海南文昌清澜港海莲-黄槿生态系统碳密度及分配格局

林 慧，曾思齐，王光军，梁定栽 ，余志金 ，李茂金

（1. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2. 海南省林业总公司，海南 海口570100）

海南文昌清澜港海莲-黄槿生态系统碳密度及分配格局

林 慧1,2，曾思齐1，王光军1，梁定栽2，余志金2，李茂金2

（1. 中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2. 海南省林业总公司，海南 海口570100）

采用Komiyama红树林异速生长模型，对海南文昌清澜港海莲-黄槿生态系统的植被生物量、碳密度及其空间分布特征进行研究。研究结果表明:海莲-黄槿植被层总生物量为389.57±12.73 t/hm2，其中，乔木层生物量为387.75±12.01 t/hm2，占林分植被层总碳密度的99.5 %；海莲-黄槿生态系统总有机碳库密度为688.51±45.69 t/hm2，其中，群落植被层单位面积的碳贮量为184.5 t/hm2，占总碳贮量的26.6%；0～105 cm土壤有机碳单位面积的贮量为504.01±39.69 t/hm2，占生态系统总碳密度的73.2%; 林下植被层和现存凋落物层仅占0.2%。

红树林；海莲-黄槿生态系统；异速生长模型；生物量；碳密度；空间分布特征

红树林是陆地向海洋过渡的一种特殊森林，主要生长在热带、亚热带地区陆地与海洋交界的海岸潮间带或海潮能达到的河口附近，是地球上生产力最高的四大海洋自然生态系统之一[1]。在当前气候变化背景下，红树林作为国际上湿地生态保护和生物多样性保护的重要对象，主要生长在热带、亚热带地区陆地与海洋交界的海岸潮间带或海潮能达到的河口等地方。在国际上受到普遍关注。红树林作为重要的滨海生态交错带上的植被，其生物量超过很多热带雨林植物生物量。它们不但通过发达的根系和丰富的凋落物维持自身养分循环，而且红树植物根际的碳循环周期长[2]，土壤有机碳分解速率低，土壤基质可以沉积陆源和海水中有机碳[3]，土壤碳含量高，储存时间长，使红树林湿地具有很高的碳汇潜力[2]，成为海岸带生态系统重要的碳库，因此在海洋“蓝碳”的研究中备受国际关注[4]。Laffoley等[5]研究表明，全球红树林面积约为 15.7万～16.0 万 hm2，埋置固定的碳约18.4 TgC/a，固碳速率达到 139.0 gC/(m2·a)。因此，了解明确红树林湿地碳储量和碳汇能力及其研究方法，明确各种因子对其碳储量和碳汇能力的影响，评价红树林对全球碳平衡的作用，以及固定地球的碳汇能力具有十分重要的意义。

红树林生态系统的碳汇功能越来越受到重视，但对红树林生态系统碳源汇特征以及碳汇潜力方面的研究依然薄弱，特别是揭示红树林生物量碳库以及沉积物有机碳库的现状及其碳汇潜力等方面。海南文昌清澜港红树林保护区是我国红树林种类最多、面积最大生长较茂盛的保护区，面积为2 905 hm2，是典型的红树林类型之一。采用Komiyama红树林异速生长模型[6]，对海南清澜港海莲-黄槿生态系统的植被生物量、碳密度及其空间分布特征进行研究，为我国精确估算红树林碳贮量提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地选择在海南省东北部文昌市清澜港红树林保护区境内八门湾沿岸的海莲群落中，地处110°50′02″E，19°37′36″N。试验地属热带海洋气候，年均气温为24.1℃，7月平均气温最高，为28.3℃，1月平均气温最低，为18℃，极端最低温度达到4.7℃。年均降雨量为1 749.5 mm，相对湿度约为87%。土壤成土母质主要为沙土，土壤有机质含量均值为47.166 g/kg，全氮含量均值为3.506 g/kg，全磷含量均值为0.382 g/kg，全硫含量均值为1.279 g/kg，pH值在3.5～5.5范围内变化。

