王禹厶WANG Yu-si

（天津師范大學地理與環(huán)境科學學院，天津 300387）

0 引言

濱海濕地地處潮間帶灘地及低潮時水深不超過6m的沿海低地[1]，作為海洋生態(tài)和陸地生態(tài)系統(tǒng)的交錯地帶，長期遭受海水侵淹的條件下，與淡水濕地相比，濱海濕地由于海水的潮汐作用土壤中的硫酸鹽含量很高，硫酸鹽及其還原產(chǎn)物的動態(tài)平衡就構(gòu)成了濱海濕地的硫循環(huán)過程。因其坐擁既復雜又豐富的生態(tài)系統(tǒng)，雖然濱海濕地系統(tǒng)的面積較陸地生態(tài)系統(tǒng)的面積小[2]，但其調(diào)節(jié)了海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)之間的物流、能量流、信息流和生物流[1]，進而成為人類賴以生存的環(huán)境。隨著近年來人類活動愈演愈烈，濱海濕地逐漸成為生態(tài)環(huán)境脆弱地帶，正面臨著濕地退化、面積減小等問題[3]。硫元素作為繼氮、磷、鉀之后的第四位營養(yǎng)元素，是濕地地球化學循環(huán)的重要元素之一[4]，為自然界的動植物提供生長的營養(yǎng)，高硫濕地多形成于近海地區(qū)，海洋作為天然的硫源，由于海洋的揮發(fā)作用進入大氣中，形成含硫的氧化物再通過干濕沉降回到陸地或海洋中。進入陸地的硫化物經(jīng)地表徑流被植被的依靠根系所吸收并富集在植物的葉片上，或再次被海水所吸收，加之海水飛濺出來的硫酸根也可遷移沉降到陸地上。

1 研究區(qū)域概況

北大港濕地位于海河流域下游，東臨渤海灣，距渤海灣約24km，北連獨流減河，形成于全新世中晚期，由海岸和退海岸成陸低平淤泥組成[5]。受暖溫帶季風氣候影響，蒸發(fā)量大于降水量，使淤泥質(zhì)土壤干旱缺水。作為天津市面積最大的“濕地自然保護區(qū)”，其中北大港水庫作為保護區(qū)的核心區(qū)，以大清河、南運河、子牙河以及“引黃濟津”工程為主要注入庫區(qū)的河流[6]。庫區(qū)內(nèi)淺層地下水埋藏在1.5-2.0m，通過土壤孔隙與“引黃水”相連，含鹽量和礦化度較高[7]。

2 樣品采集和分析方法

在北大港濕地腹地選擇無人為干擾區(qū)域，兼顧干濕交替和植被類型等因素的影響，選擇代表性點位采集沉積物柱狀樣品。借助土鉆采樣器采集柱狀沉積物樣品，采樣深度為200cm。樣品采集后，立即將土樣以2cm 深度為間隔分樣，存放于經(jīng)純氮氣吹掃后的離心管中，密封冷凍保存后備用。利用真空冷凍干燥機對采集的樣品進行冷凍干燥后去，挑除貝殼、石子和植物根系等雜物，用瑪瑙研缽研磨后，用100 目尼龍分樣篩過篩，處理后的土壤樣品保存?zhèn)溆谩?/p>

沉積物含水率ω 通過冷凍干燥法來測定，常將從野外采集的分層土柱先稱出潮濕土壤樣品的重量（ms），再放置于真空冷凍干燥機中冷凍干燥，其失去的水分代表潮濕土壤樣品中的土壤水分（mw）。將土壤水分（mw）與潮濕土壤樣品的重量（ms）之比，即可計算出土壤的含水率ω。

