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低潮位降雨及其径流对淤泥质潮间带颗粒物输运的影响研究综述

黄带娣 陈思

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低潮位降雨及其径流对淤泥质潮间带颗粒物输运的影响研究综述

    作者简介: 黄带娣(1994-),女,广东清远人,硕士研究生,研究方向为潮间带物质循环,E-mail:1315770024@qq.com;
  • 基金项目: 广东省自然科学面上项目(2019A1515012047):“降雨及其径流导致的滨海湿地入海污染物总量测算与迁移特性研究——以广东福田和广西山口红树林为例”;国家自然科学基金青年基金(4140060099):“降雨对红树林湿地颗粒有机物输运及生态环境影响及其机制”;深圳市高层次人才启动经费(008443):“重金属在福田红树林湿地表层沉积物中的含量,存在形态、及其来源”
  • 中图分类号: P76; X55

Review of the effects of low-tide rainfall-runoff on the particle transport in intertidal zone

  • 摘要: 低潮降雨及其径流能够扰动淤泥质潮间带表层沉积物并夹带极大量颗粒物输入潮间带水体,这一过程被视为潮间带物质循环的“热点”,近年来备受关注。本文综合1978年至2018年间针对降雨及其径流侵蚀和输运淤泥质潮间带物质的文章,阐释降雨在淤泥质潮间带物质输运过程中的作用及其导致的生态效应。这些研究发现降雨之所以能侵蚀和夹带沉积物是因为低潮期的雨滴冲击可以破坏并排出粘性沉积物,而后续形成的径流则向下坡方向转移被扰动的沉积物;其次,低潮降雨通常导致淤泥质潮间带的径流悬浮颗粒物浓度增大两倍以上,最高甚至增大到100倍,而潮汐和浅水波扰动则不能产生类似的效应;再次,附着在颗粒物上的有机质和金属等物质成分会出现与颗粒物浓度相对应的响应过程;最后,被降雨扰动的颗粒物在潮汐的输送下可能通过潮沟-潮下带系统从潮间带净输出至近岸水体。降雨及其径流对淤泥质潮间带物质循环的影响,在全球变化,极端降雨事件趋于增加的大背景下,更应引起人们的注意。
  • 图 1  淤泥质潮间带环境中有机碳(organic carbon,OC)的生物地球化学循环概念图(来源于文献[20])

    Figure 1.  Conceptual figure of biogeochemical cycle of organic carbon (OC) in the muddy intertidal environment (from Chen et al.[20])

    图 2  淤泥质潮间带环境中降雨及其径流驱动的生物地球化学循环概念

    Figure 2.  Conceptual figure of biogeochemical cycle of sediment driven by rainfall-runoff in the muddy intertidal environment

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出版历程
  • 收稿日期:  2019-07-17
  • 录用日期:  2019-10-29
  • 网络出版日期:  2020-04-07

低潮位降雨及其径流对淤泥质潮间带颗粒物输运的影响研究综述

    作者简介:黄带娣(1994-),女,广东清远人,硕士研究生,研究方向为潮间带物质循环,E-mail:1315770024@qq.com
  • 1. 深圳大学 生命与海洋科学学院,广东 深圳 518000
  • 2. 深圳大学 海洋生物资源与生态环境重点实验室,广东 深圳 518000
基金项目: 广东省自然科学面上项目(2019A1515012047):“降雨及其径流导致的滨海湿地入海污染物总量测算与迁移特性研究——以广东福田和广西山口红树林为例”;国家自然科学基金青年基金(4140060099):“降雨对红树林湿地颗粒有机物输运及生态环境影响及其机制”;深圳市高层次人才启动经费(008443):“重金属在福田红树林湿地表层沉积物中的含量,存在形态、及其来源”

