渤海灣西岸晚更新世以來的沉積環(huán)境演化及碳埋藏評價

雷雁翔，何磊，王玉敏，張朋朋，張斌，胡蕾，吳治國，葉思源

1. 山東省物化探勘查院，濟南 250013

2. 中國地質(zhì)調(diào)查局濱海濕地生物地質(zhì)重點實驗室，青島海洋地質(zhì)研究所，青島 266237

3. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點國家實驗室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實驗室，青島 266237

河口沉積物是海岸帶重要碳貯之一，是全球碳循環(huán)的重要子單元[1-5]。由于人類活動的影響，河流每年向海岸帶地區(qū)輸送大量的營養(yǎng)物質(zhì)，在河口沉積物中聚集了大量的有機碳和其他營養(yǎng)成分，成為了重要的碳匯體[6]，因此研究河口沉積物中有機碳埋藏過程及影響因素，對碳庫變化及其對人類活動響應(yīng)具有重要意義[7-10]。

現(xiàn)代黃河三角洲河口地是研究碳扣留和埋藏的熱點區(qū)域。除了河口地區(qū)表層沉積物碳埋藏外[11-12]，對地質(zhì)歷史時期沉積物中碳埋藏通量的估算和評價也具有重要價值[6-7,13-15]。研究發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代黃河三角洲碳埋藏通量尤其無機碳埋藏通量較高，推測黃河三角洲沉積體可能是一個巨大的碳庫[7,13-14]。然而，現(xiàn)代黃河三角洲主要是1855 年后的沉積產(chǎn)物，對1855年至晚更新世晚期黃河三角洲沉積物碳埋藏通量如何，以及是否也有高的碳埋藏通量仍不清楚。為此，筆者于2016年在渤海灣西岸老黃河三角洲沉積區(qū)獲取了32.68 m深的全取芯鉆孔樣品（圖1），通過沉積環(huán)境分析和對樣品相關(guān)參數(shù)測試，對老黃河三角洲沉積物碳通量進行了估算，并探討黃河三角洲地區(qū)晚更新世晚期以來各沉積環(huán)境中碳埋藏通量的變化及控制因素。

1 地質(zhì)背景

研究區(qū)位于渤海灣西南岸，地勢平坦，自北向南主要分布漳衛(wèi)新河、頰河和黃河（圖1）。研究區(qū)域整體位于華北盆地東南部，是新生代至第四紀(jì)的沉降區(qū)，區(qū)域內(nèi)有濟陽坳陷和埕寧隆起兩個次一級地質(zhì)構(gòu)造。古近紀(jì)沉積了厚約1 300～4 800 m的濱海和河湖相砂巖、生物碎屑巖、泥巖和油頁巖，新近紀(jì)沉積了750～1 700 m厚的陸相粉砂巖和油頁巖[16-17,24]。

圖1 BXZK13鉆孔位置圖Fig.1 Location of the drill hole BXZK13

晚更新世以來，研究區(qū)整體緩慢沉降，表現(xiàn)出繼承性的差異沉降，沉降厚度300～450 m不等。由于海平面的多次波動和岸線頻繁遷移，渤海灣沿岸低地經(jīng)歷了3次海陸交替，分別為滄州海侵（100～70 cal.kaBP），沉積厚度大于20 m；獻縣海侵（39～23 cal.kaBP），沉積厚度10 m左右；黃驊海侵（6 cal.kaBP至今），沉積厚度3.5～5 m[16-17]。其中全新統(tǒng)底部為海侵前陸相河流和泛濫平原沉積，上部為沖海積層，底部主要是全新世海侵后形成的海相層和三角洲沉積層[16]。由于全新世黃河在渤海灣沿岸擺動頻繁，在沉積物中發(fā)現(xiàn)多期次的黃河三角洲葉瓣[18-25]。對黃河三角洲葉瓣進行厘定，依次為利津葉瓣（7 000～5 500 cal.aBP）、黃驊葉瓣（5 500～3 600 cal.aBP）、泥沽葉瓣（3 600～2 600 cal.aBP）、歧口葉瓣（700 BC—11 AD）、墾利葉瓣（11—1099 AD）、塘沽葉瓣（1048—1128 AD）、江蘇北部葉瓣（1128—1855 AD）和現(xiàn)代黃河三角洲超級葉瓣（1855 AD至今），其中在本研究區(qū)存在兩期次的葉瓣，分別是黃驊葉瓣（5 500～3 600 cal.aBP）和歧口葉瓣（700 BC—11 AD）[26-28]。

