浙江省紅樹林分布和造林成效分析

吳偉志, 趙志霞, 楊升, 梁立成, 陳秋夏, 盧翔, 劉星, 張小偉

1. 浙江省森林資源監測中心, 浙江 杭州 310020;

2. 浙江省林業勘測規劃設計有限公司, 浙江 杭州310020;

3. 浙江省亞熱帶作物研究所, 浙江 溫州 325005

紅樹林是生長在熱帶、亞熱帶海岸潮間帶, 受周期性潮水浸淹, 以紅樹植物為主體的常綠灌木或喬木組成的潮灘濕地木本植物群落(王友紹, 2021)。紅樹林是地球生產力最高的海洋自然生態系統, 具有消浪護岸、降解污染和維持生物多樣性等功能,是最有價值的生態系統之一(林鵬, 1997; 王文卿 等,2007; Lovelock, 2008; Palacios et al, 2017)。

當前, 全球紅樹林主要分布30°N 和30°S 之間,包括印度尼西亞、澳大利亞、巴西、墨西哥和中國等124 個國家, 總面積約15 萬～18 萬km2(Cárdenas et al, 2017)。中國紅樹林分布于東南沿海 8 個省(區),包括廣西、廣東、海南、福建、浙江、臺灣、香港和澳門, 形成南部和東南部海岸保護帶(陳秋夏 等,2019)。我國紅樹林自然分布的南界和北界分別是海南省三亞市(18°12′N)和福建省福鼎市(27°20′N), 人工引種的最北界為浙江省舟山市(29°32′N)(王文卿等, 2007; 陳秋夏 等, 2019)。受人類活動和氣候變化等因素影響, 紅樹林生態系統退化嚴重(盧元平,2018), 其中, 2000—2012 年, 全球紅樹林年均損失量達 0.16%～0.39%, 而東南亞高達 3.58%～8.08%(Hamilton et al, 2016)。中國在1973—2000 年約喪失62%的紅樹林, 2000 年后, 國家大力保護和營建紅樹林, 截至2020 年, 全國紅樹林總面積為27100hm2, 比2000 年凈增長23.04%, 已得到基本恢復(自然資源部, 2021)。

人工造林是近年來紅樹林面積迅速增加的最主要原因(盧元平, 2018)。浙江省作為紅樹林人工引種的北界, 早在20 世紀50 年代已開展紅樹林引種造林, 2000 年以后更是加大紅樹林造林力度。秋茄(Kandelia obovata)是紅樹科(Rhizophoraceae)秋茄樹屬(Kandelia)的常綠灌木或小喬木, 是我國分布最廣且最耐寒的真紅樹植物, 現已成為浙江主要造林樹種(陳秋夏 等, 2019)。目前關于秋茄生物量、種群、群落、生理生態、低溫鹽度脅迫、蟲害等方面已有大量的研究(金川 等, 2012; 譚芳林 等, 2014; 仇建標 等, 2021; 楊升 等, 2021)。浙江省曾累計造林面積達到1700hm2, 由于規劃與實施脫節、造林技術和抗寒良種缺乏、海涂圍墾、人為破壞等原因, 已郁閉成林面積僅有33.3hm2(陳秋夏 等, 2019)。目前關于浙江省紅樹林造林時空分布尚未厘清, 不同造林區域的土壤理化性質差異和幼齡秋茄種群的生長差異有待進一步分析。本研究統計了浙江省自1957年以來不同時期的紅樹林造林面積和分布情況, 摸清浙江紅樹林本底及林分生長狀況, 分析不同區域造林后的生長差異, 以期為后續紅樹林造林提供科學依據。

1 研究方法

1.1 紅樹林分布現狀調查

采用低空輕小型無人機航測技術, 飛行平臺為大疆精靈PHANTOM 4 RTK 無人機, 搭載2000 萬像素RGB 相機, 對全省的紅樹林分布區進行正射影像采集。

選擇無云天氣、低潮位時段, 通過DJI GS RTK App 軟件實現無人機飛行航線、起落點的設置。飛行器在多個架次內完成整個研究區域的拍攝任務。采取正射方式, 飛行速度為10m·s–1, 相對航高保持在林分最高位置的80m。航向重疊率為80%, 旁向重疊率 80%, 分辨率為 0.0124m, 坐標系為UTMWGS84 50N。對無人機影像進行預處理, 包括錯誤影像的刪除、對比度和曝光值的調整。使用大疆智圖軟件對預處理后的無人機影像進行三維重建處理。最終獲得的DSM 和DOM 數據的分辨率為0.02m。根據形成的正射影像圖, 結合實地調查,確定不同種植區的種植時間和樹齡。

