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崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

孙赛赛 王玉珏 刘东艳 张婷 田波

引用本文:
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崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

    作者简介: 孙赛赛(1996-),女,江苏徐州人,硕士,主要研究方向为海洋生态学,E-mail:sunsai1996@163.com;
    通讯作者: 王玉珏,女,副研究员,E-mail:yjwang@sklec.ecnu.edu.cn
  • 基金项目: 国家自然科学基金项目(41776126);科技基础性工作专项项目(2014FY210600)
  • 中图分类号: X171

Spatial distributions and sources of organic matter and its role in food webs in the Chongming Dongtan mudflats in summer

  • 摘要: 本文选取长江口崇明东滩光滩带为研究对象,通过2019年夏季表层沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)、生物硅(BSi)及碳稳定同位素(δ13C)等参数,分析了有机质的空间分布特征和主要来源组成,探讨了有机质分布的主要影响因素及其与大型底栖动物分布的关系。结果表明,崇明东滩光滩带表层沉积物有机质含量呈现北高南低的分布特点,包括海源有机质、陆源有机质和盐沼C3植物,占比分别为(35.22±9.20)%、(34.45±4.87)%和(30.33±4.34)%。底栖硅藻对有机质的贡献在光滩带较植被带更高。沉积物粒径是影响光滩有机质含量空间分布的主要因素,盐沼C3植物和陆源有机质的δ13C值接近,可能模糊了有机质来源的空间差异。大型底栖动物丰度、生物量的空间分布与有机质含量显著相关,表层沉积物有机质为光滩消费者提供了食物基础。本文的研究结果对了解光滩潮间带有机质的生物地球化学循环及食物网的功能具有重要意义。
  • 图 1  采样区分布

    Figure 1.  Distributions of the sampling sites

    图 2  崇明东滩光滩带间隙水营养盐浓度的空间分布特征

    Figure 2.  Spatial distributions of content of nutrients of interstitial water in the Chongming Dongtan mudflats

    图 3  崇明东滩光滩带表层沉积物TOC、TN、Chl a、Pheo a和BSi含量的空间分布特征

    Figure 3.  Spatial distributions of content of TOC, TN, Chl a, Pheo a and BSi in surface sediments in the Chongming Dongtan mudflats

    图 4  崇明东滩光滩带表层沉积物TOC/TN比、δ13C、fmarinefterrestrialfplant的空间分布特征

    Figure 4.  Spatial distributions of TOC/TN ratio, δ13C, fmarine, fterrestrial and fplant in surface sedimetns in the Chongming Dongtan mudflats

    图 5  崇明东滩光滩带大型底栖动物丰度和生物量的种类组成

    Figure 5.  The composition of abundance and biomass of macrobenthos in the Chongming Dongtan mudflats

    图 6  崇明东滩光滩带大型底栖动物丰度和生物量的空间分布特征

    Figure 6.  Spatial distributions of abundance and biomass of macrobenthos in the Chongming Dongtan mudflats

    表 1  崇明东滩光滩带环境因子(平均值±标准差)的空间分布特征

    Table 1.  Spatial distributions of environmental factors (mean±stdve) in the Chongming Dongtan mudflats

    采样区温度/℃盐度黏土/(%)粉砂/(%)砂/(%)d50/μm
    S135.3±1.54.1±0.820.677.71.714.0
    S234.8±0.97.2±0.120.677.71.714.6
    S335.8±0.44.7±2.814.581.04.522.0
    S435.6±0.91.3±0.213.559.427.139.1
    S539.9±1.03.5±0.810.668.121.436.9
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    表 2  TOC、Chl a、Pheo a、BSi等与盐度、中值粒径、营养盐和大型底栖动物的皮尔森相关性分析

    Table 2.  Pearson correlation analysis between TOC, Chl a, Pheo a, BSi and salinity, d50, nutrients and macrobenthos

