将4个柱状样剖开, 在实验室对柱状样岩性、沉积特征进行详细描述, 而后每隔2cm采集粒度分析样品, 共采得样品251个, 每份样品提取2 g左右进行粒度测量; 每隔5~10cm采集 ²¹⁰Pb 分析样品, 共采得样品108个, 然后将样品放置在80℃左右的烘箱中烘干, 用作 ²¹⁰Pb 测量。

粒度测量时首先向装有样品的小烧杯中加入双氧水以除去样品中的有机质, 除去上层废液后加入0.6%的六偏磷酸钠(NaPO₃)₆浸泡24 h; 而后使用英国Malvem公司生产的Mastersizer 2000型激光粒度仪(仪器测量范围为0.02~2000μ m, 粒度分级0.1μ m, 重复测量误差小于3%)进行粒度分析; 获得粒度数据后, 采用矩值法(张惠兰和李志亮, 2008)计算各样品粒度参数。

文中 ²¹⁰Pb 测量使用的是Po-α 法(曹琼英和沈德勋, 1988)。具体处理过程如下:用电子秤精确称取2 g烘干并研磨好的样品。将样品转移到聚酯塑料杯中, 加入少许蒸馏水配成糊状, 先后加入0.1 mL示踪剂(文中使用的示踪剂是²⁰⁹Po, 示踪剂比活度:10.89 dpm/0.1mL)和0.2 mL辛醇, 然后依次加入6 mL浓HNO₃和6 mL浓HF, 再将样品转移到电热板中加热蒸煮, 待到即将蒸干时加入20 mL浓HCl重新蒸煮, 重复蒸煮2次。再加入0.5 mol/L 稀HCl溶解塑料杯中的样品并将之转移到容量为50 mL的离心管中离心约30 min。将上层清液全部转入烧杯(需将样品全部转入到离心管中, 离心2次), 分别加入0.5 g抗坏血酸和0.5 g盐酸羟胺以消除样品中Fe³⁺、Te³⁺等离子的影响(宋树林和陈琳, 1994)。将除去氧化层的镍片依次用蒸馏水和无水乙醇清洗干净, 然后将镍片放置在带有磁搅拌子的电镀架上并将镍片没入装有清液的烧杯中, 在恒温条件下电镀5 h左右, 最后将干燥后电镀好的镍片放置在低本底的金— 硅面垒α 谱仪(576 Alpha Spectrometer, 美国EG & G公司生产, 测量误差在16%~25%之间)通道内测量 ²¹⁰Pb 活度。²¹⁰Pb 测量在南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室 ²¹⁰Pb 室完成。

²¹⁰Pb 是具天然放射性的铀系的成员, 半衰期为22.26 a(万国江, 1997), 适用于百年尺度地质事件的测年。该测年方法是由Goldberg创立(Goldberg and Koide, 1963)。在估算沉积物的沉积速率时, 需测量不同深度沉积物 ²¹⁰Pb 比活度, 然后扣除其本底值得到各深度过剩 ²¹⁰Pb 比活度, 最后利用下列公式估算沉积速率:

R=-r/b

其中R是沉积速率(cm/a), r是 ²¹⁰Pb 衰变常数0.03114(a^-1), b是各深度过剩 ²¹⁰Pb 取自然对数后与深度之间经线性拟合所得直线的斜率(潘少明等, 1994)。

根据江苏淤涨岸段潮滩分带模式, 如东潮滩由陆向海依次可分为潮上带草滩、高潮位泥滩、中潮位泥— 粉沙滩、低潮位粉沙滩和潮下带水下岸坡部分(朱大奎和许廷官, 1982), 本次对海防大堤至大潮低潮水边线之间的潮滩微地貌进行了调查, 包括高潮位泥滩的下部、中潮位砂泥混合滩及低潮位粉沙滩的全部(图 2)。

调查结果显示, 潮上带草滩已被围垦, 围垦区大多开发成农田种植玉米, 少数围垦地被开挖成鱼塘发展养殖业。高潮位泥滩位于大堤向海一侧, 物质组成以棕黄色粉沙为主, 夹有黏土质粉沙, 发育水平纹层。目前大部分已被围垦, 有大量盐蒿及少量米草生长, 上部盐蒿个体大、呈树枝状, 米草稀疏, 滩面上有大量螃蟹洞。泥滩受潮流作用影响较小, 大部分时间露出水面, 有泥裂现象, 盐蒿大多沿裂缝生长。

