黃河三角洲濱海濕地沉積環(huán)境演化與碳的累積

魏夢杰 , 葉思源, , 丁喜桂, , 袁紅明, , 趙廣明, , 王 錦,

(1.青島大學 化學化工與環(huán)境學院, 山東 青島266071; 2.中國地質(zhì)調(diào)查局濱海濕地重點實驗室, 山東 青島266071; 3.國土資源部海洋油氣資源與環(huán)境地質(zhì)重點實驗室, 山東 青島 266071)

濕地碳扣留和埋藏速率研究對全球碳收支平衡預算有重要的意義, 很多科學家在相關(guān)研究課題上取得了重大進展[1-6]。一方面, 河流徑流不斷輸送豐富的營養(yǎng)物質(zhì), 碳的沉積量不斷增加, 進而作用于濕地生態(tài)系統(tǒng)和河口生產(chǎn)力；另一方面, 早期成巖作用也對碳的扣留有重大的影響作用[7]。

在濱海濕地及其相鄰水生系統(tǒng)中, 沉積物表面吸附的元素大部分會迅速礦化, 并通過沉積物的孔隙釋放到地表水中[4], 而有機質(zhì)則很容易被分解以CO2形式釋放到空氣中, 只有很少的與沉積物結(jié)合的細小有機質(zhì)顆粒和營養(yǎng)元素才能隨沉積物沉積下來。在研究碳的扣留量時, 有機碳(Corg)的相關(guān)研究尤為重要, 較高濃度Corg對營養(yǎng)元素的吸附能力更強[8], 進一步影響濕地系統(tǒng)的生產(chǎn)力。濱海濕地碳的埋藏通量是生物地球化學作用于沉積作用競爭的結(jié)果。定量分析河口碳通量涉及到河口沉積環(huán)境的劃分與年代的確定。

黃河三角洲古環(huán)境演化的研究很多[9-11], 但對現(xiàn)代黃河三角洲的沉積環(huán)境劃分還沒有統(tǒng)一的方法。Bornhold等[12]和Prior等[13]都將現(xiàn)代黃河三角洲的水下三角洲分為三角洲平臺、三角洲前緣斜坡和三角洲隆起, 這樣的劃分只反映了黃河口前方的地貌變化, 而對兩側(cè)并不適用, 很難將上述劃分應用于鉆孔巖芯的沉積環(huán)境分析。成國棟等[14]根據(jù)河控三角洲傳統(tǒng)的沉積環(huán)境劃分并結(jié)合黃河三角洲河口側(cè)部黏土質(zhì)粉砂特別發(fā)育的特點對現(xiàn)代黃河三角洲沉積環(huán)境進行了劃分, 本研究采用該沉積環(huán)境劃分模式對ZK5孔進行沉積層序分析。雖然黃河三角洲地區(qū)全新世地層研究的成果很多, 但現(xiàn)代黃河三角洲沉積物的年代研究不夠詳細, 很多沉積年代的研究利用了現(xiàn)代的同位素方法, 存在很多弊端[15]?，F(xiàn)代黃河三角洲是 1855年以后形成的, 距現(xiàn)在也只有150多年的歷史, 這已經(jīng)不在14C測年的有效范圍之內(nèi)。 雖然210Pb是百年尺度內(nèi)測年的一種好方法, 但需要具有穩(wěn)定的物源、穩(wěn)定的沉積速率及沉積后未受改造。冰川和湖泊沉積更易滿足這些條件, 陸架沉積物只能基本滿足[15], 黃河三角洲分流河道頻繁改動, 在給定的區(qū)域內(nèi)不能保持穩(wěn)定連續(xù)地接受沉積物, 常常出現(xiàn)沉積間斷, 沉積年代也不連續(xù), 無法滿足上述條件。然而黃河分流河道擺動有清楚的歷史記錄, 1934年以來的記錄尤其清楚, 三角洲的沉積物空間分布有明顯的規(guī)律可循。為此, 薛春汀等[16]提出應用歷史地理學和沉積地質(zhì)學綜合分析確定年代的科學方法。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)的基本情況