摘要: 低潮降雨及其径流能够扰动淤泥质潮间带表层沉积物并夹带极大量颗粒物输入潮间带水体,这一过程被视为潮间带物质循环的“热点”,近年来备受关注。本文综合1978年至2018年间针对降雨及其径流侵蚀和输运淤泥质潮间带物质的文章,阐释降雨在淤泥质潮间带物质输运过程中的作用及其导致的生态效应。这些研究发现降雨之所以能侵蚀和夹带沉积物是因为低潮期的雨滴冲击可以破坏并排出粘性沉积物,而后续形成的径流则向下坡方向转移被扰动的沉积物;其次,低潮降雨通常导致淤泥质潮间带的径流悬浮颗粒物浓度增大两倍以上,最高甚至增大到100倍,而潮汐和浅水波扰动则不能产生类似的效应;再次,附着在颗粒物上的有机质和金属等物质成分会出现与颗粒物浓度相对应的响应过程;最后,被降雨扰动的颗粒物在潮汐的输送下可能通过潮沟-潮下带系统从潮间带净输出至近岸水体。降雨及其径流对淤泥质潮间带物质循环的影响,在全球变化,极端降雨事件趋于增加的大背景下,更应引起人们的注意。

English Abstract

  • 潮间带是连接海洋和陆地两个不同生态系统的分界面。其中淤泥质潮间带因具有地势平坦,生物化学过程活跃,沉积物以黏土和粉砂等细粒颗粒物为主的特性,容易受到降雨扰动的影响。由于其分布区域和特有的植被类型,淤泥质潮间带提供了一系列的生态系统服务。首先,淤泥质潮间带有效地消散波浪能和风暴潮[1-2],起到防洪的作用;其次,淤泥质潮间带能够储存沉积物、污染物、和营养物,是地质时间尺度上重要的碳汇[3-4];再次,淤泥质潮间带也是许多植物和动物群落的自然栖息地,并为一些人类活动如娱乐和旅游提供场所[5]。淤泥质潮间带生态系统对与它们连接的陆地生态系统影响甚微,大多数是以边缘效应的形式出现,产生一个交错群落。然而,由于潮汐的频繁发生,它对海洋的影响是巨大的,这种影响表现为通过潮汐将富含营养盐和重金属等物质的颗粒物输送到临近海洋的“外溢”(outwelling)作用[6-8]

    淤泥质潮间带颗粒物通常是由混合颗粒组成(混合颗粒是有机物和(或)无机物与絮状物、微团聚体结合形成的),携带大量的营养盐和重金属物质[9]。在许多情况下,颗粒物可以在沉积物中积聚,亦可以通过生物和物理过程重新进入水体中[10-11]。最终,淤泥质潮间带物质可以通过“外溢”[6-8],实现物质输出至近岸水体的过程(图1a)。然而,这种传统的河口物质循环模型理论忽略了一个重要因素:降雨及其径流的影响[12]。这里需要明确一点,本文的关注点是降雨及其径流导致的沉积物再输运,而不是雨水中含有的物质。降雨及其径流在内陆的研究已有很长历史,其侵蚀作用过程如下:雨滴冲击及其形成的片状流可以分离土壤颗粒物质,当降雨速率超过入渗,径流(片流)可能会将分离的泥沙向下转移,局部地形的微小变化使片状流汇合形成径流,导致后续的细沟形成并产生沟蚀,从而实现土壤颗粒物质的移运[9]。与内陆环境不同的是,在淤泥质潮间带环境中,由于沉积物的巩固、压紧,以及底栖藻类和微生物形成的生物膜作用,表层沉积物具有相当强的抗侵扰能力,又因潮汐流和浅水波通常不会产生超过沉积物表层剪切抗力的作用力[13-14],所以,淤泥质潮间带环境是沉积物储存的地点。尽管如此,在低潮降雨作用期间,雨滴冲击可以破坏并排出粘性沉积物,而径流有利于这些被扰动沉积物向下坡方向转移[12]。同时,降雨输入的淡水促进了反絮凝,降低了表层沉积物的临界剪切应力[9, 15-16]。最后,表层沉积物被低潮降雨扰动后易受潮汐流以及浅水波的扰动和输运[17]。综上所述,低潮降雨及其径流过程能够扰动并输运淤泥质潮间带中其他作用力无法侵扰的表层颗粒物质,促进其从沉积物表层到近岸水体的输运[9, 15, 18-19],如图1b[20]

