（自然地理学专业论文）长江口潮滩湿地生物硅分布与富集机制.pdf

华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文 摘要 s i 是海洋初级生产力主要贡献者硅藻生长所必须的营养元素。生物硅 ( b s i ) 主要由海洋真光层硅质浮游生物( 硅藻等) 产生，沉积物中b s i 的积累 能够反映上层水体生产力的时空变化，它的赋存与分解对滨岸地区富营养化问题 的发生影响巨大。本文以长江口滨岸潮滩为典型对象，研究沉积物中b s i 的时空 分布规律，分析了沉积过程中b s i 的转化和积累效应，并结合盐沼植物分析植物 对b s i 的富集作用，试图阐述b s i 在长江口潮滩湿地的分布及富集机制。取得了 以下研究成果： 长江口滨岸潮滩表层沉积物中b s i 的含量具有明显的时空变化差异：边滩表 层沉积物二月份b s i 的含量在0 4 6 1 6 1 之间，总体上具有自陆向海逐渐增加 的趋势，八月份b s i 的含量在o 3 9 1 3 6 之间，其沿程分布模式与二月份相反； 沙洲沉积物中b s i 含量的变化范围为0 4 7 - , 1 0 2 ，向口门方向具有逐渐增加的 变化趋势，且不同沙洲高、中、低潮滩b s i 含量变化存在显著性差异。沉积物理 化性质与b s i 之间的相关分析揭示，b s i 含量与沉积物机械组成、有机质含量有 密切关系，在细颗粒且富含有机质的沉积物中易于b s i 的累积和赋存。此外，底 栖硅藻可能是潮滩表层沉积物中b s i 的重要来源。 利用弱酸弱碱分级提取法测定柱状沉积物b s i 含量发现：来自氧化外壳的 s i h c l 含量明显低于内部的s i a l k ，与以前的研究结果相比，弱酸前处理显著提 高b s i 的提取量。粒径效应分析显示：不同粒径下b s i 的垂向变化趋势也不一样， 在1 2 5 2 5 0 9 i n 和6 3 1 2 5 9 m 粒径下沉积物中b s i 都随深度呈现逐渐增加的变化趋 势，而在 6 3 9 m 粒径下则是逐渐降低，并且s i h c l 和s i - a l k 平均含量随粒径的减 小逐渐降低；受植物生长影响高潮滩和中潮滩3 0 c m 柱状沉积物中b s i 含量都显著 高于低潮滩，最高值都是在植物生长最旺盛的八月份达到，并且在不同的月份下 s i h c l 和s i a l k 都有不同的变化规律。分析显示，无论是s i h c l 还是s i a l k 都与有 机碳、有机氮含量存在非常明显的线性相关关系，暗示了b s i 在沉积埋藏过程中 与有机质之间存在密切关系。 盐沼植物芦苇和海三棱蔗草生长季过程中对b s i 表现为强富集作用，尤其是 芦苇叶b s i 含量在生长过程中几乎线性累积，生长季末期高达4 8 6 。互花米草 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文摘要 各组织内b s i 含量都很低，生长过程中未发现对b s i 的累积效应，对芦苇和海三 棱蔗草在s i 素吸收上并不存在竞争。芦苇在生长季内b s i 容量最高，其次为互 花米草，海三棱蔗草最低。通过估算得出崇明东滩盐沼植物地上部分b s i 总储量 高达4 0 6 1 8 t ，仅芦苇就占了5 3 ，对长江口潮滩湿地b s i 储量起着巨大贡献。 植株体内b s i 含量与根际沉积物b s i 含量和c n 值之间都存在显著的正相关关 系，证明了沉积物影响植物对b s i 的吸收累积，而植株体内b s i 含量与c n 值 存在的显著正相关关系，原因可能在于植株体内高的c n 值可能加速植株体内 b s i 的富集作用。 关键词：生物硅；分布；影响因素；累积效应；长江口潮滩 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文 a b s t r a c t a bs t r a c t s i l i c ai sa l le s s e n t i a le l e m e n tf o rd i a t o mg r o w t h ，w h i c hi st h ep r i n c i p a l c o n t r i b u t o ro fp r i m a r yp r o d u c t i t ) ，b i o g e n i cs i l i c ai sp r o d u c e di nt h ee u p h o r i cz o n e o ft h eo c e a nb ys i l i c e o u sp l a n k t o ns u c ha sd i a t o m s ，w h o s ea c c u m u l a t i o ni nt h e s e d i m e n tc a l lr e f l e c tt h es p a t i a la n dt e m p o r a ld i s t r i b u t i o no fp r o d u c t i v i t y ，i na d d i t i o n , t h ep r e s e r v a t i o na n dd i s s o l u t i o no fb i o g e n i cs i l i c