潮間帶鹽沼植物的沉積動力學(xué)效應(yīng)研究.pdf

1、潮間帶鹽沼是重要的濕地生態(tài)系統(tǒng)之一,它具有維持生物多樣性、為近海魚類提供餌料和繁育場所的功能,還可以過濾污染物、消能護岸,對海岸帶的資源和環(huán)境具有重要影響。隨著人類對鹽沼生態(tài)系統(tǒng)重要性的認識,鹽沼正成為多學(xué)科研究的熱點。潮間帶鹽沼植物對海岸沉積動力過程具有重要影響。它能消能促淤,抵御灘面侵蝕,在海平面加速上升的背景下,這種促淤作用顯得尤其重要。同時,它減弱到達岸邊的水體能量,保護沿岸的工程設(shè)施,或降低沿岸工程設(shè)施的建造成本。潮間帶鹽沼植

2、物的這種重要物理過程和工程效應(yīng)使之成為河口海岸研究的重要組成部分。
　　本文依托國家自然科學(xué)基金項目“潮間帶大型植物對沉積動力過程影響的研究”（批準號:44011770）和973中-荷合作項目“河口海岸區(qū)域物理與生態(tài)過程之間的相互作用”（批準號:2004CB720505）,選擇了長江口崇明東灘鹽沼和九段沙鹽沼為研究對象,設(shè)置典型觀測段面,使用先進觀測儀器獲得了波浪、流速、及懸沙濃度等實測數(shù)據(jù),并采沉積物樣和植物樣,在實驗室內(nèi)進行粒

3、度分析及植物黏附泥沙量的測定。在此基礎(chǔ)上,著重分析了鹽沼植物的削減水動力、黏附懸浮細顆粒泥沙,改變?yōu)┟娉练e物特性和沖淤穩(wěn)定性的作用。
　　主要結(jié)果和結(jié)論如下:1、鹽沼植物對水動力的影響。在崇明東灘,波高和流速的降低率（單位灘面高程或距離上波高或潮流流速減小的百分比）在海三棱藨草（Scirpus mariqueter）-互花米草（S.mariqueter）鹽沼中比在光灘上可高達一個數(shù)量級?；セ撞蓰}沼內(nèi)波高降低率為7.40％/cm,

4、海三棱藨草鹽沼內(nèi)波高降低率為2.60%/cm,光灘上波高降低率為0.53%/cm。鹽沼中平均潮流流速降低率為0.97%/m,最大潮流流速降低率為0.89%/m;光灘上平均潮流流速降低率為0.07%/m,最大潮流流速降低率為0.08%/m.分析認為,鹽沼的消浪緩流作用與植物的生態(tài)特征有關(guān)。植物越高、越密、植被帶越寬,其消浪緩流效果越好;鹽沼植物是否被淹沒,其消浪緩流效果不同。沒有被淹沒的鹽沼植物能更有效地發(fā)揮其消浪緩流作用。由此可知,植株

5、矮小易被淹沒的海三棱藨草鹽沼的消浪緩流作用弱于植株高大不易被淹沒的互花米草和蘆葦（Phragmites communis）鹽沼。
　　2、鹽沼植物對水體懸沙濃度的影響.在崇明東灘觀測段面上,距鹽沼前緣25 m處的懸沙濃度通常都高于距鹽沼前緣50 m處的懸沙濃度。在一個潮周期過程中,距鹽沼前緣25m處的平均懸沙濃度為2.44 kg/m3,最大懸沙濃度為4.59 kg/m3;距鹽沼前緣50 m處的平均懸沙濃度為1.82 kg/m3,最

6、大懸沙濃度為3.35 kg/m3。由此可見,在鹽沼中靠近泥沙來源的地方（光灘或潮溝）,水體的懸沙濃度較高,隨著向陸距離的增加,懸沙濃度逐漸減小。分析認為,鹽沼植物影響懸沙濃度的機制歸因于植物對水體能量降低引起的懸沙落淤、灘面沉積物再懸浮減弱以及植物對懸沙的黏附。
　　3、鹽沼植物對懸浮細顆粒泥沙的黏附作用。在2005～2007年的植物生長季節(jié),對崇明東灘和九段沙鹽沼的植物樣進行了黏附泥沙量的測定,結(jié)果表明:植物黏附泥沙量的變化范圍

