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红树林分布于热带、亚热带海岸潮间带,具有重要的生态意义和自然价值。鉴于全球人口和社会经济发展而造成的红树林持续萎缩现象,自20世纪70年代后期以来世界各地开展了面积较大的红树林造林工程。我国的红树林造林活动始于上世纪50年代,自20世纪80年代开展红树植物引种的研究工作后,红树林人工造林的规模开始日益增大。目前对我国华南沿海红树林造林的效益和评价标准,研究界有着不同的观点,其生态影响成为了科研工作者们关心的焦点所在。单一种植外来树种无瓣海桑所形成的大面积人工红树林对乡土红树植物是否有影响?与之联系密切的大型底栖动物群落会作出怎样的响应?人工红树林在提供初级生产力方面的效率如何?这些科学问题都是当前有待解决的。
本研究在以往研究工作的基础上,选择现阶段华南沿海比较典型的无瓣海桑人工红树林生态系统作为研究对象,通过对澄海义丰溪口人工红树林的长期定位野外研究,以及实验室室内模拟栽培试验,对红树林湿地生态系统内的植物种群早期生长、大型底栖动物群落短期演替和植物——水生动物食物链过程的效率进行了研究。
在实验室内,模拟光滩或林窗、2年生人工林、8年生人工林、天然林下的光照强度,分别设置100%、80%、40%和20%光照度,进行180 d的栽培试验,对乡土红树植物木榄在不同光照度下的胚轴萌发、幼苗生长和生理生态状况进行研究。结果表明:遮阴条件下,木榄胚轴萌发率最高增加60%,但遮阴不改变其萌发所需的时间。遮阴对木榄植株高度没有影响,但会降低其植株基径,同时其生理活动显著降低。大多数测值均在40%光照度以下才有显著的下降,个别指标甚至在20%光照度时才有变化,反映了木榄对荫蔽环境具有较好的适应能力。
对8年生人工红树林开展大型底栖动物群落的研究,以2年为取样间隔,共设置40个0.5×0.5 m2的样方,研究大型底栖动物群落的种类组成和数量特征。结果表明:随着演替过程的进展,大型底栖动物群落的栖息密度、生物量、物种多样性指数均经历了“先下降、后上升”的变化模式,小型的、缺乏洞穴挖掘能力的底内动物持续减少直至消失,体型较大、具有较强的活动能力的种类则逐渐迁入并占据红树林下的生态位。大型底栖动物群落演替可划分为四个阶段;光滩→造林初期→演替进程→成熟林。
采集人工红树林内的凋落物、大型底栖动物、沉积物以及附生大型藻类,进行稳定性同位素分析,研究人工红树林构建对大型底栖动物食性的影响。本研究中,无瓣海桑对无齿螳臂相手蟹和紫游螺的食源贡献十分有限,夏季为9~49%,冬季则下降为0~4%,林下的小型底栖藻类以及沉积物中的有机碎屑在食源贡献比例中最高分别为70%和100%。栖于光滩的淡水泥蟹食源的多样性要高于相手蟹和螺类,并且处于更高层次的营养级上。种植外来树种无瓣海桑作为人工红树林造林的建群种,植被提供的第一性生产力只有很少的部分被林下的大型底栖动物直接利用,其余的大部分均随潮汐的往复运动输送到河口和近海生态系统内。人工红树林对大型底栖动物群落食物链的影响主要为:(1)改变滩地的水文和光照物理条件,使食物的来源和性质发生转变,改变消费者的栖居方式和食性功能群;(2)除以凋落物形式提供直接的碳源以外,还通过改变林下生境环境因子,引入其他初级生产者(如小型底栖藻类),改变消费者的食性功能群。
综合上述研究结果,本研究认为无瓣海桑人工林:(1)可与乡土红树植物群落共存,并可在人工辅助的条件下逐渐被后者取代和改造;(2)改变大型底栖动物群落的性质,加速其演替进程;(3)初级生产力原位利用率较低,有机物主要输往邻近区域。并建议开展其他引种树种的研究,量化评价人工红树林的初级生产力贡献,研究人工红树林内鸟类的食物链状况,实现红树林的生态恢复。