ap l a y e da l li m p o r t a n tr o l e i n i n f l u e n c i n gt h eo c c u r r e n c eo fe u t r o p h i c a t i o np r o b l e m si nt h ec o a s t a lz o n e t a k e i n gt h e y a n g t z ee s t u a r i n ea n dc o a s t a le c o s y s t e ma sa l le x a m p l e ，t h i sa r t i c l ed i s c u s s e dt h e t e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o no fb i o g e n i cs i l i c ai nt h es e d i m e n t s ，a n dt h et r a n s f e r a n da c c u m u l a t i o ne f f e c t so fb i o g e n i es i l i c ah a da l s ob e e na n a l y z e d m e a n w h i l e ，t h e a c c u m u l a t i o nm e c h a n i s mo fs a l tm a r s hv e g e t a t i o nh a da l s ob e e nd i s c u s s e d 1 1 1 em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： t h es i g n i f i c a n ts e a s o n a lv a r i a t i o n so fb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n t si ns u r f a c e s e d i m e n t sw e r eo b s e r v e da l o n gt h ec o a s t a lz o n eo ft h ey a n g t z ee s t u a r y ：t h eb i o g e n i c s i l i c ac o n t e n t si nt h en e a r s h o r es e d i m e n t sv a r i e df r o m0 4 6 t o1 6 1 a n dg r a d u a l l y i n c r e a s e df r o ml a n dt os e ai nf e b r u a r y ，w h i l ei na u g u s tt h e yw e r ei nt h er a n g eo f o 3 9 1 3 6 a n dh a dt h eo p p o s i t es p a t i a ld i s t r i b u t i o np a r e mt of e b r u a r y ；b i o g e n i c s i l i c ac o n t e n t si ns u r f a c es e d i m e n t sf r o mt h es h o a l sv a r i e df r o m0 4 7 t o1 0 2 ，a n d h a dt h es i m i l a rs p a t i a ld i s t r i b u t i o np a t t e r nw i t ht h en e a r s h o r es e d i m e n ti nf e b r u a r y ， b e s i d e s ，t h es i g n i f i c a n td i f f e r e n c e si nb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n t sw e r eo b s e r v e di nh i g h ， m i d d l ea n dl o wi n t e r t i d a lf i a t so fd i f f e r e n ts h o a l s t h er e l a t i o na n a l y s i so ft h e s e d i m e n tp h y s i c o c h e m i c a lp r o p e r t ya n db i o g e n i cs i l i c aa n n o u n c e dt h a tb i o g e n i c s i l i c ac o n t e n t sh a dc l o s ec o r r e l a t i o nw i t hs e d i m e n tt y p e sa n do r g a n i cm a t t e r i n g e n e r a l ，b i o g e n i cs i l i c aw a sa p t t oa c c u m u l a t ei nt h ef i n