清澜港是文昌江和文教河汇流于此，港湾深入内陆，形成漏斗状，沿岸淤泥丰厚。红树林主要分布于八门湾沿岸滩涂，适宜红树林的生长。海莲群落中混生的植被主要有：黄槿Hibiscus tiliaceus、桐花树Aegiceras corniculatum、银叶树Heritiera littoralis、木果楝Xylocarpus granatum、猫尾木Dolichandrone cauda-felina、 海 漆Excoecaria agallocha、木榄Bruguiera gymnorrhiza、老鼠勒Acanthus ebracteatus、卤蕨Acrostichum speciosum等。各群落植被基本特征见表1。

表1 群落植被基本特征†Table1 Basic characteristics of vegetation communities

1.2 研究方法

1.2.1 群落调查

本试验在清澜港保护区海莲群落内设置4块20 m×20 m固定样地，于2013年3月对样地进行植被的环境因子和群落学特征调查，调查内容包括：树种的种类、数量、高度、枝下高、胸径、盖度、频度、物种丰富度、郁闭度、凋落物量以及土壤[7-8]。

1.2.2 乔木层生物量计算

由于红树林属于严格保护的湿地植物，不能采用收获方法进行测量，并且红树植物形态与陆地乔木树种不同。因此本研究选用Komiyama等[8]提出的红树林异速生长通用方程计算乔木层生物量。根据红树林通用异速生长方程计算不同树种植被的叶、枝干、地表和根生物量，累加后得单株生物量，进而获得相应群落的生物量。

式中：Ws为树干生物量；Wl为叶生物量；Wtop为地表生物量；Wr为地下根生物量；Wt为总生物量。DB为最低活枝高度，红树科植物D=DR0.3， H为树高；ρ为树干木材密度(t·m-3)，不同红树种的树干木材密度ρ值不同 (0.340～0.770 t/m3)[8]（见表1）。

表2 不同树种树干木材密度ρ值Table 2 The ρ values of wood density of different tree trunk

1.2.3 林下植被和凋落物层生物量调查

林下植被与凋落物现存量生物量调查采用样方收获法。灌木层生物量是在每块样地内设置2 m×2 m的小样方各3 块，共12块；凋落物量采用2 m ×2 m 的样方各5 块，共20块。采集后测定其鲜重，取样后带回实验室在80 ℃下烘干至恒质量，计算其生物量[9]。

1.3 土壤样品采集

土壤容重采用环刀法测定。土壤样品取样采用“四分法”[10]土壤样品采用直径10 cm的土钻分层钻取，每15 cm取一层，共取7层。在样地内，采样时先除去地面凋落物，用土钻取0～15、15～ 30、30～ 45、45～ 60、60～ 75、75～ 90、90～105 cm的土壤样品，每块样地取次3次，共12次，84个土样。土样带回实验室风干后按照常规方法研磨粉碎、过100 目筛，然后装入保鲜袋待测定有机碳(C)。

1.4 样品含碳率分析

样品经烘干、粉碎，过100目筛制成供试样品。用C、N元素分析仪( ELEMEN TAR Vario ELⅢ) 测定碳含量，通过现存量和碳含量计算碳贮量；土壤碳含量用C、N元素分析仪。每一样品重复3次测定，测定结果用单位质量的养分含量(mg/g)表示。

土壤有机碳贮量(t·m-3)=土壤有机碳含量(g/kg)×土壤容重(g/cm3)×土层厚度(cm)×10-1。

2 结果与分析

2.1 海莲群落植被多样性特征

文昌清澜港海莲群落主要是由海莲、黄槿、银叶树、木果楝、海漆、猫尾木和木榄组成，共7种，隶属6科6属，重要值最大的是海莲(48.65)，是该群落的优势种，其次是黄槿(25.82)和银叶树(12.67)，其他树种重要值在1.11～5.72之间(见表3)，所占比例不大。

表3 海莲-黄槿群落物种组成及综合数量特征Table 3 Species composition and quantitative features of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus comm unity

