不同潮位红树林土壤养分特征

乐通潮

（1.福建省林业科学研究院，福建 福州 350012；2.泉州湾湿地生态系统定位研究站，福建 泉州 362000）

红树林(mangrove)湿地是陆地与海洋交错区域经过很长时间的演替形成的系统稳定、生产力丰富的特殊生态系统，在防风退浪、促淤造陆、水质净化、生物多样性保护、释氧固碳等多方面发挥着极其重要的功能［1］。

土壤是植物生长发育所必需养分的重要载体，土壤养分是土壤肥力的重要标志［2］，同样，土壤的营养状态决定了红树林植株能否健康生长［3］。土壤有效氮、磷是植物生长发育不可或缺的、可直接被吸收的元素，土壤中的有效态铁、锰、锌、铜等是红树林能够从土壤吸收且生长所必需的微量金属元素。研究红树林湿地土壤的有效营养成分及微量金属元素的含量能反映出土壤可供红树林植物生长发育的肥力状况［4］。生态化学计量学是研究植物在生态相互作用过程中碳、氮、磷等化学元素平衡关系的一门科学［5］，其能够揭示湿地土壤和红树林植物之间的养分再分配规律，阐明红树林生态系统演变机理。基于此，本研究以漳江口天然红树林土壤为研究对象，分析不同潮位带的红树林表层土壤的碳、氮、磷、铁、锰、锌、铜等元素的含量和C/N、C/P、P/N生态化学计量特征，剖析天然红树林土壤养分特征，以期为后续红树林保护和湿地生态恢复提供参考依据。

1 实验地概况

福建漳江口红树林国家级自然保护区，属南亚热带海洋性季风气候，年均降水量1714.5 mm，年均气温21.2 ℃，潮汐类型为不规则半日潮。红树林土壤呈弱酸性，拥有天然红树林群落，分布的红树植物为秋茄(Kandelia candel)、木榄(Bruguiera gymnorrhiz)、桐花树(Aegiceras corniculatum)、白骨壤(Avicennia marina)等树种。

2 研究方法

在2021年9月分别对高、中、低潮位的红树林进行随机区组设计（表1），每个潮位带设置3个相同规格（20 m×20 m）的样方进行林分生长调查，获得各样地内的林分生长因子，样地位置如图1所示。同时，对林地内进行土壤采样，具体方法为：在调查样方里，按照对角线的起、中、终点共3点位置进行1~20 cm采样，最后将3个样品混合均匀，得到不同样地的土壤混合样。测定指标包括有机碳、硝态氮、有效磷、有效铁、有效锰、有效锌和有效铜含量。有机碳含量的测定采用重铬酸钾容量法—外加热法［6］；硝态氮含量采用紫外光波长测定法：取新鲜土壤样品，因土壤浸出液中硝酸根离子在220 nm有明显光吸收，而在275 nm波长处没有吸收峰，可通过测定土壤浸出液在275 nm处的吸光度，乘以校正因素f以消除有机质在220 nm波长处的光吸收干扰；有效磷含量的测定采用碳酸氢钠提取—钼锑抗比色法［7］；有效态铁、锰、铜、锌的测定法：土壤经DTPA提取后，浸出液中的交换性铁、锰、铜、锌，可直接用原子吸收分光光度法测定［8］。实验中每份土样均采样3次，测定结果取其平均值并进行分析。分别对测定的有机碳、硝态氮、有效磷3个指标计算生态化学计量特征C/N、C/P和N/P。数据分析采用Microsoft Excel 2010、SPSS 19.0软件进行分析处理，选择单因素方差分析法分析不同潮位带的红树林林地土壤养分的影响；采用Duncan法进行多重比较。

图1 调查样地位置示意图

表1 调查样地林分情况表

3 结果与分析

3.1 红树林土壤养分状况

由表2可知，不同潮位红树林林地表层土壤养分性状及含量呈现明显的差异。不同潮位土壤养分的差异一方面反映了沉积环境的差异，另一方面也反映不同植被的差异。低潮位的林分类型主要是白骨壤纯林，中潮位为秋茄、白骨壤、木榄混交林，高潮位为秋茄和桐花树混交林。1~20 cm表层土壤的养分与地上植被的枯枝落叶腐殖质层息息相关，地上林分类型的差异是形成不同潮位湿地土壤养分的主要原因之一。其中有机碳含量以低潮位的土壤最高，达20655.61 mg/kg，中潮位土壤最低，为13967.60 mg/kg，各潮位的土壤平均值为17995.53 mg/kg，不同潮位间的差异不显著；土壤硝态氮含量介于1.69~2.40 mg/kg，不同潮位间的差异不显著，含量顺序依次为高潮位＞中潮位＞低潮位；土壤有效磷含量介于27.20~53.05 mg/kg，低潮位与另外2种潮位间的差异显著，含量顺序依次为低潮位＞高潮位＞中潮位；土壤有效态铁含量介于179.96~221.96 mg/kg，中、高潮位的含量显著高于低潮位的；土壤有效态锰含量介于26.33~39.29 mg/kg，不同潮位之间的差异不显著；土壤有效态锌含量介于8.84~13.22 mg/kg，含量顺序依次为低潮位＞高潮位＞中潮位；有效态铜含量介于2.17~2.36 mg/kg，不同潮位之间的差异不显著。

