长江口盐沼土壤有机质分布与矿化的空间差异①

陈庆强 杨 艳 周菊珍 张国森 崔 莹

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室 上海 200062)

长江口盐沼土壤有机质分布与矿化的空间差异①

陈庆强 杨 艳 周菊珍 张国森 崔 莹

(华东师范大学河口海岸学国家重点实验室 上海 200062)

在长江口崇明东滩两类植被(互花米草、土著植被)区域分别选择一条纵向剖面,在高潮滩、中潮滩及光滩取得柱状样,利用颗粒有机碳(POC)含量、碳稳定同位素组成、土壤C/N比与颗粒组成等资料,研究盐沼有机质的分布与矿化特征。结果表明,两个纵向剖面的相同高程部位柱样之间,颗粒有机碳δ13C与POC含量的深度特征均存在显著差异;两个柱样的δ13C与POC含量的平均值均相差较大。互花米草对高潮滩柱样有机质的含量与组成均产生了明显影响,对中潮滩柱样有机质组成已有一定影响;土著植被对高潮滩柱样有机质组成的影响显著。盐沼植被对土壤有机质的分布与矿化均产生了明显影响。高潮滩柱样矿化阶段不同的有机质组分混杂,中潮滩柱样有机质的组成相对简单,矿化程度较弱。柱样粘粒含量与含水量在垂向上变化频繁,盐沼原始沉积层序对柱样的物质分布特征具有本底制约。不同高程部位柱样之间,有机质的深度分布特征以及矿化程度差异显著,盐沼碳动态受到潮滩特征性动力沉积过程的显著影响。

盐沼 碳稳定同位素 碳矿化 长江

在全球碳循环研究中,海岸盐沼(Tidal Salt Marshes)因面积所限,尚未引起广泛关注。海岸盐沼分布于全球中、高纬潮间带海岸,除具备湿地的一般性质以外,因受到潮汐的影响,又有其自身特征[1]。海岸盐沼为全球最高产的生态系统,这些地方水体PCO2异常高[2],通过地下蓄水层输入到滨海水域的CO2可能是滨浅海及大气的一个重要碳源[3]。因此,科学评估海岸盐沼的碳源与汇潜力,对于重新评估陆地与海洋之间的碳交换以及全球碳循环研究均具有重要意义。这需要系统研究盐沼土壤碳循环的过程与机制,而碳矿化是土壤碳循环研究的关键内容之一。因此,开展盐沼土壤碳矿化及其影响因素的研究显得尤为迫切。

近年来,关于海岸盐沼碳动态的研究逐渐引起科学家关注[4～6]。我国淤泥质海岸分布较广,大陆沿岸约有4 000多千米,滨海湿地南北均有分布,滩涂和盐沼地约有2.1 X106ha[7]。系统开展我国海岸盐沼湿地碳循环研究,查明盐沼土壤碳的动态,取得若干定量结果,对于科学评估海岸盐沼在陆地与近海海洋生态系统碳循环中的作用具有重要科学意义。迄今,对于长江口[8,9]、江苏沿岸[10,11]与福建沿岸[12]盐沼湿地碳动态的初步研究表明,我国海岸盐沼碳循环具有明显的地域特色。因此,系统开展我国不同气候带盐沼碳循环研究是十分必要的。

本文选择长江口崇明东滩盐沼不同植被区域的研究剖面,根据土壤有机碳含量、碳稳定同位素组成、C/N比以及土壤颗粒组成等资料,研究盐沼有机质分布与矿化特征的空间差异,探讨盐沼有机质矿化的时空局限,揭示盐沼碳的分布与动态的复杂性,为深入开展海岸盐沼碳循环研究提供基础依据。

1 研究区概况

崇明东滩是目前长江口规模最大、地貌单元最完善、受人为干扰最弱的潮汐滩涂湿地。长江径流携带的巨量泥沙为崇明东滩的淤积前展提供了充足物源,目前滩地仍高速(200～300 m.a-1)向海淤涨推进,0 m线以上面积达222 km2[13]。崇明东滩湿地已被列为国际重要湿地(No。1144),是国家级自然保护区,原始生境保护较好。本区地处北亚热带南缘,受东亚季风影响显著。年平均气温为 15.0～ 15.8℃,年均降雨量为900～1 050 mm,降水多集中在5～9月,降水量约占全年的60%～70%[14]。