2.2 红树林群落的生物量

根据Komiyama等提出的红树林异速生长通用方程，计算出4块海莲-黄槿群落样地不同树种植被单株的叶、枝干、地表和根生物量，然后累加后得单株生物量，折算成1 hm2面积后，把不同树种的生物量累加，计算出1 hm2海莲-黄槿群落样地的不同树种各器官生物量和总生物量见表4。海莲-黄槿群落乔木层总生物量为387.75±12.01 t/hm2，其中，枝干生物量为70.64 ±2.98 t/hm2，叶生物量为9.29±0.33 t/hm2，地表生物量225.39±8.90 t/hm2，根生物量为82.44±2.44 t/hm2。海莲群落中99%以上为乔木层，除少量海莲、黄槿、银叶树幼苗外，只有少量的老鼠簕、卤蕨、尖叶卤蕨等其他草本植物。由于潮汐的冲刷作用，凋落物残体很少，凋落物层的生物量仅为 0.98 t/hm2。

表4 海莲-黄槿群落植被器官的生物量†Table 4 Biomass of organ components of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus community

2.3 海莲-黄槿群落器官组分碳密度

海莲-黄槿群落植被层总生物量为389.57±12.73 t/hm2，其中，乔木层生物量为387.75±12.01 t/hm2，林下灌草层生物量为0.84±0.60 t/hm2，现存凋落物层生物量为0.98±0.12 t/hm2。根据各组分的碳含量，计算出海莲-黄槿群落植被的单位面积的碳贮量为184.5 t/hm2（见表5），其中乔木层碳密度为183.62 t/hm2，占据林分植被层总碳密度的99.5 %。乔木层碳贮量以地表部分最大，达109.88 t/hm2，占乔木层总碳贮量的59.9%，叶的碳贮量最小，为4.30 t/hm2，仅占2.3%；乔木层各组分碳贮量的排序为地表生物量(59.9 %) ＞枝干(19.6%)＞根系(18.2%) ＞叶(2.3%)。林下灌草层碳贮量为0.37 ±0.02 t/hm2，现存凋落物层碳贮量为0.51±0.01 t/hm2，分别占群落植被层总碳贮量的0.2 %和0.3%。

表5 海莲-黄槿群落各组分的碳含量及碳密度Table 5 Carbon content and density of components of B.sexangula and H.tiliaceus community

2.4 海莲-黄槿群落土壤碳库及其垂直分布

海莲-黄槿群落中，0～105 cm土壤容重和有机碳含量垂直变化见表6。土壤平均容重为1.09±0.05 g/cm3，有机碳含量垂直变化非常明显，其中土壤15～30 cm层的有机碳含量最大，达49.42±3.02 g/kg，30 cm 以下有机碳含量呈下降趋势，海莲-黄槿群落土壤有机碳变化特征与王文卿等对红树林湿地土壤 SOC 含量垂直分布规律是一致的。0～105 cm土壤单位面积有机碳贮量为504.01±39.69 t/hm2。这一结果与陆地楠木林[11]土壤有机碳库（1 m深）为96.388 t/hm2、豫南35年生马尾松林生态系统[12]土壤有机碳库为90.42 t/hm2相比明显较大，远大于全球的土壤有机碳密度平均值106.0 t/hm2[5]，这主要是由于红树林湿地生态系统特殊的水热条件、气候因素，再加上海水盐度、淹没时间和海水深度共同对红树林产生影响[5,13]，同时单位面积红树林年净生产力红树林固定的碳是热带雨林的 10 倍，全球红树林湿地土壤的平均固碳速率为210 ±20 g/(m2a)[5]，使清澜港海莲红树林的土壤成为巨大的碳库。

表6 海莲-黄槿生态系统土壤有机碳密度Table 6 Soil organic carbon content and density of B.sexangula and H.tiliaceus community