ef r a c t i o n so fs e d i m e n t sr i c hi n o r g a n i cm a t t e r a d d i t i o n a l l y ，i tw a sf o u n dt h a tb e n t h i cd i a t o m sm i g h tb ea l li m p o r t a n t s o u r c eo fb i o g e n i cs i l i c ai ns u r f a c es e d i m e n t s t h eb i o g e n i cs i l i c ab u r i e di nt h es e d i m e n tc o r e sw e r ea n a l y z e db yam i l d a c i d - m i l da l k a l i n es e q u e n t i a le x t r a c t i o nm e t h o d r e s u l t ss h o w e dt h a t ：b i o g e n i cs i l i c a e x t r a c t e db ym i l da c i d ( s i h c l ) w a sm u c hl o w e rt h a nt h a te x t r a c t e db ym i l da l k a l i n e ( s i a i k ) c o m p a r e dt op r e v i o u ss t u d y ，m i l da c i dp r e t r e a t m e n tc a nm a r k e d l yi n c r e a s e t h eb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n te x t r a c t e df r o mt h ec o r es e d i m e n t s e d i m e n t s 、析t 1 1d i f f e r e n t p a r t i c l es i z eh a dd i f f e r e n tv e r t i c a ld i s t r i b u t i o n s f o re x a m p l e ，t h es i h c la n ds i a l k c o n t e n t si nt h es e d i m e n t s1 2 5 - - 2 5 0 p ma n d6 3 - 1 2 5 9 mg r a d u a l l yd e c r e a s e dw i t ht h e r r r d e p t hi n c r e a s e d , w h i l et h es e d i m e n tw i t hp a r t i c l es i z e 6 3g mh a dt h eo p p o s i t es p a t i a l d i s t r i b u t i o np a t t e r n , f u r t h e r m o r e ，t h e i rm e a l lc o t e n t sr e d u c e dw i t ht h ep a r t i c l es i z e d e c r e a s i n g u n d e rt h ei n f l u e n c eo fp l a n tg r o w t h , t h eb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n t si nt h e 3 0 c ms e d i m e n t so ft h eh i g ha n dm i d d l ei n t e r t i d a lf l a t sw e r em u c hh i g h e rt h a nt h a to f t h el o wi n t e r t i d a lf l a t , a n dt h eh i g h e s tc o n t e n t sw e r ea l lf o u n di na u g u s t ，i nw h i c ht h e m o s tb i o m a s so b t a i n e d m e a n w h i l e ，d i f f e r e n tv a r i a t i o n sw e r ef o u n di nd i f f e r e n tm o n t h t h er e l a t i o na n a l y s i sa n n o u n c e dt h a tb o t ho fs i h c ia n ds i - a l kc o n t e n t sc o r r e l a t e d c l o s e l yw i t ho r g a n i cc a r b o na n do r g a n i cn i t r o g e n ，s u g g e s t i n gt h ec l o s er e l a t i o n s h i p b e t w e e