崇明东滩处于长江口咸、淡水交汇地带,平均盐度为0.21‰ ～5‰,受到非正规半日浅海潮的明显影响,多年平均潮差为2.40～3.20 m[15]。崇明东滩滩面宽缓,潮流流速较低,而风浪作用显著,多年平均波高为0.9 m,最大波高可达6.2 m[16]。台风暴雨主要出现在夏、秋季节,每年平均1～2次[16]。滩地植被主要集中在高潮滩至中潮滩下部[16],滩面冲刷主要发生在光滩及中潮滩下部外缘,而植被发育地带的淤积过程相对稳定[17]。长江口淤泥质潮滩的百年尺度沉积速率可达4.2 cm.a-1[18],明显高于世界其他地区的海岸盐沼湿地。崇明东滩具有高的垂向沉积速率,是全球海岸带最具活力的物质汇聚与循环的场所之一。

崇明东滩盐沼植被主要为多年生草本植物,包括:芦苇 (Phraqmites australis)、藨草 (Scirpus triqueter)、海三棱藨草(Scirpusmariqueter)、糙叶苔草(Carex scabrifolia)[16]。芦苇主要分布在高潮滩上部与海塘之间,多为人工种植,高1～3 m,地下根茎发达;糙叶苔草通常与芦苇镶嵌分布。藨草广泛分布于高潮滩和中潮滩,是崇明东滩最重要的自然植被,高度一般为25～40 cm,地下根系十分发达,主要分布于滩面以下10～20 cm,甚至可达30 cm以下,固滩作用显著。海三棱藨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。在海三棱藨草分布地带外侧与光滩内侧有藻类出现,主要为硅藻[19]。在崇明东滩东北部,于1995年首次发现外来的互花米草(Spartina alterniflora)[20]。该植物扩散迅速,目前已侵占了当地芦苇和海三棱藨草的生长空间,成为崇明东滩东北部的优势植被。

2 样品与方法

2.1 样品采集

在崇明东滩东北部的互花米草集中区(纵向剖面一),以及中南部的土著植被区(纵向剖面二)分别选择一个纵向剖面。在纵向剖面的典型高程部位(高潮滩上部、中潮滩下部、光滩)分别采集柱状样品,采样日期、地点以及柱样信息见表1。

野外现场用内径11 cm的PVC管采样。采样管在室内先用自来水洗净,之后用去离子水冲洗数次,风干,将两端用封箱胶带密封,备用。退潮后,作业人员携带器材进入滩地,实施取样作业。用10 kg重锤将PVC管缓慢打入滩地土壤中,直至管口与滩面平齐。之后,将PVC管取出,立即将PVC管两端用密实袋封堵,用封箱胶带将密实袋固定,密封PVC管口。将柱样立即带回驻地,置于冰柜保存。将储样冰柜尽快运回实验室。在实验室,将柱样沿深度方向剖分为二,记录柱样剖开面的沉积特征,拍照,之后按照1 cm深度间隔连续采集样品,置于自封袋低温(0～ 4℃)保存,并尽快开展各项分析。

2.2 含水量

将40 g左右的湿样置于50 ml烧杯,用电子天平称取样品质量(M1)。之后,将土样置于恒温干燥箱40℃下烘48 h,样品在干燥器中冷至室温。用电子天平称取干样质量(M2)。样品含水量(%)计算式为: ((M1-M2)/M1)X100%。

2.3 总氮(TN)、总碳(TC)含量

将烘干的土样用玛瑙研钵研细(<200目),在研样过程中,尽可能挑出肉眼可见的植物根与其他植物碎屑。之后包样、称重,利用Vario EL元素分析仪测试。分析精度:TN为±8%,TC为±2%。

2.4 碳稳定同位素(δ13 C)分析

将已研细(<200目)的土样用6 M盐酸(分析纯)酸化,去除其中无机碳,用蒸馏水洗至中性,置于恒温干燥箱40℃下烘48 h。将样品放在干燥器中冷至室温,称重,取得样品酸化前后的质量变化。包样,上机测试。利用Delta plus XP Finnigan MAT 252型稳定同位素比值质谱仪进行碳稳定同位素测定,同位素丰度为:

表1 取样地点的位置与地表植被Table1 Sampling location and surficial vegetation

标准样品采用PDB国际通用标准(Pee Dee Belelmnite标准),δ13C分析精度为±0.1‰。根据质量数(m/z)为44的离子峰(CO2)的强度确定样品的颗粒有机碳(POC)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POC含量换算成酸化前全样的POC含量,计算全样的C/N比。土样中溶解有机碳的含量很低,可忽略不计,本文以土样POC含量代表有机碳含量。