图3

Fig.3

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	图3 如东长海潮滩不同部位微地貌类型照片(A— 削顶波痕, 位于中潮滩; B— 直脊链状波痕, 位于低潮滩上部; C— 低潮滩中部沉积物表面的螃蟹寄居洞穴; D— 低潮滩下部表面潮水侵蚀浅洼槽)Fig.3 Photos showing micro-morphology on different locations of tidal flat surface in Changhai of Rudong

中潮位泥— 粉沙滩宽约2.5km, 由粉沙组成, 滩上有大量米草生长, 潮水沟发育, 但潮沟狭小, 水深较浅。中潮位泥— 粉沙滩上部, 米草茂密, 平均高度0.9m, 最高达1.49 m; 底质为棕灰色黏土质粉沙, 见小的直脊链状波痕, 波长2.5cm, 波高2~3 mm。中潮位泥— 粉沙滩下部, 大米草较稀疏, 底质为黏土质粉沙, 滩面发育有小规模的削顶波痕(图 3-A)。滩地表面有粪球粒, 直径约2~6 mm。泥— 粉沙滩上生物极其丰富, 滩涂表面有大量螃蟹洞, 在1 m× 1m样方中, 有86个小螃蟹洞。此外, 滩面见各种生物扰动构造, 如虫孔、植物根穴和根斑等。

低潮滩位于大潮低潮位和小潮高潮位之间, 调查部位低潮滩宽约4.8km, 平均坡度在0.2‰ ~0.6‰ 之间。低潮位粉沙滩滩面平坦, 滩上密布小型波痕和流痕, 潮水沟发育, 且潮沟宽大, 涨水快, 滩面冲淤较频繁。当地渔民在粉沙滩上从事各种渔业生产, 如养殖紫菜和采集文蛤、泥螺等。低潮滩上部底质为棕灰色细沙, 有直脊链状波痕(图3-B)和舌状流痕, 波谷有腐殖质碎片。低潮滩中部有梳状流痕, 波长8cm, 波高1cm, 此外小波痕上叠加小流痕、二者方向垂直, 滩涂表面有少许小螃蟹洞(图 3-C)。低潮滩下部地形起伏较大, 有洼槽发育, 在5 m× 5m样方中, 共见6个洼槽(图 3-D)。

沉降板测量显示, CJ01板在此期间共淤积17mm, 平均淤积速率为0.25 mm/d, CJ02板共淤积95mm, 平均淤积速率为1.42 mm/d, CJ03板共淤积65mm, 平均淤积速率为0.97 mm/d(表 2)。由此可见, 低潮滩下部的淤积速率远远小于中上部。

图4

Fig.4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图4 CH01孔柱状样粒度参数及组分垂向分布Fig.4 Vertical changes of grain size parameters and sediment components of Core CH01

表2

Table2

表2(Table2)

表2 如东长海沉降板泥沙淤积厚度数据 Table2 Data of accumulation thickness from settlement plates on tidal flat in Changhai of Rudong 沉降板 编号 位置 经纬度 起讫 日期 淤积 厚度 /mm 平均沉 积速率 /mm· d-1 CJ01 低潮位粉沙滩下部 (水边线附近) 32° 27.532'N 121° 24.977'E 8.8— 10.14 17 0.25 CJ02 低潮位 粉沙滩中部 32° 27.340'N 121° 24.501'E 8.8— 10.14 95 1.42 CJ03 低潮位 粉沙滩上部 32° 27.292'N 121° 24.363'E 8.8— 10.14 65 0.97

表2 如东长海沉降板泥沙淤积厚度数据 Table2 Data of accumulation thickness from settlement plates on tidal flat in Changhai of Rudong

