广东省红树林土壤碳储量及固碳潜力研究
时间：2023-06-21 16:40:06 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
覃国铭，张靖凡，周金戈，卢 哲，王法明
（1. 中国科学院华南植物园 小良热带海岸带生态系统定位研究站，广州 510650；
2. 华南国家植物园，广州 510650；
3. 中国科学院大学，北京 100049）
二氧化碳（CO2）浓度上升导致的气候变化，是全球共同面临的重要环境问题之一。目前，为了缓解气候变化带来的影响，主要采用的方式是减排增汇，即降低温室气体的排放和增加碳的储量（Pan et al., 2011）。多数关于生态系统固碳增汇的项目，都是基于对陆地森林生态的恢复以及增加农田生态系统的碳储量（Smith et al., 2008; Agrawal et al., 2011）。随着对海洋生态系统碳价值认识的深化，“蓝碳”逐渐受到学界的关注（Wang et al.,2021）。“蓝碳”一般指生长在滨海湿地生态系统中的红树林、海草和盐沼湿地所固定下来的碳（Duarte et al., 2005; Pendleton et al., 2012）。尽管滨海植被所占面积不足海洋总面积的2%，但其碳埋藏速率是成熟热带森林的几十倍（Duarte et al., 2005；
王法明 等，2021）。
红树林作为生长在热带和亚热带地区的主要滨海植被，其固碳速率达到194 g C/m2/a，高于盐沼（168 g C/m2/a）和海草床（140 g C/m2/a），是“蓝碳”碳汇的主要贡献者（Wang et al., 2021）。红树林除了具有较高的碳埋藏速率，还提供着重要的生态系统服务功能。沿着中国的亚热带和热带海岸线，红树林主要在其中扮演抗风消浪、固岸护堤、净化环境等重要角色，而且还是鱼类、螃蟹和其他生物的栖息地（王法明 等，2021）。开展红树林碳储量研究，对于热带、亚热带地区科学恢复红树林湿地系统、建设低碳城市具有理论指导意义。
中国红树林主要分布在海南、广东、广西、福建和台湾等省份（Li et al., 1997），红树林面积在近些年来变化较大。以广东省为例，在历史上，该省份红树林面积在所有省份中占比最高，且其面积曾占全国红树林面积的一半以上（Chen et al., 2017）。但受海平面上升、气候变化、人类活动等因素的影响，广东省红树林面积从1985年（9 305 hm2）开始下降，到2005 年，面积仅为6 793 hm2；
近年来，随着政府出台湿地保护相关政策，广东省红树林的面积在2020年恢复至10 651.3 hm2（广东省统计局，2020）。20世纪80年代以来，中国进行了大规模的红树林造林活动。20 世纪90 年代后，生长速度快的外来树种无瓣海桑（Sonneratia apelata）逐渐取代本地树种，如秋茄（Kandelia candel），成为红树林人工恢复的主要树种（Chen et al., 2009; Ren et al., 2009）。据此，广东主要常见的红树植物为红海榄（Rhizophora stylosa）、白骨壤（Avicennia marina）、桐花树（Aegiceras corniculatum）、海漆（Excoecaria agallocha）、秋 茄（K. candel）、木 榄（Bruguiera gymnorrhiza）、海莲果（Bruguiera sexangula）、无瓣海桑（S. apelata）、海桑（S. caseolaris）、对叶榄李（Laguncularia racemosa）等（廖宝文 等，2014）。
尽管广东省在沿海区域造林取得一定的成绩，但仍存在造林树种单一、存活率相对较低等问题。目前，尚未见关于该省份较完整的土壤碳储量和固碳潜力研究。因此，本文通过文献收集和数据整合的方法，对广东沿海红树林碳分布格局进行调查，分析其红树林碳储量特征，以期为该地区未来造林工作提供较为全面的信息，为红树林的保育和管理提供科学参考。
1.1 研究地概况