    图  1  淤泥质潮间带环境中有机碳(organic carbon,OC)的生物地球化学循环概念图(来源于文献[20])

    Figure 1.  Conceptual figure of biogeochemical cycle of organic carbon (OC) in the muddy intertidal environment (from Chen et al.[20])

    过去关于降雨产生的生态效应方面的研究多集中于城市、农田、江河流域等陆上环境。例如,在农田方面,Shi and Schulin[21]研究了重金属与有机质对雨水侵蚀的响应机理,发现几乎所有的元素损失都与沉积物的输出有关,元素浓度在径流开始时最高,然后随着水流速率和沉积物粒径的增加而降低。在城市降雨导致的径流污染方面,Zhao and Li[22]通过采集降水径流颗粒物并分析其赋存形态发现降雨强度和持续时间影响了金属的冲刷量,但未改变其赋存形态百分比。在流域污染方面,Ouyang等[23]研究了黄河上游土地应用类型与植被覆盖对非点源营养盐污染物输入的影响。总而言之,内陆地区降雨导致的污染物产生-迁移-富集过程等的研究已有很多,研究手段包括实地观测、遥感技术、水文模型等等[24-27]。陆地土壤颗粒的分离和输运依赖于一系列不同的因素:降雨侵蚀性(雨滴的大小、速度和强度)、土壤性质(沉积物质地、结构、有机质含量等)、种植和管理方式、边坡长度和陡度等[9]。类似的降雨侵蚀过程可以发生在盐沼、潮滩等暴露并高度饱和的淤泥质潮间带沉积物表层,然而只在相对近期才有学者针对淤泥质潮间带沉积物对降雨及其径流的响应做出了较为细致的研究[9, 15, 28]

    自1978年以来,已有13篇文章报道了降雨及其径流对淤泥质潮间带物质交换的影响。然而,这些报告是基于观测的,报告之间相对独立,缺少系统性总结。为弥补这一遗憾,本文对一系列降雨相关的研究进行综合论述,以提高我们对降雨驱动的淤泥潮间带物质交换过程的理解。本篇综述在全球变化的大背景下尤为重要,因为很多全球变化模型都预测未来海岸带的降雨模式将更加集中与激烈[29],这就意味着降雨影响潮间带生物地球化学过程的可能性将增加,因此,需要更全面地了解降雨对淤泥质潮间带物质循环的影响。接下来,本文将从降雨及其径流的作用过程、悬浮颗粒物对此过程的响应、及其生态效应等三个方面来阐述降雨对淤泥质潮间带颗粒物输运的影响。

    • 淤泥质潮间带如盐沼、红树林和滩涂等环境的物质存在着侵蚀、运输和沉积的动态平衡。水流产生的动能不足以引起表层沉积物的净侵蚀,从而导致悬浮颗粒物的沉积[30]。一系列研究表明,大多数滨海淤泥质潮间带都是沉积环境,在沉积物的巩固、压紧,以及底栖藻类和微生物形成的生物膜作用下,表层沉积物具有相当强的抗侵扰能力,剪切阻力往往能够达到2~3 N/m2[9, 13, 31-32]。然而,潮汐流所产生的剪切应力在0.0001~2 N/m2范围内[9],浅水波浪只能产生<1 N/m2的背景剪切应力[32],所以上覆水形成的片流通常不会从潮间带表层剥离沉积物。然而,当降雨在低潮期发生时,原本固着的表层沉积物会受到雨滴的冲击力与径流的切向力,从而被扰动并发生迁移。研究表明,雨滴对暴露的淤泥质潮间带沉积物表层的垂直作用力能达到0.2×106~6.0×106 N/m2[33-34],当雨水完全覆盖地势低洼处后,沿地势坡度向下流动的径流能产生约0.5~600 N/m2的水平切向力[35]。这两个过程产生的力都远大于沉积物的剪切阻力,能够有效的扰动并输送沉积物。除了物理影响外,低离子强度的雨水可能会稀释表层沉积物的间质孔隙水并降低颗粒之间的静电聚合力,导致沉积物抗剪切能力下降,促进颗粒物的解絮凝,进一步加强了降雨对沉积物的侵蚀作用[16]