CH01孔位于大潮低潮线附近光滩上, 其柱状样隐现水平纹理, 分别在29 cm、77~78 cm、122cm 处发现贝壳碎片(图 4)。35cm以上由浅灰色细沙组成, 且呈现向上变粗特征, 沙的含量由底部的60%左右向上增加至顶部的75%左右, 粉沙含量呈相反分布, 由40%左右下降到约25%, 黏土含量几乎为零。35cm以下总体为一个由下向上变细的沉积序列, 可分为3段:(1)35~75cm以粉沙为主, 平均含量为59%, 细沙含量约为40%; (2)75~97cm为粉砂质细沙, 细沙含量为40%~70%, 粉沙含量约30%~60%; (3)97~124cm沙含量进一步增加并较稳定在60%左右, 但偏态和峰态系数波动剧烈。35cm以下表现为从下到上由粗变细的正常潮滩进积序列, 仅在75cm处附近出现一次侵蚀事件; 35cm以上沉积物突然变粗并向上进一步粗化, 表现为退积特征, 反映近期冲刷作用加剧。

CH02孔位于低潮位粉沙滩中部, 柱状样为灰棕色到浅灰色的含粉砂质细沙, 顶部0~10cm处文蛤碎片丰富, 隐现平行层理。粒度分析显示, 27~48cm和48~90cm各为一个下粗上细的沉积序列, 27cm以上再次变粗, 并向上略有变细, 偏态和峰态系数表现出较大幅度波动(图 5)。上述特征显示48cm以下为较稳定的潮滩进积过程, 但48cm以上此过程被干扰, 冲刷作用明显加强。

图5

Fig.5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图5 CH02孔柱状样粒度参数及组分垂向分布Fig.5 Vertical changes of grain size parameters and sediment components of Core CH02

CH03孔位于中潮位泥— 粉沙滩下部, 由粉沙组成。柱状样0~23cm为浅灰色粉沙, 其中3~5.5cm处见有机质黑斑, 黑斑为椭圆形, 长径2.9cm, 短径2.12cm; 5~7cm为腐殖质碎片富集层, 21cm附近见贝壳碎片, 该层含不连续细黏土纹层, 厚度为1~2 cm。23~42cm为黏土质粉沙, 黏土含量较高, 约为4%, 该层细黏土纹层密集, 但紊乱, 扰动大。42~119cm为浅灰色粉沙, 该层云母片较富集, 43~45 cm、96.5~99cm和117~119cm 这3段均有出现, 在50cm附近出现泥质条带和腐殖质碎片, 77cm处有花螺碎片, 96~97cm处有文蛤碎片, 大小为1.1 cm× 2cm, 该层未见细黏土纹层, 未显层理构造。119~151cm为灰棕色粉沙, 无黏土纹层, 129~131cm段云母片集中, 构成水平层理(图 6)。粒度分析显示, 该柱状样沉积物组成较为稳定, 总体表现为60cm以下略粗, 平均粒径在3.5~3.9 Φ 之间, 向上变细为3.7~4.2 Φ 之间(图 6)。该柱状样沉积物特征反映其所在地较稳定的沉积环境和潮滩进积过程。

图6

Fig.6

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	图6 CH03孔柱状样粒度参数及组分垂向分布Fig.6 Vertical changes of grain size parameters and sediment components of Core CH03

CH04孔位于中潮位泥— 粉沙滩中部, 周围米草茂密。该柱状样水平层理发育, 且有明显的生物扰动构造和倾斜的生物潜穴。其中0~22 cm、26~32, cm、35~106cm和110~139cm为粉沙层, 71cm和80cm附近见生物扰动构造, 123~126cm水平层理发育; 22~26 cm、32~35cm和106~110cm为黏土质粉沙层, 22~24cm和33~35cm处见生物扰动构造, 107~109cm处见一泥斑。

粒度分析显示, CH04孔沉积物组分与CH03孔类似, 以粉沙为主, 平均含量为79.4%, 其次为沙, 平均含量为17.1%, 该柱状样沉积物中黏土含量小幅增加到1.5%, 黏土含量较CH03孔柱状样稍高。且表层0~14cm间黏土含量较高、颗粒粒径小。平均粒径在3.6~4.6 Φ 之间, 平均值为3.9 Φ 。粒度在表层0~14cm最小, 14~80cm、80~140cm逐渐增大, 但增加幅度不大。偏度在0.5~1.8之间, 平均值为1.1, 属正偏态, 峰度在4~9之间, 从图7中可看出, 偏态和峰态随深度变化趋势较为一致。分选系数和平均粒径在各柱状样中垂向变化幅度最小, 显示该柱状样所在位置沉积环境稳定, 潮滩持续淤积。