广东省地处中国东南沿海区域，主要与香港、澳门、江西、湖南、广西和福建接壤，与海南隔海相望。面积约为18万km2，其中海岸线长4 114 km，为中国最长的海岸线；
全省海岸带面积约为0.82万hm2，约占全国湿地面积的一半，主要分布在汕头等14 个地级市（国家林业局，2014）。广东省是中国红树林现存面积最大的省份，红树林主要呈间断性小片分布，从南边徐闻县五里，到北边饶平海山均有红树林分布（陈远生 等，2001）。截止到2015年底，广东省一共建立了12个保护区，分别是湛江红树林保护区、内伶仃福田、淇澳担杆岛、惠东红树林、电白红树林、程村豪光红树林、平冈红树林湿地、岗列对岸三角洲、茂港红树林、苍头红树林、恩平红树林和镇海湾红树林。这些保护区在广东红树林的保护和发展中发挥重要作用。
1.2 数据来源
根据“红树林”“广东省”“有机碳”“碳储量”和“沉积速率”等关键词，在Web of Science、Google Scholar 和中国知网对已发表的期刊文章和科学报告进行检索，共获得24篇符合要求的文献。从这些文献中，分别获取树种、土壤有机碳浓度和碳储量等指标。对于部分仅对土壤表层有机碳进行测定的文献，用表层的数据外推至整个土壤剖面（0～100 cm）进行统计。
1.3 各地级市红树林面积的获取
结合现场踏查红树林数据和谷歌地图（Google earth）上的高清影像，利用目视解译的方法，对各地级市的红树林范围进行区划，最终在谷歌地图引擎（Google Earth Engine）上对各地级市内红树林所占面积进行计算。
2.1 广东省不同红树林群落土壤碳含量及碳密度
对广东省不同红树林群落的有机碳含量、土壤容重和碳密度进行统计（表1）。广东省红树林土壤有机碳的含量均值为2.24%，本地的红树林群落的土壤有机碳含量大部分显著高于外来红树林，其含量由大到小分别为：红海榄 > 木榄 > 秋茄 > 桐花 >本地树种混交 > 无瓣海桑 > 白骨壤 > 外来树种混交。不同群落间红树林群落容重差异较大，其中白骨壤群落容重最大，为1.04 g/cm3，而秋茄群落的土壤容重最小，仅为0.78 g/cm3。
表1 广东省不同红树林群落土壤有机碳含量及碳密度Table 1 Soil organic carbon contents and carbon densities in different mangrove communities in Guangdong Province
广东省不同红树林群落土壤碳密度变化范围为0.12～0.28 Gg C/hm2，不同红树林群落植被的碳密度从大到小为：红海榄 > 木榄 > 外来树种混交 > 白骨壤=桐花 > 无瓣海桑 > 本地树种混交 > 秋茄。
2.2 广东省不同地区红树林土壤碳密度及碳储量
经过调查发现，广东省现有的红树林面积为9 106.21 hm2，主要分布在潮州、东莞、广州、惠州、江门、茂名、汕头、汕尾、深圳、阳江、湛江、中山和珠海13个地区。
对广东省13个地区的红树林群落土壤有机碳及碳储量进行统计，结果显示，惠州地区的土壤有机碳含量较高，为3.47%，其次是江门（2.15%）、中山（2.08%）、湛江（2.07%）和汕头（2.04%），其中有机碳含量最低的地区是茂名，仅为1.15%。土壤容重方面，广东省的土壤容重平均值为0.72 g/cm3，其中广州和湛江最高，分别是0.97 和0.93 g/cm3，潮州最低，仅为0.47 g/cm3（表2）。
表2 广东省不同地区红树林群落土壤有机碳含量以及碳储量Table 2 Soil organic carbon contents and carbon storages in different site of mangrove communities in Guangdong Province
进一步对广东省不同地区红树林的土壤碳密度进行统计，其含量从大到小为惠州 > 中山 > 汕头 >广州 > 茂名 > 珠海 > 湛江 > 潮州 > 深圳 > 江门。各地区土壤碳储量从大到小为湛江 > 阳江 > 江门 >珠海 > 茂名 > 汕头 > 中山 > 惠州 > 广州 > 深圳 >汕尾 > 东莞 > 潮州。综上，广东省红树林土壤碳储量约为1 542.02 Gg C。
