广西钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与土壤理化性质相关性分析

周慧杰，莫莉萍， 刘云东， 李其艳， 梁 毅

(1.广西师范学院地理科学与规划学院，广西南宁 530001；2.北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西南宁 530001；3.广西师范学院环境与生命科学学院，广西南宁 530001；4.广西红树林保护重点实验室，广西红树林研究中心，广西北海 536000；5.中山大学地球科学与地质工程学院，广东广州 510275)



广西钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与土壤理化性质相关性分析

周慧杰1,2，莫莉萍2,3,4,5*， 刘云东1， 李其艳3， 梁 毅3

(1.广西师范学院地理科学与规划学院，广西南宁 530001；2.北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西南宁 530001；3.广西师范学院环境与生命科学学院，广西南宁 530001；4.广西红树林保护重点实验室，广西红树林研究中心，广西北海 536000；5.中山大学地球科学与地质工程学院，广东广州 510275)

[目的] 为了探究广西钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度的分布特征及土壤理化性质的影响程度。[方法]采集茅尾海红树林自然保护区内不同类型红树林群落0～50 cm湿地土壤剖面样品,测定土壤的有机碳密度、pH、容重、粒度组成、总氮、总磷等指标，并且进行相关性分析。[结果]红树林群落0～50 cm平均土壤有机碳密度从大到小排列顺序依次为混交林>桐花>光滩，光滩、桐花、混交林群落样地的有机碳密度平均值分别为9.44、9.45、28.60 t/hm2；土壤有机碳密度与粒度组成、pH、总磷呈极显著相关，其中与土壤黏粒含量、粉粒含量、pH和总磷含量呈极显著负相关，与土壤砂粒含量呈极显著正相关，而与容重、总氮呈不显著正相关。[结论]在钦州湾红树林湿地中，0～50 cm土壤剖面的平均土壤有机碳密度混交林大于桐花树和光滩，差异极显著。红树林湿地土壤有机碳密度与土壤粒度组成、pH、总磷呈极显著相关，与容重、总氮呈相关性不显著。

土壤有机碳; 土壤理化性质; 相关性分析; 红树林湿地; 广西钦州湾

湿地土壤和泥炭是全球陆地系统最大的碳库，在全球碳循环中发挥重要作用[1]。红树林湿地是热带、亚热带海岸潮间带的重要湿地类型，其固碳速率在所有湿地类型中最高，并且远高于其他类型的湿地[2]。红树林生态系统在湿地生态系统碳循环中起着至关重要的作用。红树林湿地生态系统碳循环的研究在湿地生态系统碳循环的研究中具有十分重要的意义。

红树林湿地处于海陆交错带，是一个物质、能量交换较频繁且又相对开放的系统，生物地球化学循环过程相当复杂。目前，对红树林生态系统的碳循环过程和机理还存在不确定的地方，相关研究还有待进一步深入。但是，土壤的理化性质无疑会影响土壤有机碳固定的微观环境，影响土壤有机碳的储存和分解，从而影响土壤有机碳的固定速率，进而在局部范围内影响土壤有机碳库，同时土壤有机碳的累积会改变土壤的理化性质[3-4]，土壤有机碳的累积和土壤的理化性质关系较密切。土壤有机碳密度与土壤理化性质的相关性研究将为区域红树林生态系统的碳循环过程和机理的研究打下基础。

广西是我国红树林湿地分布最多的省份之一，红树林面积约占全国红树林总面积的1/3，主要分布在广西北部湾海岸。以典型区域广西钦州湾红树林为研究对象，笔者对土壤有机碳密度和土壤理化性质进行分析，并且探讨它们之间的变化，旨在为红树林湿地生态系统碳循环的研究积累基础数据，并且为不同类型红树林碳收支的评估方法提供理论依据。1 材料与方法