图7

Fig.7

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	图7 CH04孔柱状样粒度参数及组分垂向分布Fig.7 Vertical changes of grain size parameters and sediment components of Core CH04

上述分析显示, 研究区中潮滩沉积环境较稳定, 以持续淤积作用为主, 低潮滩早期以淤积作用为主, 但近期冲刷作用增强, 尤其在低潮滩下部, 近期冲刷作用显著。

CH01孔柱状样剖面中 ²¹⁰Pb 比活度在1 dpm/g左右波动(图 8), 比活度较低, 可能与其平均粒径大、黏土含量低、对 ²¹⁰Pb 的吸附作用弱有关。整个剖面 ²¹⁰Pb 比活度随深度衰减规律不明显, 甚至呈现下部高、中上部低的倒转现象, 过剩 ²¹⁰Pb 取自然对数后不能得出拟合曲线, 无法估算其沉积速率。

CH02孔柱状样剖面的 ²¹⁰Pb 比活度在0.68~1.63 dpm/g之间波动。在0~30cm左右, ²¹⁰Pb 比活度较高但波动幅度大; 30cm以下, ²¹⁰Pb 比活度下降, 波动幅度也减小。

CH03孔柱状样剖面的 ²¹⁰Pb 比活度大多在0.7~1.4 dpm/g之间波动, 在0~62cm, ²¹⁰Pb 比活度总体较高, 但变化幅度较大; 62cm以下, ²¹⁰Pb 比活度降低, 变化比较稳定。

CH04孔柱状样 ²¹⁰Pb 比活度明显较高, 为0.51~1.83 dpm/g, 而且向下衰减明显, 是4个孔中垂向衰减最显著的。

图8

Fig.8

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	图8 如东长海潮滩各柱状样 210Pb 比活度随深度变化特征Fig.8 Characteristics of 210Pb versus depth of cores in tidal flat of Changhai, Rudong

江苏东台条子泥地区的 ²¹⁰Pb 测年本底值为0.67 dpm/g(Zhang and Chen, 1992)。东台与如东地区相隔较近, 沉积物颗粒粒径与如东地区相似, 且其黏土含量亦低于5%, 因此文中 ²¹⁰Pb 测年本底值亦采用0.67 dpm/g。图9为4根柱状样过剩 ²¹⁰Pb 放射性比活度垂向分布图, 除CH01孔柱状样属于异常分布、未获得沉积速率以外, CH02、CH03和CH04各孔柱状样的沉积速率分别为1.54 cm/a、1.85 cm/a、4.40 cm/a, 即从低潮滩上部向中潮滩米草带, 沉积速率逐渐变高。根据平均沉积速率可以计算得到CH02孔柱状样中上部粒径呈现粗化的48cm为近30, a来形成。

图9

Fig.9

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	图9 如东长海潮滩各孔柱状样过剩 210Pb 放射性比活度随质量深度变化特征Fig.9 Characteristics of excess 210Pb versus quality depth of cores in tidal flat of Changhai, Rudong

本研究显示, 自中潮滩米草带到低潮滩下部, 沉积物颗粒明显变粗, 沉积速率显著下降, 反映了米草的消波促淤功能。CH03孔位于米草生长带前缘, 米草低矮稀疏; CH04孔位于米草生长带中部, 米草高大茂盛, 能够迅速降低流水速度, 导致大量悬移质沉降。两柱状样沉积速率的显著差异正说明了该区中潮位泥— 粉沙滩上沉积作用与米草的生长情况密切相关。

前人已经在研究区及邻近区域获得不少潮滩沉积速率(表 3)。如高抒和朱大奎(1988)、陈宏友(1990)对苏北南通海涂冲淤动态研究时, 在如东潮滩设置多个断面, 北坎附近断面与文中采样点相近。对比发现, CH03孔所获得的中潮滩淤积速率(1.85 cm/a)与高抒和朱大奎(1988)、陈宏友(1990)对北坎的监测结果相近, 而CH04孔的淤积速率(4.40 cm/a)呈现为显著高值, 说明由于米草的消浪捕沙作用, 中潮滩仍处于不断淤涨过程之中。

