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红树林土壤有机碳(SOC)动态是全球碳(C)平衡中的重要环节,然而当前对红树林SOC储量、来源、分解和周转及相关机理的理解还相当有限。本研究选取广东湛江红树林国家级自然保护区的裸滩,同龄不同种的乡土种人工林(13年生秋茄Kandelia candel和红海榄Rhizophora stylosa),同种不同龄的外来种人工林(5,6,9,11年生无瓣海桑Sonneratia apetala),以及天然林(桐花树Aegiceras corniculatum群落,木榄+秋茄混交林Bruguiera gymnorrhiza+K candel群落,白骨壤Avicennia marina群落)共4个对象梯度的12个土壤剖面,测定了C及C同位素指标,主要结果如下:
SOC含量、SOC的δ13C和14C年龄在不同林型下差异明显。SOC含量最高的为桐花树林下的6.37%,其它林型多在2%以下,整体上裸滩最低。所有剖面SOC的813C值介于-29.36~-21.43%之间,最低值位于桐花树剖面,最高值位于裸滩剖面。除去天然桐花树林和木榄+秋茄混交林下的现代C,以及裸滩剖面中少数异常SOC的年龄过万年以外,大多数林型各层位SOC年龄介于二百到五千年之间。
13年生乡土种秋茄和红海榄人工林的SOC含量垂直格局相近,但SOC的δ13C垂直格局几乎相反,而相应层位SOC的14C年龄差异集中在土壤表层16cm。
5,6,9,11年生外来种无瓣海桑人工林下SOC的累积并不随地表植被生长年龄呈现相应的规律性变化。但SOC的δ13C随深度的变化趋势均相似,即表层SOC的δ13C随深度的增加而富集,而表层以下的δ13C值保持基本不变。4个无瓣海桑剖面间SOC的14C年龄差异巨大,这可能源于地形、潮位等微环境影响。
不同潮位天然林SOC的δ13C垂直格局不同,反映出土壤分解特点的不同。中潮位木榄+秋茄林0~100cmSOC的δ13C相对变化不大,而高潮位桐花树林SOC的δ13C的垂直变化呈阶段性,其中20~70cmSOC的δ13C随深度富集,极可能是土壤分解过程中微生物的同位素分馏作用所致。此外,Rayleigh分馏方程很好地拟合了高潮位SOC含量和SOC的δ13C间的关系,预示着高潮位地表红树林极可能是该剖面SOC的主要来源。潮水作用对不同潮位红树林土壤沉积影响巨大,高潮位的桐花树和中潮位的木榄+秋茄分别呈现陆相与海相沉积特点。2个天然林剖面不同层位SOC周转时间差异明显。其中表层SOC周转时间均约为0.5yr,吻合地表凋落物快速分解的特点。高潮位20~60cmSOC周转时间为4.44~26.04yr,中潮位25~50cmSOC周转时间为5.61~26.04yr,这些层位SOC的周转时间短,源于红树林根系大量输入新C,提升了整体SOC周转率。
此外,裸滩、乡土种秋茄人工林、外来种无瓣海桑人工林对比发现,地表植被对裸滩基底的SOC含量、δ13C和14C年龄等指标的作用深度为地表至60~70cm。SOC含量指示的新累积的SOC密度,δ13C指示的SOC分解阶段性,以及14C年龄指示的土壤沉积速率等在两个人工林下差别不大。同样地,乡土种秋茄人工林和外来种无瓣海桑人工林这两种林型新C占总SOC的比例,在0~16cm差别也不大,分别为乡土种林型44.80±4.98%,外来种林型46.96±6.18%。但两种林型新C占总SOC的比例,在16~60cm差异巨大,分别为乡土林型8.80±4.49%,而外来林型高达30.77±8.42%。
在天然林对比中,估算得中国红树林地表100cmSOC储量为13.65~24.68Tg。若仅考虑C因素,在红树林生态恢复进行物种选取时,应优先种植外来种无瓣海桑而不是乡土种秋茄。