    参数TOCChl aPheo aBSiTN盐度d50DINPO4-PSiO3-Si
    TOC10.2770.903**0.802**0.971**0.732**−0.675**0.3040.4310.063
    Chl a0.27710.3540.1100.2670.1250.213−0.0310.427−0.310
    Pheo a0.903**0.35410.698**0.898**0.584**−0.649**0.4290.4680.092
    BSi0.802**0.1100.698**10.874**0.839**−0.674**0.3490.3960.062
    丰度0.468*0.1210.545*0.682**0.555*0.476*−0.545*0.4720.522*0.002
    生物量0.493−0.0360.514*0.726**0.601*0.709**−0.572*0.4040.4800.032
    注:**为0.01水平(双侧)上显著相关;*为0.05水平(双侧)上显著相关(样本数量为19)
    下载: 导出CSV
  • [1] DYER K R. The typology of intertidal mudflats[J]. Geological Society, London, Special Publications, 1998, 139(1): 11-24. doi: 10.1144/GSL.SP.1998.139.01.02
    [2] BROWN D R, MAROTTA H, PEIXOTO R B, et al. Hypersaline tidal flats as important“Blue Carbon” systems: a case study from three ecosystems[J]. Biogeosciences Discussions,doi: 10.5194/bg-2020-426.
    [3] 敬 凯. 上海崇明东滩鸻鹬类中途停歇生态学研究[D]. 上海: 复旦大学, 2005: 18-19.
    [4] HU Z J, GE Z M, MA Q, et al. Revegetation of a native species in a newly formed tidal marsh under varying hydrological conditions and planting densities in the Yangtze Estuary[J]. Ecological Engineering, 2015, 83: 354-363. doi: 10.1016/j.ecoleng.2015.07.005
    [5] 全为民. 长江口盐沼湿地食物网的初步研究: 稳定同位素分析[D]. 上海: 复旦大学, 2007: 35-53.
    [6] 余 婕. 河口潮滩湿地有机质来源、组成与食物链传递研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2008: 96-100.
    [7] 黄华梅, 张利权, 袁 琳. 崇明东滩自然保护区盐沼植被的时空动态[J]. 生态学报, 2007, 27(10): 4166-4172. doi: 10.3321/j.issn:1000-0933.2007.10.025
    [8] 刘英文. 基于RTK-GPS现场观测的崇明东滩冲淤变化研究[D]. 上海: 华东师范大学, 2012: 13-45.
    [9] 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. doi: 10.3321/j.issn:1002-008X.2007.05.009
    [10] 顿佳耀. 崇明东滩盐沼表层沉积物有机碳组分及其来源示踪研究[D]. 上海: 上海师范大学, 2019: 51-55.
    [11] 赵常青, 茅志昌, 虞志英, 等. 长江口崇明东滩冲淤演变分析[J]. 海洋湖沼通报, 2008 (3): 27-34. doi: 10.3969/j.issn.1003-6482.2008.03.004
    [12] FOLK R L, ANDREWS P B, LEWIS D W. Detrital sedimentary rock classification and nomenclature for use in New Zealand[J]. New Zealand Journal of Geology and Geophysics, 1970, 13(4): 937-968. doi: 10.1080/00288306.1970.10418211
    [13] DEMASTER D J. The supply and accumulation of silica in the marine environment[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1981, 45(10): 1715-1732. doi: 10.1016/0016-7037(81)90006-5
    [14] WANG Y J, LIU D Y, RICHARD P, et al. A geochemical record of environmental changes in sediments from Sishili Bay, northern Yellow Sea, China: anthropogenic influence on organic matter sources and composition over the last 100 years[J]. Marine Pollution Bulletin, 2013, 77(1/2): 227-236.
    [15] 刘文亮, 何文珊. 长江河口大型底栖无脊椎动物[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2007: 4-182.
    [16] 吴绽蕾, 王东启, 李杨杰, 等. 长江口崇明东滩海三棱藨草对沉积物有机碳库的贡献研究[J]. 环境科学学报, 2015, 35(11): 3639-3646.
    [17] 吴 莹, 张 经, 张再峰, 等. 长江悬浮颗粒物中稳定碳、氮同位素的季节分布[J]. 海洋与湖沼, 2002, 33(5): 546-552. doi: 10.3321/j.issn:0029-814X.2002.05.012
    [18] 马荣荣, 宋超, 王 妤, 等. 崇明东滩南部大弹涂鱼食源的稳定同位素分析[J]. 海洋渔业, 2017, 39(4): 419-426. doi: 10.3969/j.issn.1004-2490.2017.04.007
    [19] PHILLIPS D L, GREGG J W. Source partitioning using stable isotopes: coping with too many sources[J]. Oecologia, 2003, 136(2): 261-269. doi: 10.1007/s00442-003-1218-3
