（环境科学专业论文）岱海碳、硅地球化学特征及环境信息研究.pdf

中b s i 含量为7 4 7 m g g ，8 月份沉积物表现为硅的“源”。 5 利用悬浮颗粒物中碳、硅比值判识了岱海属碳酸盐湖，在正确理解沉积 物中碳、硅地球化学信息的基础上，结合沉积柱芯中碳、硅的分布特征，阐释 了湖泊富营养化水平和初级生产力逐渐提高的过程中藻类等浮游植物对深水藻 型湖泊生态系统碳循环的作用与贡献。 关键词：岱海，碳循环，生源硅，无机碳形态，通量 t h eg e o c h e m i c a lc h a r a c t e i u s t i c s0 fc a r b o n a n ds i l i c o na n dt h ee n v i r o n m e n t a l i n f o r m a t l 0 ni nt h ed a i h a il a k e a bs t r a c t t h eg e o c h e m i c a lb e h a v i o r so fc a r b o na n ds i l i c o ni no v e r l y i n gw a t e ra n d s e d i m e n t so ft h ed a i h a il a k ew h i c hi sad e e pa l g a e - t y p el a k ei ns e m i - a r i dr e g i o no f c h i n aa r es t u d i e d t h ed i s t r i b u t i o n so fi n o r g a n i cc a r b o ns p e c i e sa r ea n a l y z e di nd e t a i l t h ep r o c e s s e so nw a t e r - s e d i m e n ti n t e r f a c ea r ei n t e r p r e t e da n dt h ef l u x e so fc a r b o n a n ds i l i c o nf r o ms e d i m e n tt o w a r d sw a t e ra lec a l c u l a t e d f u r t h e r m o r e ，t h ei n f l u e n c eo f d i a t o mo nc a r b o nc y c l ei nt h ed a i h a il a k ei sd i s c u s s e dw h i c hi so fg r e a ti m p o r t a n c e f o rt h er e s e a r c ho f c a r b o nc y c l ei na l g a e t y p el a k e t h ec o n c l u s i o n sr e a c h e di nt h i s p a p e ra r ea sf o l l o w s ： 1 t h ew a t e ro ft h ed a i h a il a k ei sc h a r a c t e r i z e db yh i g hc o n c e n t r a t i o n so fb o t h o r g a n i cc a r b o na n di n o r g a n i cc a r b o n h o w e v e r , i n o r g a n i cc a r b o ni st h em a i ns p e c i e s t h ea v e r a g ec o n c e n t r a t i o no ft i ci s119 15 m g lw i t hd i cd o m i n a t e s ，w h i l ea v e r a g e c o n c e n t r a t i o no ft o ci s2 8 7 8 m g lw i t hd o cd o m i n a t e s 2 t h ea n a l y s i so fi n o r g a n i cc a r b o ns p e c i e si m p l i e st h a tm o s tp a r t so ft h e i i i i n o r g a n i cc a r b o ni ns e d i m e n t sa r ee a s i l ye x t r a c t e db ya c i d ，w h e r e a s ，l e s so ft h e mc a n b ee x t r a c t e db ya l k a l i t h e r e f o r e ，h i g ha l k a l i n i t yo ft h ed a i h a il a k ep r e v e n t st h e r e l e a s eo fi n o r g a n i cc a r b o nf r o ms e d i m e n t s 3 t h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n o r g a n i cc a r b o ns p e c i e s ，c o n t e n t so fo r g a n i cc a r b o ni n s e d i m e n t sa n dt h ec a r b o nf l u xi nw a t e r - s e d i m e n ti n t e r f a c er e v e a l st h a tt h ed a i h a i l a k e f u n c t i o n sa sac a r b o n “s i n k 4 t h es i l i c o nf l u xi nw a t e r - s e d i m e n ti n t e r f a c ei sc a l c u l a t e db a s e do nr e l e a s e e x p e r i m e n t sa n dt h eg e o c h e m i c a lb e h a v i o ro fs i l i c o ni nw a t e r - s e d i m e n ts y s t e mi s a n a l y z e dt