2.5 海莲-黄槿生态系统碳库密度及分配

根据海莲-黄槿生态系统各组分的碳库密度，计算出海莲-黄槿生态系统总有机碳库密度为688.51±45.69 t/hm2。其中植被有机碳密度为184.5±6 t/hm2，占总碳贮量的26.8%，0～105 cm土壤碳密度为504.01±39.69 t/hm2，占总碳贮量的73.2%。植被有机碳贮量中，乔木层占总碳贮量的26.6%，林下植被层和现存凋落物层仅占0.2%，这一分布结果表明，乔木层和土壤碳库是海莲-黄槿生态系统碳库的主体，这一研究结果与深圳福田秋茄林红树林的碳密度在234.58～694.46 t/hm2相符合，与帕劳群岛近海区的红树林总碳储量为479 t/hm2[14]的结果是相近，但结果小于Donato等对印度太平洋地区 25 个红树林湿地样地的碳贮量1 023 tC/hm2研究，也小于Micronesia联邦中Yap地区红树林湿地的平均碳储量为1 062 t/hm2[15]，但这一研究结果表明，海南清澜港海莲-黄槿群落的地上碳密度184.5±6 t/hm2大于全球红树林地上植被碳密度的平均值159 t/hm2，土壤碳库小于全球海岸红树林类型平均碳密度990 t/hm2，这是由于我们只测定的0～105 cm的土壤深度，而全球平均碳密度值是估算0～3m的沉积物中碳储藏。

3 结 论

(1)海南清澜港红树林海莲-黄槿群落植被层总生物量为389.57±12.73 t/hm2，其中，乔木层生物量为387.75±12.01 t/hm2。海莲-黄槿群落植被的单位面积的碳贮量为184.5 t/hm2，其中乔木层碳密度为183.62 t/hm2，占据林分植被层总碳密度的99.5 %。

(2)海莲-黄槿生态系统中0～105 cm土壤层的平均容重为1.09±0.05 g/cm3，其中土壤15～30 cm层的有机碳含量最大，达49.42±3.02 g/kg，30 cm 以下有机碳含量呈下降趋势，0～105 cm土壤有机碳单位面积的贮量为504.01±39.69 t/hm2。

(3)海莲-黄槿生态系统总有机碳库密度为688.51±45.69 t/hm2。其中植被有机碳密度占总碳贮量的26.6%，0～105 cm土壤碳密度占总碳贮量的73.2%，林下植被层和现存凋落物层仅占0.2%。

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Carbon density and allocation of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem in Qinglan harbor of Wenchang city, Hainan province

LIN Hui1,2, ZENG Si-qi1, WANG Guang-jun1, LIANG Ding-zai2, YU Zhi-jin2, LI Mao-jin2
(1. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry Corporation of Hainan Province,Haikou 570100, Hainan, China)

Vegetation biomass, carbon density and its spatial distribution characteristics of Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem in Qinglan Barbor of Wenchang city, Hainan province by using Komiyama mangrove allometric growth model.The results show that the total vegetation layer biomass of the mangrove ecosystem was 389.57 ± 12.73 t/hm2, and of them the tree layer biomass was 387.75±12.01 t/hm2, accounting for 99.5% of the total carbon density of forest vegetation layer; Total organic carbon density of the mangrove ecosystem was 688.51±45.69 t/hm2, of them the vegetation layer carbon capacity per unit area was 184.5 t·hm-2,accounting for 26.6% of the total carbon reserves; 0 ～ 105 cm soil organic carbon of per unit area was 504.01±39.69 t·hm-2, accounting for 73.2% of the total ecosystem carbon density, the soil organic carbon sum in undergrowth layer and existing litters layer accounted for only 0.2%.

mangrove ecosystem; Bruguiera sexangula and Hibiscus tiliaceus mangrove ecosystem; Komiyama allometry model;biomass; carbon density; spatial distribution characteristics

S718.55+4.2

A

1673-923X(2015)11-0099-05

10.14067/j.cnki.1673-923x.2015.11.018

2015-01-10

2013湖南省自然科学基金创新研究团体项目（湘基金委字[2013]7号）；2014年度湖南省高校创新平台开放基金项（14K115）

林 慧，高级工程师，博士研究生

曾思齐，教授，博士生导师；E-mail：zengsiqi@csuft.edu.cn

林 慧，曾思齐，王光军，等.海南文昌清澜港海莲-黄槿生态系统碳密度及分配格局[J].中南林业科技大学学报, 2015,35(11): 99-103.

[本文编校：吴 毅]