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人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响

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人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响 人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影 响 第26卷 2007庄 第3期 5月 环境化学 ENVIRONMENTALCHEMISTRY V01.26.No.3 May2007 人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响 刘兴健葛晨东陈平平施晓冬 (南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,南京,210093) 摘要根据小海泻湖XHK04-01沉积物柱状样的.Pb定年以及总有机碳和总氮含量分析,探讨了人类活 动对小海沉积环境的影响.分析表明:1988年以前,总有机碳和总氮...
人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响
人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响 人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影 响 第26卷 2007庄 第3期 5月 环境化学 ENVIRONMENTALCHEMISTRY V01.26.No.3 May2007 人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响 刘兴健葛晨东陈平平施晓冬 (南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室,南京,210093) 摘要根据小海泻湖XHK04-01沉积物柱状样的.Pb定年以及总有机碳和总氮含量,探讨了人类活 动对小海沉积环境的影响.分析明:1988年以前,总有机碳和总氮的含量稳定在0.6%和0.04%,TOC/ TN为14左右,沉积物的有机质主要来自陆地,陆源有机碳的含量占到总有机碳含量的80%,人类活动对 沉积环境的影响变化较小;而1988年之后,由于人类活动的加剧,小海沉积物中总有机碳和总氮的含量迅 速上升,到表层时总有机碳和总氮的含量均达到最高值,分别为1.2%和0.13%,TOC/TN下降到9,沉积 物中小海自生来源的有机碳的比例显着增加,陆源有机碳的比例相对下降到45%.小海沉积物中营养元素 的增加,导致小海水质的恶化.人类活动的影响在沉积速率上也有反映,在18cm以下沉积速率为0.46 cm?8, ,0—18cm沉积速率为1.26cm?8,. 关键词总有机碳,总氮,沉积物,小海泻湖. 人类活动对湖泊环境的影响起着重要的作用,对海南岛小海口门变化和小海环境的研究有报 道,,主要分析小海口门对小海环境的影响. 本文研究了小海泻湖一个长160cm沉积物柱状样的总有机碳(TOC),总氮(TN)及碳氮比 (TOC/TN)的垂向分布,探讨了人类活动对小海沉积环境演化的影响. 1样品的采集和分析 小海泻湖位于18.4730一18.5330N,110.2700一110.3054E之间,是海南省最大的泻湖湾. 于2004年用自制的柱状采样器在小海中采集柱状样 XHK-04-01(18.4856N,110.2730E).柱 样长160cm,柱状沉积物剖开后,80cm前以lcm的间隔采取沉积物样品,80cm后以2cm间隔采取样 品,塑料袋密封,用玛瑙研钵将沉积物研细搅拌均匀,以备分析. 取出1g左右的沉积物,加入浓度为10%的盐酸去除无机碳,然后在40~C的烘箱里烘干,烘干后 取出20—30mg沉积物样品,放人锡杯中,排出空气,用百万分之一的天平准确称出沉积物的重量, 然后由FLASHEA1112SeriesCNS元素分析仪测定沉积物中总有机碳和总氮含量J.并且利用钱君龙 等提出的湖泊沉积中一种定量估算陆源有机碳的方法来分析小海沉积物中陆源有机碳的含量J. 样品中mPb放射性总比度是通过mP0子体的同位素稀释和谱来测定的,沉积速率可以通 过公式得出: Is=Ioel t=In(Io/Is)/A DR=Ds/t 式中,D为沉积速率,D为沉积物埋藏深度(cm),t为沉积时间,,0为加Pb的初始放射性比度,,s 为经过t年后mPb的放射性比度,它表示埋藏在s深度的沉积物中的经过t年衰变后还剩下的放射性 比度,A为mPb的放射性衰变常数. 2TOC,TN和TOC/TN的变化趋势 TOC%的变化趋势(图1)可以分为两个阶段:(1)18cm以下的沉积物中,总有机碳的含量在 0.5%----0.6%之间,含量相对稳定,(2)从18cm开始向上,总有机碳的含量逐渐上升,从18cm的 2006年7月13日收稿. $国家自然科学基金资助项目(40376014) 3期刘兴健等:人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响385 0.6%上升到表层的1.2%. 在18cm以下的沉积物中,氮的含量稳定维持在0.04%左右,在18cm以上的沉积物中,氮的含 量快速增加,表层达到0.13%. TOC/TN的变化趋势(图1)分为两个阶段:(1)18cm以下的沉积物中,TOC/TN一直很稳定, 在14—16之间变化.(2)18cm以上的沉积物中,TOC/TN从14下降到表层的9. 