1.1 研究区概况 钦州湾位于北部湾顶部，广西海岸带中段，介于21°33′20″～21°54′30″N，108°28′20″～108°45′30″E。该地区属于亚热带季风气候区，夏半年炎热多雨，盛行偏南季风，冬半年低温干燥，盛行偏北季风。年平均气温21.0～23.4 ℃，最热月均温28.6 ℃，极端最高温37.5 ℃,最冷月均温14.1 ℃，极端最低温-1.8 ℃;平均海水温度23.14 ℃，盐度28.24%;平均日照时数1 600～1 800 h，降雨量2 075.7～2 106.5 mm，蒸发量1 655.8～1 706.5 mm。钦州湾潮汐以日潮为主，龙门港区平均潮差2.55 m，最大潮差达5.49 m，涨潮潮流流向西北，流速2.8节；落潮流流向东南，流速2.8节。年均水温21.3 ℃。

该湾由内湾(茅尾海)、湾颈和外湾(狭义上的钦州湾)3个部分组成，中间狭窄，岛屿众多，两端开阔，呈哑铃状，东西北三面围陆地环绕，南面与北部湾相通，背面有琴江、茅岭江注入，是一个半封闭的天然河口湾。该湾口门宽29 km，纵深39 km，海岸线长达336 km，总面积380 km2，其中红树林岸线长约100 km，主要分布在茅尾海北部、西北部和金鼓江沿岸。红树植物长势良好，树高为1.0～3.5 m，而且种群比较单一，多以桐花树和白骨壤为单优建群种，主要植物群落有桐花树群落、白骨壤群落、秋茄-桐花树群落、白骨壤+桐花树群落。

钦州湾的红树林湿地已被列入中国重要湿地名录，是自治区级自然保护区。茅尾海红树林自然保护区位于钦州市境内，最近处距市区不到10 km，总面积2 700多hm2，分别由康熙岭片、坚心围片、七十二泾片和大风江片四大片组成，其中七十二泾片区位于钦州港辖区的滩涂湿地。

1.2 样品采集与保存 根据红树林群落分类特点，在茅尾海红树林自然保护区七十二泾片区内设置了光滩、混交林群落(桐花+白骨壤+秋茄)、桐花群落三类样地。每类样地量取10 m×10 m大小的样方，并且在各样方内随机选取采样点3个，每点挖50 cm深的土壤剖面，每个剖面按0～10、10～20、20～30、30～40 和40～50 cm分层采集土壤样品。采取环刀法测定土壤容重，环刀体积为100 cm3。将土壤剖面样品用聚乙烯自封袋封装后运回实验室，室内自然风干，磨碎，去除石砾、根系和凋落物，过筛后放入自封袋，附上标签保存，用于土壤理化性质的测定。

1.3 样品测定 土壤容重和含水量采用烘干法测定。称取通过1 mm筛风干土样10 g于50 ml烧杯中，加入25 ml去二氧化碳水，水土比为1.0∶2.5，搅拌1 min，静置30 min后使用美国哈希DREL2800便携式水质测定仪电位法测定pH。取过2 mm筛风干土样，预处理后用英国Malvern 2000型激光粒度分析仪测定土壤粒度，黏粒<2 μm，粉粒2～ 20 μm，砂粒>20 μm。取过100目筛风干土样，用德国 Elementar 公司Vario EL元素分析仪测定土壤总氮含量。取过100目筛风干土样，采用钼锑抗分光光度法测定总磷含量。土壤有机碳含量测定采用重铬酸钾氧化外加热法测定，具体实验操作参照《土壤农化分析》[5]。

1.4 数据统计分析 数据统计分析处理主要采用Microsoft Excel2003和SPSS(19.0)统计软件。

2 结果与分析

2.1 红树林湿地土壤有机碳密度分布特征 土壤有机碳密度一般指一定深度的单位面积土壤有机碳的储量。由表1可知，不同红树林群落0～50 cm土壤有机碳密度排列顺序为混交林>桐花>光滩。T检验结果显示，桐花与光滩的土壤有机碳密度差异不显著(P>0.05)，而混交林土壤有机碳密度极显著性高于桐花和光滩(P<0.01)，光滩、桐花和混交林各样层土壤有机碳密度平均值分别为9.44、9.45、28.60 t/hm2。