n b i o g e n i cs i l i c aa n do r g a n i cm a t t e rd u r i n gs e d i m e n t a t i o np r o c e s s s t r o n ge n r i c h m e n to fb i o g e n i cs i l i c aw e r ef o u n di np h r a g m i t e sa s t r a l i sa n d s c i r p u sm a r i q r u e t e rd u r i n gt h e i rg r o w i n gs e a s o n s ，e s p e c i a l l yf o r 只a s t r a l i sr e e d si n w h i c hal i n e a rc u m u l a t i o nw a sf o u n d , a n dt h eb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n tr e a c h e d4 8 6 a t1 1 1 ee n do f g r o w i n gs e a s o n h o w e v e r ，b i o g e n i cs i l i c ac o n t e n ti ns p a r t i n a a l t e r n i f l o r aw a sm u c hl o w e ra n dn oc u m u l a t i o nw a sf o u n dd u r i n gt h eg r o w i n g s e a s o n s a st h u s ，c o m p a r e dt op h r a g m i t e sa s t r a l i sa n ds c i r p u sm a r i q u e t e r , & a l t e r n i f l o r ah a dn oc o m p e t i t i v ea b i l i t yi ns i l i c au p t a k e i na d d i t i o n ，b i o g e n i cs i l i c a c a p a b i l i t yo ft h et h r e ep l a n t sw e r ea l s oa n a l y z e d ，r e s u l ts u g g e s t e dt h a tpa s t r a l i sh a d t h eh i g h e s tc a p a b i l i t ya n ds a l 纪r n i f l o r at a k e st h es e c o n dp l a c ew h i l es m a r i q u e t e r h a dt h el o w e s t c a p a b i l i t y n eb i o g e n i cs i l i c as t o r a g eo fs a l tm a r s hp l a n t si n c h o n g m i n gd o n g t a nw a se s t i m a t e dt o4 0 6 18 t ，o fw h i c h 只a s t r a l i sa c c o u n t e df o r 5 3 ，m a k i n gm a g n i t u d ec o n t r i b u t i o nf o rb i o g e n i cs i l i c a s t o r a g ei nt h ei n t e r t i d a l w e t l a n do ft h ey a n g t z ee s t u a r y 刀招r e l a t i o na n a l y s i so ft h e b i o g e n i cs i l i c aa n d o r g a m cn i t r o g e nc o n t e n t si nr h i z o s p h e r es e d i m e n tw i t hb i o g e n i cs i l i c ac o n t e n t si n p l a n ts u g g e s t e dt h a ts e d i m e n te f f e c t e db i o g e n i cs i l i c ae n r i c h m e n ti np l a n t ，a n d f u r t h e r m o r e ，t h es i g n i f i c a n tc o r r e l a t i o nw i t hc nr a t i oi np l a n ts h o w e dt h a th i g hc n r a t i om a ya c c e l e r a t eb i o g e n i cs i l i c aa c c u m u l a t i o ni np l a n t k e y w o r d s ：b i o g e n i cs i l i c a ；d i s t r