2007年在黃河三角洲布設淺鉆(ZK5), ZK5孔位于東營市孤島鎮(zhèn)(119°05′13″E, 37°51′37″N), 所在區(qū)域高程為0.393 m, 表面分布有濕地植物堿蓬、 柳、蘆葦?shù)取?/p>

1.2 樣品采集和分析

1.2.1 樣品采集

研究所用 ZK5孔沉積柱樣, 系中國地質(zhì)調(diào)查局2007年執(zhí)行“黃河三角洲濱海濕地綜合地質(zhì)調(diào)查與評價”項目所獲樣品, 孔深23.7 m, 孔口高程0.393 m,鉆機型號為 XY-100, 為了可以進行較長的單回次取芯, 選擇了長度為100 m鉆機。樣品保存于7.6 cm直徑的 PVC管中, 經(jīng)封口, 常溫下保持巖芯管水平放置, 運回實驗室, 根據(jù)巖性進行層次劃分, 每層采集足夠樣品用作實驗室分析。

1.2.2 沉積物含水量與原位密度分析

ZK5孔巖芯間隔10 cm取10 g左右的沉積物放置小瓶中烘干(60 ℃), 稱出其質(zhì)量, 計算出含水量。

根據(jù)黃河三角洲獲得的70個鉆孔樣品的含水量(W, %)與原位密度(BD, g/cm3)做出擬合方程: BD=2.3111–0.0353W,R2=0.888,P<0.01,n=70, 由此計算出所需的BD。

1.2.3 總碳、有機碳、總氮及營養(yǎng)元素分析

樣品經(jīng)過風干, 研磨, 進行 pH、總碳(TC)、總氮(N)及營養(yǎng)元素分析。pH用電位法測定, 配置水土比例為 1∶1的混合溶液, 將 pH玻璃電極和甘汞電極插入土壤懸液中, 測定其電動勢值, 再換算成pH值。TC濃度, 用非水容量法測定。將少量樣品在1 000℃灼燒1 h, 加入少量線性氧化銅為助溶劑,經(jīng)高溫管式爐1 100 ~1 150℃分解, 產(chǎn)生的二氧化碳為樣品中的全碳量, 經(jīng)碳硫分析儀非水滴定液吸收,并根據(jù)試液顏色變化進行滴定測定全碳量。測定土壤樣品中Corg濃度, 稱取150~300 mg樣品, 置于經(jīng)1 000℃灼燒1 h的瓷舟中, 先用2%稀磷酸處理, 烘箱 80℃烘干, 再用 5%稀磷酸處理, 烘箱 80℃烘干,反復處理至氣泡冒盡, 除去樣品中的無機碳, 然后用非水容量法測定。營養(yǎng)成分N量用凱氏氮法測定；P和S量及金屬元素Cu、Mn和Zn均用粉末壓片X射線熒光光譜法測定；Mg、Ca和K量的測定, 先用粉末壓片 X 射線熒光光譜法測定 Al2O3、Fe2O3、MgO、CaO、K2O的量, 再通過分子質(zhì)量計算金屬元素的量；Mo元素用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定。測試精度優(yōu)于5%。

1.2.4 加速器質(zhì)譜14C測年

使用全樣進行14C年齡測定。樣品前處理步驟如下: 加入2 mol/L HCl煮沸, 除去無機碳酸鹽, 棄去溶液。加入2%的NaOH溶液對沉淀物進行堿洗,去除腐殖酸, 再加入2 mol/L的HCl對不溶部分進行酸洗, 然后將沉淀物洗至中性, 即獲得胡敏酸。為將分離出的胡敏酸轉(zhuǎn)化為可供 Automatic Material analysis System(AMS)測量用的石墨樣品, 先將其置于真空系統(tǒng)中燃燒并收集CO2氣體。石墨合成采用氫法, 將純化的 CO2氣體送入合成裝置中, 用氫氣為還原劑, 鐵粉為催化劑, 使 CO2還原為碳,即石墨, 最后壓制成AMS測量用的靶物質(zhì), 在北京大學加速器質(zhì)譜實驗室的加速器質(zhì)譜計上進行14C測量。

