长江口盐沼滩面发育对有机碳深度分布的制约

第22卷第1期2007年1月地球科学进展A DVAN CE S I N E AR T H S C I E N C EV o l.22　N o.1J a n.，2007文章编号：1001-8166（2007）01-0026-07长江口盐沼滩面发育对有机碳深度分布的制约*陈庆强，孟　翊，周菊珍，顾靖华，胡克林（华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海　200062）摘　要：通过对长江口崇明东滩高潮滩、中潮滩以及光滩柱状样的有机碳含量与碳稳定同位素组成（δ13C）、粒度组成等的测定，研究盐沼有机碳深度分布特征与形成机制。

结果表明，盐沼土壤颗粒有机碳（P O C）主要赋存于粒径小于0.016m m的颗粒中，P O C含量对粒径在0.002～0.004m m区间的颗粒含量变化最敏感，说明盐沼P O C主要来自长江径流悬移质，这与有机碳稳定同位素结果一致。

土壤P O C含量与不同粒径区间颗粒含量相关关系表明，高潮滩与中潮滩柱样的泥沙级配较为接近；光滩柱样P O C含量与不同粒径区间颗粒含量相关关系特征与高、中潮滩柱样的基本类似，主要不同表现在粒径大于0.016m m的粗颗粒，这很可能受控于盐沼不同高程部位动力沉积过程。

盐沼植被对高、中潮滩柱样P O C的贡献相当可观，个别层段高达55.6％；植被对土壤P O C的贡献受到滩面过程的明显制约。

滩面动力沉积过程形成盐沼垂向上独特的沙、泥纹层构造，其优良的封堵效能显著影响土壤有机碳的垂向分布。

盐沼滩面动力沉积过程是塑造有机碳深度分布特征的关键因素。

关　键　词：盐沼；土壤有机碳；碳循环；长江口中图分类号：S153.621 文献标识码：A1　引　言地球土壤上部1m土层约含有1570P g C［1］，其中约1/3包含在泥炭土壤中［2］。

全球大气C O2碳库为750G t C［3］，每年约有10％的大气圈碳以C O2形式进入陆地土壤，土壤碳储库的微小波动对大气C O2含量影响显著。

长期以来，对于湿地温室气体源汇问题的研究，主要集中于内陆湿地，特别是北半球高纬地带泥炭［4，5］。

在全球碳循环研究中，海岸盐沼湿地因面积所限，尚未被作为一个研究重点。

盐沼湿地分布于全球中、高纬海岸潮间带，具备湿地的一般性质，因受到潮汐的影响，又有其自身特征［6］。

盐沼湿地位居全球最高产的生态系统之列，近年来，关于海岸盐沼碳动态的研究逐渐引起科学家的关注［7～9］。

我国大陆沿岸约有4000k m以上的淤泥质海岸，滨海湿地南北均有分布，滩涂和盐沼地约有2.1×106hm2［10］。

系统开展我国海岸盐沼湿地碳循环研究，对于科学评估我国海岸盐沼湿地在陆地与近海海洋生态系统碳循环中的作用，增加我国陆地碳汇，减轻我国在温室气体限排国际谈判中的压力，均具有重要科学意义。

但是，长期以来关于我国海岸盐沼湿地碳循环的研究尚鲜有报道。

本文选择长江口崇明东滩盐沼湿地为研究对象，根据土壤有机碳含量、δ13C以及土壤颗粒组成等资料，研究盐沼土壤剖面有机碳的深度分布特征与形成机制，为科学评估长江口盐沼碳源、汇功能提供基础数据。