2.5 粒度分析

将2 g左右干样置于50 m l小烧杯,加入15 ml蒸馏水,搅拌,之后缓缓加入5 ml 30%H2O2,静置过夜,去除有机质。将浊液移入50 m l具塞离心管,加入5 ml分散剂(3.3%六偏磷酸钠溶液)。水平振荡离心管30 min,或超声振荡,使颗粒充分分散。之后,利用Coulter LS-100Q型激光粒度仪分析土壤样品颗粒组成。

3 结果

3.1 颗粒有机碳含量

长江口崇明东滩不同纵向剖面相同高程的柱样, POC含量的深度特征差异显著.T-08-1与DT-01-2均为高潮滩柱样,在相同深度范围内(0～100 cm), POC含量的深度分布特征迥异(图1).T-08-2与DT-02-1均为中潮滩柱样,其POC含量的深度特征亦不一致.T-01-2柱的POC含量平均值为0.8%,而DT-08-1柱的为0.47%;DT-02-1柱的POC含量平均值为0.38%,明显高于DT-08-2柱(0.11%)。总体上,纵向剖面一上的两个柱样(DT-01-2,DT-02-1)的POC含量平均值分别比纵向剖面二上的两个柱样(DT-08-1,DT-08-2)的POC含量平均值高,表明盐沼土壤POC含量存在明显的区域差异。

在同一纵向剖面上,高潮滩柱样POC含量明显高于中潮滩(图1)。单一柱样的POC含量在垂向上变化频繁,这与潮滩地层层序中不同沉积纹层的频繁出现是一致的。

3.2 颗粒有机碳δ13 C值

长江口崇明东滩植被类型不同的两个纵向剖面,相同高程类型柱样的颗粒有机碳δ13C值的深度特征明显不同,柱样δ13C的平均值亦不一致(图2)。高潮滩柱样δ13C值的深度变化型式总体比中潮滩的复杂。高潮滩柱样,DT-08-1柱的 δ13C平均值为-24.52‰,而DT-01-2柱的为-19.73‰。中潮滩柱样,DT-08-2柱的δ13C平均值为-22.06‰,DT-02-1柱的为-22.92‰。同一纵向剖面,高潮滩柱样与中潮滩柱样的δ13C平均值对比,DT-08-1柱的低于DT-08-2柱,而DT-01-2柱的明显高于DT-02-1柱。这说明不同纵向剖面上,由高潮滩向中潮滩有机质组成的变化趋势并不一致,反映了盐沼有机质组成的区域性差异。

崇明东滩不同高程部位柱样POC的δ13C值深度特征以及δ13C平均值的对比结果表明,盐沼有机质的组成、分布与矿化程度均可能存在明显的空间差异。

3.3 土壤C/N比

图1 长江口崇明东滩柱样颗粒有机碳的深度分布Fig.1 Distribution of particulate organic carbon with depth at siteswith different altitudes in the Chongmingdongtan saltmarsh of the Yangtze Estuary

长江口崇明东滩同一纵向剖面,不同高程部位的两个柱样的C/N摩尔比的深度特征迥异,量值范围也不相同(图3)。高潮滩柱样DT-08-1的C/N比平均值为11.04,而中潮滩柱样DT-08-2的为8.38。总体上,柱样DT-08-1的C/N比自上向下由小逐渐增大,再向下又逐渐变小;尽管相邻样品的C/N比大小变化频繁,柱样C/N比平滑线在垂向上总体呈弧线型。柱样DT-08-2的C/N比,自上向下总体呈一致性降低的趋势。

图2 长江口崇明东滩柱样颗粒有机碳δ13 C值的深度变化Fig.2 Variation ofδ13 C of particulate organic carbon with depth at siteswith different altitudes in the Chongmingdongtan saltmarsh of the Yangtze Estuary

图3 长江口崇明东滩柱样C/N摩尔比的深度变化特征Fig.3 Variation ofmolar ratio of C/N with depth for cores at different altitudes in the Chongmingdongtan salt marsh of the Yangtze Estuary