7、為18.0～559.0 g/m2,單位面積上,平均黏附在互花米草、蘆葦和海三棱藨草上的泥沙量分別為220.6±172.7g/m2,64.9±38.1g/m2和45.2±31.7 g/m2。分析認為,鹽沼植物黏附懸浮細顆粒泥沙的多少主要與植物性質(zhì)、懸沙濃度和灘面高程等有關(guān)。植物黏附的泥沙量與植物的生物量呈正相關(guān):y=30.544e0.0004x（r=0.72,n=16,p＜0.001）;植物莖、葉分叉處和籽、花黏附的泥沙量多于植物的莖干、

8、葉面黏附的泥沙量。水體的懸沙濃度越大,黏附的泥沙量越多。植物群落所處的灘面高程越低,潮水淹沒的機會越多,植物黏附的泥沙量越大。不同鹽沼植物黏附的泥沙量差異顯著,同是鹽沼外緣取樣的互花米草（369 g/m2）的黏附能力強于海三棱藨草（44.8g/m2）,同是鹽沼內(nèi)緣取樣的互花米草（77.3 g/m2）的黏附能力強于蘆葦（38.7 g/m2）,但單位生物量的鹽沼植物黏附的泥沙量是海三棱藨草（150.5±134.8 g/kg）最高,蘆葦（28

9、.8±22.8 g/kg）最低,互花米草（57.5±32.9 g/kg）位于二者之間。鹽沼植物生長位置距光灘或潮溝遠近不同,其黏附作用不同,在鹽沼外緣,單位灘地面積上植物黏附泥沙量以1-3%/m的速度從鹽沼外邊緣光灘或潮溝向內(nèi)陸減小。鹽沼植物黏附作用的位置差異歸因于不同位置懸浮泥沙濃度和灘面高程的差異。植物黏附的泥沙量在垂向上從上到下急劇增大。從基部到頂端,植物黏附的泥沙量從10-15 g/m2減小到＜2 g/m2,靠近灘面部分植物黏附

10、的泥沙量占植物黏附總量的30%以上。鹽沼植物黏附泥沙從植物基部向頂端減少的趨勢是生物量、懸沙濃度和淹沒狀況共同影響的結(jié)果。鹽沼植物黏附的泥沙量季節(jié)差異明顯。以崇明東灘的海三棱藨草黏附的泥沙量為例,秋初（2007年9月）是春末（2007年5月）的6倍,冬季該植物消失,其黏附泥沙的功能也消失。鹽沼植物黏附泥沙量的季節(jié)差異,除了潮況及懸沙濃度的影響外,主要與植物的生態(tài)特征有關(guān).在崇明東灘,互花米草通過黏附機制對沉積速率的貢獻率＞10%。海三棱

11、藨草通過黏附機制對沉積速率的貢獻率＜10%.蘆葦通過黏附機制對沉積速率的貢獻率可能＞10%或＜10%。
　　4、鹽沼植物對灘面沖淤過程的影響。鹽沼灘面的日平均沖淤速率變化明顯小于光灘灘面。如2006年9月15～23日期間,對崇明東灘一個橫跨鹽沼-光灘的段面觀測表明:鹽沼日沖淤速率變化范圍為-1～3 mm/d,平均日沖淤速率變化范圍為-0.2～1.2 mm/d;而光灘日沖淤速率變化范圍為-2～5 mm/d,平均日沖淤速率變化范圍為-

12、1～2.3 mm/d。海三棱藨草鹽沼對灘面的季節(jié)性沖淤過程影響明顯.如在崇明東灘海三棱藨草鹽沼的現(xiàn)場觀測發(fā)現(xiàn),植被覆蓋季節(jié),灘面持續(xù)淤積,一個生長季節(jié)灘面累計淤積可超過20cm.在冬季,海三棱藨草衰亡,鹽沼變成光灘,灘面停止淤積或遭受侵蝕。分析認為,鹽沼植物對灘面沖淤過程的改變歸因于鹽沼植物對水動力的削弱、莖葉對懸浮細顆粒泥沙的黏附以及植物根系對灘面沉積物的固結(jié)作用。
　　5、鹽沼植物對灘面沉積物粒徑的影響。崇明東灘北、中、南三個

13、鹽沼段面沉積物的平均粒徑與鹽沼段面上的平均植物指數(shù)（植物高度與蓋度的乘積）呈顯著的負相關(guān)關(guān)系:y=30.951e-5E-05x（r=0.9999,n=3,p＜0.01）,說明植物越高、越密集,灘面沉積物就越細。鹽沼植物（以海三棱藨草為例）消失的冬季（沉積物平均粒徑為30.1±7.8μm）,灘面沉積物粒徑比植被覆蓋的夏季（沉積物平均粒徑為16.4±3.8μm）增大約1倍.分析認為,鹽沼植物對沉積物粒徑的細化作用歸因于植物對水動力的衰減和直