2.3 广东省不同地区红树林群落土壤沉积速率
根据210Pb测年法估算，广东省各地区红树林的平均沉积速率速率为13.47 mm/a。如表3 所示，淇澳岛的沉积速率最高，为31.5 mm/a，其次是镇海湾16.5 mm/a，深圳福田15.9 mm/a，雷州湾的沉积速率最低，仅为7.3 mm/a。广东省碳埋藏能力平均值为2.96 Gg C/a，其中雷州半岛的碳埋藏能力最大，为6.05 Gg C/a，而深圳福田的埋藏最低仅为0.66 Gg C/a。各地区有机碳平均累积速率由大到小依次为：淇澳岛 > 深圳福田 > 镇海湾 > 雷州半岛 >英罗港 > 雷州湾。不同红树林群落方面，无瓣海桑群落的沉积速率最高，为19.4 mm/a，而桐花和木榄的混交群落的沉积速率最低，仅为6.5 mm/a。与沉积速率相似，无瓣海桑群落的有机碳累积速率最高，为306.5 g C/m2/a，而海榄雌和桐花的混交群落有机碳累积速率最低，为35 g C/m2/a（表4）。
表3 广东省不同地点土壤沉积速率和有机碳积累速率Table 3 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different locations in Guangdong
表4 广东省不同群落的土壤沉积速率和有机碳积累速率Table 4 Sediment accretion rates and organic carbon accumulation rates at different communities in Guangdong
3.1 不同红树林群落土壤碳密度
红树林的土壤有机碳来源主要是地上的凋落物、地下的根系以及河流中悬浮的有机颗粒物（Tam et al., 1998; Kristensen et al., 2008）。其中，红树林自身凋落物是有机碳输入的主要来源（辛琨等，2014）。红树林群落土壤有机碳的来源主要受生物因子和非生物因子的共同影响（Ouyang et al.,2017）。生物因子主要包括红树林的光合作用和红树林间滩涂动物等，非生物因子主要包括红树林所处的位置以及气候等因子。在本研究中，红海榄和木榄的土壤有机碳含量以及碳密度均显著高于其他物种的土壤，因此从固碳能力的角度，在红树林重建过程中，可以优先考虑这些树种。尽管秋茄土壤有机碳含量较高，但其容重较低，所以碳密度相对较低。而无瓣海桑作为广东省红树林恢复的主要造林树种，其土壤有机碳含量均低于其他红树林树种，原因可能是广东省的无瓣海桑群落多为人工种植，林龄较小。Yu等（2020）对广东珠海不同林龄的无瓣海桑群落土壤有机碳含量进行研究，结果显示，15 a生与4 a生的无瓣海桑土壤有机碳含量无显著差异，进一步证实该物种幼林龄阶段土壤碳累积速率低。
3.2 红树林群落土壤碳含量和碳储量
本研究发现广东省不同红树林群落土壤有机碳含量范围在1.26%～4.22%，平均值约为2.24%，高于同纬度的广西红树林土壤平均有机碳含量1.61%（谈思泳 等，2017），但稍低于相对低纬度海南红树林土壤有机碳含量（3.27%）（辛琨 等，2014）。其原因可能与红树林生长的地形有关，广东和广西的红树林大多生长于开阔海岸区域，而海南的红树林大多生长在河口海岸，该区域具有营养物沉积多，淤泥沉积丰富的特点，更利于红树林的生长（胡懿凯 等，2019a）。其次，红树林受干扰程度也会影响土壤有机碳的形成。一般而言，受干扰程度低的红树林土壤碳含量更高（Alongi, 2014），主要是因为红树林生态系统相对脆弱，人为的扰动会导致原有的土壤结构被破坏，土壤微生物群落发生改变，减弱微生物对土壤碳的固持作用，从而使得原有的丰富有机质和养分容易随潮汐作用流失（Mcleod etal., 2011）。广东的红树林多为后期人工恢复，恢复前的“围垦造塘”，以及恢复过程中的整地等活动，均导致大量有机质流失。此外，广东人口密度大，人为活动相对活跃，生活污水的不合理排放，也导致红树林碳含量相对低于其他省份。
