浙江是我国东部经济最为发达的地区之一，也是我国海岸带地形最为复杂、海陆相互作用最为强烈的区域^{[1, 2]}。受长江、钱塘江、瓯江、椒江等河流入海的影响，大量的陆源物质在浙江沿海沉积。受近几十年经济快速发展的影响，海岸带开发日益强烈，入海污染物质日益增多^[3]，人类活动对海洋环境的影响、沿海地质条件对经济发展的制约作用日益明显，海岸带环境污染与地质灾害问题越来越受到关注^[4]。

近几十年来，世界各国均投入大量资金对海岸带地区沉积环境进行了大量调查^[5]。对海岸带地区环境保护、基础科学研究等提供了大量的数据，如我国海洋局自2000年开始每年不定期发布的《海洋环境质量公报》^[6]，为海洋环境保护提供了科学依据，也为基础研究领域和社会公众提供了一个全面了解海洋环境状况的窗口。根据目前的研究结果，东海内陆架区域沉积环境季节性差异明显，夏季河流淡水输入量较大，尤其是长江冲淡水对东部沿海区域影响最大^[7]。长江输送入海物质存在明显的“夏储东输”特性，以沉积在浙江近岸为主^[8]，但近年来部分研究发现长江输送入海物质存在明显向东跨陆架搬运^[9]。整体来看，该区域沉积环境以自然因素控制占主导，但是近年来受人为活动的影响愈加明显^[10]，如因流域大量建坝使入海泥沙减少导致长江水下三角洲出现明显侵蚀^[11]，沿江沿海工农业生产大量排放N和P等导致海域赤潮频发^[12]，河口与近岸海域被严重污染等^[13]。

本项研究依托地质调查项目，采集了浙江海岸带海域大量表层沉积物，并对物理化学性质、有机质含量及来源、粒度特征、抗剪强度等进行了测试和研究，试图系统揭示浙江海岸带海域表层沉积环境现状，并评估其与自然环境、人类活动的相关性。

1.   研究区域

研究区自杭州湾北部(靠近上海金山区域)延伸至温州南部海域，覆盖整个浙江海岸带。2016和2017年度夏季在浙江沿岸海域用箱式采样器共采集表层沉积物样品570个。采样站位如图 1所示。

图  1  东海沿岸表层沉积物采集站位

Figure  1.  Map of surface sediments sampling sites in the coast region of East China Sea

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2.   方法

酸碱度(pH)、氧化还原电位(Eh)和抗剪强度在样品采集上船后现场测定，样品采集与现场测试严格按照“海岸带环境地质调查规范(1:100000)”相关要求执行^[14]。

沉积物粒度、有机质含量测试在自然资源部海洋地质实验检测中心进行，检测过程、数据质量控制严格按照计量认证相关要求执行。沉积物粒度测试：沉积物样品经过洗盐、用10%的H₂O₂去除有机质、0.1mol/L的盐酸去除碳酸盐后，使用超声波发生器将样品充分分散后，采用马尔文Mastersizer 3000激光粒度仪进行测试^[15]。总有机碳(TOC)和总氮(TN)的测试：样品经冷冻干燥后研磨过80目筛，取少量研磨后的沉积物加入盐酸浸泡24h，离心后弃去上清液，用去离子水将酸洗后的沉积物洗至中性，然后冷冻干燥，准确称取一定量沉积物上机测试，详细操作见文献[16, 17]。

3.   结果与讨论

3.1   沉积物环境物理化学性质

表层沉积物pH与Eh值分布特征如图 2所示。整体来看杭州湾与浙江东部沿海区域差异明显，该区域中pH均值7.41，Eh均值-18.79mV。pH整体近中性，杭州湾和离岸较近区域均呈弱碱性，离岸较远区域偏酸性，浙江东部沿海pH呈自陆向海降低趋势，由弱碱性变为弱酸性；Eh在杭州湾区域较低，浙江东部沿海呈自陆向海降低趋势。这表明表层沉积物的pH、Eh与陆源物质的输入有直接关系。舟山至温州沿岸表层沉积物pH与Eh整体无显著相关性(R²=0.13)，但在杭州湾区域pH与Eh显著负相关(R＞0.85)，因此，杭州湾与浙江东部沿岸区域存在明显的差异，属于两个完全不同的沉积环境体系。