      雨滴冲击导致表层沉积物发生侵蚀,被扰动的沉积物继续以片流的方式沿下坡的方向迁移,直至到达潮沟。在淤泥质潮间带,这种输运的效率很高,因为大多数沉积物在浸没期间保持湿润并接近饱和,这意味着很少有雨水进入地下储存[36]。因此,在降雨开始后,连续的淡水片流将迅速发展,促进颗粒物向下坡方向的迁移。虽然片流在吸收部分降雨动能的同时不会显著增大表层沉积物的侵蚀阈值[35, 37-38],但在片流流速较大的情况下,由于湍流的混合作用使得颗粒物保持悬浮,这通常导致颗粒物更易于输运[39]。由于淤泥质潮间带存在不同类型的地貌单元,如表层,潮沟,与潮下带,因此不同地貌单元界面之间的迁移也具有不同的特性(图2)。雨滴首先作用于表层沉积物,之后松动的颗粒物随片流沿地势坡度向下流动,流入潮沟,最终从潮沟口入海。其中,降雨驱动的颗粒物输运过程如下[9]:首先,雨滴在触地的一瞬间发生变形产生直接的冲击作用使受力的颗粒物分离,然后雨滴的垂直冲击力转变为水平方向上的切向力,导致相对短程的沉积物重新分布(飞溅)。尽管雨滴冲击对沉积物重新分布的影响有限(作用时间短暂),但这是一个重要的过程,因为它有助于破坏沉积物表面的内聚力,从而允许后续输运作用的发生。其次,雨水所形成的淡水地表片流可能夹带这些被扰动的颗粒物,并增加了其向下坡方向的迁移,片流的速度和持续时间决定了悬浮颗粒物质的长距离(潮沟水系)再分配。最后,潮汐流和波浪可能会大大增强悬浮颗粒物的再分配范围,从而实现由潮间带到近岸水体的物质输送。值得注意的是,表层区块-表层区块和潮沟-潮下带-近岸水体环境相对独立,物质流从前者输出至后者主要是通过潮汐和降雨的综合作用而实现(降雨是决定性因素)。此外,潮沟-潮下带环境的物质在潮汐和浅水波的作用下可以输出(outwelling)到近岸水体,表层区块的物质进入潮沟后,亦可以实现物质的输出。

      图  2  淤泥质潮间带环境中降雨及其径流驱动的生物地球化学循环概念

      Figure 2.  Conceptual figure of biogeochemical cycle of sediment driven by rainfall-runoff in the muddy intertidal environment

      值得一提的是,淤泥质潮间带环境中的植被冠层能够通过减小水滴的大小和冲击速度来吸收部分降雨动能,以抵消雨滴冲击的影响[12, 15],不过地表径流产生的水平切向力仍能扰动并输运一定量的沉积物。另外,尽管大部分降雨扰动的沉积物会在下一个高潮来临时重新沉降回到淤泥质潮间带表面,但是Chen[20]通过实地观测与汇总过往研究数据发现仍有一部分沉积物随着潮汐输出到近岸水体,且输出量高达潮间带年潮汐输出有机碳通量的12%~54%。

