闽江河口湿地秋茄红树林树干呼吸动态特征.pdf

林业勘察设计2023年第1期闽江河口湿地秋茄红树林树干呼吸动态特征林立婷*（福建闽江河口湿地国家级自然保护区管理处，福州350200）摘要：以闽江河口湿地人工修复的秋茄红树林作为研究对象，开展树干呼吸的季节动态研究。结果表明：不同林龄秋茄红树林树干呼吸差异显著，13a林龄秋茄树干呼吸速率显著大于8a，在季节动态上，表现为夏季树干呼吸最强，显著高于其它季节。秋茄树干呼吸速率的主要影响因素为树干温度，与温度存在极显著相关关系。关键词：树干呼吸；秋茄；闽江河口湿地；红树林生态修复中图分类号：S718文献标识码：A文章编号：1004-2180（2023）01-0014-03CO2是对全球气候变暖贡献最大的温室气体。红树林是生长在热带、亚热带滨海潮间带的木本植物。红树林湿地为三大“蓝碳”生态系统之一，在固碳增汇方面具有得天独厚的优势。红树林湿地通过光合作用固定CO2的同时，也通过植物和土壤的呼吸作用向大气中排放CO2。树干呼吸作为森林生态系统碳平衡的重要组成部分，其向大气中排放的CO2占C同化总量的比例不可忽视1。同时，树干呼吸是解释森林生态系统生产力变化的关键过程之一，开展树干呼吸及其生物环境调控机制研究，对于构建森林碳循环模型，进一步提高森林碳收支的估测精度具有重要意义2。目前对树干呼吸速率的研究方面，主要关注树干呼吸的影响因素，尤其是温度敏感性；树干呼吸的时间动态，包括日进程、季节动态，干、湿季变化；植物及其生长对树干呼吸的影响，如不同树种、不同径级、不同树干高度间的比较。石新立等3研究了东北山区红松、兴安落叶松、白桦、水曲柳等4个主要树种的树干呼吸日进程，结果表明树种、径级、月份及其交互作用均显著地影响植物的树干呼吸速率。杨競夫等4的研究结果表明兴安落叶松天然林同径阶树干温度日变化呈单峰型曲线，当温度升高到一定程度时，其树干呼吸对树干温度的敏感性将在一定程度上受到抑制，树干温度是生长季兴安落叶松树干呼吸随时间变化主要影响因素。胡文艳等5在哀牢山中山湿性常绿阔叶林开展的树干呼吸速率研究表明3种树种的树干呼吸均表现为雨季的树干呼吸速率大于干季，且具有相同的季节节律，并均与胸径呈显著的正相关关系。一项对贡嘎山峨眉冷杉的研究发现，贡嘎山峨眉冷杉树干呼吸速率和树干温度空间变化格局明显，树干温度随着树干高度上升而递减，而树干呼吸速率则不呈现规律，以1.3 m处树干呼吸速率最大6。也有研究表明树干呼吸速率与树干胸径大小之间呈现正相关关系，受其影响显著7。目前国际上关于湿地木本植物树干呼吸的研究不断受到重视，但当前在红树林开展的树干呼吸研究十分有限。在福建漳江口红树林湿地的一项研究中，中、高潮滩红树林中秋茄（Kandelia obovata）树干呼吸速率无显著性差异，且与胸径大小呈极显著正相关关系，并呈极显著性幂函数回归关系8。本研究对闽江口鳝鱼滩湿地人工修复秋茄红树林树干呼吸季节动态开展研究，与采气同步，原位测定树干温度、土壤pH、氧化还原电位、电导率，大气温度、湿度等环境因子，深入了解人工修复红树林树干呼吸速率季节变化特征及其与环境因子间的关系，为滨海湿地生态修复及其碳汇效益研究提供基础数据与科学依据。1研究区概况研究区位于福建省闽江河口湿地国家级自然保护区的鳝鱼滩湿地，属亚热带海洋性季风气候，暖热湿润，年均降水量约1346 mm。鳝鱼滩湿地主要分布有芦苇、短叶茳芏、海三棱藨草和秋茄红树林等滨海湿地植被，潮汐类型为正规半日潮。为开展湿地生态修复，闽江河口湿地人工种植了大量秋茄红树林。本研究选取人工修复的秋茄红树林为研究对象，开展秋茄红树林树干呼吸季节动态研究。作者简介：林立婷（1986-），女，台湾嘉义人，工程师，主要从事湿地生态保护修复工作，（E-mail）。