人類活動對象山灣灘涂沉積物理化特征的累積效應

鐘葉暉

摘要[目的]研究人類活動對象山灣灘涂沉積物理化特征的累積效應。[方法]選取象山灣沿岸灘涂沉積物作為供試材料，測定沉積物樣品粒度特征、磁化率、總有機碳及硝態氮含量。[結果]象山灣灘涂沉積物粒徑組成以粉粒為主，質地較為黏重，可塑性和保水性較好，透氣性差，且沉積物粒徑組成隨深度變化明顯；磁性物質的含量隨著取樣深度的增加而不斷減少；有機物質含量較高，且隨著取樣深度的增加，有機質含量明顯下降，但總體維持在較高水平；硝態氮含量隨取樣深度的增加總體呈上升趨勢，波動明顯。[結論]人類活動對象山灣灘涂影響較為明顯，理化特征的累積效應在剖面上表現顯著。

關鍵詞 象山灣灘涂；理化特征；累積效應

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2016）09-096-04

Abstract[Objective]To research the cumulative effects of human activities on the physiochemical properties of the tidal flat sediments in Xiangshan Bay.[Method]With tidal flat sediments in Xiangshan Bay as the test materials， the granularity， magnetic susceptibility， total organic carbon and nitrate nitrogen of sediment samples were detected.[Result]The main particle size of tidal flat sediments in Xiangshan Bay was powder particle， which had good plasticity and waterretaining property but poor breathability. Particle size of sediments changed significantly as the depth changed. As the sample depth enhanced， content of magnetic materials gradually reduced， organic matter content declined significantly with in all at a relatively high level， and nitrate nitrogen showed upward trend in general with significant fluctuation.[Conclusion]Tidal flat in Xiangshan Bay is obviously influenced by human activities and the cumulative effects on the physiochemical properties shows clearly in profile.

Key words Tidal flat in Xiangshan Bay； Physiochemical properties； Cumulative effect

我國灘涂資源豐富，總面積217.04萬hm2，是重要的后備資源。據2014年浙江省灘涂資源調查結果，該省灘涂資源面積26.07萬km2，其中寧波市最多，為936.20 km2，占全省灘涂總面積的33.71%[1]。灘涂是浙江省最主要的后備土地資源，科學合理地開發、利用和保護這一重要資源，可有效地保障土地安全、緩解用地需求矛盾，促進經濟社會可持續發展。然而，近年來隨著沿海經濟的高速發展，大量工農業用水和生活污水被排放入海，致使灘涂環境日趨惡化。水產養殖業自身的生態結構和養殖方式的缺陷，對海洋生態環境造成二次污染，灘涂養殖生物大規模死亡的現象時有發生，給當地的海洋漁業經濟帶來了極大損失。目前，國內外對沉積物環境開展了大量研究[2-8]。浙江省象山縣以漁業為支柱產業，灘涂養殖面積廣大，但有關人類活動對象山灣灘涂環境影響的研究鮮見報道。為了進一步探明人類活動對象山灣灘涂沉積物理化特征的累積效應，筆者于2014年7～8月對象山灣灘涂沉積物的主要理化特征及剖面分布進行了調查研究，旨在為灘涂資源的合理開發利用與生態環境的保護提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

象山港位于浙江北部沿海，地理坐標為121°25′～122°03′ E，29°24′～29°48′ N，北面緊鄰杭州灣，南鄰三門灣，東側為舟山群島，通過青龍門、雙嶼門和牛鼻山水道與外海相連，是一個東北至西南向內陸深入的狹長形半封閉的海灣。港灣內寬窄不等，一般在2.8～7.8 km，港灣入口寬20.0 km，灣水深10～20 m，最深處達60 m，流域面積1 740.0 km2，岸線長 276.0 km，有灘涂資源11 701萬hm2，淺海面積31 920萬hm2。 象山港灣長而窄深，兩岸有海拔300 m以上山體掩護，幾處有島嶼作為屏障，可御風浪，是理想的碼頭基地。水中營養豐富，浮游生物年平均量為183 mg/m3，為魚蝦類生存提供了豐富的天然餌料[9]。