2 材料和方法

2.1 樣品采集

BXZK13孔（38°14′40.29″N、117°51′28.97″E）位于渤海灣南岸無棣古貝殼堤自然保護區(qū)內(nèi)側(cè)，臨近黃驊港，于2016年7月鉆探獲得（圖1），孔深32.68 m，取芯率＞90%，孔口高程4.02 m。在室內(nèi)將巖心剖開后，對沉積物巖性進行描述，采集軟體動物貝殼，選取保存較完整且磨損程度較低的貝殼和少部分泥炭或植物根莖樣品進行AMS14C測年。同時，對所取樣品開展有機碳濃度、主量元素、含水量、原位密度、粒度、有孔蟲、光釋光（OSL）測年等測試分析。

2.2 總碳（TC）、有機碳（OC）和主量元素測定

總碳和有機碳共測試126個樣品，樣品間距10～30 cm，樣品的處理與測試由青島斯八達分析測試有限公司完成。首先將沉積物樣品烘干至200目，然后用Perkin-Elmer model 2400元素分析儀直接測定TC。用4 mol/L的HCL去除無機碳后再測定OC，無機碳（IC）濃度為TC濃度減去OC濃度?？偟∟）濃度測定126個樣品，樣品間距23 cm，采用凱氏定氮法；CaO、Fe2O3、K2O、MgO、MnO、P2O5等樣品在自然資源部海洋地質(zhì)實驗檢測中心由電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定，通過元素分子量可以計算出元素的量。測試過程中利用海洋沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣CBW07315對測試結(jié)果進行標(biāo)定，元素含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差的差值＜5%。

2.3 微體古生物鑒定

微體古生物樣品共77件，樣品間距20～50 cm，樣品的處理與測試由中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）生物地質(zhì)與環(huán)境地質(zhì)國家重點實驗室完成。流程為將樣品放置于50 ml的燒杯中50 ℃恒溫加熱，用天平稱取干樣品，加10%的雙氧水浸泡使沉積物充分化開，然后用0.063 mm的銅篩過濾，過濾到銅篩下方液體干凈透明無明顯雜質(zhì)。微古樣品放置于烘箱中50 ℃恒溫干燥，然后在顯微鏡下鑒定，有蟲孔種類和豐度換算成每50 g干重的量。

2.4 粒度和年代測試

粒度樣品共計264個，樣品間距10～20 cm，由自然資源部海洋地質(zhì)實驗檢測中心完成測試。前處理主要包括3個步驟：去除有機質(zhì)、去除鈣質(zhì)物質(zhì)和洗鹽，然后使用Mastersizer 2000型激光粒度分析儀進行分析。

年代分析采用AMS14C和光釋光（OSL）測年技術(shù)，共獲得AMS14C測年數(shù)據(jù)8個，OSL測年數(shù)據(jù)3個。AMS14C測試在美國邁阿密Beta實驗室完成。渤海灣地區(qū)校正值為ΔR=?178±50a[29]，校正版本為CALIB 7.0.2[30]。OSL每件樣品由同一層位兩個直徑3.5 cm、長6 cm的黑色圓筒膠卷盒密封、防震保存，最終由自然資源部海洋地質(zhì)實驗樣品檢測中心進行測試，測試具體方法見Wintle[31]和Qiu[32]。