0 20 40 60 80 100 120 140 16O T0C/% 0.60.91.2 TN/% 0.040.080.12 图1小海XHK04-01沉积物柱样中总有机碳,总氮和TOC/TN随深度的变化趋势 Fig.1ProfilesofTOC.TNandTOC/TNtlldepthincoreXHK04-01,Xiaohailagoon 3沉积速率 对XHK04-01柱状样做mPb分析,结果如图2所示,从图2可以看出,沉积速率可分为两段,根 据公式计算出表层到18cm之间的沉积速率为1.26cm?a,,18cm以下沉积速率为0.46cm?a,.由 此可以推断出XHK04-01的59cm处代表的时间为公元1900年.表层到18cm之间是最近15年来的沉 积.18cm处代表1988年的沉积. 瘩 赵 隧 g 赵 隧 图2XHK04-01沉积柱Pb总比度(a)和过剩Pb比度(b)随深度的变化 Fig.2TotalPbactivityprofile(a)andexcessPbactivityprofile(b)withdepthincoreXHK04-0 1 4人类活动对小海沉积物的影响 沉积物中TOC和TN含量随深度的变化趋势根据旧Pb定年,18cm以下也就是1988年以前,TOC 和TN含量的变化很小,稳定在0.6%和0.04%之间,TOC/TN比较稳定.小海的陆源有机碳所占比 例达到80%.小海自生和外部海洋来源的有机碳只占到20%,说明小海地区人类活动对小海的影响 变化不大,小海的自然生态环境良好.1988年以来,小海地区人类活动开始显着影响到小海环境的 变化.总有机碳和总氮的含量显着增加(图1),在这个循环过程中,有机碳和氮在沉积物表层富集. 总有机碳和总氮的含量在表层时均达到的最高值.其次,由于1984年人类开始在小海的盐墩三岛潮 0加??舳?加?? 386环境化学26卷 滩围垦与堵塞口内南槽(后海),使得口门减小,纳潮量减小,与外海水体交换减慢,泻湖内水动力 条件减弱,促使小海自生的有机质更易于沉积下来.另外,其它一些人类活动也影响到小海有机质的 来源. 陆源TOC的汀分含融,% 0Q.挚.璺{!..Q.9o 20 40 060 氲80 100 120 J40 l60 图3XHK04-01陆源TOC的百分含量随深度的变化 Fig.3TerrigenoustotalorganiccarbonprofilewithdepthincoreXHK04-01 沉积物的来源不同是导致沉积物中TOC/TN比值不同的最直接的因素.TOC/TN 可以指示物 质来源,海洋藻类和陆地植物来源的差别,典型藻类的TOC/TN比值在4—10之间,而具维管束的陆 生植物的TOC/TN比值为20,甚至更高?.小海沉积物有机质主要有三个来源:(1)小海周围河 流输入的陆地植物;(2)小海自生藻类;(3)外海输入的海洋浮游植物.XHK04-O1柱状样的TOC/ TN比在18cm以下比值比较稳定,在14—16之间变化,沉积物中有机质是陆地和海洋的混合来源, 陆地来源的有机质占优势,达80%.18cm以上,TOC/TN稳定在9(图1),说明来自藻类的有机质 增加,因此,小海陆源有机碳的比例相对下降到45%,而小海自生来源的有机碳含量明显增加,与 外海来源的有机碳一起占到总有机碳的55%(图3).小海的径流量和外海输入小海的纳潮量的减少, 导致小海陆地和海洋来源有机质的减少,养殖业使小海自生有机质明显增加. 从沉积速率的变化可以看出,1988年以后的沉积速率约是过去几十年的2倍多,究其原因可分 为:(1)泻湖口门处的一系列筑堤和封堵工程以及口门处盐墩三岛的围垦使得口门减小,纳潮量减 小,泻湖内水动力条件减弱,沉积物更易于沉积下来;(2)泻湖内网箱养殖使泻湖增加了大量有机 质,也为沉积物增加了来源;(3)对太阳河的改造工程导致了河流径流量减少,也使得泻湖内水动 力条件减弱.表明受人类活动的影响,最近十多年来小海的沉积环境已发生较大的变化. 综上所述,1988年以前,总有机碳和总氮的含量稳定在0.6%和0.04%,小海柱状沉积物的有机 质主要来自陆地有机质,陆源有机碳的含量占到总有机碳的含量的80%,人类活动 对小海泻湖影响 变化较小,而1988年以后,由于盐墩三岛潮滩围垦与堵塞口内南槽(后海),开发养殖业等工程, 使小海沉积物中总有机碳和总氮的含量迅速上升,总有机碳和总氮的含量到表层时均达到最高值,分 别为1.2%和0.13%,沉积物中来自小海自生有机碳的比例明显增加,陆源有机碳的比例相对下降到 45%.小海沉积物中总有机碳和总氮等营养元素增加,导致小海水质恶化. 小海的沉积环境在一系列人类活动的影响下,沉积速率变化十分显着,1988年以后的沉积速率 较过去几十年有明显增大,为过去的2倍多,其中表层到18cm的沉积速率为1.26cm?a,,18cm以 下沉积速率为0.46cm?a,.特别是近十几年来人类活动的影响破坏了小海沉积环境,小海泻湖有逐 渐淤浅的趋势,整治小海已经刻不容缓. 致谢:野外工作得到了高抒教授,贾建军博士及李婧,邱玮研究生的帮助,Pb分析和有机碳,氮元素测定在 南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室完成,实验中得到沈涛同学的帮助,在此一并致谢. 参考文献 [1]王世俊,李春初,田向平,海南岛小海沙坝一泻湖一潮汐通道体系自动调整及恶化.台湾海峡,2003,22(2):248—253 [2]喻国华,陆培东,乔树梁,海南省万宁市小海环境变化及治理,海洋地质动态.2002,18(3):39—40 [3]葛晨东,SlaymakerOPedersomTF,海南岛万泉河口沉积环境的演变.科学通报,2003,48(19):2079--2083 3期刘兴健等:人类活动对海南省小海泻湖沉积环境的影响387 钱君龙,王苏民,薛斌等,湖泊沉积中一种定量估算陆源有机碳的方法.