摘要 通過對廣西茅尾海的仙島公園和沙井紅樹林土壤有機碳(SOC)、全氮(TN)含量和空間分布特征，以及碳氮比(C/N)與SOC和TN的相關性研究，結果顯示，仙島公園紅樹林的SOC和TN的平均含量分別為24.5和1.06 g/kg，沙井紅樹林的SOC和TN平均含量分別為11.9和0.71 g/kg‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。 仙島公園和沙井紅樹林的SOC儲量分別為181.03和92.4 t/hm2，存在顯著性差異(P <0.05)，仙島公園和沙井紅樹林的TN儲量分別為8.23和5.12 t/hm2，SOC和TN儲量垂直分布，隨土層深度的增加呈先減少后增加的趨勢(沙井TN除外)‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。沙井紅樹林的SOC與TN儲量之間相關性極顯著(P <0.01，R=0.947)，仙島公園紅樹林的SOC與TN儲量之間相關系數為0.407‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。這2個研究地點的C/N值為16.77~24.39，其有機質主要來源于陸地，仙島公園紅樹林的C/N值與SOC儲量存在顯著的相關性(P <0.01)，沙井紅樹林的C/N值與TN儲量呈顯著負相關(P<0.05)。仙島公園紅樹林的SOC儲量高于我國森林土壤平均碳儲量，顯示了紅樹林土壤較高的固碳能力。

　　關鍵詞 仙島公園; 沙井; 紅樹林; 碳氮儲量; 空間分布

　　紅樹林是熱帶、亞熱帶海岸重要的濕地生態系統，是全球生產力最高的區域之一，具有極其重要的生態和環境價值(高天倫等, 2017; 許永輝等, 2018)。 碳和氮是海洋初級生產力的關鍵營養元素(張雪等, 2018)，土壤有機碳(Soil organic carbon, SOC)和全氮(Total nitrogen, TN)是評價土壤肥力的重要指標，直接影響濕地生態系統的生產力，對生態系統結構和功能的形成具有重要作用。 土壤的碳氮比(C/N)是反映土壤質量變化的敏感指標，也是反映土壤微生物群落結構的重要標志，印證著區域生態系統的演變規律(肖玉等, 2003)。

　　人類活動對紅樹林產生了極大的干擾，從填海造地等土地利用變化到過度挖掘、捕獲海洋經濟動物對紅樹林的損壞，以及船只出入對紅樹林的壓踩等，都影響了紅樹林生態系統的物質循環。 通過對不同人類活動區域的紅樹林碳氮儲量變化的研究，可為紅樹林物質循環及其保護提供理論依據。 全球氣候變化日益受到重視，濱海濕地碳氮儲量及其分布特征越來越受到關注(Liu et al, 2007)。 國外對紅樹林生態系統碳氮儲量研究較多，尤其是集中于有機碳儲量的研究(Chen et al, 2014; Laanbroek et al, 2018; Marchand, 2017; Morimaru et al, 2017)。

　　我國關于紅樹林濕地研究多集中在重金屬、微生物和有機碳等方面(羅松英等, 2018; 丁蘇麗等, 2018; 胡杰龍等, 2015)，少有同時對其碳庫和氮庫的研究以及C/N與碳、氮相關性的研究，而且對紅樹林濕地碳庫和氮庫的研究多集中在海南、閩江和廣東等地，而對于廣西紅樹林濕地的相關研究不多，不利于總結規律性的成果。

　　本研究地點設立在廣西北部灣茅尾海紅樹林保護區。 茅尾海紅樹林是我國面積最大、最典型的島群紅樹林和特有的巖灘紅樹林，是北部灣最北端的紅樹林分布區，植物群落類型為桐花樹(Aegiceras corniculatum)群落、秋茄(Kandelia candel)+桐花樹群落、白骨壤(Avicennia marina)+桐花樹群落和白骨壤群落。 仙島公園是紅樹林受到較好保護的地點，而沙井位于漁業區范圍內，受到人為活動影響較大，研究其土壤有機碳和全氮儲量及分布特征，分析C/N與SOC和TN儲量之間的相關性，試圖揭示廣西茅尾海紅樹林濕地SOC和TN的分布規律，有助于更好地認識茅尾海紅樹林濕地的碳匯能力，為區域性碳氮循環研究和紅樹林保護提供理論依據，對理解生物地球化學循環和生態作用具有重要意義。