2.5 沉積物含水量與原位密度分析

BXZK13孔巖心間隔10 cm取30 g左右的沉積物放置在小瓶中烘干（60 ℃），稱出其質(zhì)量，計算出含水量。

根據(jù)126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=2.311 1?0.035 3W，R2＜0.01，n=70，由此計算出所需的原位密度。

2.6 碳埋藏通量計算

總碳或總有機碳的埋藏通量是指每年每單位面積土壤中埋藏的總碳量或總有機碳量。碳的埋藏通量按照如下公式計算[14-15,33-34]：

式中A表示沉積物埋藏通量，單位為g/（m2·a）；BD表示土壤密度，即原位密度，單位g/cm3；C表示沉積物中碳濃度，單位mg/g；DR表示沉積物的沉積速率，單位為cm/a。

3 結(jié)果

3.1 測年數(shù)據(jù)

鉆孔BXZK13中8件AMS14C年齡和3件沉積物OSL年齡見表1和表2所示。

表1 BXZK13孔AMS14C測年數(shù)據(jù)Table 1 AMS14C data of Core BXZK13

表2 BXZK13孔OSL測年數(shù)據(jù)Table 2 OSL data of Core BXZK13

3.2 BXZK13孔沉積環(huán)境、沉積年代和沉積速率分析

根據(jù)沉積物特征、測年數(shù)據(jù)、有孔蟲豐度與分異度及粒度等數(shù)據(jù)，自下而上可分為7個沉積層（圖2）。

U1層深29～32.68 m，厚3.68 m，為灰色—淺灰色粉砂質(zhì)黏土夾灰色—灰黑色粉砂薄層或透鏡體，蟲孔發(fā)育，30.3～30.45 m發(fā)育生物擾動構(gòu)造（圖2）。沉積物平均粒徑為6.76～7.85Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.64～1.99Φ，顆粒較細(xì)，分選性差。未見貝殼碎屑，但有孔蟲含量較多，豐度平均為867，簡單分異度平均為11，優(yōu)勢組合為Ammonia beccariivars.（15.6%）和Protelphidium tuberculatum（10.3%），推斷U1層為MIS5期海侵時所形成的潮坪沉積。

U2層深24.6～29 m，厚4.2 m，為灰黃色粉砂質(zhì)黏土夾土黃色粉砂薄層或透鏡體，局部含灰黃色—灰色細(xì)砂，蟲孔發(fā)育，偶見貝殼碎屑，本層與上部為侵蝕接觸關(guān)系（圖2）。沉積物平均粒徑為4.68～8.11Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.51～2.28Φ，顆粒整體較細(xì)，分選性差。有孔蟲較多，豐度平均為42，簡單分異度平均為8，A.beccariivars.在該層位中占優(yōu)勢。在24.7和27.33 m處測年結(jié)果分別為53.3 和71.6 kaBP，屬于MIS5期的泛濫平原沉積，平均沉積速率為0.014 cm/a。

U3層深18.2～24.6 m，厚6.4 m，以灰色—灰黃色—淺灰綠色細(xì)砂和極細(xì)砂為主，局部夾薄層黏土質(zhì)粉砂（圖2）。沉積物平均粒徑為3.05～6.92Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.85～2.52Φ，粒度較粗，分選性好—中等。局部見貝殼碎屑，破碎和磨損嚴(yán)重，為搬運再沉積，少見有孔蟲，僅在22.4 m處發(fā)現(xiàn)廣鹽種有孔蟲，可能經(jīng)后期搬運，主要是P. tuberculatum、A.beccariivars.和A. tepida。推測該層為陸相河流相沉積，沉積速率為0.015 cm/a。