广东红树林土壤有机碳密度平均值为0.23 Gg C/hm2，低于低纬度的海南红树林有机碳密度（0.70 Gg C/hm2）（辛琨 等，2014），稍高于广西红树林土壤有机碳密度（0.14 Gg C/hm2）（陶玉华 等，2020）。其原因可能是，与广东和广西相比，低纬度的海南常年高温多雨，更有利于红树林的生长（Wang et al., 2019）。其次，广东红树林大部分是后期人工种植，林龄相对较小。红树林处在幼龄林和中龄林，其地下土壤有机碳储量增长较少，而当其生长到成熟林时，土壤有机碳随生长年限逐年显著上升（Adame et al., 2018；
胡懿凯 等，2019a）。综上，红树林的碳密度分布格局，在大尺度上，主要受到气候因素控制，而在小尺度上，主要受到红树林的林龄和生长所在地的地理水文条件共同决定。
3.3 红树林碳埋藏速率
不同地区红树林地区沉积速率的快慢主要由沉积环境的水动力以及泥沙供应等因子共同决定。一般而言，在同一区域，红树林外缘区域具有淹水时间长以及涨潮量大的特点，使得外缘区域的沉积速率远大于内部区域。在本研究，淇澳岛的沉积速率较高（31.5 mm/a），可能是该区域位于河口湾附近，随着珠江三角洲的发育，大量的沉积物随河流运输至此，泥沙供应充足，因此具有较高的沉积速率。其他沉积速率速率相对较低地区，如英罗港（10.3 mm/a），属于半封闭的海湾，缺乏大型河流输入，泥沙的来源相对较少。此外，沉积速率海域与台风登录频率具有一定的关系（傅海峰 等，2014）。近几十年广东台风登录次数显著高于广西，进一步促进广东沿海区域的泥沙沉积。在海平面上升加剧和台风登录频率增大等气候变化背景下，位于海岸带前缘的红树林可以较好地接纳风暴沉积物，减少极端天气带来的影响。
有机碳碳埋藏速率通常由沉积速率与沉积物碳密度计算获得。广东有机碳埋藏速率介于73～539.5 g C/m2/a，其中淇澳岛的有机碳埋藏速率最高，而雷州湾的有机碳埋藏速率最低。结合红树林沉积速率和有机碳埋藏速率发现，土壤有机碳埋藏速率主要受沉积速率的影响，在沉积速率较大的珠江口区域，其有机碳沉积速率也较高，而位于雷州湾内侧的红树林沉积速率较低，其有机碳埋藏速率也较慢。总体上，广东平均碳埋藏速率平均值为250 g C/m2/a，高于中国海平面上升速率，且高于全球红树林固碳速率的平均值（194 g C /m2/a）（Wang et al., 2021），说明广东红树林普遍具有较高的碳埋藏潜力。
红树林是重要的滨海湿地生态系统，具有较高的储碳能力。本研究通过文献收集和数据整合的方法，对广东省红树林的土壤碳储量以及固碳潜力进行探讨。结果显示，广东省红树林的面积为9 106.21 hm2，土壤碳储量约为1 542.02 Gg C，土壤碳密度为0.23 Gg C/hm2。由于红海榄和木榄土壤碳密度较高，因此在红树林重建的过程中这两者的选用将更有助于提升当地红树林的碳储量。与中国其他地区相比，广东省土壤有机碳含量在1.26%～4.22%，平均值为2.24%，该数值高于广西壮族自治区，但低于海南省，原因可能与红树林生长地形以及受干扰程度有关。基于210Pb测年法估算，广东省红树林的平均沉积速率为14.5 mm/a，碳埋藏能力约为2.96 Gg C/a，高于全球红树林固碳速率的平均值，说明广东省具有较高的碳埋藏潜力。
本研究基于广东省不同地区红树林土壤的数据，探讨了该省份内土壤碳储量及固碳潜力，可为滨海湿地总碳储量的精准估计提供基础，为“双碳”的实现做好技术支撑。本研究仅对红树林群落内土壤的碳储量以及碳埋藏速率进行研究，并未涉及植被碳储量，未来可以进一步结合光学遥感数据（如MODIS、Landsat 等提取的植被指数（NDVI、EVI、LAI 等））、雷达数据（如Sentinel）和激光雷达数据（ICESat、GEDI 等）对植被生物量进行估计。此外，在本文的数据集中，由于部分地区可用数据太少，在对当地的碳储量估计可能存在不确定性，因此，需加强对不同地区红树林群落的研究，将有助于提高红树林碳储量准确性，以期为当地关于红树林的保育和管理工作提供科学依据。
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