1.2 試驗材料

所用沉積物樣品均采自象山灣的沿岸灘涂（調查灘涂避開養殖區），樣品總數120個。樣品為1 m長的灘涂沉積物3管，以2.5 cm為刻度進行截取處理，共截取沉積物樣品120個，取樣時去除最表層的浮泥和較大礫石。采集的樣品分裝于聚乙烯袋中，冷凍保存，帶回實驗室后在室內自然風干后剔除礫石和顆粒較大的動植物殘體，備用。

1.3 試驗方法

采用英國Bartington公司MS2磁化率儀進行低頻（470 Hz）磁化率和高頻（4 700 Hz）磁化率的測定；采用總有機碳分析儀（德國Elementar公司liqui ⅡTOC）檢測不同深度的樣品，得總碳（TC）含量，同時，取濃度25%稀鹽酸對樣品進行加工，去除無機碳的干擾后，洗凈樣品，再次上機進行總有機碳（TOC）含量的測定；樣品硝態氮含量的測定采用紫外分光光度計法。

2 結果與分析

2.1 沉積物樣品粒度特征

采用土壤學研究中的粒徑劃分方法（國際制）（0.020～2.000 mm為砂粒，0.002～0.020 mm為粉粒，<0.002 mm為黏粒），對灘涂沉積物顆粒的粒度分布特征進行分析，結果見表1。由表1可知，供試樣品粒徑中值的平均值為19.47 μm，變化范圍為3.41～375.26 μm。研究區灘涂沉積物總體上以粉粒為主，其平均含量為60.88%，粉粒含量最高為85.34%。砂粒和黏粒平均含量分別為19.30%和19.82%，但砂粒含量變異較大，變異系數達136.39%，個別樣品幾乎全部由砂粒組成。

從圖1可見，黏粒、粉粒、砂粒含量組成比例隨取樣深度變化明顯。隨深度的增大，粉粒含量增加明顯，于10.0～20.0 cm增加明顯，隨后達到峰值并開始緩慢下降，最后穩定于60%左右；砂粒含量的變化趨勢與粉粒正好相反，自表層開始下降，于25 cm處趨于穩定，保持較低水平，隨后于50 cm處再次上升，最終穩定在20%左右；黏粒含量變化趨勢相比前兩者不明顯，在20%上下波動，含量較為穩定。

綜上，象山灣灘涂沉積物粒徑組成以粉粒為主，質地較為黏重，可塑性和保水性較好，透氣性差；沉積物粒徑組成隨深度變化明顯，主要是由于象山灣港區建設工程眾多，大量排沙輸沙，故表層砂粒受其影響含量較高，隨著深度的加大，沉積物形成時間的久遠，受外界干擾因素較小，故三者組成比例在波動之后趨于穩定。由于象山灣環境穩定，岸灘動態變化不明顯，灘涂處于極緩慢的淤漲狀態，因此人類活動對于沉積物粒度特征的累積效應表現得更為明顯。

2.2 沉積物樣品磁化率特征 由表2可知，表層樣品（0～20 cm）低頻磁化率最大值為8 025 nm3/kg，最小值為1 953 nm3/kg，數值波動較大。從總體上來看，低頻磁化率平均值為3 767 nm3/kg，說明表層樣品中含有的磁性物質較多。

從圖2、3可以看出，隨著深度的增加，低頻磁化率呈降低趨勢，不斷接近正常值，而頻率磁化率呈上升趨勢，且兩者數值的變化具有較強的同步性。這說明磁性物質的含量隨著深度的增加而不斷減少，而表層沉積物較高的磁化率來源并不是其形成過程中產生的超順磁顆粒，而是由于外源污染物沉降其中所致，灘涂表層沉積物可能受到了外部因素的干擾而影響了其正常的理化特征。