U4層深15.98～18.2 m，厚2.22 m，分為兩段：15.98～16.2 m沉積物主要為灰色黏土—粉砂，含豐富貝殼碎屑，偶見透鏡體（圖2），平均粒徑為4.46～7.8Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.58～2.4Φ，分選性差；16.2～18.2 m沉積物為灰黃色粉砂質(zhì)黏土夾灰色、深灰色粉砂薄層，見少量貝殼，有孔蟲數(shù)量較多，但自上而下豐度和分異度逐漸降低，多為廣鹽種有孔蟲，有孔蟲含量較為豐富，豐度平均為73，簡單分異度平均為7，主要為P.tuberculatum和A.beccariivars.。該層為潮坪—淺海相沉積，沉積速率約為0.052 cm/a。

U5層分為U5-1和U5-2亞層，U5-1層深13.4～15.98 m，厚2.58 m，為灰色粉砂質(zhì)黏土夾灰色粉砂薄層或透鏡體，見豐富貝殼碎屑（圖2）。沉積物平均粒徑為4.46～7.44Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.7～2.52Φ，粒度較細(xì)，分選性整體差。有孔蟲數(shù)量較多，豐度和分異度迅速升高至最高值，有孔蟲含量較為豐富，平均豐度為727，簡單分異度平均為13，其中A.beccariivars.、Quinqueloculina seminula和Q. subungeriana占85%以上。根據(jù)黃河河道變遷歷史[19,22-23]，推測為5 500～3 600 cal.aBP形成的一期黃河三角洲中前三角洲沉積，本單元沉積速率約為0.12 cm/a。

圖2 BXZK13綜合地層劃分圖Fig.2 Integrated stratigraphic column of Core BXZK13

U5-2層深7.3～13.4 m，厚6.1 m。7.3～8.6 m沉積物為灰色粉砂質(zhì)黏土夾灰色粉砂薄層（圖2），平均粒徑為4.11～7.05Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.08～2.18Φ，粒度較細(xì)，分選性整體較差。8.6～10.6 m沉積物為灰黑色粉砂夾淺灰色極細(xì)砂，局部發(fā)育蟲孔，偶見貝殼碎屑。10.6～13.4 m沉積物主要為灰色黏土質(zhì)粉砂夾淺灰色極細(xì)砂，有孔蟲數(shù)量較前三角洲沉積有所下降，有孔蟲含量較為豐富，豐度平均為258，簡單分異度平均為6，主要為A.beccariivars.、A. aomoriensi。推測該層為5 500～3 600 cal.aBP期間所形成的一期黃河三角洲前緣沉積，沉積速率約為1.99 cm/a。

U6層深6～7.3 m，厚1.3 m。以淺灰色細(xì)砂為主，頂部富含貝殼碎屑（圖2），沉積物平均粒徑為3.36～7.39Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.23～2.49 ，粒度較粗，分選性整體差。有孔蟲含量較為豐富，豐度平均為128，簡單分異度平均為11，主要以A.beccariivars、A.aomoriensi和A. tepida為主。推斷該層為5 500～3 600 cal.aBP與700 BC—11 AD兩期三角洲之間的改造層沉積，沉積速率約為0.14 cm/a。

U7層深3.35～6 m，厚2.65 m。為黃褐色—灰黑色粉砂質(zhì)黏土夾灰色—深灰色粉砂薄層或透鏡體，局部含泥炭薄層，見根莖碎屑（圖2）。沉積物平均粒徑為6.47～7.43 Φ，標(biāo)準(zhǔn)偏差1.91～2.14，粒度較細(xì)，分選性整體較差。有孔蟲含量較高，豐度平均為188，簡單分異度平均為12，主要為A.beccariivars、A aomoriensi和Q. seminula.，代表了由海向陸過度的沉積環(huán)境。推測為700 BC以來的沉積，包括700 BC—11 AD的三角洲（側(cè)緣）沉積和11 AD之后的泛濫平原和潮灘沉積。該層沉積速率大約為0.1 cm/a。0～3.35 m為人工填土層，高程為4.02～0.67 m。