*14林业勘察设计2023年第1期2研究方法2.1研究样地选取本研究选取闽江河口鳝鱼滩湿地的人工秋茄红树林，分别在8a和13a林龄的红树林下各设置3个10m 10 m的样方，在每个样方内分别选择1株秋茄植株进行树干呼吸观测，每种林龄各选择3株。同时对样方的株高、密度、冠幅、胸径、盖度等指标进行调查（表1）。表1闽江河口湿地人工秋茄红树林群落特征2.2样品采集与呼吸速率计算方法本实验于2020年开展相关研究，持续一年进行四个季度的观测采样，对不同林龄秋茄进行树干呼吸速率气样采集，并同步开展了相关环境因子的测定。树干呼吸气体采样采用张雨雪等8在漳江口研究所用的湿地树干气体采集装置。采样前在每株树的树干距地面1.3m处，用防水胶布、密封海绵板缠绕树干，再将海绵板用软性板材包裹，在树干外围形成一个圆柱形采样密封空间，作为采样装置。软性板材中部开设有一个采气咀，采样时用带三通阀的注射器每间隔10min抽取一次采样装置内的气体，共抽取4次，测定其CO2浓度。注射器所采集气样打入铝箔气体采样袋密封保存，并立刻运回实验室，使用气相色谱仪测定其CO2浓度。气相色谱仪具体参数为：CO2检测器为火焰离子检测器（FID）；载气为N2，流速20mLmin-1；H2为燃气，流速47mLmin-1；空气为助燃气，流速400mLmin-1；校测器温度为280；分离柱温度为45。F=MVdcdtV2rh（273273+T）式中F为树干呼吸速率（mgm-2h-1），即树干单位树皮面积单位时间内呼吸量；M为二氧化碳的摩尔质量（44gmol-1），V为标准状况下气体的摩尔体积（22.4Lmol-1）；dc/dt为气体浓度在单位时间内的变化率（LL-1h-1），T采样箱内气温；V为采样箱内气体部分体积；r为采样处树干半径，h为所采树干段高度。2.3红树林相关环境因子测定环境因子的测定与气样采集同步，原位测定红树林树干温度和树干基部周围的土壤温度、pH、电导率。采用pH400便携式土壤pH计测定土温和pH；采用2265FS型便携式电导计测定电导率；使用Kestrel-3500型便携式气象仪测定红树林下气温、湿度等气象指标。3结果与分析3.1闽江河口人工修复红树林树干呼吸速率季节变化闽江河口湿地人工修复秋茄红树林的树干甲烷传输具有明显的季节变化特征。8a林龄秋茄红林和13a林龄红树林树干呼吸速率均表现为：夏季春季秋季冬季，其中，8a林龄秋茄树干呼吸速率变化范围为106.7147.00136.5054.42mgm-2h-1，平均为121.3940.26mgm-2h-1，四个季节之间树干传输速率均差异显著（P0.05）；13a林龄秋茄树干呼吸速率变化范围为126.0650.10260.2236.05 mgm-2h-1，平均185.4860.26mgm-2h-1，冬季显著小于夏季（P0.05）。两种林龄相比，13a林龄秋茄的树干呼吸速率显著高于8a林龄，随着林龄的增加，树干呼吸速率显著增加（P0.05）。3.2主要环境因子变化情况闽江河口湿地人工修复秋茄红树林树干温度变化趋势和树干呼吸速率一致，夏季最高，冬季最低，但两种林龄秋茄红树林树干温度均在18 左右，差异不显著；土壤电导率均在5.22mScm-1左右，季节变化也不明显。8a和13a两种林龄红树林土壤pH分别为7.030.25和7.150.38，土壤间隙水DOC含量分别为630.22312.13mgL-1、700.23385.22mgL-1，土壤间隙水SO42-含量平均为830.23312.56mgL-1、林龄（a）密度（株m-2）株高（cm）胸径（cm）盖度（%）82.800.8384.514.53.20.3950.05132.600.5435.315.63.90.3930.03东西冠幅（m）南北冠幅（m）0.980.010.780.021.050.020.950.0315林业勘察设计2023年第1期950.63225.33mgL-1，二者间的差异均不显著（P0.05），季节变化也不明显。