    • 淤泥质潮间带表层沉积物被低潮降雨侵蚀之后,松动的物质在片流或(和)径流作用下进入潮沟,其表现为潮沟水体中悬浮颗粒物浓度(颗粒物质量/水样体积,suspended particulate concentration,SSC)的显著增加。Torres等[12]发现与无降雨时期相比,降雨期间的浊度大幅度上升,经几个潮汐循环才能恢复到背景值。Chen等[40]研究表明,在大多数情况下,与无降雨时期相比,低潮降雨期间的SSC要高70倍以上,其峰值与降雨量峰值相对应,这种状态较为稳定并持续了至少160 min;而在淤泥质潮间带区域被淹没期间,降雨对沉积物的迁移没有影响。Torres等[41]通过模拟实验发现,高强度降雨驱动的沉积物通量通常比潮汐大5~100倍。Moskalski等[28]发现低潮降雨作用下的SSC比高潮期降雨和潮汐高出2~6倍,此外,他们认为强风也是潮间带水体SSC增加的一个因素,而其对SSC的影响则比低潮降雨更为缓和,持续时间也更长。综上所述,低潮降雨能够有效侵蚀淤泥质潮间带沉积物并导致潮沟水体中SSC增加2~100倍。

      低潮降雨的前几分钟在分离和运输颗粒物方面效率最高,也就是说只需要短时间的降雨就可以显著改变沉积物的性质和状态。Tolhurst[9]和Mwamba[15]分别通过模拟降雨实验发现,在淤泥质潮间带,持续5 min的降雨对所测量的沉积物性质有相当大的影响,而持续30 min的降雨所造成的额外变化通常很小,具体表现为SSC在降雨发生5 min后达到峰值,然后在10 min内指数下降到几乎均匀的浓度。

    • 降落在裸露的淤泥质潮间带表层的雨水能够侵蚀和输运潮间带的粘性沉积物。鉴于金属、有机质等物质强有力地吸附在淤泥和粘土大小的颗粒中,可以想象,低潮降雨可以从潮间带沉积物中释放先前储存的金属、有机质以及其他吸附物质。

      低潮降雨对淤泥质潮间带水体中颗粒态有机质成分产生短暂但强有力的影响。Chen等[40]研究表明,低潮降雨驱动的碳、氮和木质素等不同形式的有机质以及与之相对应的悬浮颗粒物浓度在降雨发生后的160 min内呈数量级持续增加,并且这些指标的峰值通常同时出现。Valiela等[42]发现在单次降雨过程中,径流中颗粒物的最高营养盐浓度随着降雨的增强而减弱,进而推断是最开始的降雨扰动了富含营养盐的颗粒物,后续注入的雨水仅仅起到了稀释作用。Torres[41]分别在高位盐沼、低位盐沼、通道岸边三个不同的区块进行高强度降雨模拟实验,表明不管是哪个类型的区块,其颗粒物的有机质质量百分比均大于基质,这显示了降雨优先并持续地侵扰有机质丰富的颗粒物,这些颗粒物具有低的碳氮比(混合藻类或维管植物来源的特性)。Moskalski等[28]研究发现降雨期间水体中颗粒态有机碳和颗粒态氮的含量均大于强风作用和潮汐。所以,与强风扰动和潮汐相比,降雨对淤泥质潮间带水体中颗粒态有机物质成分的影响更为显著。

      低潮降雨可以移除大部分淤泥质潮间带表面在潮汐循环过程中沉积下来的碳。Chalmers等[18]发现在暴雨期间,颗粒态有机碳(particulate organic carbon,POC)和溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)被降雨从淤泥质潮间带表面冲刷出来并分别出现一个大的脉冲变化过程:随着表面不稳定的沉积物被淋洗,POC随后会有一个先上升后下降的过程,而DOC延迟出现脉冲变化过程,这归因于一部分DOC存在于表层沉积物的间隙水中。Roman等[19]研究表明,潮汐周期中DOC和POC的退潮浓度大于涨潮浓度,而二者的退潮输送量在降雨发生时比潮汐大5~6倍,因此他们认为降雨扰动可能是淤泥质潮间带一个重要的碳循环机制,这个机制保证了消费者对POC的需求。

