廣西沿海不同演替階段紅樹(shù)群落沉積物粒度分布特征

邢永澤, 周浩郎, 閻 冰, 周如瓊, 吳 斌

(1. 廣西紅樹(shù)林研究中心 廣西紅樹(shù)林保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣西 北海 536000; 2. 北海市林業(yè)局, 廣西北海 536000)

紅樹(shù)林生態(tài)系統(tǒng)受到海陸的雙重影響, 是一個(gè)脆弱敏感的生態(tài)系統(tǒng)。沉積物粒度是描述沉積環(huán)境的重要參數(shù)之一, 特定的沉積環(huán)境有特定的沉積物粒度參數(shù)特征及其組合[1]。雖然潮間帶紅樹(shù)植物的分布根本上是受到潮汐動(dòng)力學(xué)的作用, 但在具體灘涂上, 紅樹(shù)植物的演替能否發(fā)生和維持與其自身的生物生態(tài)學(xué)特性以及潮灘的沉積物條件密切相關(guān)。紅樹(shù)林內(nèi)潮水流動(dòng)緩慢, 紅樹(shù)植物與沉積物之間相互作用明顯, 沉積物條件影響紅樹(shù)植物的生長(zhǎng)和分布,而不同種類的紅樹(shù)植物也在逐漸改變沉積物的理化性狀[2]。目前, 對(duì)紅樹(shù)林沉積物粒度的研究, 大多針對(duì)單一紅樹(shù)植物群落或不同地域間紅樹(shù)林的沉積物粒徑特征[3-6], 少有研究紅樹(shù)群落的演替與沉積物粒度分布關(guān)系方面的報(bào)道。本文通過(guò)分析紅樹(shù)群落不同演替階段代表性樹(shù)種的沉積物粒度分布特征, 期望了解紅樹(shù)群落演替與沉積物粒度之間的關(guān)系, 為紅樹(shù)林的造林及恢復(fù)提供一定程度的指導(dǎo)意義。

1 研究地點(diǎn)與方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

本試驗(yàn)選擇大冠沙和北侖河口海洋自然保護(hù)區(qū)的紅樹(shù)林濕地作為研究對(duì)象。大冠沙位于廣西北海市境內(nèi)。該地區(qū)年平均氣溫 22.4 ℃, 極端最低氣溫0.5 ℃。潮汐類型為全日潮, 平均潮差2.36 m, 最大潮差5.36 m。紅樹(shù)群落分布在砂礫質(zhì)海岸, 以白骨壤(Avicennia marina)為建群樹(shù)種。灘涂土壤主要為砂質(zhì)鹽土。北侖河口海洋自然保護(hù)區(qū)位于廣西防城港市境內(nèi)。該地區(qū)年均氣溫22.3 ℃, 極端最低氣溫2.8 ℃。潮汐類型為全日潮, 平均潮差2.22 m, 最大潮差5.64 m。紅樹(shù)群落分布在典型的溺谷灣海岸, 以秋茄(Kandelia candel)、木欖(Bruguiera gymnorrhiza)、桐花樹(shù)(Aegiceras corniculatum)等為建群樹(shù)種。灘涂土壤主要為沙質(zhì)和壤質(zhì)(沙泥質(zhì)) 鹽土。

1.2 樣地設(shè)置

根據(jù)廣西紅樹(shù)群落的種類組成、演替規(guī)律、沉積物條件, 選擇北海大冠沙白骨壤群落3個(gè)樣地, 防城港北侖河口海洋自然保護(hù)區(qū)秋茄、木欖群落各 3個(gè)樣地進(jìn)行沉積物樣品采集(圖1)。參考《紅樹(shù)林生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程》[7], 根據(jù)紅樹(shù)林郁閉度、株高、胸徑等保存狀況的差異, 將調(diào)查群落劃分為好、中、差3個(gè)樣地, 樣地設(shè)置均在內(nèi)灘(表1)。

1.3 取樣與測(cè)定

圖1 研究區(qū)位置及采樣站位Fig.1 Map of study area and sampling locations

表1 白骨壤、秋茄、木欖群落的調(diào)查統(tǒng)計(jì)表Tab.1 Survey on Aegiceras corniculatum, Kandelia candel and Bruguiera gymnorrhiza communities

每個(gè)樣地隨機(jī)選 6個(gè)采樣點(diǎn), 按照 0～10cm、20～30 cm、40～50 cm、60～70 cm 4個(gè)土層深度分別進(jìn)行采樣。取 1kg左右的沉積物作為測(cè)試樣品。對(duì)小于2 mm的樣品, 直接用Mastersizer2000激光粒度分析儀測(cè)定, 同時(shí)對(duì)于粒徑大于2 mm的樣品, 用傳統(tǒng)篩法分析。粒級(jí)標(biāo)準(zhǔn)和粒度參數(shù)計(jì)算參照《海洋調(diào)查規(guī)范》[8]。