图  2  表层沉积物Eh和pH分布图

Figure  2.  Distribution of pH and Eh of surface sediment

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杭州湾区域pH均值7.53，Eh均值-26.51 mV；象山至温州北部沿岸pH均值7.13，Eh均值-1.78mV；温州周边海域pH均值7.25，Eh均值-7.03mV。整体来看，杭州湾区域pH高于浙江东部沿海，而Eh低于浙江东部沿海。杭州湾区域整体属于SO₄^2-/HS^-、S/HS^-体系控制的还原环境，而浙江东部沿海属于有机质、铁锰体系控制的还原环境^[18]。杭州湾区域较低的Eh值与该区域的水动力环境有直接关系，来源于长江、钱塘江等河流的高营养水体进入杭州湾以后，导致该区域富营养化，虽然水体中接收了大量的陆源有机质、并且有机质含量较高，但是在强潮流的作用下最终只有少部分陆源有机质被埋藏在杭州湾地区的沉积物中。特别是在近年来，长江输沙量显著减少^[19]，导致长江口及其邻近海域底部沉积物的动力分选作用和区域内沉积物的再分配作用持续增强，导致区域内分布更加均匀，该区域中有机质分布及来源相较于10年前已变得更加均匀^[20]。这也是该区域中pH、Eh分布较为均匀无明显变化趋势，并且相关性极高的主要原因。

3.2   沉积物有机质含量及来源

TOC、TN及TOC/TN比值分布如图 3所示。TOC与TN在钱塘江口、宁波甬江口、台州椒江口临近海域含量最低；在杭州湾北部、象山港和瓯江口周边海域含量较高。浙江入海河流中，甬江、鳌江、椒江、钱塘江水质相对较差，瓯江水质相对较好。根据《中国近岸海域环境质量公报(2016)》，温州、台州水质位列“差”级，而宁波、嘉兴、舟山海域水质则为“极差”级别。这就表明河流、港口是该区域中有机质的重要输入源，然而受不同沉积环境控制，强水动力环境区域有机质含量较高的细颗粒物质难以沉积，如钱塘江口、甬江口等。因而导致水质“极差”，而沉积物中污染物质含量可能并不高。

图  3  表层沉积物中总氮(TN)、总有机碳(TOC)和TOC/TN分布

Figure  3.  Distribution of TN, TOC and TOC/TN of surface sediments

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在杭州湾区域，除北侧靠近长江口区域TOC、TN含量较高外，整体分布较均匀，无明显的变化趋势，主要是受杭州湾区域强潮流影响，区域内混合较为均匀。TOC/TN比值指示杭州湾中部区域有机质主要来源于海洋，这与该区域中富营养化有关(TN偏高)。值得注意的是在杭州湾东西两端TOC/TN值具有两个明显的高值区，是因为悬浮颗粒物离开河口进入开阔海域以后快速沉积所致。浙江东部沿海区域TOC/TN比值无明显的变化趋势，点源特征明显，如乐清湾、三门湾、象山港区域海源有机质贡献较高。

TOC与TN显著正相关(R²=0.745)，杭州湾区域的相关性(R²=0.6914)低于浙江东部沿海区域(R²=0.7804)。这就表明浙江东部沿岸TOC、TN来源更加接近，而在杭州湾区域因过度富营养化，导致藻类繁殖，最终降低了沉积物中陆源有机质的相对贡献；浙江东部沿岸区域陆源有机质的贡献相对较高，这与根据生物标志物、稳定同位素等揭示的结果一致^[21]。

整体来看，杭州湾区域沉积物中有机质主要来源于海水富营养化所产生的大量浮游生物；杭州湾口(舟山北部海域)沉积物中有机质主要来源于长江；浙江东部沿海除局部海湾以外，沉积物中有机质整体以海陆混合为主，该区域中陆源物质贡献高于杭州湾区域。

3.3   沉积物粒度组成特征

研究区表层沉积物在Folk分类图上的分布如图 4所示，整体以粉砂为主，其次是砂质粉砂和泥。整体来看，东部沿海大部分沉积物样品更接近于泥，而杭州湾区域更接近粉砂和砂质粉砂。

图  4  表层沉积物在Folk分类图中的分布

Figure  4.  The distribution of surface sediment samples in Folk's triangle

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表层沉积物组成分布同样存在明显的区域差异，不同粒级含量的沉积物组成分布如图 5所示。除钱塘江口、甬江口、岱山东部、瓯江口区域外，其他区域沉积物中的含砂量均低于5%。整体上杭州湾区域沉积物中粉砂含量较高(＞65%)，黏土含量低于30%；而在浙江东部沿海区域黏土含量较高，这是因水动力条件的区域差异所导致。杭州湾区域强流、强潮，表面交换程度较高，导致黏土粒级组分难以沉积^{[22, 23]}。

图  5  表层沉积物中砂、粉砂和黏土含量分布

Figure  5.  Distributions of the contents of clay, sand and silt of surface sediments

