辽东半岛东岸泥质区有机物分布特征及其环境指示意义

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工业革命以来,在人类活动的影响下,陆源有机碳入海通量发生不断变化,对河口海岸发育、陆架生态环境演变都具有重要意义。作为河海交互作用强烈的区域,陆架泥质区有机物来源既有大量流域陆源有机质输入,又有海洋自生有机物提供,其中流域陆源输入反演流域人类活动,近岸海洋自生反演海洋水体富营养化程度及生产力,因此陆架泥质区有机质输运、埋藏对研究流域环境演变具有重要意义。泥质区同时具有沉积连续、细颗粒物质富集以及沉积环境稳定的特点,因此容易吸附有机质,是反演流域人类活动变化和海洋环境演变的天然场所。辽东半岛泥质区作为中小型河流作用形成的典型泥质区域,流域人类活动复杂,沿岸人类活动强烈,因此该区域也是研究沉积记录反演人类活动的天然理想区域。本文通过对辽东半岛东岸泥质区两根柱状样样品进行粒度、总碳(TC)、总氮(TN)、有机碳(TOC)、C/N比值与δ13C值分析,结合210Pb测年结果分析各指标的垂向分布特征及相关性,并通过端元模型判定有机质来源及不同来源有机质的贡献率,从历史角度对于环境指标随年代变化及人类活动对于有机质输运埋藏分布产生哪些影响进行讨论。研究结果表明:(1)泥质区东部Q02柱沉积物组分以粉砂与粘土为主,平均含量分别为67.05%与26.91%,砂平均含量为6.04%;平均粒径介于5.3-7.68Φ之间,平均值为6.93Φ。泥质区西部Q04柱沉积物组分以粉砂为主,平均含量为62.11%,粘土平均含量为15.74%,砂平均含量为22.15%;平均粒径介于4.97-6.56Φ之间,平均值为5.78Φ。两柱样所处环境动力条件有差异,Q02柱更多受鸭绿江及沿岸河流补给,Q04柱所处岛屿区,水动力较弱。两根柱样总体特征为由下而上粗颗粒物质减少,反映出从下向上动力减弱的趋势,代表了辽东半岛基岩港湾海岸的海底沉积特征。(2)根据CIC模式计算可得,泥质区东部Q02柱样沉积速率为0.39cm·a-1,沉积时期为1766-2017年;西部Q04柱样沉积速率为0.29cm·a-1,沉积时期为1679-2017年。Q02柱位于泥质区东部距鸭绿江河口更近,接受更多陆源物质输入,故沉积速率高于西部Q04柱。(3)柱样沉积物有机质含量受到研究区沉积环境、水动力条件,物源输入以及自身生产力条件的影响出现较大的波动。Q02柱TOC含量介于0.41%~1.24%之间,平均含量为0.63%,TN含量介于0.039%~0.135%之间,平均含量为0.064%。在1940年以后,沉积物中TOC与TN含量明显升高,与沉积物粒度变小、吸附力变强有着较好的对应关系。Q04柱TOC含量分布在0.43%~0.84%之间,平均含量为0.60%,TN含量分布在0.04%~0.09%之间,平均含量为0.062%。Q02柱与Q04柱TOC与TN含量之间相关性分别为0.9984与0.9968,均表现出良好的正相关性,且与沉积物组分之间表现出良好的契合度。(4)Q02柱的C/N值与δ13C值表明,A1段C/N值由下至上呈下降趋势,δ13C值较高,说明受到更多海源物质或陆源C4植物的影响;A2段中部δ13C值波动较明显,指示了海陆混合的物质来源;A3段由下至上C/N值波动下降,下部出现了δ13C值偏低的极值,说明陆源物质的影响增强;A4段C/N值未见明显变化,δ13C值垂向变化不大。Q04柱δ13C值由下到上呈四段波动上升趋势,指示来自海源物质的影响增大。B1段指示了以海源作用为主的稳定沉积环境;B2段δ13C值说明由下向上以陆源物质影响为主逐渐向海源物质影响增强的方向转变;B3段C/N值波动幅度较小,δ13C值呈下降趋势,指示了海陆混合的物质来源;B4段下部C/N值出现明显下降,下部δ13C值出现了偏低的极值,说明此阶段下部受到的海源物质影响较大。(5)结合粒度参数与元素地球化学指标的变化发现,人类活动对陆源物质输入的影响体现在两方面。一方面是人类的开发活动加剧了土壤侵蚀速率进而增加了河流的入海通量,如移民增加、官商经营木材、日俄帝国主义的掠夺与毁林开荒政策导致流域森林、草地资源遭到严重破坏,增加了鸭绿江含沙量;另一方面是水库修建降低了河流的通量,入海河流水动力条件减弱,输运能力降低,造成水沙条件剧变,使得水体输运的陆源物质中表面吸附能力强的细颗粒物质占比较多。(6)流域人类活动、环境变化及海平面的上升导致两根柱样中有机碳来源占比呈陆源降低海源升高的特点,分别反映泥质区东西部不同主导因素对海域环境的影响。东部Q02柱主要受鸭绿江流域环境变化与海域共同作用。垦荒活动、自然灾害、日俄战争、铁路修建等事件造成了对林业资源的破坏导致植被覆盖降低;自1940年代以来的水库建设对入海河流的阻隔减少了陆源有机碳输入,沉积物测年数据显示,鸭绿江西岸潮滩的沉积速率在1940年以后减少了 90%。西部Q04柱由于东北部长山群岛的阻隔作用,受到鸭绿江物质输入的影响较小,主要受沿岸人类活动、水体富营养化的影响。“弛禁”政策放开了对东北地区的伐木、采矿活动的限制,导致了森林覆盖率降低;港口的修建也让东北地区航运活动日渐频繁,增加了对海洋的排放;1950年以来海平面上升导致海源有机物贡献率逐渐增加;近年来,临海工业污染物排放与水产养殖活动造成水体中营养物质增多,海洋藻类增加引起海洋环境进一步恶化。
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