样品C/N比可用于海、陆源有机质的区分,通常取陆源、海相有机质的C/N比分别为>12和6～ 9[21]。高潮滩柱样DT-08-1的C/N比的深度特征(图3)表明,海源有机质只是在个别深度出现,陆源有机质占较高比例。由于高潮滩的植被繁盛,当地植被对土壤有机质的显著贡献导致大部分样品的C/N比介于9～12之间(图3),指示陆源与当地植被有机质组分的混合。中潮滩柱样DT-08-2的下部,C/N比多小于9(图3),说明海源有机质占主导地位;向上,C/N比逐渐增大,表明陆源与土著植被的有机质成分增多。

不同高程部位柱样的C/N比深度特征对比明显,同一柱样不同深度样品的C/N比变化频繁。这些差异很可能是不同高程部位、不同深度样品的有机质组成与矿化程度存在差异造成的。

3.4 粒度与含水量

长江口崇明东滩植被类型不同的两个纵向剖面,从高潮滩向光滩,粘粒含量均呈现由高到低的变化趋势(图4)。由于潮滩沉积动力环境的区域差异,不同纵向剖面相同高程类型的柱样之间,粘粒含量的深度变化特征以及粘粒含量的平均值均明显不同。不同纵向剖面,由高潮滩向光滩,粘粒含量的深度变化特征均呈现由复杂到简单的总体趋势(图4),这与潮滩不同高程部位沉积动力环境变化以及沉积纹层的发育程度是一致的。

图4 长江口崇明东滩柱样粘粒含量与含水量的深度变化特征Fig.4 Variations of clay(<0.002 mm)content and water contentwith depth for cores at different altitudes in the Chongmingdongtan saltmarsh of the Yangtze Estuary

在不同纵向剖面上,光滩柱样的含水量最高,中潮滩柱样次之,高潮滩柱样的含水量最低,但与中潮滩的接近(图4)。这与三类高程部位受潮水淹没的时间长短是一致的。在同一纵向剖面上,由高潮滩向光滩,柱样含水量的深度变化型式呈现由复杂多变向单一稳定的总体趋势。高潮滩地层中沉积纹层发育,中潮滩地层次之,光滩地层中的沉积纹层最不发育。盐沼不同部位沉积纹层的发育程度,很可能是影响柱样粘粒含量与含水量深度变化型式复杂程度的重要因素。

柱样粘粒含量与含水量的深度变化,既有同一纵向剖面从高潮滩向光滩的规律性变化特征,又存在不同纵向剖面相同高程类型柱样之间的明显差异。潮滩沉积动力环境的区域变化决定了不同地点柱样沉积特征存在明显差异,这可能是不同潮滩柱样有机质分布与矿化程度存在差异的本底机制。

4 讨论

4.1 盐沼植被对土壤有机质分布与矿化的制约

长江口崇明东滩植被类型不同的两个纵向剖面,相同高程部位的柱样之间,POC含量的深度特征迥异,POC含量的平均值差异显著(图1);柱样δ13C值亦呈现类似对比特征(图2)。这表明不同纵向剖面之间,相同高程部位柱样的有机质含量与组成分别存在明显不同。

颗粒有机碳δ13C值与POC含量的相关关系可以指示有机质矿化特征的复杂程度[22]。高潮滩柱样DT-08-1的δ13C-POC相关关系差(图5),说明处于不同矿化阶段的有机质组分混杂;中潮滩柱样DT-08-2的δ13C-POC相关关系显著,表明有机质组分的矿化程度较一致。这也说明高潮滩有机质组成较复杂,而中潮滩有机质组成相对简单。纵向剖面二,从高潮滩向光滩,植被演变呈现崇明东滩的土著类型特征。对于土著植被类型的研究区,已有的研究[22]与本文的结果一致。

纵向剖面一处于外来的互花米草集中分布区域,互花米草为C4植物。高潮滩柱样DT-01-2的δ13C与POC含量呈正相关(图5),表明互花米草提供的有机质组分在该部位的有机质组成中占主导地位。柱样DT-01-2与DT-08-1的δ13C～POC相关关系类型截然不同(图5),根本原因是二者所处部位的植被类型存在C3植物(DT-08-1)与C4植物(DT-01-2)的显著差异。柱样 DT-01-2的 POC含量平均值(0.8%)明显高于柱样DT-08-1(0.47%),这与互花米草高的生物生产量直接相关。

图5 长江口崇明东滩柱样δ13 C值与POC含量相关关系特征Fig.5 Correlation betweenδ13 C of particulate organic carbon and POC content for cores at different altitudes in the Chongmingdongtan saltmarsh of the Yangtze Estuary