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沉积物类型分布如图 6所示。其分布与沉积动力强弱密切相关。整体可以划分为3个区域：

图  6  表层沉积物类型分布图

Figure  6.  Distribution of surface sediment types

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(1) 杭州湾区域：除钱塘江口区域为粉砂质砂和砂质粉砂以外，整个杭州湾中部区域沉积物均为黏土质粉砂；(2)舟山至台州区域：该区域中除象山港和六横岛南部区域沉积物为泥以外，其他大部分区域均为粉砂；(3)台州至温州区域：该区域沉积物以斑块状泥质沉积为主。

3.4   沉积物抗剪强度

表层沉积物抗剪强度分布如图 7所示。整体来看，抗剪强度分布也存在明显的区域性差异，其与表层沉积物组成特征等密切相关。杭州湾东部(钱塘江口)和舟山群岛北部海域表层沉积物抗剪强度较高，其平均值分别为4.79和4.41kPa；杭州湾中部区域抗剪强度较低，平均值为0.38kPa。舟山南部至温州北部区域抗剪强度分布较为均一，岛屿周边、近岸区域略高，平均值为2.07kPa。温州沿岸区域呈现明显的自陆向海降低趋势，平均值为2.67kPa。

图  7  表层沉积物抗剪强度分布

Figure  7.  Distribution of surface sediment shear strength

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沉积物抗剪强度受到沉积物组成、水动力条件、颗粒形态等因素影响。颗粒形态不规则、会使得颗粒之间咬合力增强，从而增加沉积物抗剪强度^[23]。杭州湾中部区域沉积物分布较为均匀，以黏土质粉砂为主，抗剪强度较低；而在浙江东部沿海沉积物类型分布不连续，粉砂、泥等呈斑块状分布。

3.5   沉积物各参数相关性分析

研究区表层沉积物性质相关性统计结果如表 1所示。杭州湾区域与浙江东部海域各参数相关性具有明显差异，杭州湾区域表层沉积物pH与Eh、TOC与TN、TOC及TN与平均粒径及分选系数具有较高相关性；pH、抗剪强度与其他指标负相关。而在浙江东部沿海区域仅TOC与TN呈显著正相关，大部分指标之间无相关性(p＞0.05)。

表  1  杭州湾(左下部分)和浙江东部沿海区域(右上部分)表层沉积物性质相关性统计

Table  1.  The relationships between different characteristics of the surface sediments Samples from Hangzhou Bay and the east coast of Zhejiang Province are showed in the lower left and upper right part, respectively

	pH	Eh	抗剪强度	TN	TOC	TOC/TN	平均粒径	分选系数
pH	-	-0.309	0.473	-0.031*	0.092*	0.151*	-0.243	0.029*
Eh	-0.834	-	-0.139*	-0.044*	-0.103*	-0.064*	0.138*	-0.011*
抗剪强度	-0.297	0.173	-	-0.011*	-0.041*	0.039*	-0.029*	0.187
TN	-0.247	0.196	-0.435	-	0.788	-0.277	0.472	0.021
TOC	-0.324	0.296	-0.324	0.886	-	0.350	0.346	0.245
TOC/TN	-0.143*	0.162*	0.026*	-0.102*	0.361	-	-0.076*	0.398
平均粒径	-0.274	0.228	-0.336	0.761	0.735	0.126*	-	0.146
分选系数	-0.314	0.251	-0.300	0.620	0.647	0.212	0.647	-
注：*代表p＞0.05

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这进一步证明杭州湾与浙江东部沿海是两个完全不同的沉积环境，杭州湾区域受区域环流的影响，物质分布更加均匀，各指标更容易相互影响；而浙江东部沿海河流、岛屿众多，区域差异更加明显，导致各个区域的控制因素存在明显差异。

4.   结论

(1) 杭州湾区域与浙江东部海域的沉积环境具有明显差异，是两个完全不同的沉积区域；

(2) 杭州湾中部沉积物以黏土质粉砂为主，抗剪强度较低，杭州湾区域pH均值7.53，Eh均值-26.51mV，pH与Eh显著负相关；TOC与TN分布较为均匀，以海源贡献为主；

(3) 杭州湾西部(钱塘江口)、舟山群岛北部以粉砂和砂质粉砂为主，抗剪强度较高，TN与TOC含量远低于杭州湾中部，主要是因强潮流影响；

(4) 浙江东部海域pH自陆向海降低，由偏碱性变为偏酸性，Eh自陆向海降低；TN、TOC含量呈现明显的点源特征，在象山港、瓯江口等区域具有最高值；台州北部以粉砂为主，南部以泥为主。