田 野,陳玉軍,侯 琳,廖寶文,李 玫,周光益,吳曉東,陳粵超

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所,廣東廣州 510520；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100；3.廣東湛江紅樹林國家級保護(hù)區(qū)管理局,廣東湛江 524088）

廣東湛江無瓣海桑紅樹林消波效應(yīng)初步研究

田 野1,2,陳玉軍1,侯 琳2,廖寶文1,李 玫1,周光益1,吳曉東3,陳粵超3

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)研究所,廣東廣州 510520；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)林學(xué)院,陜西楊凌 712100；3.廣東湛江紅樹林國家級保護(hù)區(qū)管理局,廣東湛江 524088）

以廣東湛江紅樹林國家級保護(hù)區(qū)無瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林為研究對象,通過對紅樹林內(nèi)臨海邊緣25,50,75m的消波情況的觀測,研究紅樹林的消波效應(yīng)。研究表明,無瓣海桑人工林的消波率是隨著林分空間密度的增加而增加的,波浪經(jīng)過紅樹林01～03樣地25m后的消波率分別為34.61%,27.22%, 29.75%；波浪減低率隨著無瓣海桑林帶寬度的增加而提高,無瓣海桑紅樹林的消波減低率隨水深的增加而減低。同時,無瓣海桑人工林消波率隨著波高的增加而降低的?？傮w看來,紅樹林消波消減程度受林分結(jié)構(gòu)主導(dǎo),消波率隨林分地面至胸高處體積密度增加而增加。

消波效應(yīng)；無瓣海桑；紅樹林

文獻(xiàn)著錄格式：田野,陳玉軍,侯琳,等.廣東湛江無瓣海桑紅樹林消波效應(yīng)初步研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2014（2）：210-213.

紅樹林是生長于熱帶、亞熱帶海岸和河口潮間帶的木本植物群落,屬于陸地到海洋過渡的生態(tài)系。由于所處的特殊生態(tài)環(huán)境,紅樹林具有顯著的防風(fēng)、消浪、促淤護(hù)岸、凈化海水、促進(jìn)海洋水產(chǎn)生物繁盛等功能,具有獨特的濱海旅游價值［1］。從2004年印度洋大海嘯后,對紅樹林防災(zāi)減災(zāi)的功能研究日益受到關(guān)注［2］。紅樹林的防風(fēng)、消浪功能是紅樹林濕地生態(tài)系統(tǒng)功能的重要組成部分［3］。因此,對紅樹林消波效應(yīng)的研究,有助于為建立和完善海岸帶防護(hù)林體系提供參考和依據(jù),提高對臺風(fēng)等自然災(zāi)難的抵抗與緩沖能力,減少海岸社區(qū)的損失與危害。

國外對紅樹林消波效應(yīng)的研究多集中在東南亞地區(qū)［4-9］,多以秋茄、海桑等紅樹植物為研究對象。通過對林分特征指標(biāo)、傳播距離指標(biāo)與水文相關(guān)特征指標(biāo)的觀測與分析,討論紅樹林對波浪的消減情況。國內(nèi)對紅樹林消波效應(yīng)開展了初步研究,主要集中在海南島東寨港地區(qū)［3,10-12］。其中,張喬民［10］研究消波效應(yīng)是以海上風(fēng)場參數(shù)推算相應(yīng)波浪場參數(shù),王旭等［11］是以林前林后為監(jiān)測點對消波效應(yīng)進(jìn)行觀測。本研究選取湛江雷州半島東岸速生的無瓣海桑人工林,從生態(tài)監(jiān)測的角度分析不同林分結(jié)構(gòu)特征與各個因素對消波作用的影響,進(jìn)一步為紅樹林消波效應(yīng)定量評價提供依據(jù),更好地完善紅樹林在沿海地區(qū)的生態(tài)價值與資源化利用［13-15］。