i b u t i o n ；e n r i c h m e n tm e c h a n i s m ；t h ey a n g t z e e s t u a r i n ea n dt i d a lf l a t i v 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重 要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：i 当整：赶日期：速昼： ：! f 学位论文授权使用声明 本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学 校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电 子版和纸质版。有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论 文进入学校图书馆被查阅。有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索。有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在 解密后适用本规定。 学位论文作者签名：；a 。耄、刍支导师签名：炙 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 s i 是地球上重要的矿质元素，在许多生物地球化学过程中起着重要作用，如 作为陆地( a l e x a n d r ee ta 1 ，1 9 9 7 ) 和海洋( n o r r i s & h a c k n e y ，1 9 9 9 ) 生物的营 养，可缓冲土壤p h 值，调节大气c 0 2 和全球气候( d e m a s t e r ，1 9 8 1 ) ，近年来逐 渐成为研究的热点( b a s i l e d o e l s c he ta 1 ，2 0 0 5 ) 。s i 由海洋中的水圈进入生物圈 后便开始了它的生物地球化学循环，海洋生物硅藻、放射虫等通过从海水中吸收 溶解硅酸盐形成其骨架( 图1 1 ) ，称为蛋白石，当这些生物死亡后，被富集的蛋 白石部分开始发生溶解，未溶解的一小部分留在水面表层，其余大部分通过深水 层下降，最终到达沉积物中并进入地圈。传统意义上的b s i 就是指这一部分。事 实上，植物体内的植硅石也是b s i 的重要组成部分。植物在其生长过程中不断地 吸收溶解硅酸盐并以植硅石的形式保存下来，在植物体死亡后，其体内植硅石通 过成岩过程沉积下来，是s i 进入地圈的另一种方式。因此，本文研究的b s i 不仅 包括蛋白石和植硅石，还包括它们在沉积过程的早期成岩衍生产物。 s i ( o h ) 4 胞壁 图1 1 硅藻s i 质细胞物质形成的机理图( r a g u e n e a ue ta 1 ，2 0 0 0 ) f i g1 1t h em e c h a n i s mo fd i a t o ms i l i f i c a t i o n ( r a g u e n e a ue ta l ，2 0 0 0 ) 1 1 研究意义 b s i 的埋藏是河流、热液等输送进入海洋s i 的主要沉降方式。沉积物中b s i 的变化记录了人类活动导致的水体富营养化以及筑坝等原因引起的s i 生物地球 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文 第一章绪论 化学循环的变化，可用于表征上层水体中硅藻等硅质种群的生产力状况，反映水 体的初级生产力的同时，也是研究全球s i 循环的重要环节。此外，沉积物中b s i 的分布也有助于成岩作用的研究( a r c h e re ta l ，1 9 9 3 ) 。 1 1 1 环境变化指示因子 生物沉积物的沉积埋藏速率在很大程度上受到古海洋生产力的控制，可以用 作古海洋生产力的替代性指标。在地质时间尺度上，古海洋生产力主要受到大洋 中营养元素可利用程度的控制，因此营养元素的相关记录反映了古海洋生产力的 变化。由于硅藻在全球海洋初级生产力的重要贡献( 4 0 ，n e l s o ne ta 1 ，19 9 5 ) ， 对全球c 输出存在的重要作用( b u e s s e l e r ，1 9 9 8 ) 以及对b s i 有的强保存作用 ( 3 s 1 0 2 ，t r 6 9 u e re ta 1 ，1 9 9 5 ) ，同时s i 质沉积物质又是广泛存在的，海洋沉 积物中b s i 在古海洋研究中具有重要的指示作用( l e i n e n ，1 9 7 7 ；m o r t l o c ke ta 1 ， 1 9 9 1 ：b a r e i l l ee ta 1 ，1 9 9 1 ) ，尤其是在对全球气候影响巨大的高营养盐低叶绿 素地区( h n l c ) ( l i s i t z i n ，1 9 7 2 ；d e m a s t e r ，1 9 8 1 ) 。因此，在古海洋学及全 球生源要素的循环研究中，b s i 的测定都是必不可缺的部分。现代海底b s i 的分布 主要集中于环南极带、赤道太平洋、北太平洋和南北美洲的西海岸等营养盐丰富、 海洋生产力较高的上升流区，这些区域营养盐含量的增减都会相应地反映到海底 沉积物中b s i 的沉积变化上来。 