    [20] 高 磊, 李道季, 王延明, 等. 长江口最大浑浊带潮滩沉积物间隙水营养盐剖面研究[J]. 环境科学, 2006, 27(9): 1744-1752. doi: 10.3321/j.issn:0250-3301.2006.09.009
    [21] 刘东艳, 申旭红, 王玉珏, 等. 烟台四十里湾表层沉积物有机质来源及环境意义[J]. 海洋学报, 2012, 34(5): 205-212.
    [22] MEYERS P A. Preservation of elemental and isotopic source identification of sedimentary organic matter[J]. Chemical Geology, 1994, 114(3/4): 289-302.
    [23] REDFIELD A, KETCHUM B, RICHARDS F. The influence of organisms on the composition of seawater[M]//HILL M N. The Sea. New York: Interscience Publishers, 1963: 26–77.
    [24] HEDGES J I, KEIL R G, BENNER R. What happens to terrestrial organic matter in the ocean?[J]. Organic Geochemistry, 1997, 27(5/6): 195-212.
    [25] FONTUGNE M R, JOUANNEAU J M. Modulation of the particulate organic carbon flux to the ocean by a macrotidal estuary: evidence from measurements of carbon isotopes in organic matter from the Gironde system[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 1987, 24(3): 377-387. doi: 10.1016/0272-7714(87)90057-6
    [26] EMERSON S, HEDGES J I. Processes controlling the organic carbon content of open ocean sediments[J]. Paleoceanography, 1988, 3(5): 621-634. doi: 10.1029/PA003i005p00621
    [27] JIANG Z B, LIU J J, CHEN J F, et al. Responses of summer phytoplankton community to drastic environmental changes in the Changjiang (Yangtze River) estuary during the past 50 years[J]. Water Research, 2014, 54: 1-11. doi: 10.1016/j.watres.2014.01.032
    [28] 李艳丽, 肖春玲, 王 磊, 等. 上海崇明东滩两种典型湿地土壤有机碳汇聚能力差异及成因[J]. 应用生态学报, 2009, 20(6): 1310-1316.
    [29] 高建华, 欧维新, 杨桂山, 等. 苏北潮滩不同生态带沉积物分布特征[J]. 东海海洋, 2005, 23(1): 40-47.
    [30] KOH C H, KHIM J S, ARAKI H, et al. Within-day and seasonal patterns of microphytobenthos biomass determined by co-measurement of sediment and water column chlorophylls in the intertidal mudflat of Nanaura, Saga, Ariake Sea, Japan[J]. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 2007, 72(1/2): 42-52.
    [31] FABIANO M, DANOVARO R, FRASCHETTI S. A three-year time series of elemental and biochemical composition of organic matter in subtidal sandy sediments of the Ligurian Sea (Northwestern Mediterranean)[J]. Continental Shelf Research, 1995, 15(11/12): 1453-1469.
  • [1] 周凤霞袁柳婷陆旋陈法锦朱庆梅孟亚飞 . 湛江湾表层沉积物不同形态磷的变化特征. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 509-518. doi: 10.12111/j.mes.20210095
    [2] 尹霞许晓晴王勋功李思琦甄毓 . 潮汐作用对黄河口滨海浅层地下水细菌群落结构的影响. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 526-533. doi: 10.12111/j.mes.20210026
    [3] 赵蓓周艳荣邢聪聪刘娜娜李静康君录 . 唐山乐亭菩提岛海上风电场对海洋生态空间的影响研究. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 496-503. doi: 10.12111/j.mes.2021-x-0270
    [4] 蒋芸芸邱桔斐席颖邓艳芬赵建丽 . 倾倒活动对嵊泗上川山倾倒区及周边海域海底地形的影响研究. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 489-495, 503. doi: 10.12111/j.mes.20200361
    [5] 李琛胡恒岳奇邵文宏王丙晖 . 基于海洋生态影响的液化天然气接收站取排水用海研究. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 504-508, 518. doi: 10.12111/j.mes.2021-x-0135
    [6] 刘梦梦张永崔全刚 . 渤海和北黄海 CDOM 的来源、时空分布及其调控机制. 海洋环境科学, 2022, 41(4): 572-578. doi: 10.12111/j.mes2021-x-0027
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-22
  • 录用日期:  2021-06-23
  • 刊出日期:  2022-06-20

崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

    作者简介:孙赛赛(1996-),女,江苏徐州人,硕士,主要研究方向为海洋生态学,E-mail:sunsai1996@163.com
    通讯作者: 王玉珏,女,副研究员,E-mail:yjwang@sklec.ecnu.edu.cn
  • 1. 华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室, 上海200241
  • 2. 华东师范大学 崇明生态研究院, 上海200241
基金项目: 国家自然科学基金项目(41776126);科技基础性工作专项项目(2014FY210600)

摘要: 本文选取长江口崇明东滩光滩带为研究对象,通过2019年夏季表层沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)、生物硅(BSi)及碳稳定同位素(δ13C)等参数,分析了有机质的空间分布特征和主要来源组成,探讨了有机质分布的主要影响因素及其与大型底栖动物分布的关系。结果表明,崇明东滩光滩带表层沉积物有机质含量呈现北高南低的分布特点,包括海源有机质、陆源有机质和盐沼C3植物,占比分别为(35.22±9.20)%、(34.45±4.87)%和(30.33±4.34)%。底栖硅藻对有机质的贡献在光滩带较植被带更高。沉积物粒径是影响光滩有机质含量空间分布的主要因素,盐沼C3植物和陆源有机质的δ13C值接近,可能模糊了有机质来源的空间差异。大型底栖动物丰度、生物量的空间分布与有机质含量显著相关,表层沉积物有机质为光滩消费者提供了食物基础。本文的研究结果对了解光滩潮间带有机质的生物地球化学循环及食物网的功能具有重要意义。

English Abstract

  • 潮间带泥滩是典型的潮间带类型之一,常出现在河口、海湾等地区,多位于红树林和盐沼湿地的向海一侧[1],也称为光滩。丰富的有机质含量和广阔的面积使泥滩成为全球重要的碳库[2]。我国沿岸分布着众多的潮间带泥滩,如长江口崇明东滩和黄河口泥滩等,是迁徙水鸟的重要停歇地[3]

    崇明东滩位于长江口崇明岛的最东端,是长江口规模最大、发育最完善的河口型滩涂潮汐湿地。目前东滩盐沼植被主要为本地C3植物,外来物种互花米草在人为控制下至2015年已鲜有分布[4]。植被带外侧为光滩,主要生长着硅藻。滩面沉积物中的有机质和初级生产者为底栖动物提供了食物基础[5-6],并因此吸引了众多鸻鹬类前来觅食。近年来,受长江流域来沙减少和植物入侵的影响,崇明东滩淤长速率下降、植被格局发生变化[7-8]。光滩独特的地理位置使其受径流、潮汐和相邻植被带的多重影响,有机质分布和组成复杂多变。目前已有研究探讨了盐沼植被带沉积物中有机质的分布及其来源 [9-10],但对于环境变化下光滩带有机质的分布与来源现状及其对底栖食物网组成的影响还缺乏明确的认知。基于此,本文将崇明东滩光滩带作为研究区域,通过表层沉积物中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、生物硅(BSi)、δ13C、粒径等参数,分析了有机质的空间分布特征、组成及影响因素,结合大型底栖动物的分布,探讨了光滩有机质在底栖食物网中的作用。