3.3 元素變化特征和碳濃度變化

3.3.1 地球化學(xué)特征

常量元素K、Ca和Mg的濃度范圍分別為18.28～25.84、29.38～67.66和8～22.06 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn的濃度范圍分別為11.5～102 μg/g、277.4～693.4 μg/g、18.08～49.99 mg/g和511.3～1 316.9 μg/g，Cu和Zn的濃度范圍分別為11～65.8 μg/g和15.7～37 mg/g。N、P、Zn、Fe、Cu、Mn、Ca、K和Mg在整個鉆孔中總體變化趨勢類似，自下而上呈現(xiàn)出高-低-高-低-高的變化趨勢（圖3），而Na濃度呈相反趨勢，具體變化如下：

U1層中各元素濃度無明顯變化趨勢（圖3），常量元素K、Ca和Mg濃度平均值分別為24.58、56.36和21.2 mg/g，Mg達到最大值，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn的濃度平均值分別為58.75 μg/g、540.46 μg/g、44.89 mg/g和1 036.09 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn的濃度平均值分別為39.59 μg/g和31.97 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為17.45 mg/g。

U2層中各元素濃度自下而上逐漸變小，常量元素K、Ca和Mg平均值分別為23.34、52.96和19.26 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N平均值為34.9 μg/g，Mn平均值為810.43 μg/g，P平均值為582.71 μg/g，且在該層位達到鉆孔的最大值，F(xiàn)e平均值（40.94 mg/g）在該層位達到鉆孔的最大值，營養(yǎng)成分中的痕量元素Zn濃度平均值為28.46 mg/g，Cu平均值（34.65 μg/g）在該層位達到鉆孔的最大值；而Na呈相反趨勢，平均值為22.46 mg/g。

U3層中各元素濃度自下而上逐漸變小，并且多個元素濃度降到最小值，其中23.2 m處迅速升高又迅速回落，但無明顯變化趨勢（圖3）。常量元素K、Ca和Mg平均值分別為20.66、38.6和11.19 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn平均值分別為17.04 μg/g、400.32 μg/g、23.08 mg/g和657.34 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn濃度平均值分別為17.31 μg/g和19.71 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為33.65 mg/g。

U4層中各元素濃度相比于U3層增加，并且大部分元素濃度達到最大值，但趨勢無明顯變化（圖3），常量元素Mg濃度平均值為19.7 mg/g，K和Ca濃度平均值（24.46 mg/g和59.4 mg/g）在該層位達到鉆孔的最大值，營養(yǎng)成分中的微量元素P和Fe的濃度平均值分別為600.19 μg/g和45.19 mg/g，N和Mn濃度平均值分別為72.71 μg/g和1 061.27 μg/g，在該層位達到鉆孔的最大值，營養(yǎng)成分中痕量元素Cu的濃度平均值為38.7 μg/g，Zn濃度平均值（33.61 mg/g）在該層位達到鉆孔的最大值；而Na呈相反趨勢，平均值為23.11 mg/g。

圖3 BXZK13孔巖心沉積物地球化學(xué)特征Fig.3 Element geochemistry of the sediments core BXZK13

U5-1層中各元素濃度無明顯變化趨勢，元素濃度略低于U4層（圖3），常量元素K、Ca和Mg濃度平均值分別為23.26、47.19和13.36 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn的平均值分別為68.46 μg/g、589.87 μg/g、40.11 mg/g和848.57 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn的平均值分別為34.47 μg/g和27.67 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為28.08 mg/g。

U5-2層中各元素濃度無明顯變化趨勢，各元素濃度相比于U5-1層驟減（圖3），常量元素K、Ca和Mg濃度平均值分別為20.55、37.11和14.09 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn濃度平均值分別為43.57 μg/g、541.91 μg/g、30.84 mg/g和688.33 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn濃度平均值分別為23.71 μg/g和21.55 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為30.82 mg/g。