1 研究地區(qū)與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究地點設(shè)在廣東湛江國家級紅樹林自然保護(hù)區(qū)內(nèi)（20°15′-21°55′N,109°40′-110°55′E）,屬于北熱帶與南亞熱帶過渡區(qū)的海洋氣候類型。年均溫度23℃,最冷月均溫度16.0℃,極端最冷溫度2.8℃,年降雨量約為1500mm。表層海水年均溫度23.7℃,淤泥質(zhì)土壤,鹽度1%～3%。該區(qū)現(xiàn)有紅樹林面積7256.5hm2,其中以白骨壤、桐花樹、紅海欖、秋茄和木欖等為優(yōu)勢種。年均降水量1534.6mm,干濕季節(jié)明顯,降雨集中在4-9月份,也是臺風(fēng)暴雨季節(jié),多有雷暴,臺風(fēng)帶來暴雨和海浪沖擊海岸,其破壞能量巨大。消波效應(yīng)監(jiān)測點位于雷州半島東海岸韶山村旁,選擇無瓣海桑（Sonneratiaapetala）人工林為消波效應(yīng)監(jiān)測對象。紅樹植物無瓣海桑,耐水淹,對土壤適應(yīng)性強(qiáng),為生長速度最快的紅樹植物。無瓣海桑人工林均是南北走向,東面臨海。

圖1為無瓣海桑人工林和裸灘波浪監(jiān)測設(shè)置,其中觀測點A～D設(shè)置為無瓣海桑人工林波浪監(jiān)測,A～F設(shè)置為裸灘波浪監(jiān)測點,總長為50m；觀測點A～D總長75m,相鄰觀測點之間的距離為25m。紅樹林樣地05,06,07分別位于A～B,B～C,C～D之間。

1.2 研究方法

試驗操作中,把波浪測定儀設(shè)置在無瓣海桑人工林內(nèi),沿著與林帶垂直方向距林帶臨海邊緣25, 50,75m處,同時在林帶臨海邊緣設(shè)立波浪測定儀作為對照測量。另外,在無瓣海桑林外裸灘,距林緣50m設(shè)立波浪測定儀,用于測定裸灘的消波情況。2013年4月對研究地?zé)o瓣海桑人工林及裸灘的消波效應(yīng)進(jìn)行全天候觀測,取樣間隔為30 min,取樣頻率為2Hz,每個間隔的取樣數(shù)為1200次。數(shù)據(jù)采集后分析每30min內(nèi)1/3波高、1/10波高和平均波高的消波情況。

1.3 數(shù)據(jù)分析

將在各個監(jiān)測地點利用波浪儀壓力傳感器測定的瞬間水深數(shù)據(jù),通過運算轉(zhuǎn)換成所需要的參數(shù)量：平均水深、1/3波高、1/10波高、平均波高等。將野外監(jiān)測地點紅樹林樣地調(diào)查數(shù)據(jù)換算成參數(shù)量：地上根高度、生物量體積密度等。

生物量體積密度：W=V/SH=V0（1+g）/SH［17］。

式中,V若代表林帶內(nèi)單株林木的地上生物量總體積,則V0為單株材積,S為單株林木的平均營養(yǎng)面積,H為株高；若令V代表L長度林帶內(nèi)的總地上生物量的體積,則V0為該段的蓄積量。S=LD為該段林帶的總面積,D為帶寬,H為平均高。

紅樹林消波率或波高減低率：R=（H0-Hd）/H0。

式中,Hd表示波浪在林內(nèi)傳遞距離為d時的波高,H0表示入射波在林緣的波高。

所測的數(shù)據(jù)通過Excel2003和SPSS17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與方差分析。裸灘與紅樹消波觀測只考慮林緣波高大于0.05m的數(shù)據(jù),針對水深與波高兩種因素對消波效應(yīng)的影響,是以只考慮林緣波高大于0.05m、水深高于0.2m的參數(shù)為前提的。

2 結(jié)果與分析

2.1 裸灘消波效應(yīng)