尽管柱样DT-02-1处于互花米草区,该中潮滩柱样的δ13C-POC相关关系特征与柱样DT-01-2的不同,而与处于土著植被区的DT-08-1柱的相似。这说明柱样DT-02-1的有机质组分多为沉积母质中的有机质,即来自长江径流携带泥沙中的有机质。柱样DT-02-1的δ13C-POC相关系数远低于同处于中潮滩的柱样DT-08-2,表明该柱样部位的有机质组成比柱样DT-08-2处的复杂。来自互花米草的有机质组分尚未根本改变柱样DT-02-1的δ13C-POC相关关系特征,这可能与中潮滩柱样发育时间较短,有机质矿化程度较弱有关。

对比不同植被类型纵向剖面的柱样δ13C-POC关系特征以及柱样POC的深度分布,可以发现盐沼植被成分已显著改变柱样有机质组成,在盐沼有机质矿化过程留下了清晰的烙印。盐沼植被对土壤有机质分布与矿化的影响是明显的。

4.2 不同高程部位土壤有机质矿化特征

崇明东滩土著植被区域的纵向剖面二,高潮滩柱样DT-08-1,POC含量(0.2%～0.8%)与δ13C值(-26.6‰～-23‰)的变化范围分别大于中潮滩柱样DT-08-2的相应指标范围。颗粒有机碳δ13CPOC相关关系系数(R)可以指示有机质矿化程度的复杂性[22]。柱样DT-082的这一指标(R2=0.691 3)明显大于柱样DT-08-1(R2=0.069 7),表明中潮滩柱样有机质主要为沉积母质中的有机质成分,矿化程度较一致;高潮滩柱样中有机质组分混杂,矿化阶段不同的有机质组分混合在一起,导致δ13C-POC相关关系系数偏离原始母质有机质的这一系数。

互花米草繁盛区的纵向剖面一,高潮滩柱样DT-01-2的δ13C与POC含量呈正相关(图5),来自互花米草的有机质组分显著改变了土壤原始有机质组成,表明该部位有机质的矿化速率较快,有机质的矿化程度较高。中潮滩柱样DT-02-1的δ13C-POC相关关系特征(图5)说明,当地互花米草的有机质组分并未显著改变土壤有机质组成,该柱样的有机质组分中原始母质有机质成分占主导地位。表明中潮滩柱样发育时间较短,有机质矿化时间不足,矿化程度较低。由于光滩被潮水浸泡的时间最长,沉积物主要为粘土质粉砂[8],纹层不发育,其有机质矿化程度最低,柱样基本属于原始沉积层,并未经受成土作用改造。

长江口崇明东滩不同纵向剖面均显示,从高潮滩向光滩有机质矿化程度降低。这与由陆向海,滩面露空时间逐渐缩短,成土时间减少,经受成土作用改造的程度逐渐变弱直接相关。这一现象是海岸盐沼独特的沉积发育过程决定的。

4.3 土壤有机质分布与矿化的深度特征

长江口崇明东滩不同植被类型纵向剖面的典型高程部位,柱样POC含量、δ13C值、C/N比随深度均变化频繁(图1～图3)。这与潮滩沉积过程导致的沉积地层中砂质-泥质纹层频繁交替出现密切相关。盐沼地层中砂质纹层与泥质纹层的交替,一方面说明沉积物质在深度上变化明显;另一方面也决定了在该类地层基础上发育的土壤剖面,垂向上不同层段的有机质来源、组成、矿化程度均可能存在显著差异。

以土著植被区域的高潮滩柱样DT-08-1为例,同一柱样的不同深度层段,颗粒有机碳δ13C值与POC含量的相关关系变化明显(表2)。尽管柱样DT-08-1整体的δ13C-POC相关关系仍属于负相关,与内陆土壤剖面的这一关系[22]一致,其相关系数平方(R2)仅为0.069 7(表2),表明二者的相关程度差。该柱样若干层段的δ13C-POC相关关系较显著,R2大于0.2(表2)。这些层段包括:0～20 cm,0～40 cm, 80～90 cm,90～100 cm以及80～100 cm。其他层段的δ13C-POC相关系数均低于0.16,大部分低于0.1,表明二者的相关关系极差。这一现象说明,同一柱状样的不同深度层段有机质组成不同。不同层段POC含量以及δ13C-POC相关关系显著性的变化,一方面可归因于原始母质的差异,但是沉积之后的成土改造过程中,有机质矿化导致有机质组成的变化也是不容忽视的因素。