應用SPSS 19.0 統(tǒng)計分析軟件的Pearson 相關分析得到水溶性硫酸鹽和吸附性硫酸鹽的相關關系；使用Origin2018 軟件制圖。

3 結(jié)果分析

3.1 土壤性質(zhì)及水化學參數(shù)的空間變化

北大港濕地沉積物土壤是黃河下游河道擺動在華北平原地區(qū)遺留下來，具有典型黃河沉積特征，由于在近海地區(qū)與海水的相互作用，屬于黃河三角洲的濱海沉積環(huán)境，使沉積物土壤性質(zhì)發(fā)生變異，土壤中值粒徑以細砂、粉砂質(zhì)細砂、砂質(zhì)粉砂為主[8]。針對北大港沉積物中的水化學參數(shù)進行了測定，沉積物含水率變化范圍介于16%～53%之間，均值為23%，整體來說，剖面上含水率從表層至底層逐漸升高，最高值在194～196cm 處，達到53%。表層含水率波動起伏不大，僅在均值上下波動，而底層不同自164cm 開始深層含水率波動的變化幅度大且呈逐漸上升的趨勢，其值為表層的2 倍，總體上呈現(xiàn)出北大港濕地沉積物含水率“表層低底層高”的現(xiàn)象。沉積物pH 值從垂直變化上看，北大港濕地沉積物pH 值變化較穩(wěn)定，變化范圍介于7.6～8.7 之間，均值為8.2，呈弱堿性。如圖1 所示，剖面上pH 值結(jié)果表示隨著深度增加，pH 值升高，最高值穩(wěn)定在136～170cm 處，達到8.7。表層0～6cm 先上升后下降而又上升穩(wěn)定在均值以上數(shù)值，于48～50cm 下降并呈上下波動趨勢，直至124～126cm 處持續(xù)上升至最大值，并持續(xù)穩(wěn)定了約10cm 深后又下降至均值左右，總體上呈現(xiàn)出北大港濕地沉積物pH 值“表層低底層高”的現(xiàn)象。沉積物電導率（EC）的變化范圍介于1321μS/cm～2700μS/cm 之間，均值為1911μS/cm，垂直剖面上EC 的變化從表層開始波動下降至最低值，在42～146cm 的層位上呈波動上升的趨勢，并且在128cm 處呈下降趨勢后又呈波動上升至176cm 處為最高值2700μS/cm，后又持續(xù)下降到與表層0～2cm 相近的數(shù)值。

圖1 沉積物土壤理化參數(shù)垂直分布圖

從橫向來看水化學性質(zhì)三組數(shù)據(jù)，含水率和EC 均在底部變化幅度大且達到最高值；pH 值和EC 的變化幅度在呈明顯的負相關，pH 值上升而EC 下降，反之pH 值下降而EC 上升；含水率、pH 值和EC 均呈現(xiàn)“表層低底層高”的現(xiàn)象。

3.2 沉積物硫形態(tài)的空間變化規(guī)律

SO42-和Adsorbed-S 的含量具有相同的垂直空間變化規(guī)律，表現(xiàn)在表層和底層的含量呈兩次高峰值（如圖2）。H2O-S 含量在垂直剖面上來看，前10cm 小范圍波動上升至第一高峰后呈波動下降趨勢直至最低值42cm 處，后在中間層圍繞均值波動起伏，直至底層180cm 處波動至第二高峰最高值，后又下降并在底層小范圍波動起伏。Adsorbed-S 含量在垂直剖面上來看，前8cm 波動上升至第一高峰且前后相鄰層位的含量呈現(xiàn)2 倍的變化幅度，在8～160cm 中間層呈現(xiàn)在均值附近波動起伏，于162cm 處上升至與表層相近的高值，并且在底部持續(xù)呈現(xiàn)波動上升趨勢直至第二高峰最高值。

圖2 不同形態(tài)無機硫垂直分布剖面圖

4 討論

4.1 濱海濕地沉積物剖面溶解態(tài)和吸附態(tài)硫形態(tài)的空間分布

天津北大港濱海濕地沉積物中SO42-的均值為115.49mg/kg，高于江蘇鹽城自然保護區(qū)蘆葦濕地土壤SO42-含量的平均水平，低于山東膠州灣濕地土壤SO42-含量的平均水平。溶解態(tài)硫酸鹽的來源是土壤表層的排水性能以及有機物的累積等，一般情況下呈現(xiàn)隨著土壤深度的增加有機質(zhì)含量減少，溶解態(tài)的含量也減少，這與郝慶菊[9]針對三江平原濕地無機硫的組分研究中表示淤積的濕地土壤排水性能差，有利于有機質(zhì)的沉淀一致。由于本研究區(qū)表層土壤排水性能不好且常年處在淹水狀態(tài)下，幫助有機質(zhì)的累積，因此SO42-硫含量高，而底層土壤SO42-的大幅升后穩(wěn)定在均值上下，一次大幅度的上升源于本研究區(qū)位于近海區(qū)域，海水有可能影響沉積物土壤同位素的來源，加之含水率也發(fā)生表層低底層高的現(xiàn)象，在含水率較高的沉積物土壤，還原狀態(tài)下進行厭氧的呼吸，SO42-會發(fā)生還原反應生成-2 價的硫[10]，與沉積物中＋2 價的Fe 結(jié)合，將海水中的SO42-固定在沉積物土壤中，導致SO42-的含量大幅度增加。