      降雨侵扰是淤泥质潮间带碳循环的重要机制,潮间带生态系统有可能依靠这一机制使得颗粒态有机碳暴露在沉积物表面进而被消费者摄取。研究表明[18],前一次潮汐沉积下来的POC可以被后一次潮汐带来的POC所覆盖,这就使得滤食者越来越难接触到POC,同时微生物的降解速率也因为相对缺氧的环境而慢了下来。淤泥质潮间带表面的POC在降雨期间被反复扰动,理论上这些POC可以被滤食者摄取。当然,大部分POC会再次沉积在淤泥质潮间带表面,形成一个循环,POC到底要经历多少次循环取决于降解速率。在低潮降雨作用下,Chen等[31]发现随着水流和沉积物通过潮间带系统流入潮下带通道,沉积物和颗粒态有机碳通量快速地下降,颗粒态有机碳物质流进入潮下带通道的过程受降雨持续时间、潮汐阶段以及潮间带-潮下带界面与河口入口之间的距离等因素的影响。总之,低潮降雨及其后的再分配过程向潮沟水体输送了大量营养颗粒物质,并大大增强了POC的循环和外流。此外,降雨驱动的POC越接近入海口,输出到近海的可能性就越大[20, 40]

    • 降雨及其径流对重金属的影响方面研究较少,可以确定的是SSC与重金属含量之间仅存在微弱的对应关系[28, 36]。Moskalski等[28]于美国旧金山湾进行的研究表明,低潮降雨驱动的悬浮颗粒物所携带的重金属量比潮汐大2~7倍,而强风效应(≥5 m/s)在两者之间,另外他们通过主成分分析发现低潮降雨、风浪和潮汐分别扰动不同来源的沉积物。关于重金属的降雨扰动机制,Chen等[36]认为在低潮降雨作用下,淤泥质潮间带表层沉积物的重金属释放机制是多相的,雨滴冲击先将低密度的细粒颗粒松动并使其离开原位,粗粒颗粒在此之后再离开,又因为细粒颗粒具有更大的单位重量表面积并且富含具有高比表面的层状硅酸铝矿物,所以与粗粒颗粒相比细粒颗粒可以固着更多量和更多种类的金属,尤其是被吸附在晶格里面的重金属,也就是说低潮降雨优先扰动了富含重金属的细粒沉积物。中国沿海的潮间带生态环境受陆源污染物的影响,是重金属元素重要的储存区,例如胶州湾、黄河口、长江三角洲,珠江三角洲等均属于重金属污染区[43-46]。关于中国沿海地区潮间带环境重金属的潜在生态危害,降雨及其径流导致的重金属输出是一个亟待填补的空白。

    • 降雨扰动的侵蚀物质具有密度低和有机质丰富等特征,易于运输,而且在运输过程中颗粒物的性质也可能发生改变[12]。Chen[40]从成分的角度进行分析,发现降雨驱动的颗粒物与潮汐驱动的颗粒物、淤泥质潮间带表层基质和潮沟通道岸边基质都有显著差异。Torres[41]认为降雨优先扰动富氮的有机质,而且相对于基质其具有更低的碳氮比。相反,Chen[40]研究表明,降雨夹带的颗粒物在耗尽沉积物有机碳和浮游藻类来源有机质的同时富集木质素酚类物质。木质素酚类物质主要来自互花米草,营养价值低,可以被异养生物消耗并潜在地增加二次生产;而浮游植物衍生的有机质成分富含营养价值较高的营养物质(N,P)和重要的生物化学物质(如脂肪酸,蛋白质),这些物质是食物链中营养级较低的生物容易获得的食物来源[47-48]。简言之,降雨及其径流可能通过影响水体中有机质的含量进而影响海洋生物的食物来源。降雨对这些物质的干扰可以持续两个以上的潮汐循环周期[40],这将如何影响相关生物的机体生长是我们所关注却了解甚少的。