1.2.5 沉積學觀測與年代確定

對于沒有14C測年的濕地或水生系統(tǒng)沉積的年代確定, 應用歷史地理學和沉積地質(zhì)學綜合分析確定沉積年代[16]。根據(jù)沉積物的性質(zhì)、厚度、高程來判斷沉積環(huán)境, 追蹤其物質(zhì)來源, 判斷沉積物是從哪一條分流河道輸送來的, 那么這一條分流河道的活動年代就是這層沉積物形成的年代。分流河道改道后, 新河口沉積物位于老河口的側(cè)部或兩個老河口之間, 年輕的三角洲前緣粉砂覆蓋在老三角洲側(cè)緣(或分流間灣)黏土質(zhì)粉砂之上, 年輕的三角洲側(cè)緣(或分流間灣)黏土質(zhì)粉砂覆蓋在老三角洲前緣粉砂之上, 這是在黃河三角洲常見的沉積層序, 然后利用分流河道變遷圖、不同年代的地形圖和海區(qū)水深圖, 應用歷史地理學和沉積地質(zhì)學綜合分析就可以準確地確定沉積年代。

1.3 數(shù)據(jù)處理與制圖

數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析采用SPSS軟件的Person相關(guān)系數(shù)分析。圖件采用CorelDRAW Graphics Suite X 4.0和 Grapher9.0等繪圖軟件完成。

2 結(jié)果與討論

2.1 ZK5孔的沉積環(huán)境與沉積年代確定

本文根據(jù) ZK5的沉積學觀測, 將現(xiàn)代黃河三角洲自上而下劃分為 7個沉積單元, 同時結(jié)合黃河改道的歷史記錄, 運用歷史地理學和沉積地質(zhì)學綜合分析的方法對不同沉積環(huán)境部分進行了年代劃分。在此基礎上結(jié)合現(xiàn)代物理化學參數(shù)測試成果, 計算了濱海濕地及其鄰區(qū)不同古環(huán)境中沉積物對碳的扣留通量。

ZK5孔整個巖芯以土黃色粉砂、灰黃色黏土質(zhì)粉砂為主, 部分層位有機質(zhì)含量較高, 未見老三角洲沉積物。1855~1976年黃河經(jīng)歷數(shù)次改道, 現(xiàn)代三角洲前緣粉砂與三角洲側(cè)緣黏土質(zhì)粉砂交替出現(xiàn),依次疊覆在陸架沉積物上, 形成了由水生系統(tǒng)(低潮時>6 m等深線)、淺海濕地直至上三角洲平原適度的過渡。通過觀察巖芯垂向上沉積物的特征, 包括沉積物類型, 顏色及分布紋理, 時間序列地形圖、堤壩的建筑時間, 結(jié)合黃河改道的歷史記錄將 ZK5孔劃分為7個層序, 自下而上依次為距今9 802~9 602 a的潮坪沉積(U1), 1855年前的陸架沉積, 距今大約315 a(U2), 1855~1877年三角洲沉積(U3), 1877~1897年三角洲前緣沉積(U4), 1934~1960年三角洲側(cè)緣沉積(U5), 1960~1964年三角洲前緣沉積(U6), 1976年以來形成的決口扇沉積(U7)7個沉積單元(圖1)。

2.1.1 U1潮坪沉積

該層位于孔深 19.9~23.7 m, 高程–19.507~–23.307 m, 厚 3.8 m, 灰色粉砂與淺灰色粉砂混合,黃褐色粉砂, 含少量極細砂, 見黑色有機質(zhì), 在23.16, 23.48, 23.37 m處見貝殼碎片；有孔蟲種數(shù)均隨深度向上增加, 優(yōu)勢種為Ammonia beccariivar.,Elphidium magellanicum,Protelphidium tuberculatum及Quinqueloculina akneriana rotunda, 廣鹽性種Ammonia beccariivar.,Elphidium magellanicum,Protelphidium tuberculatum隨深度向上增加, 也能在淡化水域生存的有孔蟲種Quinqueloculina akneriana rotunda則隨深度向上減少。由此可推測該層為海侵過程中形成的潮坪沉積。據(jù) ZK5孔以南附近的ZK218孔河流沉積與上層潮坪沉積的界限處樣品經(jīng)校正后的14C測年為9 602 aBP[17], 所以我們估算該層為距今9 602 a之前形成的潮坪沉積, 因為ZK5孔位于 ZK218孔的東北方向, 海侵由東北向西南方向進行, 所以ZK5的沉積環(huán)境要略老于ZK218孔, 亦即是當時的潮坪濕地。此外, 末次冰期后, 海平面上升的平均速率為0.96 cm/a[18], 而渤海西部的平均潮差大約為 2 m左右, 因此海侵過程中形成的這層潮坪沉積物形成年限=平均潮差/海平面上升平均速率,即~200 a, 即該潮坪濕地演化的時間為距今9 802 a至距今9 602 a。