长江口崇明东滩盐沼柱样POC的深度分布以及有机质矿化特征在垂向上的差异,均表明在开展海岸盐沼碳循环研究过程中,必须充分考虑盐沼独特的沉积动力环境以及特征性的原始沉积层序对研究结果的影响。盐沼柱样粘粒含量以及含水量的深度变化(图4),均说明盐沼沉积物质的深度分布受控于沉积动力环境以及沉积纹层的发育程度。因此,如何剔除沉积母质的影响,识别后期成土改造的贡献,就成为开展盐沼碳动态研究无法回避的一个问题。这将是今后研究中的一个重要内容。

表2 DT-08-1孔不同深度范围土样有机质δ13 C与土样POC含量相关关系Table2 Correlation betweenδ13 C of POC and POC content for different sections of core DT-08-1

5 结论

长江口崇明东滩不同植被类型的两个纵向剖面,相同高程部位柱样的颗粒有机碳δ13C值以及POC含量的深度特征迥异,柱样δ13C与POC含量的平均值分别相差显著。互花米草对高潮滩柱样有机质的含量与组成均有明显影响,对中潮滩柱样有机质组成的影响业已显现;土著植被区高潮滩柱样C/N比(9 ～12)指示当地植被对有机质组成的影响显著。互花米草区柱样的POC含量平均值明显高于土著植被区对应高程柱样的POC含量平均值。盐沼植被对土壤有机质的分布与矿化均产生了可识别的影响。

高潮滩柱样有机质矿化程度较复杂,矿化阶段不同的有机质组分混杂在一起;中潮滩柱样有机质的组成相对简单,矿化程度较一致。这很可能是盐沼不同高程部位露空时间长短不同,柱样发育时间不同,导致经受成土改造的程度不同所致。柱样粘粒含量与含水量在垂向上的频繁变化说明,盐沼原始沉积层序对柱样的物质分布特征具有本底制约。同一纵向剖面的不同高程部位柱样之间,有机质的深度分布特征以及矿化程度差异显著,说明盐沼碳动态受控于盐沼特征性沉积过程。

致谢 在野外作业与室内分样期间,得到环境科学系研究生吕宝一、唐媛、崔玉雪、李丹的大力协助;在室内分析中得到吴瑞明老师等的热情指导,在此表示衷心感谢。

References)

1 Mitsch W J,Gossilink JG.Wetlands(the third edition)[M].ew York:John Wiley&Sons,Inc。,2000:261-305

2 Raymond P A,Bauer JE,Cole J J.Atmospheric CO2evasion,dissolved inorganic carbon production,and net heterotrophy in the York River Estuary[J].imnology&Oceanography,2000,45:1707-1717

3 CaiW J,Wang Y C,Krest J,et al.The geochemistry of dissolved inorganic carbon in a surficial groundwater aquifer in North Inlet,South Carolina,and the carbon fluxes to the coastal ocean[J].eochimica et Cosmochimica Acta,2003,67(4):631-637

4 Chmura G L,Anisfeld SC,Cahoon D R,etal.Global carbon sequestration in tidal,saline wetland soils[J].lobal Biogeochemical Cycles,2003,17(4),1111,doi:10.1029/2002GB001917

5 Choi Y,Wang Y.Dynamics of carbon sequestration in a coastal wetland using radiocarbon measurements[J].lobal Biogeochemical Cycles,2004,18,GB4016,doi:10.1029/2004GB002261

6 Bianchi TS,Allison M A.Large-river delta-frontestuaries as natural“ recorders”of global environmental change[J].roceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2009,106 (20):8085-8092

7 任美锷。中国淤泥质潮滩沉积研究的若干问题[J]。热带海洋, 1985,(4):6-14[Ren Mei'e.A study on sedimentation of tidalmudflats of China[J].ropical Geography,1985,(4):6-14]

8 陈庆强,周菊珍,孟翊,等。长江口盐沼滩面演化的有机碳累积效应[J]。自然科学进展,2007,17(5):614-623[Chen Qingqiang, Zhou Juzhen,Meng Yi,et al.Accumulation of organic carbon during evolution of the tidal flat in the Yangtze Estuary[J].rogress in Natural Science,2007,17(5):614-623]

9 Zhang SP,Wang L,Hu JJ,etal.Organic carbon accumulation capability of two typical tidal wetland soils in Chongming Dongtan,China [J].ournal of Environmental Sciences,2011,23(1):87-94