    • 2019年7月-8月在崇明东滩光滩带由北至南布设5个采样区(图1中S1-S5),每个采样区沿高、中、低潮带设3~5个采样点。S1和S2毗邻北支水道,水动力以潮流为主,落潮流速小于涨潮流速,为堆积型潮滩;S3滩面广阔,附近水域流速较低;S4和S5毗邻北港水道,水动力以径流、潮流相互作用为主,落潮流速大于涨潮流速,为冲刷型潮滩[11]。使用改装过的针管取样器采集表层沉积物(0~1 cm)样品和间隙水营养盐样品,同时现场测定间隙水的温度和盐度。表层沉积物样品采集后避光−20 ℃下保存,用于粒径、TOC等参数的测定。间隙水样品采集后,经GF/F膜过滤,置于−20 ℃下保存,用于营养盐的测定。在每个采样点选取25 cm × 25 cm的样方采集沉积物样品,采样深度为30 cm,样品经淘洗,过孔径为0.5 mm的网筛后获得大型底栖动物标本。在浓度为75%的酒精中固定标本后,于实验室内定性分类和定量计数、称重。

      图  1  采样区分布

      Figure 1.  Distributions of the sampling sites

    • 粒径:样品冷冻干燥后,分别使用10%过氧化氢溶液和10%盐酸溶液去除有机质和碳酸盐,水洗后加入少量5%六偏磷酸钠溶液并超声10 min,使其充分分散,然后使用激光粒度仪(ls13320,Beckman,America)进行测定,得到不同粒径沉积物的组成以及中值粒径d50。按照Folk命名法[12],将沉积物分为黏土(<4 μm)、粉砂(4~63 μm)和砂(>63 μm)三类。

      Chl a、Pheo a含量:采用荧光法,使用荧光光度仪(Trilogy,Turner Designs,America)测定,单位以μg/g(干重)表示。

      BSi含量:样品冷冻干燥后研磨均匀,分别使用10%过氧化氢溶液和10%盐酸溶液去除有机质和碳酸盐,水洗烘干后,采用热碱消化连续提取法测定[13]

      TOC、TN和δ13C:参考Wang等[14]的方法对样品进行冻干、研磨、去除无机碳。以美国南卡罗莱纳的石灰岩制品(PDB)的同位素比值为标准,利用稳定同位素质谱仪(Delta Plus XP,Thermo Fisher,America)测定δ13C(‰)。利用元素分析仪(FlashSmart,Thermo Fisher,America)测定TOC和TN含量(%)。

      间隙水营养盐浓度:采用营养盐连续流动分析仪(QuAAtro,Seal,Germany)测定。硝酸盐(NO3-N)测定采用铜镉还原-重氮偶氮法,亚硝酸盐(NO2-N)测定采用重氮-偶氮法,氨氮(NH4-N)测定采用苯酚法,溶解态磷酸盐(PO4-P)测定采用磷钼蓝法,溶解态硅酸盐(SiO3-Si)测定采用硅钼蓝法。总溶解无机氮(DIN)浓度为NO3-N、NO2-N和 NH4-N的浓度之和。

      大型底栖动物:用纸吸干动物标本表面的液体后,称其湿重并计数,鉴定主要参考刘文亮和何文珊[15]等文献。

    • 结合相关文献和研究现场的生态环境状况,研究区沉积物中的有机质主要来源为盐沼C3植物、陆源有机质和海源有机质,建立基于δ13C的三端元线性混合模型,计算相对贡献率,公式如下:

      式中:fplantfterrestrialfmarine分别为盐沼C3植物、陆源和海源有机质的贡献率;δ13Csed为表层沉积物样品的δ13C值;δ13Cplantδ13Cterrestrialδ13Cmarine分别为盐沼C3植物、陆源和海源有机质的δ13C值,分别取−27.6‰[6,16]、−26.7‰[17]和−19.9‰[18]。模型采用IsoSource软件[19]建立,源增量设为1%,容许误差设为0.1‰。

      文中数据采用SPSS 23进行单因素方差分析、皮尔森相关性分析,多重比较采用LSD法,方差不齐时采用Brown-Forsythe检验,显著性水平设为p<0.05。