2 數(shù)據(jù)處理方法

采用SPSS軟件進(jìn)行方差分析, P<0.05表示顯著性差異; P<0.01表示極顯著差異。

3 結(jié)果

3.1 不同保存狀況下沉積物的粒度組成

對(duì) 3個(gè)紅樹(shù)群落不同保存狀況下的沉積物粒度分別進(jìn)行方差分析, 所得結(jié)果均為 P<0.01, 說(shuō)明每個(gè)紅樹(shù)群落 3種不同保存狀況的沉積物粒度之間存在極顯著的差異。

從圖2可以看出, 3種紅樹(shù)群落沉積物中粉砂和砂的含量在粒度組成中均占有很大比重。在保存狀況好的樣地, 粉砂和砂的含量基本呈現(xiàn) 1∶1的比例。隨著樣地的保存狀況逐漸變差, 砂的含量逐漸上升, 粉砂含量逐漸下降, 其中白骨壤樣地變化最明顯, 秋茄樣地變化幅度次之, 木欖樣地雖然也呈現(xiàn)上述趨勢(shì), 但是粉砂和砂的比例更均衡。3種紅樹(shù)群落沉積物的黏土含量也隨著樣地的保存狀況逐漸變差而逐漸減少, 其中白骨壤樣地變化最為明顯, 秋茄、木欖樣地變化程度較低。

圖2 紅樹(shù)群落不同保存狀況的沉積物粒度組成Fig.2 Grain size compositions of Sediment under different growth conditions of mangrove community

3.2 3種紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度粒徑分布特征

由圖 3可知, 白骨壤群落底床沉積物不同深度的沉積物粒度組成均以極粗砂為主, 細(xì)砂和極細(xì)砂次之。從沉積物表面到深度為70cm的斷面上, 粗砂、中砂、細(xì)砂、極細(xì)砂的含量逐漸增多, 而粗粉砂、中粉砂、細(xì)粉砂、極細(xì)粉砂的含量逐漸減少。秋茄群落底床沉積物不同深度的沉積物粒度組成均以極細(xì)砂為主, 細(xì)砂、粗粉砂次之。從沉積物表面到深度為70cm 的斷面上, 細(xì)礫的含量逐漸減少, 其他粒度組成成分并沒(méi)有出現(xiàn)隨著土層深度增加而逐漸變化的趨勢(shì)。木欖群落底床沉積物不同深度的沉積物粒度組成也是以極細(xì)砂為主, 細(xì)砂、粗粉砂次之。沉積物從表層到70cm深度的斷面上, 粗砂的含量逐漸減少,粗黏土和細(xì)黏土含量逐漸增加。

由表 2可知, 白骨壤群落的平均粒徑隨深度變化規(guī)律為由表層向底層逐漸增大, 秋茄群落的平均粒徑出現(xiàn)在第 3層(40～50cm), 木欖群落的最大平均粒徑隨深度變化規(guī)律為由表層向底層逐漸減少。3種紅樹(shù)群落的平均粒徑的大小依次為白骨壤>木欖>秋茄。偏態(tài)值的大小依次為白骨壤>木欖>秋茄, 偏態(tài)上皆呈正偏態(tài)。分選系數(shù)的大小依次為白骨壤>木欖>秋茄, 3種紅樹(shù)群落的沉積物分選系數(shù)均小于0.3。就土壤質(zhì)地類型來(lái)說(shuō), 白骨壤群落表層的沉積物為輕壤土, 其余 3層均為砂壤土; 秋茄群落表層和第4層的沉積物為輕壤土, 第2層和第3層為砂壤土; 木欖群落前3層的沉積物為砂壤土, 第4層為輕壤土。

圖3 3種紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度的機(jī)械組成Fig.3 Mechanical compositions of sediment vertical distributions in the three mangrove communities

表2 3種紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度的粒度參數(shù)Tab.2 Grain size parameters of sediment vertical distributions in the three mangrove communities

圖4 3種紅樹(shù)群落沉積物粒度頻率曲線Fig.4 Frequency curves of grain size in the sediments of the three mangrove communities

從3種紅樹(shù)群落沉積物粒度頻率曲線(圖4)可以看出, 同一紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度的粒徑分布規(guī)律一致, 曲線幾乎重疊。白骨壤沉積物頻率曲線的粒度峰值主要集中在-2～0Φ 和 2～4Φ 以及 4～8Φ,呈現(xiàn)為三峰型; 秋茄沉積物頻率曲線的粒度峰值主要集中在0～5Φ, 此外在大約-2～0Φ和5～8Φ處存在兩個(gè)不明顯的峰, 呈現(xiàn)為三峰型; 木欖沉積物頻率曲線的粒度峰值主要集中在0～5Φ, 此外-2～0Φ處存在一個(gè)較明顯的峰, 呈現(xiàn)為雙峰型。