10 Wang JX,LiR J,Guo Y Y,etal.The flux ofmethyl chloride along an elevational gradient of a coastal saltmarsh,East China[J].tmospheric Environment,2006,40:6592-6605

11 高建华,白凤龙,杨桂山,等。苏北潮滩湿地不同生态带碳、氮、磷分布特征[J]。第四纪研究,2007,27(5):756-765[Gao Jianhua,Bai Fenglong,Yang Guishan,et al.Distribution characteristics of organic carbon,nitrogen,and phosphor in sediments from different ecologic zones of tidal flats in north Jiangsu province[J].uaternary Sciences,2007,27(5):756-765]

12 仝川,贾瑞霞,王维奇,等。闽江口潮汐盐沼湿地土壤碳氮磷的空间变化[J]。地理研究,2010,29(7):1203-1213[Tong Chuan,Jia Ruixia,WangWeiqi,et al.Spatial variations of carbon, nitrogen and phosphorous in tidal saltmarsh soils of the Minjiang River estuary[J].eographical Research,2010,29(7):1203-1213]

13 袁兴中,陆健健,刘红。河口盐沼植物对大型底栖动物群落的影响[J]。生态学报,2002,22(3):326-333[Yuan Xingzhong,Lu Jianjian,Liu Hong.Influence of characteristics of Scirpusmariqueter community on the benthic macro-invertebrate in a salt marsh of the Changjiang Estuary[J].cta Ecologica Sinica,2002,22(3):326-333]

14 上海市海岸带和海涂资源综合调查报告编写组。上海市海岸带和海涂资源综合调查报告[M]。上海:上海科学技术出版社, 1988[Editorial Group of Shanghai Coastal Zone and Tidal Flat Resources Comprehensive Investigation.Reportof ShanghaiCoastal Zone and Tidal Flat Resources Comprehensive Investigation[M].hanghai:Shanghai Scientific&Technological Publisher,1988]

15 袁兴中,陆健健。长江口岛屿湿地的底栖动物资源研究[J]。自然资源学报,2001,16(1):37-41[Yuan Xingzhong,Lu Jianjian.Studies on zoobenthos resources in the islands of the Changjiang estuary[J].ournal of Natural Resources,2001,16(1):37-41]

16 上海市海岛资源综合调查报告编写组。上海市海岛资源综合调查报告[M]。上海:上海科学技术出版社,1996:13-19,22-31, 121-128[Editorial Group of Shanghai Island Comprehensive Investigation.Reportof Shanghai Islands Comprehensive Investigation[M].hanghai:Shanghai Scientific&Technological Publisher,1996:13-19,22-31,121-128]

17 杨世伦,陈沈良,王兴放。长江口未来环境演变的若干影响因子及减灾对策[J]。自然灾害学报,1997,6(4):74-81[Yang Shilun,Chen Shenliang,Wang Xingfang.Controlling factors of changes of natural environment and countermeasures in the Yangtze River Estuary[J].ournal of Natural Disasters,1997,6(4):74-81]

18 范代读,李从先,陈美发,等。长江三角洲泥质潮坪沉积间断的定量分析[J]。海洋地质与第四纪地质,2001,21(4):1-6[Fan Daidu,LiCongxian,Chen Meifa,etal.Quantitative analyses on diastems of themudflat deposits in the Yangtze River Delta[J].arine Geology&Quaternary Geology,2001,21(4):1-6]

19 何小勤,戴雪荣,刘清玉,等。长江口崇明东滩现代地貌过程实地观测与分析[J]。海洋地质与第四纪地质,2004,24(2):23-27[He Xiaoqin,Dai Xuerong,Liu Qingyu,et al.Observation and analysis of the process of present-day morphology in the Chongming tidal flat of the Yangtze River Estuary[J].arine Geology&Quaternary Geology,2004,24(2):23-27]

20 Yuan L,Zhang LQ,Xiao D R,etal.The application of cutting plus waterlogging to control Spartina alterniflora on saltmarshes in the Yangtze Estuary,China[J].stuarine,Coastal and Shelf Science, 2011,92(1):103-110

21 Cifuentes LA,Coffin RB,Solorzano L,et al.Isotopic and elemental variations of carbon and nitrogen in amangrove estuary[J].stuarine,Coastal and Shelf Science,1996,43:781-800