U6層中各元素濃度自下而上逐漸變大（圖3），常量元素K、Ca和Mg平均值分別為22.24、44.47和14.5 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn平均值分別為37.7 μg/g、509.87 μg/g、31.39 mg/g和778.52 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn平均值分別為23.93 μg/g和22.5 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為33.01 mg/g。

U7層中N和P等元素濃度無明顯變化趨勢（圖3），常量元素K、Ca和Mg濃度平均值分別為23.95、48.32和18.65 mg/g，營養(yǎng)成分中的微量元素N、P、Fe和Mn的濃度平均值分別為51.76 μg/g、607.31 μg/g、40.2 mg/g和946.8 μg/g，營養(yǎng)成分中的痕量元素Cu和Zn的濃度平均值分別為33.51 μg/g和27.9 mg/g；而Na呈相反趨勢，平均值為26.11 mg/g。

3.3.2 沉積物碳濃度和埋藏通量特征

BD、TC、OC和TIC濃度在整個鉆孔中總體變化趨勢相符，且與各元素變化趨勢極其相似，自底到頂呈現(xiàn)出高-低-高-低-高的變化趨勢（圖4）：原位密度值從自MIS5期的潮坪相（U1）開始至晚更新世晚期的河道相（U3）逐漸升高，在U1層中為1.26～1.4 g/cm3，平均值1.32 g/cm3，而在U3中為1.49～1.89 g/cm3，平均值1.73 g/cm3，為本鉆孔中最高值；之上的潮坪和淺海相（U4）中急劇降低，平均值1.46 g/cm3，該值至一期三角洲（U5）和改造層（U6）為階段性升高的趨勢，為1.15～1.75 g/cm3，平均值1.58 g/cm3；在該孔最上部的二期三角洲（U7）中BD值逐漸降低，平均值為1.54 g/cm3。

TC、OC以及TIC的濃度在整個鉆孔中總體變化趨勢相符（圖4），TC、OC以及TIC濃度從MIS5期的潮坪相（U1）開始至晚更新世晚期的河道相（U3）中逐漸降低，在U1層中平均值分別為21、4.8和16.2 mg/g，而在U3中平均值分別為11.2、0.6和10.7 mg/g，為本鉆孔中最低值；之上的潮坪和淺海相（U4）中急劇增加，平均值分別為23.8、5.4和19.1 mg/g，該值至一期三角洲（U5）為階段性減小的趨勢，平均值分別為16、4.9和12.2 mg/g；在該孔改造層（U6）和最上部的二期三角洲（U7）中BD值逐漸增加，平均值為15.8、3.7和10.9 mg/g。

TC埋藏通量與OC和TIC埋藏通量變化趨勢相類似（圖4），TC、OC和TIC埋藏通量自泛濫平原相（U2）至河道相（U3）無明顯變化，平均值分別為3.14、0.22和2.91 g/（m2·a），為本鉆孔中最低值，之上的潮坪和淺海相（U4）及一期三角洲前三角洲相（U5-1）中緩慢增加，平均值分別為18.41、3.81和14.6 g/（m2·a），在U5-1中平均值分別為33.42、9.82和23.95 g/（m2·a），至一期三角洲前緣相（U5-2）急劇增加，平均值分別為467.48、134.56和336.61 g/（m2·a），為本鉆孔中最高值，之后到改造層（U6）和最上部的二期三角洲（U7）急劇下降，U7平均值分別為28.18、5.88和19.86 g/（m2·a）。

圖4 BHZK13孔沉積物碳濃度和埋藏通量變化Fig.4 The evolution of carbon in the geological history

4 討論

4.1 沉積物碳和營養(yǎng)成分相關(guān)性分析及OC/N分析

對沉積物中碳、主量元素和營養(yǎng)成分濃度進行了相關(guān)性分析（表4），OC與N的濃度呈現(xiàn)良好的線性相關(guān)（r=0.912），且OC和N濃度在U4環(huán)境中較高，與前人研究結(jié)果相符[35]，然而在淺海和潮坪濕地中碳的埋藏通量并非最高。各營養(yǎng)成分與OC、Al的濃度呈顯著線性相關(guān)，表明高有機質(zhì)沉積物具有較高的營養(yǎng)成分吸附能力[36]。