l a i r d 等( 1 9 9 6 ) 应用硅藻研究美国北部d a k o t a 的m o o n 湖，发现过去几百年 内北部大平原经历了多次极端干旱的时期。x i a o 等( 1 9 9 7 ) 研究了日本琵琶湖沉 积b s i 通量的变化，揭示出高通量的b s i 指示了温暖湿润的气候条件，而低通量则 指示了冷而干燥的气候条件。s t e v e nm c o l m a n 等( 1 9 9 9 ) 研究西伯利亚贝加尔 湖s e l e n g a 三角洲发现，三角洲沉积物剖面中b s i 含量变化指示的年龄与氧同位素 一致，记录了2 0 0 k y r 甚至更久时期的硅藻生产力的变化，并发现硅藻生产力的一 个明显的波动，指出这可能是气候变冷和新仙女木事件( y o u n g e rd r y a se v e n t ) 共同导致的结果。李建和王汝建( 2 0 0 4 ) 通过南海北部o d p i1 4 4 站b s i 含量测定 及其堆积速率的计算，发现约9 0 0 k a 以来，b s i 含量及其堆积速率较9 0 0 k a 以前明 显增加，反映了“中更新世革命 事件之后，全球气候变冷，并导致表层生产力 的提高。王文远等( 2 0 0 0 ) 等人探讨了b s i 对末次冰消期热带湖光岩玛珥湖的古 气候变化记录问题，指出在末次盛冰期，季风强度较弱，气候环境处于相对干凉 状态，b s i 含量较为低下。其后的末次冰消期的第一次回暖和第二次回暖中间夹 杂了一个强烈的气候回返事件新仙女木事件( y d ) 也都在沉积物b s i 含量上 有所体现。但是利用b s i 积累速率作为古生产力指标本身是很复杂的，不仅会受 到控制b s i 溶解和保存空间变化的过程的影响，还会受n s i 和c 生物地球化学循环 中耦合作用的影响( r a g u e n e a ue ta 1 ，2 0 0 0 ) ，需要开展进一步的研究。 2 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论 此外，b s i 在沉积物中的积累，可用于反映不同历史时期水体的富营养化及 溶解态硅酸盐的消耗情况( s c h e l s k ee ta l ，1 9 8 6 ) 。s t o e r m e r 等( 1 9 8 5 ) 研究美 国苏必利尔湖和休伦湖发现沉积物中b s i 的含量一直在缓慢上升，由此可以看出 其水体中硅藻生长未受到s i 的限制。叶曦雯等( 2 0 0 4 ) 的研究发现：东海、南黄 海海区b s i 的分布与水体初级生产力的变化一致，在长江口海区，b s i 的积累与河 口区水体中的叶绿素a 、初级生产力有着密切的关系，近2 0 年来长江口海区沉积 物中b s i 含量的变化记录了长江径流以及长江输送n 、p 、s i 营养盐通量的年际变 化。此外，沉积物中b s i 的变化记录了人类活动导致的水体富营养化以及筑坝等 原因引起的s i 生物地球化学循环的变化。例如建造大坝造成的“人工湖效应”( v a n b e n n e k o me ta 1 ，1 9 8 1 ) 也能在沉积物b s i 含量变化中中表现出来，调查发现，埃 及的尼罗河( w a h b ye ta 1 ，1 9 8 0 ) ，荷兰的莱茵河( a d m i r a a le ta 1 ，1 9 9 0 ) 等， 随着b s i 的沉积，溶解态硅酸盐的浓度在减少。 1 1 2 富营养化限制因子 在河海交汇的河口区，营养盐、光照、温度和盐度是调节浮游植物生长的主 要因素，其中营养盐与人类活动的关系最为密切，2 0 世纪8 0 年代之前多数的研究 结果认为n 在近岸和河口生态系统中对生产力起着比p 更重要的限制作用 ( b o y n t o ne ta 1 ，1 9 8 2 ) ，8 0 年代之后p 的限制作用得到强调，现在，s i 和f e 在限 制藻类生长和影响群落结构的研究中也受到越来越多的重视( m a e s t r i n ie ta 1 ， 1 9 9 7 ；m a r t i n & f i t z w a t e r ，1 9 8 8 ) 。 岸带和浅海区域是世界上生产能力最高的系统之一，通过河口地区输入的溶 解硅酸盐的量的多寡，对该区富营养化问题的发生影响巨大。相比n 、p 有大量 人为输入，人为原因输入的s i 是可以忽略不计的，春夏季节河口及滨岸地区的溶 解硅酸盐作为一种重要的营养元素为硅藻吸收用以组成其硅质外壳。而高人为输 入的n 、p 会引发硅藻群落硅酸盐限制，使浮游植物群落发生变化，演替为优势 种类为菲硅藻属的浮游植物群落( 刘晓丹，1 9 9 6 ) 。同时，由于硅藻是河口区食 物链的重要能量来源，这种演替会间接影响滨岸带的食物网结构。 李学刚等( 2 0 0 5 ) 根据胶州湾沉积物中b s i 的沉积通量和初级生产力的对比 推知，硅藻形成的b s i 在沉降过程中平均只有1 5 5 被分解重新进入水体，其余的 8 4 5 可能被埋葬而形成沉积物；而胶州湾沉积物中的s i 通过沉积物海水界而返 回到水体中的速率小于b s i 的沉积速率，证明了海水中的s i 不断向沉积物迁移， 导致水体中s i 含量持续的低水平，从而使s i 成为浮游植物生长限制因子。