2.1.2 U2水下三角洲

該層位于孔深 15.6~19.9 m, 高程–15.207~–19.507 m, 厚4.3 m, 以灰色、灰黑色黏土質(zhì)粉砂為主, 見大量生物擾動構(gòu)造、粉砂透鏡體及黑色有機質(zhì)。16.13~16.3 m處夾灰色粉砂層, 見大量貝殼碎片及2個大小約1 cm的完整毛蚶貝殼；下部多見深灰色粉砂質(zhì)黏土與黃色粉砂質(zhì)黏土混雜, 19.5~19.53 m見黑色腐殖質(zhì)薄夾層；19.53~19.9 m灰褐色粉砂, 在19.71 m處有2 cm厚的黏土質(zhì)粉砂薄夾層；有孔蟲種數(shù)均隨深度向上增加, 表現(xiàn)為正常鹽度的環(huán)境,有孔蟲豐度猛增, 指示沉積速率低的陸架環(huán)境；該層為1855年前的陸架沉積, 該層16.25 m處的樣品經(jīng)校正后的14C年齡為315 aBP。該14C年齡樣品處距其上覆的水下三角洲沉積的界線為 0.65, 其相應的沉積時間為220 a, 因此其沉積速率為0.3 cm/a。

2.1.3 U3前三角洲沉積

該層位于孔深 12.45~15.6 m, 高程–12.057~–15.207 m, 厚3.15 m, 以灰黃色、黃褐色黏土質(zhì)粉砂為主, 多處見黑色有機質(zhì)薄夾層, 在 12.45~12.65 m見灰黃色黏土質(zhì)粉砂與粉砂互層, 15.34~15.6 m處見黃色黏土質(zhì)粉砂與黑色有機質(zhì)互層；該層有孔蟲種類及豐度均急劇減少, 顯示環(huán)境的巨大變化, 有孔蟲中Quinqueloculina akneriana rotunda和Ammonia beccariivar.是主要種, 其中Quinqueloculina akneriana rotunda的數(shù)量占31.38%~66.67%,Ammonia beccariivar.的數(shù)量占 0~20.8%, 前者遠大于后者,Quinqueloculina akneriana rotunda是現(xiàn)代黃河水下三角洲、前三角洲表層沉積物中最主要的種[19], 根據(jù)粒度、有孔蟲垂向變化, 可推測該沉積物是前三角洲沉積, 且根據(jù)黃河河道的歷史記錄, 黃河河道在1855~1889年及 1889~1897年期間均出現(xiàn)在該區(qū)域,由此可推斷, 該層為 1855~1897年期間形成的前三角洲沉積, 為濱海濕地的形成創(chuàng)造了空間。U3和U4均是在1855~1897年期間形成的, U3和U4的深度界限已根據(jù)沉積物的特征及有孔蟲的相關(guān)鑒定劃為12.45 m, 時間的確定則要根據(jù)沉積速率和深度來確定, 平均沉積速率為14 cm/a, U3的沉積厚度為3.15 m,沉積時間約為 22 a, 所以 U3的沉積時間為 1855~1877年。

圖1 黃河三角洲ZK5孔全新世沉積環(huán)境及形成年代Fig.1 Holocene depositional environment and age of ZK5 in the northern Yellow River Delta