4 討論

4.1 紅樹(shù)群落保存狀況與沉積物粒徑分布的關(guān)系

本研究中的 3種紅樹(shù)群落的沉積物粒徑分布趨勢(shì)為砂>粉砂>黏土>礫, 說(shuō)明大冠沙和北侖河口保護(hù)區(qū)屬于粗顆粒原地沉積, 水動(dòng)力作用較強(qiáng)。這與劉金玲等[6]對(duì)大冠沙和北侖河口保護(hù)區(qū)沉積物粒徑分布趨勢(shì)的研究一致。不同保存狀況的3種紅樹(shù)群落,沉積物粒度組成均為砂、粉砂占優(yōu)勢(shì), 黏土、礫含量相對(duì)較少。保存狀況好的樣地中沉積物砂含量相對(duì)少于保存狀況中等和較差的樣地, 而粉砂和黏土含量則呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。表明紅樹(shù)林不同保存狀況對(duì)沉積物粒度組成影響明顯。由于紅樹(shù)林發(fā)達(dá)的根系及樹(shù)枝的阻擋, 使得水動(dòng)力作用較弱, 只有懸浮細(xì)顆粒物質(zhì)得以進(jìn)入[9-10]。當(dāng)水流進(jìn)入紅樹(shù)林后, 由于保存狀況好的樣地密集的根、莖的緩沖作用, 能量急劇減小, 少量的粗顆粒物質(zhì)和大量的細(xì)顆粒物質(zhì)在保存狀況好的樣地沉積下來(lái)。隨著保存狀況的變差,水動(dòng)力作用增強(qiáng), 僅粗顆粒物質(zhì)能在樣地維持穩(wěn)定,細(xì)顆粒物質(zhì)發(fā)生再懸浮被向岸運(yùn)輸。

4.2 紅樹(shù)林沉積物粒徑垂直分布特征

3種紅樹(shù)群落沉積物垂直分布規(guī)律表明廣西大冠沙所處的海岸潮灘為砂礫質(zhì)潮灘, 北侖河口的海岸潮灘為淤泥質(zhì)潮灘。白骨壤群落的沉積物環(huán)境較為惡劣, 在垂直斷面上每層的粗砂和極粗砂含量占據(jù)很大比重, 在這種較為貧瘠的砂質(zhì)潮灘上, 只有作為先鋒樹(shù)種的白骨壤適宜生存; 秋茄和木欖群落的沉積物垂直斷面上每層都是細(xì)砂和極細(xì)砂占很大比重, 在這種細(xì)顆粒物質(zhì)多的淤泥質(zhì)潮灘上適合秋茄、木欖等植物的生長(zhǎng)。有研究表明, 在除了命名為礫、砂、粉砂、黏土之外的其他沉積物類型上, 都發(fā)現(xiàn)有紅樹(shù)植物生長(zhǎng)分布, 在適宜紅樹(shù)林生長(zhǎng)的沉積物中既要有適量的細(xì)顆粒物質(zhì), 也要有適量的粗顆粒物質(zhì)存在[9,11]。

本文中同一個(gè)紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度的粒度頻率曲線幾乎重疊, 表明同一紅樹(shù)群落底床沉積物不同深度的粒徑分布規(guī)律相似。3種紅樹(shù)群落的沉積物粒度頻率曲線表現(xiàn)為雙峰或多峰形態(tài), 表明3種紅樹(shù)群落所在地的原地沉積受改造程度低。3種紅樹(shù)群落沉積物的分選系數(shù)均小于0.3, 分選性都很差,這與沉積物粒度頻率曲線都是雙峰或多峰型吻合。

4.3 群落演替的粒度變化特征

廣西紅樹(shù)群落演替的主要途徑之一是白骨壤群落—秋茄群落—木欖群落。紅樹(shù)群落與沉積物相互作用的結(jié)果, 反映出了潮灘的生態(tài)演替進(jìn)程[12-13]。3種紅樹(shù)群落沉積物中的細(xì)礫含量大小為白骨壤>木欖>秋茄, 粗黏土和細(xì)黏土含量大小均為秋茄>木欖>白骨壤。由于白骨壤為演替先鋒樹(shù)種, 最先占據(jù)裸灘,故而礫的含量較高, 粗黏土和細(xì)黏土的含量較低;而秋茄為演替中期的樹(shù)種, 生長(zhǎng)在淤泥含量高的沉積物上, 礫的含量逐漸減少, 粗黏土和細(xì)黏土含量增高; 木欖作為演替后期的樹(shù)種, 生活在半硬化淤泥上, 粗黏土和細(xì)黏土含量較高, 但受陸源性影響,礫的含量也開(kāi)始增多。從白骨壤群落到秋茄群落最后演替到木欖群落, 發(fā)育時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)。紅樹(shù)植物發(fā)育時(shí)間越長(zhǎng), 水動(dòng)力作用越弱, 越有利于枯枝落葉的堆積和淋溶分解, 這也是 3種紅樹(shù)群落表現(xiàn)出不同的沉積物特征的因素之一。

