研究区位于河南省西北部焦作市武陟县黄河滩(N34° 57', E113° 28'), 隔河相望郑州桃花峪(图 1-A), 海拔约95, m(图 1-B), 为黄河中游与下游的分界点。三门峡至桃花峪区间的河段由小浪底而分为两部分:小浪底以上, 河道穿行于中条山、崤山之间, 为黄河干流上的最后一段峡谷; 小浪底以下, 河谷渐宽, 是黄河由山区进入平原的过渡地段。河道比降变缓, 河床比较稳定, 下切力减弱而侧蚀力增强, 因此河槽逐渐拓宽和曲折, 两岸有滩地出现。河水的pH值为8.08, 溶氧量为4.2 mL/L。

图1

Fig.1

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	图1 黄河中下游焦作区段现代边滩沉积剖面位置Fig.1 Location of modern point bar deposits section of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jizuo area

该地区为大陆季风性气候, 四季分明, 年均气温14.4 ℃, 年降雨量575.1, mm, 全年无霜期约200 d。冬季受西伯利亚— 蒙古高压控制、气候干冷, 春秋季受低压控制。该边滩沉积可划分为近岸边滩沉积、远岸边滩沉积、暂时性水渠沉积和泛滥平原沉积。由于该地区植被稀少, 沉积物主要由粉沙夹黏土质粉沙组成, 同时沙尘暴天气常见, 因此该地区边滩上风沙成因的沉积构造(图 2-A, 2-B, 2-C, 2-E)和椭球形的沙包泥粒在秋冬季较为常见(图 2-D)。这些沉积构造的方向受控于秋冬季风与河水水流。由于河水间歇性的涨落, 远岸边滩上泥裂(图3-B)较为常见。边滩沉积物表面波痕十分发育, 类型众多, 不仅有流水波痕, 还见浪成波痕。波痕以小型为主, 形态多变(图 3), 如有直脊波痕、曲脊波痕、对称波痕、不对称波痕和干涉波痕等。不同类型波痕形成多种类型的层理构造, 从剖面上(图 4)可见到明显的上攀层理、小型槽状交错层理、板状交错层理和楔状交错层理, 水平层理等也较常见, 还可以见到卷曲层理、各类同生变形构造等。沉积物表面生长有少量植被, 生物潜穴发育。

图2

Fig.2

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	图2 黄河中下游焦作区段边滩上的风沙成因沉积构造Fig.2 Aeolian sedimentary structures in point bar deposits of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area

图3

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	图3 黄河中下游焦作区段边滩上的各种形态波痕Fig.3 Various ripple marks in point bar deposits of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area

图4

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	图4 黄河中下游焦作区段边滩剖面上的物理沉积特征及粒度分布特征Fig.4 Physical sedimentary characters and grain size distribution of point bar deposits in the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area

通过对典型边滩连续剖面(图4)的观察, 自下而上可见底层冲刷面, 沉积物为细沙和粉沙, 并混合有沙泥粒, 向上为小型槽状交错层理、变形层理; 其上为远岸边滩沉积, 沉积物为粉沙、泥质粉沙, 发育上攀层理、缓波状层理、水平层理, 其中层内和层面生物潜穴及植物根迹发育; 最上层为泛滥平原沉积, 沉积物为泥、粉砂质泥, 层内生物潜穴和植物根迹丰富。

通过对剖面上沉积物样品的粒度分析(图 4)发现, 该剖面沉积物粒度自下而上由双峰转变为单峰, 粒径由粗变细, 分选性由差变为极好, 说明水动力强度由强变弱。

为便于对比研究, 本次工作在采样点①、③、⑤、⑦、⑧和②、④、⑥(图 1-B)分别采集了两组分析样品。样品采集时, 用土钻分别采集离层面0~5 cm、5~10 cm、10~20, cm深的样品, 每个样品由采样点中心及其周围共5个点的土样混合而成, 重1, kg左右。将样品分别装入袋中密封并做好标记, 带回实验室置于4 ℃条件下保存, 以供测试分析。

微生物数量测定采用混合平板计数法, 细菌采用牛肉膏蛋白胨培养基。当培养皿中均匀的长满菌落时, 即可裸眼观察并计数。结果按下式计算:

每克土样的菌数=同一稀释度几次重复的菌落平均数× 稀释倍数。

粒度分析选用采样点①、③、⑤、⑦、⑧处的表层沉积物, 通过激光粒度仪Rise-2006测定。总有机碳(TOC)含量的测定选用与粒度分析相同的样品, 使用Apollo 9000型仪器测定。