2.1.4 U4三角洲前緣沉積

該層位于孔深 9.72~12.45 m, 高程–9.327~–12.057 m, 厚2.73 m, 以土黃色、黃褐色粉砂為主,含水量大, 有孔蟲數(shù)量急劇減少, 在11.1~11.33 m處見黃褐色粉砂質(zhì)黏土與粉砂混雜, 11.33~11.64 m以黃褐色黏土質(zhì)粉砂為主, 夾粉砂薄層, 為三角洲前緣沉積。U3的上界時間即是該層的下屆時間, 所以該層為1877~1897年三角洲前緣沉積。

2.1.5 U5三角洲側(cè)緣沉積

該層位于孔深4.75~9.72 m, 高程–4.357~ –9.327 m,厚4.97 m。4.75~8.0 m以土黃色黏土質(zhì)粉砂為主, 在5.22 m處有土灰色粉砂薄夾層, 5.6 m處見灰色粉砂透鏡體；5.8~6.9 m黏土含量較高, 5.9 m處見黑色粉砂夾層, 在 6.2 m 處見完整貝殼, 大小約 2 mm,6.2~6.24 m及6.48~6.5 m處為灰色黏土質(zhì)粉砂層, 淤泥狀, 生物擾動強烈, 有機碳含量高；8.0~9.72 m以黃褐色粉砂質(zhì)黏土為主, 含水量大, 偶見黑色有機質(zhì)；有孔蟲呈間斷性出現(xiàn), 種類和數(shù)量均較沉積單元U4的多, 以Ammonia beccariivar.,Cribrononion vitreum,Quinqueloculina akneriana rotunda和Protelphidium tuberculatum為主要種屬, 含量分別占32.43%~72.36%, 5.4%~21.7%, 6.5%~18.9%。若參看黃河河道活動記錄, 于1934~1960年期間, 黃河先后在該鉆孔的南邊及北邊活動, 故推測該沉積單元為1934~1960年期間的三角洲側(cè)緣沉積, 濱海濕地屬處于水生系統(tǒng)向淺海濕地演化過度時期。

2.1.6 U6三角洲前緣沉積

該層位于孔深2.35~4.75 m, 高程–1.957~–4.357 m,厚2.4 m, 2.35~2.6 m為改造層；2.6~4 m以黃色、灰黃色粉砂為主, 偶見粉砂與黏土質(zhì)粉砂互層；4~4.7 m灰色粉砂與淺黃色黏土質(zhì)粉砂互層, 含水量大, 在4.54~4.7 m處, 黑色有機質(zhì)含量較高, 有異味；有孔蟲種類和數(shù)量較為穩(wěn)定, 以Ammonia beccariivar.和Quinqueloculina akneriana rotunda為主要種, 含量占 25%~84.7%和 8.5%~21.7%, 結(jié)合黃河河道分布的歷史記錄: 1960~1964年河流在該地區(qū)活動, 由此作者推斷沉積單元U6為1960~1964年三角洲前緣沉積。

根據(jù)鉆孔高程推算, 在沉積單元U5中約6.4 m處水深為–6 m, 且此沉積單元中含大量植物腐爛形成的黑色有機質(zhì), 應該是淺海濕地漂浮植物的生長,由較高的生產(chǎn)力所致。

2.1.7 U7決口扇沉積

該層位于孔深0~2.35 m, 高程0.393~–1.957 m,厚 2.35 m, 該層以土黃色粉砂為主, 含少量黏土,1.34~1.4 m見黏土質(zhì)粉砂夾層, 頂部土壤含水量較少, 土質(zhì)較干, 下部含水量較大；為 1976年后形成的決口扇沉積, 其上分布有大量堿蓬、檉柳、蘆葦?shù)戎参? 進入濱海濕地環(huán)境演化階段。