    • 研究区域间隙水温度为34.8 ℃~39.9 ℃,盐度为1.3~7.2,呈现高温、低盐的特征(表1)。表层沉积物以砂质粉砂为主。在空间上,光滩带间隙水盐度呈现北高南低的特征,沉积物从北向南含砂量增加,粒径变粗(表1)。外侧水域水动力的差异性是导致研究区南北差异的主要原因,其中S4盐度最低、粒径最粗,可能反映了该区域受到更强的径流作用。

      采样区温度/℃盐度黏土/(%)粉砂/(%)砂/(%)d50/μm
      S135.3±1.54.1±0.820.677.71.714.0
      S234.8±0.97.2±0.120.677.71.714.6
      S335.8±0.44.7±2.814.581.04.522.0
      S435.6±0.91.3±0.213.559.427.139.1
      S539.9±1.03.5±0.810.668.121.436.9

      表 1  崇明东滩光滩带环境因子(平均值±标准差)的空间分布特征

      Table 1.  Spatial distributions of environmental factors (mean±stdve) in the Chongming Dongtan mudflats

      间隙水营养盐浓度分布如图2所示。DIN浓度为11.40~154.20 μmol/L,NH4-N是其主要存在形式,占DIN的61%~99%。空间上,三种溶解无机氮营养盐浓度总体表现为北高南低,NH4-N在S4出现异常高值。DIN浓度与中值粒径显著负相关(r=−0.489,p<0.05),表明粒径可能是影响DIN分布的重要原因。结合S4采样点的高粒径和低盐度,该处NH4-N较高可能与其受径流影响有关。PO4-P浓度范围为0.66~1.76 μmol/L,呈现北高南低的特征,其中S5出现高值。SiO3-Si浓度范围为88.25~215.71 μmol/L,空间变化规律不明显,与其受粒径、BSi的溶解度和溶解速率等多种因素的影响有关[20]

      图  2  崇明东滩光滩带间隙水营养盐浓度的空间分布特征

      Figure 2.  Spatial distributions of content of nutrients of interstitial water in the Chongming Dongtan mudflats

    • 本研究结合多种有机质指示参数探讨有机质含量的空间分布及其来源。研究区内,TOC、TN含量范围分别为0.35%~0.84%和0.05%~0.11%。Pheo a、BSi含量范围分别为1.52~5.83 μg/g和0.36%~0.59%。如图3所示,TOC、TN、Pheo a和BSi含量的空间分布均为北高南低。而Chl a含量的空间分布有所不同,在S4出现较高值,范围为1.02~3.08 μg/g。

      图  3  崇明东滩光滩带表层沉积物TOC、TN、Chl a、Pheo a和BSi含量的空间分布特征

      Figure 3.  Spatial distributions of content of TOC, TN, Chl a, Pheo a and BSi in surface sediments in the Chongming Dongtan mudflats

      海陆作用对河口泥滩的共同控制决定了表层沉积物中有机质来源的复杂性,因此结合TOC/TN和δ13C判定有机质的来源是十分必要的[21]。通常,陆源、海源有机质的TOC/TN分别为>12[22]和5~7[23]。本研究中TOC/TN为6.27~7.59,表明有机质为陆源和海源的混合,并且以海源为主,但TOC/TN会受微生物分解作用的影响 [24]δ13C的取值范围为−24.83‰~−24.36‰,介于陆地C3植物与海洋藻类之间[25-26],也体现了陆源有机质和海源有机质混合输入的特征。在空间上,TOC/TN和δ13C值均未表现出显著性差异(p>0.05)。