      降雨及其径流对淤泥质潮间带环境中有机碳循环的影响是不可忽视的。富含有机碳的颗粒物在涨潮时通过湍流混合进入河流和潮沟之中,而这些颗粒物在退潮水流速度缓慢时沉积在湿地表面,也可以通过滤食者的摄食而发生转移[18, 49],这是传统模型中颗粒有机碳的交换过程。然而,相对近期的研究发现,尽管降雨作用时间相对较短也多集中于夏季,降雨引起的颗粒物瞬时输送量十分巨大,经测算其全年最多可以占到潮汐输出总量的70%[20, 40, 50],其中,降雨驱动的年颗粒有机碳交换量是潮汐流的12%~75%[20]。另外,降雨扰动仅在单次降雨事件中(100 mm/h,持续25~60 min)就可以重新分配淤泥质潮间带3%~20%的年初级生产量[41]。可见,降雨对颗粒有机碳输运的影响不可忽视。

      降雨及其径流对淤泥质潮间带环境中有机碳循环的影响是不可忽视的。富含有机碳的颗粒物在涨潮时通过湍流混合进入河流和潮沟之中,而这些颗粒物在退潮水流速度缓慢时沉积在湿地表面,也可以通过滤食者的摄食而发生转移[18, 49],这是传统模型中颗粒有机碳的交换过程。然而,相对近期的研究发现,尽管降雨作用时间相对较短也多集中于夏季,降雨引起的颗粒物瞬时输送量十分巨大,经测算其全年最多可以占到潮汐输出总量的70%[20, 40, 50],其中,降雨驱动的年颗粒有机碳交换量是潮汐流的12%~75%[20]。另外,降雨扰动仅在单次降雨事件中(100 mm/h,持续25~60 min)就可以重新分配淤泥质潮间带3%~20%的年初级生产量[41]。可见,降雨对颗粒有机碳输运的影响不可忽视。

      降雨及其径流对淤泥质潮间带环境中有机碳循环的影响是不可忽视的。富含有机碳的颗粒物在涨潮时通过湍流混合进入河流和潮沟之中,而这些颗粒物在退潮水流速度缓慢时沉积在湿地表面,也可以通过滤食者的摄食而发生转移[18, 49],这是传统模型中颗粒有机碳的交换过程。然而,相对近期的研究发现,尽管降雨作用时间相对较短也多集中于夏季,降雨引起的颗粒物瞬时输送量十分巨大,经测算其全年最多可以占到潮汐输出总量的70%[20, 40, 50],其中,降雨驱动的年颗粒有机碳交换量是潮汐流的12%~75%[20]。另外,降雨扰动仅在单次降雨事件中(100 mm/h,持续25~60 min)就可以重新分配淤泥质潮间带3%~20%的年初级生产量[41]。可见,降雨对颗粒有机碳输运的影响不可忽视。

    • 低潮降雨相对于潮汐水流量来说只有很小的一部分水量,但其对淤泥质潮间带物质循环以及外流方面具有重要的影响。由前文可知,在淤泥质潮间带环境中,低潮降雨通常导致物质净输出至近岸海洋,进而削弱潮间带环境沉积物累积,即“汇”的作用。而沿海湿地对海平面上升的适应性往往取决于它们以大于或等于相对海平面上升的速率垂直积累沉积物的能力。这就是说,在全球变暖模型预测风暴将变得更加频繁和剧烈时,由于降雨对表层沉积物的扰动与输送,许多河口沉积物增加和海平面上升之间微妙的平衡会被打破,许多沿海湿地面临着消失的危险,所以降雨对潮间带物质循环以及通用模型方面的研究变得越来越重要。因此,如果要改进这种模型在现实情况下的适用性,并预测与气候变化和变异性有关的未来变化,就必须量化降雨对潮间带沉积物动力学的影响。沉积物动力学的许多研究和模型都受到这样一种范式的影响:物理性质和过程是驱动沉积物迁移的主导因素。粘性沉积物侵蚀的预测模型通常基于物理测量,而生物在天然河口沉积物物质循环和外流的过程中扮演着相当重要的角色,因此,必须综合物理因素与生物和化学因素的影响,以便更好地了解系统的功能,为沿海湿地的保育提供理论支持。此外,降雨对淤泥质潮间带重金属生物地球化学循环的影响研究几乎处于空白状态,这可能是未来研究的重点之一。

参考文献 (51)

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