紅樹林包括郁閉度≥0.2 的喬木林、覆蓋度≥30%的灌木林以及三年成活率≥1500 株·hm–2的紅樹林造林地。

1.2 紅樹林樣地設置和群落調查

按緯度梯度從低到高選取龍港市新美洲村(27°35′04″N, 120°34′50″E)、龍灣區樹排沙島(27°57′11″N, 120°51′32″E)和樂清市西門島(28°20'05"N, 121°10'17"E)設置紅樹林樣地。其中,龍港市新美洲村和龍灣區樹排沙島紅樹林按照潮帶的內、中、外分別設置3 個站點, 每個站點設置3個 10m×10m 的樣方。樂清市西門島(28°20'05"N,121°10'17"E)紅樹林由于林帶較窄, 只設置1 個站點,設置5 個10m×10m 的樣方。

圖1 浙江省紅樹林分布圖Fig. 1 Map of mangrove distribution in Zhejiang Province

在每個樣方內調查紅樹林植被物種、株數、株高、基徑、蓋度等。采集每個樣方內沉積物樣品, 分上(0～30cm)、下(30～60cm)兩層, 測定沉積物含鹽量、pH、有機質、水解氮、有效磷和速效鉀含量。

1.3 數據處理

采用LSD 多重比較方法, 分析各樣地土壤理化性質、秋茄株高、基徑和蓋度差異。利用R 語言進行數據處理、相關分析以及圖表繪制。

2 結果與分析

2.1 浙江省紅樹林分布現狀

2.1.1 空間分布

截止到2020 年, 浙江省紅樹林主要為秋茄純林和苦檻藍純林, 現有面積總計386.77hm2,集中分布在溫州市和臺州市, 分別為257.01hm2和129.76hm2(表1)。溫州市各縣(市、 區)紅樹林面積分別為龍灣區74.27hm2、蒼南縣55.91hm2、樂清市50.3hm2、龍港市32.3hm2、洞頭區31.8hm2、 平陽縣9.37hm2, 以及瑞安市3.05hm2(表1)。臺州市各縣(市、 區)紅樹林面積分別為玉環市116.52hm2、溫嶺7.27hm2、椒江3.16hm2和三門2.81hm2(表1)。其中, 溫州市紅樹林均為秋茄純林, 龍灣區、蒼南縣和樂清市在全市的占比分別為28.90%、 21.75%和19.58%,合計達到70.23%; 而平陽縣和瑞安市占比較少, 分別為3.65%和1.19%。臺州市紅樹林包括真紅樹植物秋茄林和半紅樹植物苦檻藍林, 分別占紅樹林總面積的84.30%和15.70%。在臺州市各縣(市、 區)中, 玉環市占比最大, 占到全市的89.80%, 而溫嶺市、椒江區和三門縣的占比分別為5.60%、 2.44%和2.16%。

表1 浙江省各區域紅樹林分布面積Tab. 1 Mangrove distribution area in each region of Zhejiang Province

2.1.2 時間分布

由圖2 可知, 現有紅樹林引種于2000 年以前的林分僅有0.44hm2, 占比為0.11%, 而在2000—2010年的10年間, 紅樹林面積為14.38hm2, 占比為3.72%。2011—2015 年, 浙江省紅樹林面積增加了139.92hm2,主要集中在龍灣區和玉環市, 分別為74.27hm2和45.96hm2, 并且與前10 年(2000—2010年)相比, 增加8.73 倍(圖2)。 2016—2020 年, 浙江省紅樹林增加面積達到232.03hm2, 與2011—2015年相比增加了 65.83%, 其中, 近三年(2018—2020年)的未成林幼林面積為 201.37hm2, 占近五年(2016—2020 年)新增紅樹林面積的86.79%, 占浙江省現有紅樹林面積的52.06%(圖2)。

圖2 浙江省不同時期紅樹林面積Fig. 2 Mangrove area in Zhejiang Province at different periods

2.1.3 各階段林分發育

由表2 可以看出, 2000 年以前、2000—2010 年、2011—2015 年和2016—2020 年四個時期種植秋茄株高分別為205.5、246.13、106.63 和50.17cm; 蓋度分別為67.69%、77.9%、68.66%和24.56%(表2)。其中, 株高和蓋度均在2000—2010 年間最高, 表明秋茄植物生長旺盛; 2016—2020 年間株高和蓋度最低, 可能與栽培時間較短有關。