      为进一步分析不同物源对有机质的贡献,本文采用基于δ13C的三端元线性模型来估算贡献率。结果如图4(c)所示,fplantfterrestrialfmarine均值分别为(30.33±4.34)%、(34.45±4.87)%和(35.22±9.20)%,空间上无显著性差异(p>0.05)。光滩沉积物中的有机质为本地植被、陆源和海源有机质混和输入,其中海源有机质为主要来源,与陈庆强等[9]的研究结果相符。与前人的研究相比[10],藻类在夏季光滩上对有机质的贡献明显高于其对盐沼湿地有机质的贡献。另外,由于硅藻在光滩带底栖微藻和长江口浮游植物中均占据优势[27],可以认为底栖硅藻是夏季光滩上海洋藻类的主要组成部分。BSi和TOC具有极显著正相关性(表2),进一步证实了底栖硅藻是夏季光滩带沉积物中有机质的重要贡献者。

      参数TOCChl aPheo aBSiTN盐度d50DINPO4-PSiO3-Si
      TOC10.2770.903**0.802**0.971**0.732**−0.675**0.3040.4310.063
      Chl a0.27710.3540.1100.2670.1250.213−0.0310.427−0.310
      Pheo a0.903**0.35410.698**0.898**0.584**−0.649**0.4290.4680.092
      BSi0.802**0.1100.698**10.874**0.839**−0.674**0.3490.3960.062
      丰度0.468*0.1210.545*0.682**0.555*0.476*−0.545*0.4720.522*0.002
      生物量0.493−0.0360.514*0.726**0.601*0.709**−0.572*0.4040.4800.032
      注:**为0.01水平(双侧)上显著相关;*为0.05水平(双侧)上显著相关(样本数量为19)

      表 2  TOC、Chl a、Pheo a、BSi等与盐度、中值粒径、营养盐和大型底栖动物的皮尔森相关性分析

      Table 2.  Pearson correlation analysis between TOC, Chl a, Pheo a, BSi and salinity, d50, nutrients and macrobenthos

      图  4  崇明东滩光滩带表层沉积物TOC/TN比、δ13C、fmarinefterrestrialfplant的空间分布特征

      Figure 4.  Spatial distributions of TOC/TN ratio, δ13C, fmarine, fterrestrial and fplant in surface sedimetns in the Chongming Dongtan mudflats

    • 作为东滩主要的初级消费者和次级生产者,底栖动物不仅受有机质和底栖硅藻的含量及组成影响,其摄食活动也对沉积物中有机质和底栖硅藻生物量产生影响。夏季光滩带大型底栖动物由软体动物腹足类和双壳类、节肢动物甲壳类、环节动物多毛类组成,丰度组成为腹足类>双壳类>甲壳类>多毛类(图5a)。东滩沉积速率高,底质扰动剧烈,限制了腔肠动物、多毛类生物的生存和发展[15]。S1-S5的丰度为80~2016 ind/m2,空间上从北向南逐渐降低(图6a)。S1-S5的生物量范围为4.70~78.43 g/m2,组成为双壳类>腹足类>甲壳类>多毛类(图5b),在空间上从S1到S4逐渐递减,在S5出现异常高值(图6b),其主要原因为S5受长江冲淡的水影响,优势生物种为体积大、重量高的河蚬。

      图  5  崇明东滩光滩带大型底栖动物丰度和生物量的种类组成

      Figure 5.  The composition of abundance and biomass of macrobenthos in the Chongming Dongtan mudflats

      图  6  崇明东滩光滩带大型底栖动物丰度和生物量的空间分布特征

      Figure 6.  Spatial distributions of abundance and biomass of macrobenthos in the Chongming Dongtan mudflats

    • 研究表明,盐度较低的沉积物中微生物活性较高,进而导致土壤矿化分解的速率更快[28],这可能是光滩北部有机质含量高于南部的原因之一。沉积物粒径也是控制有机质含量的重要因素,细颗粒沉积物有利于有机质的吸附和保存,其变化特征也可反映潮滩水动力条件对沉积物分布的影响[29]。相关性分析表明,TOC、TN、Pheo a和BSi均与中值粒径呈显著负相关(p<0.05)(表2)。南、北迥异的水动力条件造成了沉积物粒径的空间差异,从而使北部的有机质含量高于南部。从有机质来源来看,光滩南、北部不存在明显差异。北部临近海三棱藨草带、南部临近海三棱藨草和藨草带,相近的植被类型可能是造成上述差异不明显的原因。顿家耀[10]在东滩盐沼带的研究发现,北部互花米草带表层沉积物(0~5 cm)中δ13C值为−21.5‰,δ13C值总体上北部偏正、南部偏负。因为互花米草为C4植物,所以其δ13C值相对C3植物偏正(−13.9‰)[18],而本次调查期间沉积物中有机质受互花米草的影响可忽略不计。另外,因水动力条件的差异,单位时间内北部地区的泥沙淤积量高于南部[10],陆源有机质对北部、南部的贡献率应当有所差异,然而该现象在本文中并不明显。这可能是由于陆源有机质和盐沼C3植物的δ13C值接近,导致研究者对fplant的高估,进而模糊了fplantfterrestrial的空间差异。