*　收稿日期：2006-07-18；修回日期：2006-11-21.*基金项目：国家自然科学基金项目“长江口盐沼湿地土壤剖面碳循环机制及其主控因子研究”（编号：40202032）；国家重点基础研究发展计划项目“中国典型河口—近海陆海相互作用及其环境效应”（编号：2002 C B412403）；上海市高等学校青年科学基金项目“长江口湿地生态系统土壤碳循环模型研究”（编号：2000 Q N14）共同资助.　作者简介：陈庆强（1969-），男，山东新泰人，副教授，主要从事海洋沉积学及生物地球化学的教学与研究.E- m a i l：q qchen ＠s k l ec. e cnu. e du. c n2　研究地点与研究方法2.1　研究区概况研究区位于长江入海口的崇明岛东部滩地（崇明东滩），崇明东滩是长江口目前规模最大、地貌单元最完善的河口型潮汐滩涂湿地。

长江径流携带的巨量泥沙为崇明东滩的向海延伸提供了充足物源，目前滩地仍以高淤涨速率（200～300m/a）向海推进，0米线以上面积达222k m2［11］。

崇明东滩湿地已被列为国际重要湿地（N o.1144），是国家级自然保护区，原始生境保护较好。

崇明东滩处于长江口淡、咸水交汇地带，受到潮汐的明显影响，潮汐属非正规半日浅海潮，多年平均潮差为2.40～3.20m［12］。

崇明东滩滩面宽缓，潮流流速不大，而风浪作用显著，多年平均波高为0.9 m，最大波高可达6.2m［13］。

台风暴雨主要出现在夏、秋季节，每年平均1～2次［13］。

滩地植被主要集中于高潮滩至中潮滩下部［13］，光滩无植被发育；暴风浪期间，湿地滩面冲刷主要发生于光滩及中潮滩下部外缘，而植被发育地带长期处于相对稳定的淤积过程［14］。

长江口淤泥质潮滩的百年尺度沉积速率可达4.2c m/a［15］，明显高于世界其他地区的海岸盐沼湿地。

长江口盐沼植被主要为多年生草本植物，主要类型有：芦苇（P h r a q m i t e s a u s tr a li s）、草（S c i r p us t r i qu e t e r）、海三棱草（S c i r pus m a r i qu e t e r）、糙叶苔草（C a re x s c ab r if o li a）［13］。

芦苇主要分布在高潮滩上部与海塘之间，多为人工种植，高1～3m，地下根茎发达。

糙叶苔草分布面积有限，通常与芦苇镶嵌分布。

草广泛分布于高潮滩和中潮滩，是崇明东滩重要的自然植被，高度一般为25～40c m，地下根系十分发达，根系主要分布于滩面以下10～20c m，甚至可达30c m以下。

海三棱草亦为崇明东滩先锋植被，多分布于盐度较大的地带，如中潮滩的中上部［16］。

2.2　研究方法2.2.1　样品采集在崇明东滩典型高程部位（高潮滩上部、中潮滩下部、光滩）分别采集柱状样。

采样时间为2001年12月底，高潮滩柱状样孔位为31°28.517′N，121°56.269′E，中潮滩柱样为31°28.342′N、121°56.471′E，光滩柱样为31°28.151′N、121°56.682′E。

用内径11c m的P V C管采样，高潮滩柱样（D1203）长100c m，中潮滩柱样（D1202）长60cm，光滩柱样（D1201）长40c m。

取样后，立即将P V C管两端用密实袋封堵，用封箱胶带将密实袋固定。

将柱状样尽快运回实验室，沿柱样深度方向剖分为二，描述柱样剖开面揭示的沉积特征，之后按1 cm深度间隔连续采集样品，置于自封袋低温（0～4℃）保存，尽快开展各项分析。

2.2.2　碳稳定同位素（δ13C）分析将已研细的风干土样用6m ol /L盐酸（分析纯）酸化，去除无机碳，用蒸馏水洗至中性，置于恒温干燥箱60℃下烘24h。

样品在干燥器中冷却至室温，称重，取得样品酸化前后的质量变化。

包样，上机测试。

利用D e lt a p l us X P型稳定同位素比值质谱仪完成碳稳定同位素测定，同位素丰度计算方法为：δ13C＝［（13C/12C样品－13C/12C标准）/13C/12C标准］×103（‰）标准样品为P D B（P ee D e e B e l e l m n it e）国际通用标准，δ13C分析精度为±0.1‰。