表2 不同時期秋茄株高和蓋度Tab. 2 Height and cover of Kandelia obovata at different periods

2.2 不同區域灘涂沉積物化學性質和秋茄種群生長差異

2.2.1 不同區域灘涂沉積物化學性質

由表 3 可知, 龍港市新美洲村灘涂紅樹林種植區的高程最高, 西門島灘涂高程相對較低, 龍灣區樹排沙島處于兩者之間。在3 個紅樹林種植區域, 樂清西門島灘涂沉積物中的堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質和含鹽量均顯著高于龍港市新美洲村(P＜0.05)。樂清西門島有機質和含鹽量分別高達20.3g·kg–1和27.71‰, 比龍港市新美洲村沉積物含量高54.37%和101.38%, 比龍灣區樹排沙島分別高23.48%和32.58%(表3)。龍灣區樹排沙島沉積物僅有機質和含鹽量顯著高于龍港市新美州村(P＜0.05), 分別高25.02%和51.89%(表3)。養分指標和含鹽量差異可能與灘涂高程相關, 高程低, 相對淹水時間較長。龍灣區樹排沙島沉積物的 pH 顯著低于新美洲村和西門島的沉積物(P＜0.05), 這可能與龍灣樹排沙島位于甌江中心,有大量淡水流經有關。

表3 不同區域灘涂沉積物化學性質Tab. 3 Chemical properties of sediments in different areas of tidal flat

2.2.2 不同區域秋茄種群生長差異

由表4 可以看出, 樹排沙島、西門島和新美洲村樹齡 4 年的秋茄樹高分別為 53.63、76.76 和86.93cm, 表現為低緯度龍港新美洲村(27°35′N)>高緯度樂清西門島(28°20′N)>中緯度龍灣樹排沙島(27°57′N)。西門島和新美洲村秋茄樹高分別比樹排沙島高出43.18%和62.01%, 其中, 新美洲村顯著高于樹排沙島(P＜0.05)(表4)。

樹排沙島、西門島和新美洲村樹齡4 年的秋茄基徑分別為35.43、18.70 和26.98mm,表現為中緯度龍灣樹排沙島>高緯度樂清西門島>低緯度龍港新美洲村(表 4)。樹排沙島秋茄基徑分別比西門島和新美洲島高出47.22%和23.85%, 其中,中緯度樹排沙島顯著高于高緯度的西門島(P＜0.05)(表4)。

表4 不同區域4 年生秋茄株高和基徑Tab. 4 Height and basal diameter of 4-year-old Kandelia obovata in different regions

3 討論

3.1 浙江省紅樹林發展現狀

中國紅樹林濕地面積經歷了先減少后增加的趨勢(但新球 等, 2016)。1973—2000 年, 受海岸圍墾和養殖擴張等因素影響, 全國約62%的紅樹林消失

(賈明明 等, 2021)。自2000 年開始, 國家大力加強紅樹林的保護和恢復工作, 在條件適宜地區開展造林, 2000—2020 年紅樹林面積凈增長51%, 截止到2020 年, 中國紅樹林的總面積基本恢復到1980 年水平(王浩 等, 2020; 賈明明 等, 2021)。各省來看,當前海南省紅樹林面積仍未恢復, 與20 世紀50 年代相比減少了約52.6%; 廣西和廣東紅樹林面積穩定增長, 分別恢復到20 世紀50 年代87.8%和92.8%的規模; 福建紅樹林面積增長較快, 已達到20 世紀50 年代規模的1.6 倍(但新球 等, 2016)。人工種植是紅樹林面積增加的最主要原因(盧元平, 2018)。浙江省紅樹林均為人工栽培,引種歷史最早可追溯至20 世紀50 年代末到60 年代初(陳秋夏 等, 2019)。近年來浙江省紅樹林栽培迅速發展, 尤其是2010 年以后, 截止到 2020 年, 浙江省紅樹林面積達386.77hm2, 10 年間增長了26 倍(表1)。浙江省紅樹林宜林地總面積高達5195.6hm2, 主要集中在浙江省的溫州市和臺州市, 分別占總面積的 82.4%和13.7%(杜群 等, 2004)。當前浙江省現有紅樹林面積集中分布在溫州市和臺州市, 分別占比66.45%和33.55%, 已造林面積僅為宜林地總面積的 7.44%,浙江省未來紅樹林發展空間廣闊。浙江省在大力發展紅樹林人工種植的同時注重紅樹林的保護工作,已建成多個以紅樹林濕地生態系統為主要保護對象的國家級或省級保護地(陳秋夏 等, 2019)。