　　1 地理概貌

　　茅尾海位于北部灣頂部欽州灣海域，為半封閉式內海，連接著欽江和茅嶺江，面積約為135 km2，處于南亞熱帶，受熱帶海洋氣候的影響，季風環流明顯，年均氣溫為22℃，平均年降雨量為2104.2 mm，年平均降雨日數為171 d(劉永泉等, 2009)。 茅尾海海底底質以淤泥、淤泥質土以及粗、中、細和粉砂為主。 沿岸紅樹林面積約為2302 km2，主要為木欖(Bruguiera gymnorrhiza)、秋茄、桐花樹、海漆(Excoecari aagallocha)、白骨壤、紅海欖(Rhizophora stylosa)、無瓣海桑(Sonneratia apetala)、銀葉樹(Heritiera littoralis)、黃槿(Hibiscus tiliaceus)、露兜樹(Pandanus tectorius)、小花老鼠簕(Acanthus ebracteatus)和老鼠簕(Acanthus ilicifolius)。

　　茅尾海紅樹林自然保護區于2005年成立，所在海域為不規則全日潮，平均潮差為2.52 m (常濤等, 2014)。 選取茅尾海的仙島公園和沙井作為研究地點，與保護較好的仙島公園相比，沙井是欽州養殖大蠔的主要產區，受人為活動影響稍大。 研究區域紅樹林種類包括桐花樹、秋茄、白骨壤和少量的無瓣海桑及半紅樹植物老鼠簕，通過樣方調查測定仙島公園紅樹林平均胸徑為4.03 cm，樹高為3.03 m，沙井紅樹林平均胸徑為2.4 cm，樹高為2.1 m。

　　2 研究方法

　　2.1 采集土樣

　　分別在仙島公園和沙井紅樹林區域設立8個5 m× 5 m的樣方，在每個樣方內隨機選取3個土壤采樣點，土壤剖面深度分別為0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm，采用100 cm3環刀取樣，并測定土壤容重。 將土壤樣品放入聚乙烯自封袋后運回實驗室，經過自然風干、過篩和去除凋落物、石礫和根系(雜物)后，用于SOC含量和全氮含量的測定。

　　2.1.1 SOC和TN的測定 SOC含量采用重鉻酸鉀外加熱法測定，土壤TN含量采用凱氏定氮法測定。

　　2.1.2 土壤SOC儲量和TN儲量的計算 土壤容重的計算公式如下：

　　rs=g·100/v·(100+W)

　　式中，rs為土壤容重(g/cm3)，g為環刀土鮮重(g)，v為環刀容積(100 cm3)，W為樣品含水百分數(不帶%)

　　SOCS為一定深度內的SOC儲量(t/hm2)，STNS為一定深度內土壤TN儲量(t/hm2)，Di為第i層土壤容重(g/cm3)，Mi為第i層SOC含量(g/kg)，Ni為第i層土壤TN含量(g/kg), Hi為第i層土壤厚度(cm)，n為土層數。

　　2.2 統計分析

　　用Pearson相關法和SPSS 19.0軟件進行統計分析，比較仙島公園與沙井紅樹林濕地SOC和TN儲量的差異，并分析C/N與SOC和TN儲量的相關性。

　　3 結果與分析

　　3.1 仙島公園和沙井紅樹林SOC和TN含量變化

　　仙島公園和沙井SOC和TN含量表現為表聚性特征，即最高值出現在0~20 cm。 仙島公園SOC含量在0~60 cm的范圍為22.4~27.03 g/kg，TN含量為1.02~1.1 g/kg。 沙井SOC含量在0~60 cm的范圍為10.5~14.2 g/kg，TN含量為0.57~0.79 g/kg。 仙島公園SOC和TN均高于沙井，二者SOC含量在0~20 cm土層沒有顯著差異，但在20~40 cm和40~60 cm土層中，二者SOC含量均有顯著差異。 仙島公園和沙井TN含量僅在40~60 cm土層中有顯著差異。 同一研究點不同土層SOC和TN含量均無顯著差異(P>0.05)。

　　3.2 仙島公園和沙井紅樹林SOC和TN儲量的分配

　　仙島公園紅樹林總SOC儲量和總TN儲量均大于沙井。 仙島公園紅樹林在0~60 cm土層的SOC總儲量為181.03 t/hm2，大于沙井SOC儲量(92.4 t/hm2)，二者存在顯著差異。 仙島公園紅樹林在20~40 cm和40~60 cm土層的SOC均與沙井紅樹林存在顯著性差異。

　　仙島公園的TN儲量(8.23 t/hm2)大于沙井(5.12 t/hm2)，但差異不顯著，在各土層間無顯著差異。 仙島公園和沙井紅樹林SOC儲量和TN儲量在0~60 cm的3個土層均無顯著差異(P>0.05)。 2個研究地點的SOC儲量均表現為表聚性。 仙島公園0~20 cm、20~40 cm和40~60 cm層的SOC儲量分別占總SOC儲量的34.5%、32.1%和34.4%，沙井各層SOC儲量則為35.5%、30.2%和34.3%。 仙島公園TN儲量最高值出現在20~40 cm土層，占總TN儲量的34.8%。 沙井TN儲量占總儲量的35.3%。