3.3树干呼吸与环境因子间的关系将不同林龄秋茄树木的树干呼吸速率同各个环境因子进行了相关分析（表2）。不同胸径的树干呼吸速率与树干温度和气温间都具有极显著的正相关关系（P0.01），而与气压、湿度、光照等均不显著相关。4讨论红树林树干呼吸速率具明显的季节变化特征，这与陆地森林生态系统的研究结果有类似之处。对哀牢山中山湿性常绿阔叶林3种主要树种的研究也发现树干呼吸速率具有明显的季节变化，以夏季最强，树干呼吸速率在雨季（5月至10月）的平均值均大于干季（11月至次年4月)5。闽江河口红树林的相关研究表明红树林树干呼吸速率以夏季最强，冬季最弱，春、秋两季差别不大，但从呼吸速率的年平均值上来看，闽江口秋茄红树林的树干呼吸速率远大于哀牢山中山湿性常绿阔叶林。与其他红树林相比，本研究与漳江口红树林湿地的秋茄树干呼吸速率强度相当，与该研究在相同季节里的树干呼吸相近。从不同林龄或胸径之间的比较来看，漳江口秋茄红树林表现为树干呼吸速率随树干径级增加而增加，本研究也发现随着林龄增加，红树林树干呼吸速率增加，而树的胸径通常也随林龄增加而增加，因此二者的研究结果较为一致。通常树木的木质部组织细胞数量随着边材宽度增加而增加，从而增强树干呼吸速率，因此同种树木的呼吸速率与树的胸径大小密切相关。从红树林树干呼吸速率的影响因素来看，温度是本研究中秋茄红树林树干呼吸最主要的影响因素。这与多数研究中对森林树干呼吸速率的影响因素主要是温度的结论一致。中国温带森林生态系统四种树干的呼吸速率研究结果表明温度是其主要影响因素3。另外，树木胸径尺寸与林龄也是树干呼吸的一个主要影响因素，本研究中13a林龄秋茄树干的呼吸速率要显著大于8a，这与王淼等9的研究结果相一致，其研究结果发现长白山红松（Pinuskoraiensis）树干呼吸速率随胸径（林龄）增大而增大。参考文献1 Lovelock,C E,Feller,et al.Variable effects of nutrient enrichment on soil respiration in mangrove forestsJ.Plant and soil,2014,379（1）:135-148.2杨金艳，杨阔，王传宽.生物环境因子对树干呼吸时空变异的影响J.应用与环境生物学报，2009，15（6）：880-887.3石新立，王传宽，许飞，等.四个温带树种树干呼吸的时间动态及其影响因子J.生态学报，2010，30（15）：3994-4003.4杨競夫，张秋良，张欣，等.兴安落叶松天然林树干呼吸及其对温度敏感性的变化特征J.内蒙古林业科技，2002，48（2）：1-6.5胡文艳，沙丽清.哀牢山中山湿性常绿阔叶林3种主要树种树干呼吸特征J.云南大学学报（自然科学版），2010（5）：613-620.6赵广，刘刚才，朱万泽.贡嘎山峨眉冷杉树干呼吸空间特征及其对温度的响应J.生态学报，2018，38（8）：2732-2742.7严玉平，沙丽清，曹敏.西双版纳热带季节雨林优势树种树干呼吸特征J.植物生态学报，2008，32（1）：23-30.8张雨雪，黄佳芳，罗敏，等.漳江口不同潮滩秋茄树干甲烷传输速率与呼吸速率J.环境科学研究，2019，32（5）：839-847.9王淼，姬兰柱，李秋荣，等.长白山地区红松树干呼吸的研究J.应用生态学报，2005，16（1）：7-13.表2树干呼吸速率与环境因子间的相关分析注：*表示在0.01水平上显著相关；*表示在0.05水平上显著相关林龄气压气温树干温度电导DOC湿度光照SO42-8a0.070.60*0.68*-0.09-0.320.19-0.32-0.3013 a-0.150.46*0.49*-0.09-0.280.02-0.31-0.2516