根据质量数（M/ Z）为44的离子峰（C O2）强度确定样品颗粒有机碳（P O C）含量，分析精度不低于±2％。

根据样品酸化前后的质量变化，将酸化样品P O C含量换算成全样的P O C含量。

2.2.3　粒度分析将约2g干样置于50m L小烧杯，加入15m L 蒸馏水，搅拌，之后缓缓加入5m L30％H2O2，静置过夜，去除有机质。

将浊液移入50m L具塞离心管，加入5m L3.3％六偏磷酸钠溶液。

超声振荡离心管30分钟，使颗粒充分分散。

之后，利用C o u lt er L Q －100 Q型激光粒度仪分析土壤颗粒组成。

3　结果与讨论3.1　盐沼土壤有机碳的赋存与颗粒组成的关系长江口盐沼典型高程部位土壤剖面P O C含量与不同粒径区间颗粒含量的相关关系表明，土壤P O C含量与粒径小于0.016m m的各个区间的颗粒含量呈线性正相关（k＞0），相关系数（R2）多大于0.4，最高达0.7（图1），说明盐沼土壤P O C的赋存与粒径小于0.016m m的细颗粒物质密切相关，由此推测盐沼P O C主要赋存于粒径小于0.016m m的颗粒中。

崇明东滩沉积物主要来自长江径流泥沙［11］，推测盐沼P O C主要来自长江径流悬浮颗粒物（S u s pended P a r ti cu l a t e M a tt e r，S P M）。

盐沼土壤P O C含量与0.002～0.004m m粒径区间颗粒含量的相关方程斜率（k）最大，表明这一粒径区间颗粒的含量对土壤P O C含量影响最显著，这与细颗粒物72第1期 陈庆强等：长江口盐沼滩面发育对有机碳深度分布的制约 质的比表面积较大，表面吸附有机质的能力较强是一致的。

盐沼不同高程部位土壤剖面的上述特征基本一致（图1），表明不同剖面沉积颗粒的来源相同，关于崇明东滩沉积物主要来自长江径流泥沙的观点［11］支持这一推论。

长江口盐沼高潮滩与中潮滩柱样的k 、R 2在不同粒径区间的分布较类似（图1），表明高、中潮滩的泥沙级配较为接近，指示中潮滩与高潮滩的动力沉积过程较一致。

光滩柱样的k 、R 2在不同粒径区间的分布与高、中潮滩基本类似，主要不同表现在粒径大于0.016 m m 的颗粒（图1）。

对比k 值，发现粒径在0.016 ～0.032 m m 的颗粒含量对于光滩柱样 P O C 含量的影响明显大于该粒径区间颗粒含量对高、中潮滩柱样 P O C 含量的影响。

对比R 2的大小（图1），光滩柱样粒径为0.016 ～0.032 m m 颗粒的多少与 P O C 含量相关程度较高，而中、高潮滩的R2接近0。

土壤 P O C 含量与细颗粒区间（ G 01 、 G 02 、 G 03 ）物质含量的相关系数R 2，中、高潮滩柱样的均较高（＞0.4 ），而光滩柱样的明显低于高、中潮滩，这可能是光滩柱样细颗粒物质含量低于高、中潮滩所致。

高、中潮滩广泛发育的盐沼植被对涨、落潮水流的阻挡，显著降低水流流速［17］，悬浮泥沙沉积，塑造滩面。

光滩无植被发育，又受到波浪、潮汐、径流的多重影响，沉积动力较强，颗粒分选较好，细颗粒含量较少，上下变化不大。

高、中潮滩柱样的粘粒（＜0.002 m m ）含量明显高于光滩（图2），是滩面动力沉积过程的必然结果。