波浪經(jīng)過裸灘50m后,1/10波高、1/3波高與平均波高減低率分別為12.93%,10.20%, 9.31%（圖2）。數(shù)據(jù)表明,波浪經(jīng)過裸灘時,主要受到底質(zhì)摩擦的作用,波能損失,波高減少；且底質(zhì)越光滑,對波高變化的影響就越小。波浪經(jīng)過裸灘50m后,試驗區(qū)域內(nèi)的裸灘對波浪消減程度是不斷變化而未見明顯規(guī)律性的。

圖2 波浪經(jīng)過裸灘50m的消波情況

2.2 不同觀測區(qū)域紅樹林消波效果

不同無瓣海桑人工林樣地,受林分結(jié)構(gòu)的影響,其消波率是有一定的差異性。波浪經(jīng)01樣地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分別降低了34.61%, 30.29%,31.29%；波浪經(jīng)紅樹林02樣地25m后, 1/10波高、1/3波高及平均波高分別減少27.22%, 27.20%,29.44%；同時波浪經(jīng)過樣地03樣地25m后,其1/10波高、1/3波高及平均波高分別降低了29.75%,27.55%,29.71%（表1）。

表1 經(jīng)25m無瓣海桑人工林后的波高減低率%

波浪從林緣到林內(nèi)25m的范圍內(nèi),其1/10波高減低率為34.61%,而裸灘觀測區(qū)50m范圍內(nèi),其1/10波高減低率僅為12.93%,波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林是經(jīng)過裸灘時消波效應(yīng)的2.24倍。數(shù)據(jù)表明,紅樹林樣地的消波率受底質(zhì)影響不大,而紅樹林自身林分結(jié)構(gòu)對消波率起著主導(dǎo)作用。

2.3 水深對無瓣海桑人工林消波效應(yīng)影響

在不同林緣水深條件下,無瓣海桑人工林的消波效應(yīng)也不同,其消波率隨水深的增加而降低。在林內(nèi)50m處,當(dāng)林緣水深為0.2～0.3m時,無瓣海桑人工林的1/10波高減低率是15.07%,是林緣水深為1.2～1.3m時,1/10波高消波率10.66%的1.41倍（圖3）。隨著水深的增高,受底質(zhì)摩擦、支柱根以及呼吸根的阻力逐漸減小,主要是受到林分接觸林木水平斷面積量的影響。而無瓣海桑從地徑到胸高處的水平斷面積量是逐漸遞減的,波浪所受到的林分阻力逐漸降低,引起了消波率的減少。

圖3 水深變化對無瓣海桑消波率影響

2.4 波高對無瓣海桑人工林消波效應(yīng)的影響

分析表明,無瓣海桑人工林均是隨著林緣波高的增加,消波率呈下降的趨勢（圖4）。當(dāng)林緣波高范圍由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m時,無瓣海桑人工林內(nèi)50m處1/10波高減低率由16.54%下降到4.17%。隨著水深不斷增高,波高的增幅逐漸增加,受底質(zhì)摩擦影響減小,主要受林分水平斷面積影響；而在無瓣海桑樣地50m內(nèi),其地表斷面積是胸高斷面積的3.60倍（表2）,即隨著波高的增加,波浪接觸林木水平斷面積逐漸減少,波浪所受的阻力變小,消波率逐漸降低。

表2 不同樣地?zé)o瓣海桑紅樹林林分結(jié)構(gòu)特征

圖4 1/10波高對無瓣海桑人工林消波率的影響

2.5 林帶寬度對無瓣海桑人工林消波效應(yīng)的影響

受林帶寬度的影響,隨著波浪在紅樹林中傳播距離的增加,紅樹林消波率逐漸增加,但林內(nèi)波浪的能量逐漸降低（表3）。其中波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林25m與50m后,其1/10波高減低率從34.61%增加到51.91%；波浪經(jīng)過白骨壤人工林25m與50m后,其1/10波高減低率從27.79%增加到49.81%。這表明,波浪受林帶寬度的影響,隨著波浪在紅樹林內(nèi)傳播距離的增加,其所受底質(zhì)和主干、枝葉、呼吸根的摩擦與阻礙的程度越來越大,使其消波率逐漸增加。但隨著波浪在紅樹林中傳播距離的增加,林帶寬度逐漸增加,其波高減低率增加的幅度是逐漸減小的。