在垂直分布上，混交林的土壤有机碳密度在0～20 cm土层深度呈递增趋势，在20～30 cm土层达到最高值，随后逐层递减。光滩的土壤有机碳密度则在10～20 cm土层出现最高点后逐层递减，桐花的土壤有机碳密度则随土层深度的增加呈缓慢递减，但桐花与光滩的有机碳密度逐层递减幅度都不明显，且两者的单位有机碳密度接近。

表1 钦州湾红树林土壤有机碳密度分布 t/hm2

2.2 红树林湿地土壤主要理化性质特征 由表2可知，在红树林湿地土壤的机械组成中，以粉粒和砂粒为主，黏粒只占4.87%～10.91%，光滩土壤黏粒含量随着土层深度的递增呈现逐层递增，而桐花和混交林含量以20～30 cm土层最高。不同红树林群落湿地土壤黏粒含量不等，大小顺序为混交林<光滩<桐花；红树林湿地土壤呈酸性，pH范围在2.81～6.31之间，大小顺序为混交林<桐花<光滩；土壤容重范围在0.615～3.26 g/cm3之间，大小顺序为桐花<混交林<光滩；总氮含量范围在0.107%～0.139%之间，大小顺序为光滩<桐花<混交林；总磷含量范围在0.020 7%～0.072 8%之间，大小顺序为混交林<光滩<桐花。

2.3 土壤有机碳密度与土壤理化性质的相关性分析 对红树林土壤有机碳密度和相应的土壤质地、pH、容重、含水量、总氮、总磷进行皮尔森(Pearson)相关分析，得到土壤有机碳密度和土壤主要理化指标之间的相关性。由表3可知，土壤有机碳密度与土壤理化性质的相关性较密切，其中有机碳密度与土壤质地、pH、总磷在0.01的置信水平上呈极显著相关。

2.3.1 土壤有机碳密度与土壤质地。钦州湾土壤有机碳密度与土壤质地极显著相关，其中与土壤黏粒含量(图1)、粉粒含量(图2)呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数分别为-0.716、-0.750，与土壤砂粒含量(图3)呈极显著正相关(P<0.01)，相关系数为0.748。

一般认为，土壤有机碳储量会随粉粒含量和黏粒含量的增加而增加。这主要反映在粉粒对土壤水分有效性、植被生长的正效应及其黏粒对土壤有机碳的保护作用[6]。也有研究表明，土壤质地与土壤有机碳储量之间没有明显关系，认为质地对土壤有机碳的影响在不同的地区有明显的差异[7]。该研究进一步丰富了土壤质地与土壤有机碳储量之间关系的内容。

表2 钦州湾红树林土壤理化性质

表3 钦州湾红树林土壤有机碳密度与土壤理化性质的相关性

注：** 在0.01 水平(双侧)上显著相关。

2.3.2 土壤有机碳密度与pH。由图4可知，钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与土壤pH呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数为-0.921。 pH 是土壤的重要性质之一。它可以影响土壤各元素在土壤中的转化，同时影响土壤有机碳密度。一般认为，土壤pH通过影响微生物活性而影响有机碳的分解状况，pH 过高都不利于一般微生物的生长，并且会抑制其活动，从而抑制有机质的分解转化，因此土壤酸性越强，即pH越低，土壤有机碳含量越高，二者呈极显著负相关。李真[8]在海南岛红树林湿地土壤有机碳分布特征研究中，发现土壤有机碳含量与pH之间呈显著负相关。祖元刚等[9]得出，土壤pH与有机碳含量呈负相关。这与该研究结果基本一致。