22 陈庆强,沈承德,孙彦敏,等。土壤有机碳含量与同位素特征[J]。生态学杂志,2007,26(9):1327-1334[Chen Qingqiang, Shen Chengde,Sun Yanmin,etal.Characteristicsofsoil organic carbon and its isotopic compositions[J].hinese Journal of Ecology, 2007,26(9):1327-1334]

Spatial Differentiation of Soil Organic M atter Distribution and M ineralization in the Salt M arsh of the Yangtze Estuary

CHEN Qing-qiang YANG Yan ZHOU Ju-zhen ZHANG Guo-sen CUIYing
(State Key Laboratory of Estuarine and Coastal Research,East China Normal University,Shanghai 200062)

Two transects(Transect I,Transect II)were selected in areaswith Spartina alterniflora,and native vegetation,respectively,for investigation of both distribution and mineralization of soil organic matter(SOM)in the Chongmingdongtan saltmarsh of the Yangtze Estuary,China.This study is based the on content of particulate organic carbon(POC),δ13C value of POC,molar ratio of C/N,and grain size characteristics of drilling cores in high tidal flat(core DT-01-2,core DT-08-1),middle tidal flat(core DT-02-1,core DT-08-2)and bare flat(core DT-03-2, core DT-08-3).oreswith the same altitude at the two transects contrast in variations of both POC content andδ13C value with depth,and are different in average values ofδ13C and POC content,respectively.The average content of POC of core DT-01-2(0.8%)ismarkedly greater than thatof POC of core DT-08-1(0.47%).he average content of POC of core DT-02-1(0.38%)is greater than that of POC of core DT-08-2(0.11%)。δ13C values of core DT-08-1 average-24.52‰,and the average value ofδ13C of core DT-01-2 is-19.73‰.he average value ofδ13C of core DT-08-2(-22.06‰)is close to that ofδ13C of core DT-02-1(-22.92‰).herefore,the variation trend of SOM composition from high tidal flat(core DT-01-2)tomiddle tidal flat(core DT-02-1)of Transect I is not consistentwith that of SOM composition from high tidal flat tomiddle tidal flatof Transect II.Thismay be due to differences in SOM composition between the two transects.

Transect Iwas located in the areawith invasive Spartina alterniflora that is of C4 type plant.POC content is positively correlated withδ13C value for core DT-01-2,suggesting that organic components from Spartina alterniflora are predominant in SOM at the drilling site.Core DT-01-2 contrastsmarkedly with core DT-08-1 in correlation between δ13C value and POC content.This is due to the difference in vegetation type between the sites of the two cores,with C3 type plant at the site of core DT-08-1 and C4 type plant at the site of core DT-01-2.he average content of POC of core DT-01-2 is the greatest among those of POC of the studied cores,whichmay correlate to the high primary production of Spartina alterniflora.Core DT-02-1 is different with core DT-01-2 in correlation betweenδ13C value and POC content,and is similar to core DT-08-1 that is located in the areawith native vegetation.This suggests that SOM at the site of core DT-02-1 aremainly composed of organic components from primary sediments that are transported by the Yangtze River.The correlation betweenδ13C value and POC content of core DT-02-1 has not been changed thoroughly by the organic components from Spartina alterniflora,which may correlate to the weaker mineralization of SOM,due to the limited time period for the development of middle tidal flat.Spartina alterniflora has produced marked impacts on both content and composition of SOM in the high tidal flat,and discernable impacts on composition of SOM in themiddle tidal flat.Native vegetation has exertedmarked influence on composition of SOM in the high tidal flat.Saltmarsh vegetations have thereforemade remarkable impacts on distribution and mineralization of SOM.Organic components of different stages ofmineralization aremixed in the SOM of the high tidal flat.SOM composition is relatively simple in themiddle tidal flat,indicating that SOM mineralization is less complicated there.Both clay content and water content varymarkedlywith depth,suggesting that sedimentary sequences have initial constraints on distribution ofmaterialswith depth in the saltmarsh.Coreswith differentaltitudes contrastmarkedly in both vertical distribution and mineralization of SOM.Soil carbon dynamics are constrained by the characteristic sedimentary processes on the saltmarsh of the Yangtze Estuary。

saltmarsh;stable carbon isotope;carbon mineralization;the Yangtze Estuary

陈庆强 男 1969年出生 教授 博士 海洋沉积学与生物地球化学 E-mail:qqchen@sklec.ecnu.edu.cn

P736.2

A

1000-0550(2012)01-0128-09

①国家自然科学基金项目(批准号:40772210,40202032)资助。

2011-02-15;收修改稿日期:2011-05-27