表3 不同距離和波高下無瓣海桑人工林的消波率

3 小結(jié)和討論

通過觀測與分析廣東湛江無瓣海桑人工林消波效應(yīng),波浪分別經(jīng)過01～03樣地25m后的消波率為34.61%,27.22%,29.75%,經(jīng)過裸灘50m后1/10消波率為12.93%,可以看出不同林分結(jié)構(gòu)下紅樹林的消波效存在著明顯的差異性。主要由于波浪所接觸樣地內(nèi)單位面積生物量體積密度越大,林分疏透度越小,波浪所受的阻力系數(shù)越大,消波效應(yīng)越好；波浪經(jīng)過裸灘50m后,試驗區(qū)域內(nèi)的裸灘對波浪消減程度是不斷變化而未見明顯規(guī)律性的。但底質(zhì)狀況的不同對消波效應(yīng)也有影響,底質(zhì)越光滑,對波高變化的影響就越小。同時一定的坡面斜率、裸灘凋落物以及浮水植物等因素也都會影響灘涂的消波效應(yīng)［8,15］。

隨著波浪在紅樹林傳播距離的增加,波浪消減率隨之增加,而波高卻是逐漸降低的,而波高減低率增加幅度也是隨之減少的。波浪經(jīng)過無瓣海桑人工林樣地75m后,1/10波高減低率達(dá)到67.19%。通常100m左右寬度的林帶,高度在2.5～4.0 m,遮蔽系數(shù)大于40%,可消波80%以上,很好地實現(xiàn)了紅樹林消浪、緩流、促淤、護(hù)岸的功能。

在不同林緣水深情況下,其消波效應(yīng)差異明顯,隨著水深的增加,無瓣海桑人工林消波效應(yīng)是呈遞減趨勢的。在林內(nèi)50m處,當(dāng)林緣水深為0.2～0.3m時,無瓣海桑人工林的1/10波高減低率是15.07%,是林緣水深為1.2～1.3m時1/ 10波高消波率10.66%的1.41倍。隨著水深的增加,無瓣海桑從地徑到胸高處的水平斷面積量是逐漸遞減的,波浪所受到的林分阻力逐漸降低,從而引起了消波率的減少。

無瓣海桑人工林波高減低率是隨著波高的增加而降低的。當(dāng)林緣波高范圍由0.1～0.2m增加到0.2～0.3m時,無瓣海桑人工林內(nèi)50m處1/10波高減低率由16.54%下降到4.17%。隨著水深的增高,波高的增幅進(jìn)一步變大,受底質(zhì)摩擦影響越來越小,是受地徑到胸高處生物量體積密度影響。同時,無瓣海桑人工林作為速生紅樹植株,生長迅速,年高生長可達(dá)1.2～2.2m,遠(yuǎn)大于其他鄉(xiāng)土紅樹植物；在天然紅樹林的林緣裸灘種植,促進(jìn)天然林種群的生長、更新和向前緣的灘涂擴(kuò)展,實現(xiàn)了緩解波浪,保護(hù)海岸、防災(zāi)減災(zāi)的功能［18-20］。

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（責(zé)任編輯：張瑞麟）

S687

A

0528-9017（2014）02-0210-04

2013-11-01

國家林業(yè)科技支撐計劃項目（2009BADB2B0404）；中國林科院基本科研業(yè)務(wù)費專項資金項目（CAFYBB2012018）；廣東省林業(yè)科技創(chuàng)新專項資金項目（2011KJCX017-01,2009KJCX013-01）。

田 野（1988-）,男,碩士生,從事濕地生態(tài)效益研究工作。E-mail：344363594@qq.com。