2.3.3 土壤有机碳密度与容重。由图5可知，钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与容重呈不显著正相关。通常来说，土壤容重与土壤质地、压实状况、土壤颗粒密度、土壤有机质含量及各种土壤管理措施有关，有机质含量高、结构性好的土壤容重小。而有机碳又是有机质的主要成分之一，故土壤有机碳越高，土壤容重越小[8]。李真[9]在海南岛红树林湿地土壤有机碳库分布特征研究中，发现土壤有机碳含量与容重呈不显著负相关。祖元刚等[10]得出，土壤容重与有机碳含量呈不显著负相关。该研究结果有待进一步验证。

2.3.4 土壤有机碳密度与总氮含量。由图6可知，钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与总氮含量呈正相关关系，但不显著。土壤总氮与有机碳是土壤肥力高低的重要指标之一，也是评价湿地土壤碳库功能的重要指标[11]。土壤中的碳氮主要来源于植物有机质的归还，因此通常有机碳密度和土壤氮含量的变化趋于一致，呈0.01水平显著正相关。董凯凯等[12-13]对人工恢复黄河三角洲湿地土壤碳氮含量变化特征的研究也应证了这一结论。钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与总氮含量相关性不显著。这可能与红树林湿地所处的特殊环境有关。红树林湿地处于海陆交错带，是一个物质、能量交换较频繁而又相对开放的系统。生物地球化学循环过程相当复杂。由于频繁受海潮的影响，氮相对易随海流流失。

2.3.5 土壤有机碳密度与总磷含量。由图7可知，钦州湾红树林湿地土壤有机碳密度与土壤总磷含量呈极显著负相关(P<0.01)，相关系数为-0.764。红树林中植物凋落物分解释放营养元素的大部分会被红树植物再吸收。养分元素的循环可使土壤有机质得到补充，土壤总磷含量不断积累。袁彦婷等[13]对广西大冠沙、广东湛江、海南东寨港红树林区土壤进行研究，发现有机碳含量与土壤总磷含量呈0.05水平显著正相关关系。由于土壤有机碳固定受到土壤pH、盐度、含水量、机械组成等多种环境因素的影响，该研究结果需要进一步验证。此外，红树林土壤总磷含量与土壤质地有关。红树植物有发达的根系，可以固沙固土。海水带来的黏粒在红树林湿地中易沉积，而且黏粒对土壤颗粒态磷的吸附作用极强，使得土壤中总磷含量增加[13]。研究中，总磷含量与土壤黏粒含量呈极显著正相关(P<0.01)。

4 结论

(1)红树林湿地是热带、亚热带海岸潮间带的重要湿地类型，是全球碳库的重要组成部分，在湿地生态系统碳循环中起至关重要的作用。广西是我国红树林湿地分布最多的省份之一。以典型区域——广西钦州湾红树林为研究对象，对土壤有机碳密度和土壤理化性质之间的变化进行研究，可为红树林湿地生态系统碳循环的研究积累基础数据，并且为不同类型红树林碳收支的评估方法提供理论依据。

(2)不同红树林群落样地土壤有机碳密度大小顺序为混交林>桐花>光滩，平均值分别为9.44、9.45、28.60 t/hm2，混交林土壤有机碳密度极显著性高于桐花和光滩(P<0.1)。在垂直分布上，混交林的土壤有机碳密度在0～20 cm土层呈递增趋势，在20～30 cm土层达到最高值，随后逐层递减。光滩的土壤有机碳密度则在10～20 cm土层出现最高点，然后呈逐层递减。桐花的土壤有机碳密度则随土层深度的增加缓慢递减。

(3)红树林湿地土壤的机械组成以粉粒和砂粒为主，黏粒只占4.87%～10.91%，在不同红树林群落湿地土壤黏粒含量大小顺序为混交林<光滩<桐花；红树林湿地土壤呈酸性，土壤pH范围在2.81～6.31之间，pH大小顺序为混交林<桐花<光滩；土壤容重范围在0.615～3.26 g/cm3之间，大小顺序为桐花<混交林<光滩；总氮含量范围在0.107%～0.139%之间，大小顺序为光滩<桐花<混交林；总磷含量范围在0.0207%～0.0728%之间，大小顺序为混交林<光滩<桐花。