從圖4可以看出，沉積物樣品的低頻磁化率與頻率磁化率的變化成反比，若頻率磁化率與低頻磁化率數值成正比，這是由于其形成過程中不斷產生的超順磁顆粒所致，若頻率磁化率未隨著低頻磁化率的變化而改變，或者呈反比態勢，則說明沉積物受到了污染物的影響，且當磁化率升高到一定程度，頻率磁化率趨向于污染物本身的頻率磁化率值[10]。因此，外界污染物的沉降對象山灣灘涂沉積物磁化率特征的影響明顯。

象山灣沿港布設的工業企業較多，日污水排放量大，由于象山灣沿岸缺少完善的市政排水管網和污水處理設施，沿岸產業和居民生活用水直接排入象山港，故表層樣品磁化率較高可能是受到污水排放所帶來的重金屬的影響，因此，磁化率的變化呈“上高下低”的態勢。

象山港灘涂表層沉積物中 Cu、Pb 平均含量超過海洋沉積物 Ⅰ 類標準，超標率達 100%[11]，主要來源為西瀘港港區附近重工業企業及港區自身建設的排放污水。而沉磁化率特征與重金屬Cu、Pb含量呈正相關關系，且相關系數較大，證明象山灣區域灘涂沉積物磁化率的特征變化受到港區內部工業污水重金屬污染的影響明顯。

2.3 沉積物樣品總有機碳量特征

從圖5可以看出，象山灣沿岸灘涂沉積物TC與TOC水平較高，隨深度的增加，TC和TOC呈遞減趨勢，但仍維持在較高水平，且TC與TOC含量隨深度的變化有較強的同步性。

象山灣灘涂水產養殖規模較大，附近生活和生產用水未得到較好的處理直接排放的現象較為嚴重。象山港海域富營養化污染尤為嚴重，富營養化條件下藻類、浮游生物的大量繁殖，為灘涂沉積物中有機物質提供了來源，因此供試樣品中表層TC與TOC水平較高，這與受表層海水富營養化污染的影響有著直接關系，同時，隨著深度的加大，受表層海水污染物的直接影響逐漸減小，故TC和TOC含量隨之減小。此外，沿岸灘涂部分1年生草本植物，每年枯死后回歸灘涂的生物量較大，灘涂低洼潮濕的環境以及黏重的質地使得動植物殘體難以得到有效分解，積累在沉積物中形成了較多的粗有機質，這也是TC與TOC維持較高總體水平的重要原因。

2.4 沉積物樣品硝態氮特征

從圖6可以看出，硝態氮含量隨取樣深度的增加總體呈上升趨勢，波動明顯，平均含量約10 mg/kg；表層沉積物硝態氮水平較低，約4 mg/kg，在0～20 cm硝態氮含量增加明顯，隨后增長趨于平緩，但波動較大。

灘涂長期處于半海水浸潤的狀態，且灘涂環境受潮汐影響較大，表層海水的擾動明顯，極易造成硝態氮的流失，故表層沉積物硝態氮水平明顯偏低，隨著深度的增加，受表層海水擾動的影響不斷減小，故硝態氮水平開始回升。象山港海水中無機氮濃度基本超 Ⅲ 類標準海水水質標準，部分區域超Ⅳ類標準海水水質標準，海水富營養化主要污染物為無機氮。由于象山港沿岸缺少完善的市政排水管產業和居民生活用水直接排放進入象山港，長期居高不下的營養指數和有機污染指數使得象山港海域生態環境壓力不斷增加，這一點很好地解釋了灘涂沉積物中硝態氮水平普遍較高的原因。

3 結論與建議

3.1 結論

（1）象山灣原有的海床沉積泥土顆粒較細，質地黏重，由于透氣性差，不僅不利于圍墾后作物的培植，且由于黏重的質地，洗鹽淡化速度緩慢，成本較高。

（2）灘涂受陸源重金屬污染物影響明顯，由于灘涂及周邊地區農業用地眾多，且灘涂水產養殖規模巨大，若不加以控制，這些陸源污染物最終會影響沿岸居民的生產活動，最終危害人民群眾的生命財產安全。