Adsorbed-S 的均值為687.96mg/kg 處于較高水平，高于我國已有研究的濕地土壤的平均水平，本研究區(qū)Adsorbed-S 含量整體上呈現(xiàn)規(guī)則波動起伏遞增的趨勢，以陰離子交換吸收和配位吸附的方式附著在土壤的膠體上[11]，吸附能力與土壤的顆粒性質(zhì)呈顯著的正相關。在李璐[12]關于濕地沉積物的研究中，北大港濕地22～117cm 為黃褐色的細砂可能存在Fe 的富集，處于水動力環(huán)境比較大的沉積環(huán)境；120～134cm 為黃褐色的黏土，伴隨著黑色的成碳物質(zhì)還見植物的根系，處于水動力環(huán)境比較小的深水沼澤環(huán)境。結(jié)合本研究對象沉積物性質(zhì)的分析，研究區(qū)域Adsorbed-S 在42～118cm 有較為穩(wěn)定的波動起伏的狀態(tài)，使含硫的化合物與土壤中的Fe 相結(jié)合形成穩(wěn)定的金屬硫化物，因此Adsorbed-S 含量偏高，在118～146cm 的層位上開始波動起伏的幅度加大，較上一個層位有明顯的增幅，直至底層大幅度的波動上升且上升速率較快，表明底層受淋溶作用影響土壤積累較多的Adsorbed-S。

4.2 濕地土壤硫含量分布與土壤理化因子關系

濕地沉積物土壤中硫的含量受諸多環(huán)境因素的影響，濕地土壤中微生物的生命活動，進而影響硫形態(tài)和含量的分布差異。在濱海濕地土壤中鹽分主要來源于海水的入侵，北大港濕地自更新世晚期至全新世經(jīng)歷了4 次海侵過程，造成地下含水層儲存著大量的古海水，作為嚴重海水入侵區(qū)且現(xiàn)代海水入侵區(qū)[13]的北大港濕地處于土壤含鹽度的高值區(qū)，本研究在沉積物剖面42～146cm 層發(fā)現(xiàn)含水率與EC 具有顯著正相關，表明北大港濕地沉積物中較高的含鹽量可能與海水入侵攜帶的高鹽分有關。濕地土壤的pH 值可以改變土壤的吸附能力進而影響硫形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，作為弱堿性高硫濕地沉積物，也與Johnston[14]等對酸性淡水濕地的研究一致，土壤pH 值隨著深度的增加而升高，由于濕地表層的動植物以及微生物分解的有機酸或者硫素被氧化成硫酸，附著在土壤表層。

5 結(jié)論

濕地沉積物表層土壤常年處在淹水狀態(tài)下，有利于有機質(zhì)的累積，因此SO42-硫含量高，而底層土壤受古海水入侵，海水中的SO42-固定在沉積物土壤中，導致SO42-的含量大幅度增加。Adsorbed-S 呈現(xiàn)波動起伏的狀態(tài)，與土壤中的Fe 相結(jié)合形成穩(wěn)定的金屬硫化物有關，作為土壤鐵質(zhì)量高于中國土壤鐵質(zhì)量的濱海濕地，底層受淋溶作用影響土壤的Adsorbed-S 含量偏高，相關分析發(fā)現(xiàn)沉積物中SO42-和Adsorbed-S 之間呈顯著的正相關（P＜0.01），由于在無機硫的形態(tài)中Adsorbed-S 的有效性僅次于SO42-，兩者之間可以相互轉(zhuǎn)化處于動態(tài)平衡的關系。