近岸边滩、远岸边滩和泛滥平原沉积物中生物遗迹的组成和分布与沉积底层的性质有一定关系。通过对研究区段黄河边滩沉积物样品进行TOC测定、菌落平板计数法统计、粒度分析、相对含水量测定等分析, 得知沉积物粒度曲线自近岸边滩到泛滥平原由明显的双峰变为单峰, 沉积物粒度变细(图 4)。研究区段的TOC含量自近岸边滩到泛滥平原逐渐增大(图 9; 图10)。对采样点不同底层沉积物中微生物, 尤其是菌落数量的测定, 发现菌落在不同位置和不同深度数量相差很大(表 1)。近岸边滩河水流速变化快而且河水间歇性涨落, 水动力较强, 造成沉积物分选差。而近岸边滩0~5, cm深度位置菌落数量最多(表 1), 这可能是由于河水间歇性的涨落影响了沉积物的氧化还原环境, 从而抑制了深层沉积物中菌落的生长和繁殖。然而也是因为较强的水动力为近岸边滩带来了河水中的营养物质和底层沉积物较高的相对含水量, 从而为近岸边滩的造迹生物如鞘翅目等食泥动物提供了食物来源。这类生物遗迹的分布受两个因素的影响, 除了需具有充足的食物来源, 还受沉积底层的性质影响, 如粒度为粉沙、相对含水量高且沉积物粘结性强(Clark and Ratcliffe, 1989)。因此, 在近岸边滩生物遗迹以层面分布的觅食迹为主。

图9

Fig.9

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	图9 各采样点TOC含量曲线图Fig.9 TOC content of different sampling points

图10

Fig.10

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	图10 黄河中下游焦作区段现代边滩沉积中生物遗迹分布模式图Fig.10 Distribution model of biogenic traces in modern point bar deposits of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area

表1

Table1

表1(Table1)

表1 黄河中下游焦作区段边滩沉积物中的细菌数量 Table1 Microbios in point bar deposits of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area 沉积环境 近岸边滩 远岸边滩、泛滥平原 深度/cm 0~5 5~10 10~20 0~5 5~10 10~20 细菌/个 1 350000 7300 68700 340000 895600 198000

表1 黄河中下游焦作区段边滩沉积物中的细菌数量 Table1 Microbios in point bar deposits of the Middle-Lower Reaches of Yellow River in Jiaozuo area

在远岸边滩和泛滥平原上的沉积物主要受风力搬运, 由于风力变化小, 而且只能搬运有限粒度, 因此粒度小、分选好。底层相对含水量较低, 粘结性较低, 适于生物营造层内进食和居住潜穴。菌落数量最大的深度和多数植物根均集中在5~10, cm的深度, 这是由于植物根系可为微生物栖息生长提供适宜的场所, 其分泌物可使微生物具有更丰富的资源可以利用, 产生明显的根迹效应(项学敏等, 2004; 叶淑红等, 2006; Gilbertson, 2007), 而植物根本身也是多数昆虫的食物来源。因此在远岸边滩和泛滥平原的生物遗迹主要以层内分布的Y形、U形、W形进食潜穴和居住潜穴为主。

1)黄河中下游焦作区段边滩沉积特点为:沉积物粒度曲线自近岸边滩到泛滥平原由明显的双峰变为单峰, 沉积物粒度变细。TOC含量自近岸边滩到泛滥平原逐渐增大。在边滩近岸0~5, cm深度位置菌落数量最多, 远岸边滩和泛滥平原沉积物中的菌落数集中在5~10, cm的深度。

2)生物成因沉积构造分布有以下特点: ①近岸边滩, 几乎无植被, 以层面上的生物觅食迹为主, 其造迹生物主要有鸟类、长泥甲虫(鞘翅目长泥甲科)和隐翅虫(鞘翅目隐翅虫科)等; ② 远岸边滩, 开始有大量植物根出现, 以层内的生物觅食潜穴为主, 其主要造迹生物为蝼蛄(直翅目蝼蛄科)、蟋蟀、狼蛛和蠕虫类等; ③ 泛滥平原, 出现大量植物根, 以层内的生物居住迹和进食迹为主, 主要造迹生物为蝼蛄、蟋蟀、田鼠、蚁狮和狼蛛等。

3)现代生物遗迹的丰度和分异度随着沉积物粒度的变细和TOC的增高而增大。而生物遗迹的深度与植物根和沉积物中菌落数关系密切, 这些菌落可以改变土壤的物理、化学和微环境, 使有机物质转化为营养物质, 为营养物质的循环提供了基础。因此, 沉积底层性质如沉积物粒度分布、相对含水量及沉积物中的TOC含量、菌落数量等共同影响了黄河中下游焦作地区边滩上的现代生物遗迹的丰度和分异度。