2.2 濱海濕地沉積物營養(yǎng)元素特征

ZK5沉積物的 Al及營養(yǎng)元素的濃度見表1。在pH基本一致的情況下, 與中國東北部的向海濕地同名組分元素對比, N的濃度基本相當, P的濃度是向海濕地同名組分濃度的2~4倍, S的濃度是向海濕地同名組分的1/2[20]。較低的S元素濃度, 表明黃河三角洲濕地沉積物主要是陸地物源主導的,受海洋影響相對較弱, 因為 S主要是來自海水供給。營養(yǎng)元素中的常量元素K, Ca和Mg的質(zhì)量比范圍分別為19.31~40.38, 7.95~11.09, 33.15~60.83 mg/g；營養(yǎng)元素中的微量元素P, Fe和Mn質(zhì)量比范圍分別為 540.32~634.55 mg/kg、10.21~17.02 mg/g、372.98~ 899.57 mg/kg；營養(yǎng)元素中的痕量元素Cu和 Zn的質(zhì)量比范圍分別是 11.47~33.30, 33.54~88.01 mg/kg。TC濃度低于向海濕地的同名組分濃度[20], 高于美國俄亥俄州濕地的同名組分濃度[21]。Al不是植物生長的營養(yǎng)元素, 在此只是作為背景值來參考, Al的質(zhì)量比范圍是 50.89~75.25 mg/g,相對美國密西西比三角洲沉積物的同名組分濃度高[22]。

表1 黃河三角洲沉積物元素特征表Tab.1 Element characteristics of the sediments in the Yellow River Delta

由表2可知, 營養(yǎng)元素除了P和S外, 其他營養(yǎng)元素Cu, Mn, Zn, Fe, Mg, Ca, K, N, Al都與TC呈極顯著的線性相關(guān)(R2>0.85,P<0.01)。Al及營養(yǎng)元素均與Corg呈顯著線性相關(guān)(R2>0.80,P<0.01)。除Al外, 其他元素均是植物生長必須的營養(yǎng)元素, 但營養(yǎng)元素P和S其他營養(yǎng)元素的相關(guān)性較差, 說明沉積物物源在很大程度上影響了其濃度。

表2 Al及營養(yǎng)元素濃度的相關(guān)性Tab.2 Correlations between carbon, N and nutrients

2.3 C, N, P, S在不同沉積單元的分布特征

圖2 C、N及Corg等元素垂向上的分布Fig.2 Vertical distribution map of C, N and organic carbon concentration

ZK5孔沉積物元素的濃度在不同沉積單元的分布特征如圖2所示。總體上, 該孔沉積物TC的均值是 Corg的 7倍左右, 縱觀在不同沉積單元, 各單元的 TC(11.2~17.82 mg/g)和 Corg(1.16~2.95 mg/g)濃度差距從3倍到10倍不等。美國俄亥俄州濕地Corg/TC的值在0.7以上[21], 由此說明黃河三角洲的沉積物中的有機碳的分解速率極大, 其總碳的物質(zhì)組成主要來自無機碳, 應該是黃河流域風化剝蝕產(chǎn)物。深度22.02~22.7 m處沉積物的TC濃度是Corg濃度的35倍, 此地層是 TC(9.1 mg/g)和 Corg(0.26 mg/g)差距最大的沉積地層, 而且這一沉積地層的pH值高于其他沉積地層, 因此推斷這段時期內(nèi)鮮有植物生長從而造成了這種TC/Corg過大的結(jié)果。

由圖2可知, N和P的變化趨勢基本一致, 只是變化強度上有所差異；N和 P的濃度最大值都出現(xiàn)在前三角洲沉積, 兩者也都在此沉積單元出現(xiàn)了極低值甚至最低值, 此層濃度變化最大, 說明此沉積時間段內(nèi)生物地球化學作用復雜。S的濃度在0~12.45 m基本保持恒定, 在前三角洲沉積地層濃度變化差異最大, S是海水中濃度較高的元素, 所以在前三角洲沉積(U3)早期, 沉積速率慢, 與海水作用時間長, 因此沉積物中S的濃度較高, 從前三角洲沉積后期開始濃度開始趨于恒定。TC和 Corg的濃度具有非常一致的變化趨勢, 這與相關(guān)性結(jié)果互相照應(R2＝0.840,P<0.01), 其濃度變化在前三角洲沉積地層比較劇烈, TC和Corg濃度的最大值則出現(xiàn)在三角洲側(cè)緣沉積和前三角洲沉積, 三角洲前緣和前三角洲沉積的沉積物以細粒為主, 使得更多吸附在沉積物上的元素沉積下來。Corg/N的變化范圍是1~11,通常Corg/N反應表層有機質(zhì)的分解情況和土壤的穩(wěn)定程度。隨著有機質(zhì)(OM)的分解CO2釋放到空氣中,Corg/N越小土壤穩(wěn)定程度越高。0~2.35 m的Corg/N>5, 說明1976年以來形成的決口扇沉積的穩(wěn)定性會隨著OM的分解增加, 一般Corg/N降到5左右土壤的穩(wěn)定性較好。潮坪沉積的Corg/N較大, 這是由于海侵過程物源比較豐富而且形成潮坪過程更容易形成泥炭層, 這也解釋了潮坪沉積Corg濃度升高的原因。