不同沉積層中TC、Corg與其他營養(yǎng)成分濃度相關(guān)性存在差異（圖3、表4）。在U1、U2和U4沉積環(huán)境中，TC與Ca濃度呈顯著線性相關(guān)（r＞0.862），而OC與Ca相關(guān)性不顯著，說明此時貝殼碎屑為主的無機碳是TC的主要組成；在U5環(huán)境中與OC和Ca濃度顯著線性相關(guān)（r=0.513）（表4），此時OC和TIC均是TC的重要組成部分。其中OC在U2、U3、U4、U5和U7環(huán)境中與N的相關(guān)性顯著（（表4），推測由于這些沉積階段初級生產(chǎn)力高，光合作用產(chǎn)生的OC較高，同時該沉積階段波浪和潮水影響較小，OC被留在原地[7,13]，形成了在該沉積階段較高的OC濃度，TC濃度也相應(yīng)較高。由于細(xì)顆粒沉積物所占表面積較大，可以吸附大量有機質(zhì)，顆粒較小的有機物密度較小，在高能環(huán)境下容易遭受侵蝕再搬運，在低能環(huán)境下則與細(xì)顆粒沉積物一起沉淀[14-15]。

表4 BHZK13沉積物碳及營養(yǎng)成分濃度的相關(guān)系數(shù)Table 4 Correlations between carbons and nutrients of the sediments

OC/N比值被廣泛應(yīng)用于區(qū)分沉積物中有機質(zhì)來源于海洋藻類或者陸源沉積[37-43]，OC/N比值＜8為典型的海洋物質(zhì)，OC/N比值＞12為沉積物陸源有機質(zhì)的值[44-45]。本研究中OC/N比值的峰值出現(xiàn)U5與U7中間過渡的U6之間（圖3），指示該沉積時期陸源物質(zhì)的大量供給，若有較快的沉積速率，可形成良好的碳貯。從圖3中可看出在U5環(huán)境中，其碳的埋藏通量是最高的。

4.2 碳埋藏通量的控制因素相關(guān)性分析

碳是濕地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的重要研究內(nèi)容，而碳埋藏通量是評價固碳和貯碳的最重要的參數(shù)之一，碳埋藏通量的大小主要由沉積速率、原位密度和營養(yǎng)成分在沉積物中的濃度決定。

有機碳（OC）埋藏通量是通過公式（1）由沉積物中OC濃度、原位密度和沉積物沉積速率計算得出。在BHZK13孔中，OC濃度平均值為3.2 mg，比現(xiàn)代海岸帶和濕地的平均值低10至100倍[3-4]。由表5可以看出，OC濃度和OC埋藏通量之間存在顯著的相關(guān)性（r=0.42，P＜0.01）；同樣，OC埋藏通量可能與原位密度（BD）也呈顯著的相關(guān)性（r=0.234，P＜0.05），由于原位密度（BD）在鉆孔中范圍為1.15～1.89 g/cm3，整體變化范圍不大，盡管BD和OC埋藏通量存在顯著關(guān)系，但BD并不是控制OC埋藏通量大小的主要因素。另外，在不同沉積系統(tǒng)中沉積速率比OC濃度和BD值變化更明顯，且OC濃度和OC埋藏通量之間存在極顯著的相關(guān)性（r=0.95，P＜0.01），例如在一期黃河三角洲前緣沉積（U5-2）中達到最高值1.99 cm/a，在泛濫平原相沉積（U2）中達到最小值0.014 cm/a。因此，OC沉積速率可能主導(dǎo)了研究區(qū)內(nèi)OC埋藏通量的變化。