　　3.3 C/N與SOC和TN的相關性

　　仙島公園C/N值與SOC儲量存在顯著相關性(P <0.01，R=0.961)，C/N值與TN相關性不顯著，SOC儲量與TN儲量之間相關性不顯著。沙井C/N值與SOC儲量無顯著相關性，與TN儲量顯著負相關(P <0.05，R= –0.681)，SOC儲量與TN儲量之間相關性極顯著(P<0.01，R=0.947)。

　　3.4 仙島公園和沙井土壤C/N的變化

　　仙島公園和沙井紅樹林土壤C/N值在0~60 cm土層的變化范圍為16.77~24.39。 仙島公園紅樹林土壤C/N值均大于沙井，但差異不顯著，仙島公園C/N最大值出現在0~20 cm紅樹林土層中，沙井紅樹林土壤C/N最大值出現在40~60 cm土層。

　　4 討論

　　4.1 SOC和TN的分布及碳氮相關性

　　仙島公園紅樹林SOC和TN含量和儲量均大于沙井，茅尾海紅樹林濕地是全國天然大蠔的主要繁殖場所之一，被漁業區所包圍，距離居民區較近，周邊居民的生產生活對紅樹林產生了一定的影響，尤其沙井是大蠔人工養殖區，人為活動較多，如制作蠔排和蠔樁、拾螺撿貝、挖泥丁和彈涂魚以及船只出入踏踩紅樹林，土壤擾動易造成營養物質的流失，造成厭氧環境的改變，導致土壤氮的礦化作用和加快有機碳的分解，從而使土壤SOC和TN下降(陳志杰等, 2016; Hanke et al, 2013)。 相比之下，仙島公園保護管理較好，受人為活動影響較少。

　　沙井紅樹林大多數為次生林，較矮小，挖掘、捕獲活動對紅樹林根系有損害，危及紅樹林幼苗和繁殖體庫，使其植物群落更新困難。 仙島公園的紅樹林長勢較好，樹高和胸徑明顯高于沙井，Tian等(2010)研究表明，植物生物量對SOC積累起著重要作用，植物與其土壤養分之間具有互相促進的關系，高生物量區域的SOC和TN儲量較高‍‌‍‍‌‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‌‍‍‍‌‍‍‍‍‌‍‌‍‌‍‌‍‍‌‍‍‍‍‍‍‍‍‍‌‍‍‌‍‍‌‍‌‍‌‍。

　　仙島公園和沙井SOC含量均低于湛江和東寨港紅樹林(郭志華等, 2014; 許方宏等, 2012)。 仙島公園SOC含量高于雷州半島紅樹林(楊娟等, 2012)和閩東紅樹林濕地，沙井SOC平均含量與閩東紅樹林濕地SOC含量相近(廖小娟等, 2013)。 除仙島公園的TN儲量外，仙島公園和沙井紅樹林SOC和TN含量和儲量表現為表聚性現象，即最高值出現在0~20 cm土層，與海南紅樹林SOC儲量的分布(辛琨等, 2014)及崇明東灘濕地SOC和TN含量的分布一致(陳懷璞等, 2017)。

　　紅樹林濕地SOC來源有內源性和外源性2種輸入，內源性主要來源于植物枯落物、根系和其分泌物以及動物殘體和排泄物等，經過土壤中微生物的分解作用釋放到土壤表層，使得土壤表層的SOC量高，加之紅樹林地處熱帶和亞熱帶地區，光照和降水充足，植被豐富，凋落物量大，增加了SOC的內源性輸入; 外源性輸入主要來自潮汐、降雨和河水等攜帶的有機物。 在受到來自人類活動影響小的情況下，紅樹林濕地SOC來源主要以內源性輸入為主。

　　紅樹林及其所處的動態環境，在沉積物、植被、間隙水、海水和大氣之間存在多個界面的碳氮交換過程，同時受多種理化因子的影響，紅樹林沉積物有機碳存在很大的不確定性(Kauffman et al, 2011; Giri et al, 2011)。 因此，不同地點、不同群落SOC和TN含量的變化會存在較大差異。 閩江河口區濕地SOC含量最高值出現在0~10 cm土層(王維奇等, 2012)。 海南島紅樹林土壤SOC含量最高值出現在20~40 cm(郭志華等, 2014)。 海南東寨港秋茄紅樹林SOC含量最高值出現在40~50 cm(詹紹芬等, 2015)。 深圳紅樹林SOC含量最高值卻出現在70 cm處(喬永民等, 2018)。