(4)采用IBM SPSS Statistics 19.0软件，对红树林土壤有机碳密度和相应的土壤质地、pH、容重、总氮、总磷进行Pearson相关分析。结果表明，有机碳密度与土壤质地、pH、总磷含量在0.01的置信水平上极显著相关。其中，有机碳密度与土壤黏粒含量、粉粒含量、pH和总磷呈极显著负相关，相关系数分别为-0.716、-0.75、-0.921和-0.764，与土壤砂粒含量呈极显著正相关，相关系数为0.748；土壤有机碳密度与容重和总氮呈不显著正相关。

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[13] 袁彦婷,丁振华,张玲,等.土地利用方式改变对红树林沉积物中营养元素含量的影响[J].地球与环境,2012(3):385-390.

Correlation Analysis between Soil Organic Carbon Density and Soil Physical and Chemical Properties of Mangrove Wetland in Qinzhou Bay of Guangxi

ZHOU Hui-jie1,2,Mo Li-ping2,3,4,5*,LIU Yun-dong1et al

(1.School of Geography and Planning, Guangxi Teachers Education University, Nanning, Guangxi 530001; 2.Key Laboratory of Beibu Gulf Environment Change and Resources Use, Ministry of Education, Nanning, Guangxi 530001;3.School of Environment and Life Science, Guangxi Teachers Education University, Nanning, Guangxi 530001; 4.Guangxi Key Lab of Mangrove Conservation and Utilization, Guangxi Mangrove Research Center, Beihai, Guangxi 536000; 5.School of Earth Science and Geological Engineering, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275)

[Objective] The research aimed to discuss the distribution of soil organic carbon density and the influence of soil physical and chemical properties of mangrove wetland in Qinzhou Bay of Guangxi.[Method] Soil profile samples (0-50 cm) of different mangrove community wetland in Maoweihai Mangrove Nature Reserve were collected.Soil organic carbon density as well as physical and chemical properties including pH, bulk density, particle size composition, total nitrogen content and total phosphorus content were analyzed.And the correlation analysis was conducted.[Result] The order of average organic carbon density in mangrove wetland soil (0-50 cm) was mixed species>Aegicerascorniculatum>bare flat.The average soil organic carbon density of bare flat,Aegicerascorniculatumand mixed species were 9.44, 9.45, 28.60 t/hm2, respectively.The soil organic carbon density had a high significant correlation with soil particle composition, pH and total phosphorus content.The soil organic carbon density had a high significant negative correlation with clay particle content,silt particle content, pH and total phosphorus content，and had a high significant positive correlation with sand particle composition, while had no significant positive correlation with soil bulk density and total nitrogen content.[Conclusion] The average organic carbon density of soil profile of mangrove wetland in Qinzhou Bay was analyzed.The soil organic carbon density of mixed species was significantly higher than that ofAegicerascorniculatumand bare flat.The soil organic carbon density had a high significant correlation with particle composition, pH and total phosphorus content, while had no significant correlation with bulk density and total nitrogen content.

Soil organic carbon; Soil physical and chemical property; Correlation analysis; Mangrove wetland; Qinzhou Bay of Guangxi

广西自然科学基金项目(2011jjA50016);广西红树林保护重点实验室开放基金项目(GKLMC-201208);北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室开放基金项目(BBG1110);国家自然科学基金项目(41361023);广西师范学院博士研究人员启动基金项目。

周慧杰(1967- ),男,广西博白人,副研究员,博士,从事资源环境与区域可持续发展方面的研究。*通讯作者,讲师,博士,从事环境地质学与区域可持续发展方面的研究。

2015-04-20

S 714.2

A

0517-6611(2015)17-120-04