（3）總有機碳含量較高的水平是灘涂周邊水域富營養化狀態的指示，周邊居民生活污水以及農業、漁業、養殖業生產污水的直接排放是總有機碳含量的首要因素。

（4）大量無機氮從生活污水、化學肥料、養殖飼料等中進入水體后，加速了藻類、浮游生物的大量繁殖，從而加劇了富營養化的狀態，漁業開發作為象山灣地區的主要產業。從近年來象山灣地區漁業產值持續下降的態勢來看，這種不加節制的陸源污染物排放已經對自然環境以及社會經濟造成負面影響。

3.2 開發建議

3.2.1 合理規劃灘涂土地開發，加強開發項目監管執法力度。《象山港區域空間保護和利用規劃》已將其作為水產養殖區、港區和避風港區，為保護象山灣特有的海洋資源，目前已有的灘涂并不適于大面積圍墾。灘涂資源的合理開發，須以科學研究為支撐，加強對象山灣海域岸線的研究，遵循因地制宜的原則，提出灘涂開發的可行性報告及發展規劃，劃分不同功能開發區，并出臺相應的保護政策，避免開發方式單一和盲目開發的錯誤行為，以符合規劃發展需要。對重大灘涂資源開發項目做好執法監管工作，以避免開發事故，保護生態環境。

3.2.2

加強沿岸污染源治理工作，完善環保基礎項目建設。象山灣沿岸地區產業結構復雜，大量廢水未經處理直接排放入海。目前只有1個污水處理廠運行，處理能力極為有限。據不完全統計，象山灣底部寧海縣主要重金屬污染企業2007年直接入海排水量約70萬t，其中銅含量約1.82 t、鎳含量3.05 t、氰化物0.81 t、鋅1.15 t、總磷17.78 t[11]。隨著周邊經濟的發展，環保基礎設施的建設迫在眉睫，在完成區域規劃中主要中心鄉鎮和工業園區污水處理廠建設的同時提高中水利用率和減少污水排放量，須堅持控制污染源及污染治理工作并舉。對于重污染電鍍、造紙等企業，應盡快實行搬遷或關停，出臺法律法規設立禁止行業。做好岸線整治和陸源排污監管，減輕陸源污染影響，尤其是杜絕企業偷排漏排事故的發生。

3.2.3

開展海上生態修復與資源養護，改善海域生態質量。為進一步減少象山灣的污染，應加強對象山灣養殖業的管理。象山灣區域對蝦養殖面積較大，但對蝦養殖水體富營養化程度較高，1 t可產生3～ 4 t粗蛋白的排放[12]。因此，應合理引導該產業布局，控制池塘養殖數量，減少養殖業氮磷排放。要改善象山灣內養殖模式，大力提倡網箱顆粒飼料代替傳統魚蝦飼料喂養，發展生態養殖業，以減少養殖水體污染。大力開展濕地、 漁業資源保護養護建設，通過投放人工漁礁、增殖放流和底播等方式，進一步加大漁業環境及漁業資源的保護養護力度。對水體高富營養化現象，通過有選擇地養殖海帶、裙帶菜、紫菜和羊棲菜等大型藻類進行吸收分解，達到凈化水體的目的。

3.2.4 加強治理修復課題研究，建立環境監督應急體系。生態修復可以降低污染物對人體健康的危害和對環境生態系統的破壞風險。針對象山灣海域環境現狀，加強對水體尤其是重點養殖區域污染水體的修復研究，重點降低水體營養鹽，治理微生物病害，通過微生物修復、植物修復和環境資源修復養護，共同實現象山灣海域環境的改善。利用GIS、遙感等現代手段，建立主動防控與應急處置相結合、傳統方法與現代手段相結合的環境安全體系。

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