当s i 成 为富营养化限制因子时，沉积物中b s i 的溶解释放就对富营养化问题持续时间的 长短起到重要作用。 长江口海域地处亚热带季风气候区，降水充沛，光照条件好，长江冲淡水和 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论 台湾暖流等水系在此混合、交汇，形成了独特的海洋生物场，营养盐丰富，为浮 游植物的大量繁殖提供了有利条件，调查发现浮游植物主要优势种为硅藻属的中 肋骨条藻( 蒲新明等，2 0 0 1 ) 。长江巨大的径流量及所含的营养物质对长江口的 浮游植物的变动发挥重要作用，大量人为输入的营养盐造成长江口海域赤潮的多 次发生，表1 1 是2 0 0 2 2 0 0 6 年间长江口海域赤潮发生隋况，从中可以看出，长 江口海域赤潮发生频繁，其中绝大多次爆发的优势种为硅藻，而甲藻引发的赤潮 也往往以前期硅藻的大量繁殖为基础。因此，长江河口地区沉积物中b s i 的释放 与保存对该区海域富营养化问题意义重大。 表1 1 长江口海域2 0 0 2 2 0 0 6 年赤潮发生情况 t h eb l o o m si nt h ey a n g t z er i v e re s t u a r yb e t w e e n2 0 0 2 a n d 2 0 0 6 4 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论 注：奉为硅藻属，数据来源上海市海洋环境质量公报 1 2 研究进展 1 2 1 实验方法 目前b s i 的研究主要集中于海洋沉积物上，已有的研究方法主要有：c h e s t e r 和e l d e r f i s l d 于1 9 6 8 年直接用红外分光光度镜检测无定型b s i ；e i s m a 和v a nd e r g a a s t 于1 9 7 1 年提出直接利用x 射线衍射无定型b s i 估算其含量；e l l i s 和m o o r e 于 1 9 7 3 年提出加热使b s i 转化为方石英，然后利用x 光衍射方石英，估算出b s i 含量； l e i n e n 于1 9 7 7 ，b r e w s t e r 于1 9 8 3 年提出大量沉积物的标准元素分离法测试b s i 含 量；e g g i m a n n 等于1 9 8 0 年、d e m a s t e r 于1 9 8 1 年分别提出不同的热碱提取法；p o k r a s 于1 9 8 6 年提出微体化石直接计算方法，通过计算沉积物中硅质微体化石的数量来 估算b s i 的含量。其中以热碱提取法应用最为广泛。 一般研究都认为进入海底的b s i 主要受溶解作用、脱水再结晶和埋藏的影响， 并不涉及早期成岩过程复杂的矿物形成程度，许多测定b s i 的分析方法在设定时 也就不涉及它可能的早期成岩产物。因此，通常估算海洋中b s i 的埋藏量也就不 包括它的各种潜在的早期成岩构成，例如自生铝硅酸盐( r a g u e n e a u e ta 1 ，2 0 0 0 ； t r 6 9 u e re ta 1 ，1 9 9 5 ；c a l v e r t ，1 9 8 3 ；d e m a s t e r ，2 0 0 2 ) ，相应地对沉积速率快 的河l z l - - - 角洲地区b s i 埋藏量的估算也就相差不大，从而对全球s i 循环模型的精 确性产生重要影响( d e m a s t e r ，2 0 0 2 ) 。 5 华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论 d e m a s t e r 于1 9 8 1 年提出了应用广泛的热碱消化提取法来提取测定b s i ，主要 利用2 m o l ln a 2 c 0 3 为提取液，在此基础上m o r t l o c k ：和f r o e l i c h ( 1 9 8 9 ) 提出用h 2 0 2 和1 0 h c l 去除有机之后后再用碱液消化提取，并根据曲线外推法计算b s i 含量。 热碱提取法常用来测定水生环境下沉积物中b s i 的含量( m o r t l o c k & f r o e l i c h ， 1 9 8 9 ：c o n l e y ，1 9 9 8 ) 。土壤中s i 的形态多种多样，其中b s i 主要来自高等植物体 植硅石的沉积。现有各种方法提取土壤中的s i 不仅包括b s i ，还包括它的各种早 期成岩产物，更确切的称法应该是无定形硅。土壤中b s i 的提取方法有以草酸 ( s i m m o n s s o ne ta 1 ，1 9 9 9 ) 、醋酸( f o xe ta 1 ，1 9 6 7 ：d el i m ar o d r i g u e se ta 1 ， 2 0 0 3 ) 、柠檬酸( a c q u a y e t i n s l e y ，1 9 6 4 ；s a u e r b u r b h a r d t ，2 0 0 0 ) 为提取 剂的酸提取法以及n a o h ( f o s t e r ，1 9 5 3 ) 和钛试剂提取法( b i e r m a n s & b a e r t ， 1 9 7 7 ) 。