2.4 碳的加積速率

各個沉積單元的TC和Corg的加積速率列于表3。ZK5孔的平均沉積速率為17.16 cm/a, 最大值為60.00 cm/a, 沉積環(huán)境為三角洲前緣, 最小值為2.64 cm/a,沉積環(huán)境為陸架沉積。TC的平均加積速率為5079.05 g/(m2·a), 加積速率范圍為 641.19~14649.19 g/(m2·a)。Corg的平均加積速率為753 g/(m2·a), 加積速率范圍為134.68~2102.16 g/(m2·a), TC和Corg的最大和最小加積速率都分別是在三角洲前緣和陸架沉積環(huán)境。

TC和Corg的沉積速率變化趨勢是一致的, 三角洲前緣(后期的三角洲前緣)>三角洲側(cè)緣>前三角洲>決口扇沉積>陸架, TC和Corg的加積速率與可能的相關(guān)因素的相關(guān)性分析見表4。由表4可知, TC的加積速率與沉積速率呈極顯著線性相關(guān)(R2＝991,P<0.01), Corg的加積速率與沉積速率(R2＝0.972,P<0.01)和TC的加積速率(R2＝0.994,P<0.01)呈極顯著線性相關(guān)。由此可知, 沉積物的沉積速率是TC和Corg加積速率的主要影響因子。因此, 雖然黃河三角洲 Corg的濃度比其他濕地低, 但是由于黃河攜帶大量沉積物使沉積速率很高, 黃河三角洲的 Corg的平均加積速率高于美國的佛羅里達濕地(320 g/(m2·a))[23]和路易斯安娜濕地(300 g/(m2·a))[24], 也高于其他文獻報道的 Corg的累積加積速率(100~200 g/(m2·a))[25-26],從而表明, 黃河三角洲較其他濕地有更好的固碳能力。

3 結(jié)論

1) ZK5孔全新世以來的沉積環(huán)境自下而上依次為距今9 802~9 602 a的潮坪沉積(U1)1855年前的陸架沉積, 距今大約315 a(U2), 1855~1877年前三角洲沉積(U3), 1877~1897年三角洲前緣沉積(U4),1934~1960年三角洲側(cè)緣沉積(U5), 1960~1964年三角洲前緣沉積(U6), 1976年以來形成的決口扇沉積(U7)7個沉積單元。

表3 黃河三角中不同沉積環(huán)境垂向沉積速率與Corg的加積速率Tab.3 Vertical accretion of nutrients and Corg in Yellow River Delta

表4 TC和Corg加積速率線性相關(guān)Tab.4 Correlations between accretion of TC, Corg and relative elements

2) TC與除P、S外的營養(yǎng)元素及Al呈很好的線性相關(guān), Corg與Al及各營養(yǎng)元素都呈很好的線性相關(guān)；Al濃度越大指示著黏土含量越高, 其吸附元素的能力越強。

3) TC和Corg的加積速率與沉積物的沉積速率呈極顯著正相關(guān), 可得知 TC和Corg扣留的最主要影響因子是沉積物的沉積速率；而Corg的加積速率與TC的加積速率呈極顯著線性相關(guān)。

4) Corg的加積速率波動范圍134.68~2102.16 g/(m2·a),明顯高于世界其他濕地的加積速率；而TC的加積速率變化范圍為 642~14649 g/(m2·a), 沉積物的高沉積速率很大程度上提高了 TC和Corg的加積速率, 從而揭示了黃河三角洲濱海濕地在地質(zhì)歷史演化過程中始終是一個很好的碳匯地質(zhì)體。

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