5 結(jié)論

通過(guò)對(duì)廣西沿海不同演替階段紅樹(shù)群落沉積物柱狀沉積物樣品的粒度分析和討論, 得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1) 雖然不同紅樹(shù)林群落均具有較強(qiáng)的捕獲細(xì)顆粒沉積物的能力, 但紅樹(shù)林群落保存狀況與捕獲沉積物能力呈正相關(guān)。其中白骨壤群落的沉積物組成受保存狀況影響明顯, 秋茄、木欖群落沉積物受保存狀況影響較小。

(2) 紅樹(shù)林改變水動(dòng)力條件后, 紅樹(shù)林潮灘上細(xì)顆粒物質(zhì)含量增加, 使 3種紅樹(shù)群落底床沉積物分選性都很差。

(3) 在較為貧瘠的砂質(zhì)潮灘上, 適宜先鋒樹(shù)種白骨壤生存; 秋茄和木欖群落適宜在細(xì)顆粒物質(zhì)多的淤泥質(zhì)潮灘上生長(zhǎng)。隨著紅樹(shù)群落的演替, 沉積物中砂和粉砂的比例逐漸趨于平衡, 礫含量先降后升,黏土含量逐漸升高, 預(yù)示混合灘比沙灘和泥灘可能更適合紅樹(shù)植物生長(zhǎng)。

[1] 黃財(cái)賓, 陳建寧, 王愛(ài)軍．福建洛陽(yáng)江河口濕地沉積物粒度特征及其沉積環(huán)境意義[J]．臺(tái)灣海峽, 2009,28(3): 411-416.

[2] 藍(lán)福生, 李瑞棠, 陳平, 等．廣西海灘紅樹(shù)林與土壤的關(guān)系[J]．廣西植物, 1994, 14 (1): 54-59.

[3] 劉美齡, 葉勇, 曹長(zhǎng)青, 等．海南東寨港紅樹(shù)林土壤粒徑分布的分形特征及其影響因素[J]．生態(tài)學(xué)雜志,2008, 27(9): 1557-1561．

[4] 梁士楚, 董鳴, 王伯蓀, 等．英羅港紅樹(shù)林土壤粒徑分布的分形特征[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2003, 14(1):11-14．

[5] 梁士楚, 王伯蓀．廣西英羅港紅樹(shù)林區(qū)木欖群落土壤粒徑分布的分形特征[J]．熱帶海洋學(xué)報(bào), 2003, 22(1):17-22．

[6] 劉金玲, 李柳強(qiáng), 林慧娜, 等．中國(guó)主要紅樹(shù)林區(qū)沉積物粒度分布特征[J]．廈門(mén)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2008, 47(6): 891-893．

[7] 國(guó)家海洋局. HY/T081-2005, 紅樹(shù)林生態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京: 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2005.

[8] 國(guó)家海洋局. GB/T 12763.8-2007, 海洋調(diào)查規(guī)范第8部分: 海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查[S]．北京: 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2007.

[9] 隋淑珍, 張喬民．華南沿海紅樹(shù)林海岸沉積物特征分析[J]．熱帶海洋, 1999, 18(4): 17-23．

[10] 梁文, 李智, 范航清, 等. 防城港灣紅樹(shù)林表層沉積物粒度分形特征及與環(huán)境因子的相關(guān)性[J]. 應(yīng)用海洋學(xué)報(bào), 2013, 32(5): 188-189.

[11] 許艷, 王拓夫．湛江紅樹(shù)林保護(hù)區(qū)現(xiàn)代沉積物粒度特征及其對(duì)風(fēng)暴事件的響應(yīng)[J].臺(tái)灣海峽, 2011, 30(2):269-273.

[12] 梁士楚．廣西英羅灣紅樹(shù)植物群落的研究[J]．植物生態(tài)學(xué)報(bào), 1996, 20(4): 310-321．

[13] 范航清, 尹毅, 黃向東, 等．廣西沙生紅樹(shù)植物-土壤互作用及群落演替的研究[J]．廣西科學(xué)院學(xué)報(bào), 1993,9(2): 2-6.