科学通 报,1997,42(5):1655--1658 陈巧云,徐胜利,海洋现代沉积速率."Pb—."Bi法的射线测定研究.海洋环境科 学,1996,15(4):38—42 王永红,沈焕庭,河口海岸环境沉积速率研究方法.海洋地质与第四纪地 质,2002,22(2):115—120 MeyerPA,IshiwatariR,LaueustrineOrganicGeechemistr)r:AnOverviewofIndicatorsofOrganicMatterSourcesandDiagenesisin LakeSediments.OrganwGeochemistry,1993,20(9):867—90o HedgesJI,OadesJM,ComparativeOrganicGeoehemistriesofSoilsandMarineSediments.OrganicGeochemistry,1997,11"319— 361 Ruiz— FernandezAC,RecentSedimentaryHistoryofAnthropogenieImpactsontheCuliacanRiverEstuary,NorthwesternMexico:Geo— chemicalEvidencefromOrganicMatterandNutrients.EnvironmentalPollution,2002,118:365—377 MeKayJL,PedersenTF,OrganicCarbonAccumulationovertheLast16kyroffVancouverIsland,Canada:EvidenceforIncreased MarineProductivityduringtheDeglacia1.QuaternaryScienceReviews.2004.23:261— _281 RuttenbergKC,GoniMA,PhosphorusDistribution,C:N:PRatios,and8乃 CinArctic,Temperate,andTropicalCoastalSedi— ments:ToolsforCharacterizingBulkSedimentaryOrganicMatter[J].MarineGeology,1997,139:123—145 MayerLM,MackoSA,CammenL,ProvenanceConcentrationsandNatureofSedimentaryOrganicNitrogenintheGulfofMarine.Ma- rineChemistry.1988.25:291—_3o4 ANTHRoPoGENICIMPACToNTHESEDIMENTARYENVIRoNNIENT oFXIAoHAILAGooN.HAINANISLAND LIU-jianGEChen一如CHENPing-pingSHIXiao一如 (TheKeyLaboratoryofCoastandIslandDevelopmentofMinistryofEduction,NanjingUniversity,Nanjing,210093,China) ABSIlAC1' BasedonPbchronology,sedimentcoreprofilesoftotalorganiccarbon(TOC),totalnitrogen(TN), TOC/TNratiowereusedtoindicatetheanthropogenicimpactsonthesedimentenvironmentofXiaohailagoon. Theprofileswithtimerevealthat:(1)before1988,theconcentofTOCandTNwerequitestable,about 0.6%and0.04%,respectively.TOC/TNwasabout14,TheorganicmatterofXiaohaiLagoonwasmainly terrigenousprovenance.(2)since1988,theconcentofTOC,TNhaverisenrapidlywiththelocal development.TheconcentofTOC.TNinthesurfaceatethetopvaluesinthesedimentcoreprofiles,about 1.2%and0.13%.respctively.TOC/TNis9.Therelativeproportionofautogenousorganiccarbonhasrisen obviously,andtheterrigenousorganiccarbonhasbeencorrespondinglydecreasedto45%.Waterqualityof XiaohailagoonhasdeterioratedforincreaseofitsnutritionelementcontenLThechangeofsedimentationrate alsoindicatesanthropogenicimpact.Thesedimentationratesare0.46cm?a, from160cato18cm.and 1.26cm?a, from18cmtosurface.Theincreasedsedimentationrateinrecentyearshasacceleratedthe siltationinXiaohailagoon. Keywords:TOC,TN,sediment,Xiaohailagoon. 1j1j1j"引互'… r}r;r}
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