阻力变小,消波率逐渐降低。

表2 不同样地无瓣海桑红树林林分结构特征

图4 1/10波高对无瓣海桑人工林消波率的影响

2.5 林带宽度对无瓣海桑人工林消波效应的影响

受林带宽度的影响,随着波浪在红树林中传播距离的增加,红树林消波率逐渐增加,但林内波浪的能量逐渐降低（表3）。其中波浪经过无瓣海桑人工林25m与50m后,其1/10波高减低率从34.61%增加到51.91%；波浪经过白骨壤人工林25m与50m后,其1/10波高减低率从27.79%增加到49.81%。这表明,波浪受林带宽度的影响,随着波浪在红树林内传播距离的增加,其所受底质和主干、枝叶、呼吸根的摩擦与阻碍的程度越来越大,使其消波率逐渐增加。但随着波浪在红树林中传播距离的增加,林带宽度逐渐增加,其波高减低率增加的幅度是逐渐减小的。

表3 不同距离和波高下无瓣海桑人工林的消波率

3 小结和讨论

通过观测与分析广东湛江无瓣海桑人工林消波效应,波浪分别经过01～03样地25m后的消波率为34.61%,27.22%,29.75%,经过裸滩50m后1/10消波率为12.93%,可以看出不同林分结构下红树林的消波效存在着明显的差异性。主要由于波浪所接触样地内单位面积生物量体积密度越大,林分疏透度越小,波浪所受的阻力系数越大,消波效应越好；波浪经过裸滩50m后,试验区域内的裸滩对波浪消减程度是不断变化而未见明显规律性的。但底质状况的不同对消波效应也有影响,底质越光滑,对波高变化的影响就越小。同时一定的坡面斜率、裸滩凋落物以及浮水植物等因素也都会影响滩涂的消波效应［8,15］。

随着波浪在红树林传播距离的增加,波浪消减率随之增加,而波高却是逐渐降低的,而波高减低率增加幅度也是随之减少的。波浪经过无瓣海桑人工林样地75m后,1/10波高减低率达到67.19%。通常100m左右宽度的林带,高度在2.5～4.0 m,遮蔽系数大于40%,可消波80%以上,很好地实现了红树林消浪、缓流、促淤、护岸的功能。

在不同林缘水深情况下,其消波效应差异明显,随着水深的增加,无瓣海桑人工林消波效应是呈递减趋势的。在林内50m处,当林缘水深为0.2～0.3m时,无瓣海桑人工林的1/10波高减低率是15.07%,是林缘水深为1.2～1.3m时1/ 10波高消波率10.66%的1.41倍。随着水深的增加,无瓣海桑从地径到胸高处的水平断面积量是逐渐递减的,波浪所受到的林分阻力逐渐降低,从而引起了消波率的减少。

无瓣海桑人工林波高减低率是随着波高的增加而降低的。当林缘波高范围由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m时,无瓣海桑人工林内50m处1/10波高减低率由16.54%下降到4.17%。随着水深的增高,波高的增幅进一步变大,受底质摩擦影响越来越小,是受地径到胸高处生物量体积密度影响。同时,无瓣海桑人工林作为速生红树植株,生长迅速,年高生长可达1.2～2.2m,远大于其他乡土红树植物；在天然红树林的林缘裸滩种植,促进天然林种群的生长、更新和向前缘的滩涂扩展,实现了缓解波浪,保护海岸、防灾减灾的功能［18-20］。

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（责任编辑：张瑞麟）

S687

A

0528-9017（2014）02-0210-04

2013-11-01

国家林业科技支撑计划项目（2009BADB2B0404）；中国林科院基本科研业务费专项资金项目（CAFYBB2012018）；广东省林业科技创新专项资金项目（2011KJCX017-01,2009KJCX013-01）。

田 野（1988-）,男,硕士生,从事湿地生态效益研究工作。E-mail：344363594@qq.com。