传统测定方法是根据密度的不同区分植硅石及其早期成岩产物，将每一 部分都提取测定出来，然后在求取s i 的总含量，是一种非常消耗时间的方法。 s a c c o n e 于2 0 0 6 年用试验方法对比了各种已有提取方法的有效性( 图1 2 和图 1 3 ) ，发现热碱提取法能在最初的3 h 内将植硅石溶解，与硅藻( d e m a s t e r ，1 9 8 1 ) 相似。未经酸化前处理的土壤样品在碱液提取过程提取液中溶解硅浓度随时间增 多，但是经过酸化前处理的随时间增加的更快。对于植硅石来说，酸提取法要比 碱提取得到的b s i 低一个数量级之多。对比得出结论：这几种代表性的酸提取方 法中只有醋酸提取b s i h 匕“达到一定程度，其余各方法或者是提取除了吸附态硅( 柠 檬酸) 或者只是f e 、触包裹晶体中的s i ( 草酸) 。由于植硅石与硅藻相似，都可 以在碱液中3 h 内完全提取出来，因而可以用碱液提取植物体内的b s i ，而对于土 壤来说，酸化预处理是必不可少的步骤，酸预处理可以去除新生成的自生铝硅酸 盐外壳，从而使己发生变化的b s i 更易于溶解( m i c h a l o p o u l o s & a l l e r ，2 0 0 4 ) 。 3 0 0 2 0 0 1 o o x a l a t e a c e t a t ec i t r a t en a 2 c o 图1 2 酸处理与碱处理理方法提取植物b s i 的比较( s a c c o n e ，2 0 0 6 ) f i g1 2c o m p a r i s o nb e t w e e nt h ea c i dm e t h o d s ( a c e t a t e , c i t r a t e ，o x a l a t e ) w i t ht h ea l k a l i n e d i g e s t i o nt e c h n i q u ef r o mp h y t o l i t h s ( s a c c o n e ，2 0 0 6 ) 6 (uoi奄嚣k芟艿q毋弓 暑e v co|l付-i芑口dcoo一 6 毒 2 o 8 6 4 2 o t ， 1 1 v o o o o h，6_乞一co；霸|lc譬oc8一 华东师范太学2 0 0 8 属硕学位论文第一章绪论 图1 3 酸娅理与碱处方法提取土壤b s i 之问的比较( s a e c o n e ，2 0 0 6 ) f i 9 1 3 c o m p a r i s o nb e t w e e n t h ea c i d m e t h o d s ( a c e t a t e ，c i t r a t e ，o x a i m e ) w i t h t h ea i k a i m e d i g e s t i o n t e c h n i q u e f r o ms e l e c t e ds o f ts a m p l e s ( s a c e o n e ，2 0 0 旬 1 2 2 生物硅的区域分布 表12 是各地表层沉积物中b s i 的含量分布。就全球范围来说，表层沉积物 中高b s i 含量区主要分布在环南极带、赤道太平洋区、北太平洋区、南北美洲的 西海岸等营养物质丰富初级生产力较高的上升流区( k o n i n ge ta l ，1 9 9 7 ) 。在河 口三角洲环境中，溶解态硅在威、淡水混合过程中的移出和b s l 的沉积使得河口 陆架边缘成为活动性s i 埋藏的潜在区域。然而，大多数分析技术的测试结果表 明，与深海沉积环境( 比如，南大洋、北太平洋等) 相比，河口陆架沉积物中 b s i 的含量很低，是b s i 埋藏较少的地区。这一方面是由于河口三角洲高的陆源 颗粒物沉积通量所产生的稀释作用显著降低了b s i 的含量，另一方面还在于在热 带、亚热带浅水环境中广泛存在的b s i 反向风化作用。 表1 2 不同地区表层沉积物中b s i 含量对比 t a b l e l 2 c o m p a r i s o no f b i o g e n i es i l i c ac o n t e n t s i ns u r f a c es e d i m e n t so f d i f f e r e n ts e ar e g i o n s 地区 b s i 含量( )提取方法赍料来源 长江口边滩 03 9 i6 1 2 m o l l n a 2 c o 侯立军等( 2 0 0 7 ) 长江口沙洲0 4 7 10 2 2 m o l l n a 2 c o ，闰慧敏等( 2 0 0 8 ) 胶州湾 1 4 4 - 15 8 2 m o l l n a 2 c 0 3李学刚等( 2 0 0 5 ) 黄海0 2 i 4 ) 5 8 2 m o l l n a 2 c 0 1 刘素美等( 2 0 0 2 ) 东海 0 2 05 8 2 m o l l n a 2 c 0 3 刘素美等( 2 0 0 2 ) 南大洋普里兹湾 48 9 8 54 1 2 m o l l n a 2 c o ，扈传昱等( 2 0 0 7 ) 南海o3 3 一x ) 0 0 2 m o l l n a 2 c o j张兰兰等( 2 0 0 7 ) t h e n o r t h e r n a r