      有机质的来源分析表明,底栖硅藻是夏季光滩带沉积物中有机质的重要贡献者。硅藻生长受到沉积环境的影响。BSi与中值粒径呈极显著负相关,说明细颗粒物更利于硅藻壳体的保存。营养盐含量也是影响硅藻生长的因素。研究区普遍存在较高的DIN含量,相对于PO4-P和SiO3-Si,DIN可能不会成为硅藻生长的限制性因素。考虑到S4盐度最低、粒径最粗,且其DIN、SiO3-Si含量与陆源有机质贡献率相对较高,该区域可能受到较强的径流影响,而径流带来的陆源初级生产者的贡献可能是S4 Chl a含量较高的原因,S4中偏负的δ13C值和较高的fterrestrial值也进一步证明了这点。另外,底栖硅藻在光照、潮汐的影响下可垂直迁移,其现存生物量与其暴露在滩面上的时间有关[30],这可能解释了Chl a含量与粒径、营养盐等参数相关性较弱的客观原因。

      表层沉积物中有机质的含量和分布决定了消费者可利用的食物质量,进而影响到底栖生物的群落结构和新陈代谢过程[31]。研究表明,碎屑食物链是崇明东滩底栖食物网主要的能流途径,生活在表层的腹足类和甲壳类多取食沉积物中的有机质,如中华拟蟹守螺和天津厚蟹等,而且表层沉积物中的有机质也是某些双壳类(河蚬)的食物来源[6]。本研究中底栖动物与有机质的相关性分析表明(分析中不考虑S5的生物量),底栖动物的丰度、生物量均与有机质含量呈显著正相关(p<0.05),有机质的含量和分布可影响大型底栖动物的多寡和空间分布(表2)。此外,前人利用同位素示踪技术的研究也表明,底栖微藻是崇明东滩底栖食物网中重要的能量基础[5],BSi与底栖动物丰度、生物量的极显著正相关性也体现了这一点(表2)。另外,本研究中底栖动物的丰度、生物量均与Chl a含量有较弱的相关性,这可能与Chl a受多种因素的影响有关。由此可见,沉积物中的有机碎屑和底栖硅藻与大型底栖动物的分布密切相关,可能为其提供了食物基础,进而可能会对更高营养级别消费者(迁徙水鸟)的生物量和分布情况造成影响。

    • (1)崇明东滩光滩带夏季表层沉积物中TOC、TN、Pheo a和BSi含量均呈现北高南低的空间特征,δ13C值体现了陆源、海源有机质混合输入的特征,三端元线性混合模型的计算结果表明,海源、陆源有机质和本地盐沼C3植物对光滩带沉积物中有机质的相对贡献率分别为(35.22±9.20)%、(34.45±4.87)%和(30.33±4.34)%。底栖硅藻是表层沉积物中有机质的重要贡献者。

      (2)沉积物粒径是影响光滩带表层沉积物中有机质含量空间分布的最主要因素,营养盐也是影响东滩底栖硅藻分布的重要因素。

      (3)光滩带表层沉积物中的有机质与大型底栖动物的分布密切相关,有机质可能为大型底栖动物提供了食物基础。

      致谢:感谢河口海岸学国家重点实验室王猛在野外采样中的帮助,以及袁琳、张国森、张丹和周崇然在样品测定工作中的帮助。

参考文献 (31)

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