表2 不同潮位带红树林林地土壤养分状况 mg/kg

对不同潮位带红树林的土壤养分指标进行单因素方差分析（表3）可知，各指标在不同类型间变化差异大，其中有机碳、硝态氮、有效态锰、有效态铜含量在0.05水平上差异不显著，而有效磷、有效态铁、有效态锌达到了0.05水平上差异显著，此外，不同潮位带间各土壤养分指标也存在差异。

表3 不同潮位带的土壤养分指标方差分析

3.2 土壤生态化学计量特征

通过计算生态化学计量比（图2~图4）可知，不同潮位带红树林林地土壤的C/N、C/P和N/P的差异较大，变异系数差异也大。土壤C/N介于7579.35~59152.04，平均值为26063.89，平均变异系数为2.47，但不同潮位带的土壤C/N在0.05水平上差异不显著(F值=1.912，P值=0.170），C/N大小依次为低潮位＞高潮位＞中潮位；土壤C/P介于393.93~622.99，平均值为513.29，变异系数为0.36，不同潮位带的土壤C/P在0.05水平上差异显著(F值=4.373，P值=0.024），C/P大小依次为高潮位＞中潮位＞低潮位；土壤P/N介于14.93~107.34，平均值为48.43，平均变异系数为2.11，不同潮位带的土壤P/N在0.05水平上差异不显著(F值=2.517，P值=0.102），其在不同潮位带的大小顺序与C/N的基本一致。

图2 不同潮位带红树林林地土壤C/N

图3 不同潮位带红树林林地土壤C/P

图4 不同潮位带红树林林地土壤P/N

3.3 土壤养分之间的相关性分析

红树林土壤养分相关性分析如表4所示，有效磷与有效态锌的含量呈显著的正相关(r=0.741)，有机碳与有效磷、有效态锌的含量呈显著的正相关(r=0.464、r=0.558)，硝态氮与有效态锰的含量也呈显著的正相关(r=0.415)；有效磷与有效态铜、硝态氮、有效态铁的含量呈显著的负相关(r=-0.440、r=-0.386、r=-0.640)，有效态铁与有效磷、有效态锌的含量也呈负相关(r=-0.640、r=-0.616)。

表4 红树林土壤养分的相关性分析

3.4 主成分分析

为了研究不同潮位带红树林的土壤养分特征，对7个土壤养分指标进行主成分分析（表5），最终得到了4个主成分PC1~PC4。第1主成分(PC1)特征值为2.908，方差贡献率41.538%，其中有效磷、有效态锌、有机碳的特征向量较大，依次为0.918、0.866、0.659，它 们 共 同 构 成PC1方 差 变异的主要因素，均与PC1呈正相关；第2主成分（PC2）中，有效态锰、硝态氮、有效态铜的特征向量较大，依次为0.837、0.654、0.476，它们共同构成PC2方差变异主要因素；第3主成分（PC3）中，有机碳、有效态铁的特征向量较大，分别为0.557和0.477；第4主成分（PC4）中，有效态铜和有效态锌特征向量较大，分别为0.660和0.307。前4个主成分的累计贡献率达90.470%，说明前4个主成分基本概括了红树林土壤养分性状的主要信息，在反映土壤养分的指标中有效磷、有效锌和有机碳为首要指标，其次是有效态锰、硝态氮、有效态铜，再次是有效态铁。

表5 不同红树林土壤养分指标主成分分析

4 结论与讨论

福建漳江口红树林国家级自然保护区内不同潮位带的红树林土壤有机碳含量高（平均值为17995.53 mg/kg）,硝态氮、有效磷的含量比较高，有效铁、锰、锌、铜等微量金属含量丰富，说明红树林湿地土壤肥力比较高，这与已有文献报道基本一致［9-10］。本研究的结果表明，不同潮位的红树林土壤养分含量差异较显著。

土壤生态化学计量特征是土壤养分状况和质量的反映。硝态氮、有效磷是植物生长发育所必需的养分，通过对有机碳、硝态氮和有效磷生态化学计量分析，可以反映红树林生长的环境状况。本研究不同潮位带的红树林土壤的C/N、C/P和P/N平均值分别为26063.89、513.29和48.43，高于其他陆生林地的土壤，不同潮位带的红树林土壤的生态化学计量特征差异较大。

在红树林土壤养分相关分析中，有机碳与有效磷、有效态锌的含量呈显著的正相关，硝态氮与有效态锰的含量也呈显著的正相关，有效磷与有效态铜、硝态氮、有效态铁的含量呈显著的负相关。通过主成分分析可知，土壤养分7个指标可以降维为4个主成分指标PC1~PC4，在反映土壤养分指标中有效磷、有效锌和有机碳为首要指标，其次是有效态锰、硝态氮、有效态铜，再次是有效态铁。

红树林是顶级群落，属亚热带海洋气候，其生物积累作用强烈［11］，和其他的高生物量区域一样，其土壤有机碳含量较高［12］。红树林林分的生长有利于土壤养分的累积，与此同时土壤养分的累积又能够促进其生长，红树林土壤肥力状况还受地形、底质、潮汐等区域多因素的影响［13］。因此，对于红树林的保护还需加强对海洋、地质方面的研究。