3.2 秋茄種群生長發育情況

引起秋茄種群生長差異的主要影響因素是溫度和土壤含鹽量,與土壤理化性質無顯著相關性(楊升等, 2021; 張宜輝 等, 2006)。紅樹林生境具有高鹽的特征, 鹽度是影響紅樹植物生長的主要因素, 直接影響紅樹林造林成活率(廖巖 等, 2007; 劉逸泠等, 2017)。研究發現, 秋茄的適宜生長鹽度區間為7.5‰～21.2‰(林鵬 等, 1984)。本研究中, 含鹽量處于秋茄適宜生長區間的分別是龍港市新美洲村(13.76‰)和龍灣區樹排沙島(20.90‰), 而樂清市西門島鹽度(27.71‰)超出最適宜生長范圍。鹽度過高抑制秋茄生長, 但秋茄耐鹽程度較高, 樂清市西門島鹽度雖超出適宜區間, 但仍耐受范圍內, 且能夠存活成林, 僅生長速度較新美洲村和樹排沙島遲緩。對不同區域相同樹齡的秋茄樹高對比發現, 低緯度龍港市新美洲村紅樹林最高, 其次為高緯度樂清西門島, 中緯度龍灣區樹排沙島的最低。秋茄喜熱, 溫度可能是造成樹高生長差異的主要原因, 低緯度蒼南地區溫度稍高于樂清和西門島, 利于秋茄生長(王友紹, 2021)。同時土壤含鹽量也對生長產生一定的影響(林鵬 等, 1984), 龍港新美洲村和樂清西門島更適宜秋茄生長?；鶑缴L則是龍灣區樹排沙島基徑最大, 其次是樂清西門島, 龍港新美洲村最小。紅樹林基徑差異容易受灘涂淤積影響, 過高的淤積抑制秋茄生長, 嚴重可導致紅樹林大面積退化和死亡(潘良浩 等, 2021)。

樹木生長量表征著個體水平在一定時間內的增長量, 其中樹高和胸徑是衡量樹木生長狀況、決定植物生產力的重要指標(Bowman et al, 2013)。本研究發現, 2015 年在龍港市、樂清市和龍灣區栽植的4 年生秋茄種群平均株高達72.44cm。而同緯度鰲江口2000年栽植5 年生秋茄平均株高73.1cm(金川 等, 2012),2015 年栽植秋茄的4 年生長量已接近2000 年栽植秋茄5 年的生長水平。這可能與全球變暖促進了植物的生長和有利于紅樹植物向高緯度地區擴散有關(Record et al, 2013; Alongi, 2015; 王友紹, 2021)。

3.3 浙江紅樹林存在的問題和建議

從浙江紅樹林引種造林調查結果來看, 也存在一些問題。例如, 蒼南縣在2015—2019 年間, 造林面積達到84.00hm2, 現在保留面積為55.80hm2(表1),主要是由于前期造林地點選擇不當, 未充分考慮秋茄生長適宜的灘涂高程, 以及避免風浪較大的區域。調查發現龍灣區樹排沙島已發生大面積考氏白盾蚧(Pseudaulacaspis caspiscockerelliCooley)危害(仇建標 等, 2021), 嚴重危害秋茄生長, 早期由于管理不到位, 造成大面積死亡, 并且在樹排沙島由于油污染, 引發成片秋茄林死亡。在樂清市西門島,原本保留了少量20 世紀50—60 年代種植的秋茄林,但受2016 年底的寒潮影響, 地上部分全部凍死, 而且造林保存率偏低, 使樂清西門島紅樹林成小斑塊狀分布(表1)。在樂清西門島紅樹林, 互花米草入侵嚴重, 大部分紅樹林被互花米草包圍。

針對浙江紅樹林存在的問題, 建議: (1)在造林前期, 一定要有科學的論證, 包括造林工程的必要性、造林地選擇科學性、植物物種的適宜性等; (2)在造林過程中, 做好種苗的質檢工作, 避免病蟲害引入, 同時保證工程質量, 尤其是需要進行微地形改造的區域必須滿足設計要求; (3)造林后, 加強管護工作, 尤其是互花米草等入侵性雜草的清理, 同時注意病蟲害的防治和周邊污染排放的監控; (4)在極端氣候發生前, 主要做好防護工作, 尤其在樂清灣, 需要時刻寒潮的影響, 可以在小水潮噴施防凍劑, 提升植物的抗寒能力。

因此, 浙江省人工紅樹林發展正在迅速前行,營建面積急速增加, 達到386.77hm2, 其中幼林(3 年內)面積占到52.06%, 而且林分矮化成灌木群落, 林分單一, 主要為秋茄純林。在適生區, 秋茄林分群落生長發育主要土壤鹽分影響。但在紅樹林營建中,要選擇宜林區域造林, 并注意做好病蟲害的防治和寒潮前的防護工作。