但是，嚴(yán)格來說，OC埋藏通量與OC濃度、BD和OC沉積速率的相關(guān)系數(shù)在統(tǒng)計上可能是沒有意義的，由公式（1）可知，OC埋藏通量是OC濃度、BD和沉積速率DR的乘積。為了確定上述3個參數(shù)對OC埋藏通量的方差有多大影響，我們把公式（1）兩側(cè)同時換成自然對數(shù)：

Log（OC埋藏通量）的方差計算如公式（3）所示：

表6顯示了計算這些項的結(jié)果。由表6可知，OC埋藏通量主要控制因素為沉積速率的方差埋藏通量，其次是沉積速率與OC濃度的協(xié)方差，而原位密度和OC濃度影響較小。根據(jù)每個影響因素的結(jié)果分析，沉積速率是控制碳匯聚于黃河三角洲的主要因素，即快速的沉積有助于OC的保存（表5，6），因此形成較高的碳埋藏通量，這一機制可從我們的數(shù)據(jù)中得到證實。根據(jù)鉆孔BHZK13中不同的沉積單元，沉積速率順序為：U5-2＞U5-1＞U6＞U7＞U4＞U2＞U3（表3）。而OC埋藏通量也顯示出相同的順序：U5-2＞U5-1＞U6＞U7＞U4＞U2＞U3（圖4，表3）。由此可見，在BHZK13孔中，OC埋藏通量的平均值為36.51 g/（m2·a），如果僅僅考慮U5-2，OC埋藏通量的平均值高達134.56 g/（m2·a），比現(xiàn)代三角洲中500 g/（m2·a）的OC埋藏通量低[6,33,46-49]，但高于我國遼河三角洲的17.87 g/（m2·a））[34]。推測可能是由于地質(zhì)歷史時期黃河泥沙濃度較少，導(dǎo)致老黃河三角洲沉積速率較低，從而影響了沉積通量。盡管如此，老黃河三角洲沉積物中OC濃度較低，但由于較高的沉積速率，從而OC的埋藏通量也較高，也具有一定的碳貯能力。

表3 黃河三角洲不同沉積環(huán)境垂向沉積速率與碳的埋藏通量Table 3 Vertical sedimentation rate and accretion rate of carbon of different sediment environments in the Yellow River Delta

表5 沉積物TC、OC埋藏通量的相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlations between TC、OC accretion rates in the sediments

表6 沉積速率、BD和OC濃度與碳埋藏通量協(xié)方差分析Table 6 C,DR,and BD contributions to the variance of carbon burial rate.

5 結(jié)論

（1）BXZK13孔巖心的沉積環(huán)境自下而上可以分為7個沉積層，分別為潮坪相沉積（U1）、泛濫平原相沉積（U2）、河道相沉積（U3）、潮坪—淺海相沉積（U4）、5 500～3 600 cal.aBP一期黃河三角洲中前三角洲相沉積（U5-1）、5 500～3 600 cal.aBP一期黃河三角洲中三角洲前緣相沉積（U5-2）、改造層沉積（U6）、700 BC—11 AD二期三角洲沉積（U7）。

（2）OC的埋藏通量在U5-2沉積環(huán)境中最大，為134.56 g/（m2·a），在U3沉積環(huán)境中最小，為0.16 g/（m2·a），OC沉積速率的方差對OC埋藏通量的貢獻最大，說明沉積速率是OC的埋藏通量的主控因素。

（3）黃河三角洲OC濃度相對較低，但由于其較高的沉積速率，使得黃河三角洲OC的平均埋藏通量達到72.19 g/（m2·a），雖然低于世界其他高OC濃度的濕地，但比大部分沒有泥沙供應(yīng)的淡水濕地高，即老黃河三角洲地質(zhì)體保存了較大的碳貯。