　　與一般陸地森林土壤分布規律不同，2個研究地點SOC和TN垂直分布特征總體上表現為，隨著土層深度的增加呈先減少后增加的趨勢(沙井的TN除外)，與廣西欽州灣混交林紅樹林濕地SOC儲量研究結果相近(周慧杰等, 2015)。 有研究報道，土壤表層SOC和TN儲量較高是因為植被地上枯落物的輸入，深層土壤SOC和TN儲量則主要受植物根系的影響(Yang et al, 2015)。 紅樹林根系發達，在土壤40~60 cm處還存在大量的細根，細根為土壤提供豐富的碳氮，根系及其活動是土壤深層碳氮的重要來源之一(辛琨等, 2014)。 同時，紅樹林濕地所處的水淹的厭氧環境造成土壤呼吸釋放緩慢，有利于深層土壤中氮和有機碳的積累。 仙島公園紅樹林SOC儲量(181.03 t/hm2)遠高于廣西主要森林SOC儲量(124.7 mg/hm2)(杜虎等, 2016)，高于我國森林SOC平均儲量(107.8 t/hm2) (劉世榮等, 2011)，遠高于福州和海南濱海人工防護林(尾巨桉、木麻黃、紋莢相思) SOC儲量(葛露露等, 2018; 宿少鋒等, 2018)，顯示了紅樹林濕地巨大的碳匯能力。

　　SOC和TN受土壤理化特性、水文氣候條件和濕地生物以及人類活動等多因素的影響(張劍等, 2017; 辛琨等, 2014)。 討論SOC和TN的影響因素需要考慮外界影響因子和土壤本身特性的綜合性因素，本研究未涉及紅樹林沉積物間隙水以及海水的SOC和TN的研究，還不能從多個碳交換界面去全面分析與SOC和TN的關系。

　　沙井紅樹林SOC與TN儲量之間相關性極顯著(P <0.01，R=0.947)，仙島公園紅樹林SOC與TN儲量之間相關系數為0.407，與陳懷璞等(2017)和崔靜等(2012)的研究結果相近。陳懷璞等(2017)研究顯示，土壤SOC與TN儲量間呈極顯著正相關性。 SOC與TN之間存在一定的消長和耦合效應，增加氮素可促進植物的生長，從而提高有機碳的積累，而有機碳的分解也可以促進氮素在土壤中的釋放(吳綻蕾等, 2015)，碳固定能引起氮固定。

　　4.2 土壤C/N變化及與SOC和TN儲量的相關性

　　濕地沉積物中C/N值是確定其有機質來源的一個重要方法，當沉積物中C/N>10時，沉積物有機質以外源為主，C/N <10時，以內源有機質為主，C/N≈10時，外源與內源有機質達到平衡狀態(Krishnamurthy et al, 1986)。本研究中，紅樹林濕地C/N值范圍為16.77~24.39，平均值為20.45，依此判斷為標準，仙島公園和沙井紅樹林濕地有機質主要來源于陸地，與夏鵬等(2015)通過同位素示蹤研究廣西欽州灣紅樹林有機碳來源的結果一致。

　　仙島公園C/N值與SOC儲量存在極顯著相關性(P <0.01，R=0.961)，Wang等(2014)和Yang等(2013)研究報道，濕地土壤較高的C/N值會導致土壤微生物活性降低，使活性碳庫周轉率降低，減少有機碳的氧化和流失，最終，加快SOC的積累。所以，較高的C/N值表明有機碳的積累多，仙島公園和沙井紅樹林平均C/N值大于中國土壤平均C/N值(王紹強等, 2008)，說明紅樹林濕地具有強大的固碳能力。

　　園林論文范例：廣東園林中水磨石技藝應用研究

　　5 結論

　　仙島公園沙井紅樹林的SOC儲量分別為181.03和92.4 t/hm2，二者存在顯著性差異(P <0.05)，其垂直分布特征均表現為隨土層深度的增加呈先減少后增加的趨勢。仙島公園和沙井紅樹林TN儲量分別為8.23和5.12 t/hm2，仙島公園紅樹林TN垂直特征同SOC，沙井紅樹林TN隨土層深度的增加呈減少的趨勢。

　　沙井紅樹林的SOC與TN儲量之間相關性極顯著(P <0.01，R=0.947)，仙島公園紅樹林SOC與TN儲量之間相關系數為0.407。2個研究地點C/N值為16.77~24.39，平均值為20.45，說明有機質主要來源于陸地，仙島公園紅樹林C/N值與SOC儲量存在極顯著相關性(P <0.01，R=0.961)，C/N值與TN相關性不顯著，沙井紅樹林C/N值與TN儲量存在顯著負相關(P<0.05)。

　　作者：陶玉華① 黃 星 王薛平 鐘秋平 亢振軍