将研究区沉积速率与北面的王港和南面的东陵潮滩进行比较(表 3), 王港中潮位米草滩的沉积速率介于3.30~4.17 cm/a之间(王爱军等, 2005), 与研究区获得的中潮滩中部沉积速率相近,

表3

Table3

表3(Table3)

表3 江苏滨海地区潮滩沉积速率对比 Table3 Comparison of tidal flat sedimentation rates in Jiangsu coast area 地点 沉积速率/cm· a-1 取样部位 资料来源 测量方法 如东长沙镇 1.54 低潮位粉沙滩中部 本文 210Pb分析 如东长沙镇 1.85 中潮位泥— 粉沙滩下部 本文 210Pb分析 如东长沙镇 4.40 中潮位泥— 粉沙滩中部 本文 210Pb分析 北坎 1.71 潮间带 陈宏友, 1990 断面重复测量* 北坎 2.80 潮间带 高抒和朱大奎, 1988 断面重复测量 王港 3.30 中潮位米草滩 王爱军等, 2005 210Pb分析 王港 4.17 中潮位米草滩 王爱军等, 2005 137Cs分析 东陵 2.10 整个断面平均沉积速率 高抒和朱大奎, 1988 断面重复测量 注:断面重复测量指通过估算潮滩剖面泥沙堆积量和侵蚀量计算潮滩冲淤速率。

表3 江苏滨海地区潮滩沉积速率对比 Table3 Comparison of tidal flat sedimentation rates in Jiangsu coast area

表明米草滩促淤效果在两地是相似的。另外, 东陵潮滩沉积速率(2.10 cm/a)比如东低潮滩和中潮滩下部高, 比中潮滩中部低, 仍然说明米草在潮滩促淤过程中起了很大的作用。

CH02孔的低潮滩淤积速率(1.54 cm/a)与高抒和朱大奎(1988)获得的潮间带沉积速率(2.80 cm/a)以及陈宏友(1990)获得的潮间带沉积速率(1.71 cm/a)相比要偏低。根据平均沉积速率, 推算CH02孔柱状样顶部48cm以上粗化的沉积形成于近30, a, CH01孔柱状样顶部35cm以上也呈现出显著的粗化现象, 因为该柱状样未能获得沉积速率, 但通过和CH02孔柱状样间岩性对比, 推测其亦形成于近30, a。沉积物的粗化、沉积速率的降低都反映研究区低潮滩侵蚀作用加强, 并且侵蚀作用强度越往低潮水边线方向越强, 这点亦可从低潮滩不同部位沉降板所获淤积速率得到证实。低潮滩侵蚀作用加剧可能与大堤的建设、米草的引种有关。海堤的建设必然破坏堤前潮滩原有的泥沙与地形间的水动力平衡关系, 迫使上溯潮水波流态发生改变, 产生反射干扰, 紊动程度增加, 有效削弱潮滩入潮流能量, 使堤前米草滩泥沙淤积过程明显增强, 而堤外低潮滩淤积相对较慢, 甚至出现侵蚀(陈才俊, 1988)。

江苏如东地区于上世纪70年代末开始引种大米草, 距今亦将近30, a的时间, 与低潮滩柱状样沉积物出现粗化的层位形成良好对应关系。因此, 推测低潮滩出现侵蚀与大米草的引种也有密切的联系。这与陈才俊(1994)在研究江苏潮滩大米草促淤护岸效果时观测到的现象一致。陈才俊(1994)发现, 在南通一些岸段大米草带内泥沙淤积量增加, 而其下部的低潮滩淤积却减慢了, 有些甚至出现了局部侵蚀。因此, 可以推测如东沿海滩涂上大米草的存在也是低潮滩发生侵蚀的一个原因, 但是否因为米草截留了过多的泥沙导致其他部位淤积的减少或是大米草的生长引起潮滩动力的调整导致沉积的再分配, 还有待作更细致的观测研究。