应用多参数示踪方法研究黄河口湿地沉积有机质来源和分布

摘要

河口湿地是陆海相互作用的重要地带,由于与周边环境频繁的物质交换,其生态系统中的生物地球化学循环过程复杂多变。作为全球碳循环研究的重要内容之一,河口湿地沉积有机质的生物地球化学过程是湿地研究的重要命题,一直备受关注。湿地沉积有机质来源的示踪,是了解有机质在湿地分布、迁移、降解和转化等行为机制的基础,对于其了解的深入,有助于加强对河口湿地在陆源有机质向外海输送过程中的作用的认识。
　　 黄河口湿地是一个典型的滨海河口湿地,由黄河携带的大量泥沙在河口淤积而成,是中国暖温带保存最完整、最广阔、最年轻的湿地生态系统,是我国及世界上研究河口新生湿地生态系统形成、演化及发展规律的最佳场所之一。本文以黄河口湿地为研究对象,分别于2009年4月和6月采集了不同区域的表层沉积物和柱状沉积物样品,进行了粒度、总有机碳(TOC),总氮(TN)、稳定碳同位素(δ13C)和生物标志物(正构烷烃和四醚膜脂)等参数的分析,在此基础上计算了相关的有机地球化学指标(如C/N比、碳优势指数(CPI)、支链与类异戊二烯四醚指标(BIT)等)用来指示沉积有机质的来源,并建立了基于δ13C和BIT等指标的端元混合模型用来区分不同来源对黄河口湿地沉积有机质的贡献;通过上述多种参数的分析,结合两个采样时间前后水文和环境条件的变化,以及不同采样区域的位置、植被等的差异,探讨不同环境条件对各参数和指标时空分布的影响。
　　 研究结果表明,黄河口湿地沉积物粒度组成主要为粉砂,平均比例为75％。全样分析参数TOC、TN、C/N比和δ13C的含量有比较明显的区域和季节分布特征。C/N比和δ13C值显示,处于黄河口湿地核心恢复区的A区域和处于黄河入海前的最后一个浮桥下方的B区域沉积有机质以陆源输入占优势,处于黄河故道的C区域沉积有机质主要来源于海源,并呈现从近黄河河岸的采样点向远离的方向,陆源输入的影响逐渐降低,而海源输入的影响逐渐升高的特点。2009年4月份与6月份具有明显不同的有机质含量和分布特点。C/N比显示6月份有较强的陆源输入,但是并没有在Πδ13C上得到证实。基于δ13C的双端元模型计算结果表明A区域陆源有机质的平均贡献率为52％,B和C区域的贡献率分别为44％和34％。
　　 对沉积物中正构烷烃的分析表明,黄河口湿地正构烷烃以高碳数烷烃为主,具有明显的奇碳优势,各指标均显示沉积有机质的陆源高等植物输入优势。与全样分析参数一样,正构烷烃分子指标也有明显的季节和区域变化趋势。2009年4月份的正构烷烃分子指标数值要普遍高于6月份,显示有更高的陆源输入影响,与δ13C所揭示的相一致,并且从近黄河河岸的站位向远离的方向,陆源输入的影响逐渐降低,而海源输入的影响逐渐升高。
　　 黄河口湿地表层沉积物中检测到大量的代表海洋来源的泉古菌醇(Crenarchaeol)和代表陆地土壤有机质来源的支链四醚膜脂,BIT指标显示了明显的区域和季节分布。2009年4月的BIT值要高于6月份,尤其是A区域,指示了土壤对此区域沉积有机质贡献较大;B区域BIT值指示土壤有机质的贡献在中等水平;而C区域BIT值较小,表明沉积有机质来源于土壤的贡献很小。利用包含δ13C、C/N比和BIT指标在内的三端元混合模型计算了海源、陆地植物、土壤对沉积有机质的贡献,结果表明A区域和B区域沉积物中土壤有机质的贡献率较大,平均分别为89％和68％,而C区域是海源贡献的有机质相对较大,贡献率为39％。双端元和三端元混合模型计算得到的陆源和海源贡献率不同,三端元模型得到的陆源贡献率要大于双端元模型,表明双端元模型可能忽略了来自土壤有机质的贡献。