季节性变化对海湾-盐沼沉积物交换的影响机制及其在薄层沉积修复中的应用意义

这篇研究通过13个月的连续观测，揭示了薄层沉积修复（thin-layer placement）后盐沼潮汐河道中沉积物交换的季节性变化机制。研究发现，高潮位（MHW）和水温（>14°C）共同驱动了沉积物的净输出（ΔF），其中90%的沉积物流失发生在温暖月份的溢岸潮汐（overbank tides）期间，凸显了生物扰动（如招潮蟹活动）和物理过程（如潮汐不对称性）的协同作用。这一发现为盐沼修复项目的季节性优化（如秋季施工）提供了关键依据，并强调了长期观测对避免季节性偏差的重要性。

　　

Abstract

盐沼对海平面上升（SLR）的韧性很大程度上取决于其与周边海湾的沉积物交换平衡。本研究通过13个月（753个潮汐周期）的连续观测，分析了薄层沉积修复后的潮汐河道中沉积物交换机制。结果表明，高潮位（η_max）的季节性（9月最高，1月最低）和半月周期（spring-neap cycle）共同驱动了沉积物通量的变化。溢岸潮汐期间，残余水通量（ΔQ）倾向于向海方向，而沉积物浓度（ΔC）在温暖月份（>14°C）的退潮时显著高于涨潮。这些动态导致90%的净沉积物输出发生在温暖月份的溢岸潮汐中（占观测周期的30%），强调了季节性因素在盐沼沉积预算评估中的重要性。

Materials and methods

研究区域位于美国新泽西州的Gull Island，该地区通过薄层沉积修复接受了23,000–31,000 m³的沉积物。通过声学多普勒流速仪（ADV）和自动采样器，测量了流速、水位、水温及悬浮沉积物浓度（C），并利用指数流速评级法计算了沉积物通量（F）。数据按潮汐相位（θ）标准化，以分析残余通量的时空变化。

Results

高潮位（η_max）的季节性变化与水温（T）共同调控了沉积物通量。当η_max > MHW（0.65 m NAVD88）且T > 14°C时，ΔC显著增加（平均30 mg L^?1），导致ΔF大幅上升（平均2吨/潮汐周期）。冬季（12月至次年5月）因低温和低海平面，沉积物交换几乎停滞。象限分析显示，ΔF的驱动因素中，η_max的物理效应与T的生物效应存在显著交互作用。

Discussion

溢岸潮汐期间的ΔQ正向偏倚暗示了盐沼边缘的越流交换（如相邻流域的水体混合）。沉积物输出的季节性高峰可能与招潮蟹（Uca pugnax）的夏季活动有关，其掘穴行为降低了沉积物稳定性。尽管13个月内观测到的净输出（530吨）仅占薄层沉积总量的3–4%，但这一过程集中发生于温暖月份，提示修复工程应避开生物活动高峰期（如夏季）以优化沉积物保留。

Conclusions

研究强调了盐沼沉积物交换的季节性特征，尤其是生物扰动与潮汐动力学的协同作用。建议未来薄层沉积修复项目在秋季（低海平面和低温期）实施，以降低沉积物再悬浮风险。此外，长期观测对避免季节性偏差至关重要，而生态过程（如招潮蟹活动）应纳入盐沼形态演化模型以提升预测准确性。