od i s c u s st h ef u n c t i o no ft h ed a i h a il a k ei ng e o c h e m i c a lc y c l eo fs i l i c o n t h ec o n c e n t r a t i o no fs i o s 2 i no v e r l y i n gw a t e ri s1 0 2 m g l ，t h ec o n t e n t so fb s ii n s e d i m e n ti s7 4 7 m g g t h es e d i m e n to ft h ed a i h a il a k ef u n c t i o n sa sas i l i c o n s o u r c e i na u g u s t 5 t h er a t i ob e t w e e nc a r b o na n ds i l i c o ni ns u s p e n d e dp a r t i c u l a t e si m p l i e st h a t t h ed a i h a i1 a k ei sd o m i n a t e dw i t hc a r b o n a t e t h ev a r i a t i o no fr a t i ob e t w e e nc a r b o n a n ds i l i c o nw i t hc o r es e d i m e n t si m p l i e st h ec o n t r i b u t i o no fa l g a et ot h ec a r b o nc y c l e i nl a k es y s t e mw i t hg r o w i n ge u t r o p h i c a t i o nl e v e l k e y w o r d s ：t h ed a i h a il a k e ，c a r b o nc y c l e ，b i o g e n i cs i l i c a ，i n o r g a n i cc a r b o n s p e c i e s ，f l u x i v 注解说明 t c 一总碳 d c 一溶解碳 p c 一颗粒碳 t i p 总无机碳 d i c 一溶解无机碳 p i c 一颗粒无机碳 t o c 一总有机碳 d o c _ 一溶解有机碳 p o c _ 一颗粒有机碳 b s i 一生源硅 n a c l c - 一氯化钠相无机碳( i ) n h 3 - h 2 0 瞒水相无机碳( i i ) n a o h c - 一氢氧化钠相无机碳( ) n h 2 0 h h c l c 一盐酸羟胺相无机碳( ) h c l c 一盐酸相无机碳( v ) 内蒙古大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承 担。 学位论文作者签名： 日期：坦星! 丛：幺 指导教师签名： 关于论文使用授权的说明 伊l 学位论文作者完全了解内蒙古大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期 间论文工作的知识产权单位属内蒙古大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件 和电子版，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影 印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： e t l t 田：迦盏! 幺。! 指导教师签名： 第一章绪论 1 1 湖泊生态系统生源要素碳和硅的地球化学循环 1 1 1 碳的转化与循环 碳是地球上最为重要的生命元素，是生命体的主要组成部分，占生命体中生物质重量的 4 6 0 0 - 4 8 1 1 ，维系着地球上生命系统的新陈代谢过程，在生命系统中占有极为重要的的地位。 湖泊系统中碳的转化与循环主要是分解与合成过程。碳在湖水中主要以溶解性有机碳和 无机碳的形式存在，另外也有一部分颗粒有机碳和无机碳。溶解有机碳经细菌分解为二氧化 碳和甲烷。水中无机碳主要以c 0 2 、h c 0 3 - 和c 0 3 2 - 等三种形式存在，三者之间可互相转化， 影响水体p h 值。湖水中藻类吸收二氧化碳，在太阳光的照射下合成新的有机体，细菌、藻 类和各种水生生物的呼吸作用则释放二氧化碳。细菌和藻类被浮游动物、底栖动物所利用， 完成碳的合成过程。各种生物的粪便、残体和水中的颗粒有机碳沉积湖底，经厌氧细菌的分 解作用，产生溶解有机碳和无机碳，参与碳的再循环；另外，甲烷和一部分二氧化碳通过水 气界面进入大气层【2 3 】。光合作用原理是植物、藻类和某些细菌利用叶绿素，在可见光的照射 下，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气( 如图1 1 ) 。湖泊碳循环过程中水生植物 和藻类的光合作用承担着非常重要的角色，它们被称为食物链的生产者，能够通过光合作用 利用无机物生产有机物并且贮存能量；食物链的消费者可吸收植物所贮存的能量，效率为3 0 左右。 光氧二氧化碳 光反应暗反应 图1 l 细胞光合作用围 f i g u r el im 印o f c e l lp h o t o s y n t h e s i s 天然永体碳酸盐系统的平衡过程是影响天然水化学组成的重要因素。天然水的碳酸盐系 统平街主要包括三个平衡( 图12 ) ：( 1 ) 水中c 0 2 与空气中c 0 2 的平衡，相当于式中第1 部 分：( 2 ) 碳酸的离解平衡，相当于式中第部分；( 3 ) 水中溶解c a c 0 3 与固相c a c 0 3 的平衡， 相当于式中第部分。在一定的温度和压力条件下这些平衡都有固定的平衡常数，依据这些 常数可以计算天然水中碳酸盐系统的平衡情况，并判断其平衡移动的方向【4 l 。天然水中碳酸 盐的存在形态与阿1 存在密切关系。p h 值降低时平衡左移，游离碳酸增多；p h 值升高对平 衡右移，重碳酸根和碳酸根增多；当p h = 7 时， h 2 c 0 3 = h c 0 3 t 当p h 7 时，k 1 2 c o n - h h h 2 0 c n a c l c n a o h c 。岱海湖水呈弱碱性，其p h 值一般为8 7 8 8 8 8 ，因此n h 2 0 h h c l 一c 和 h c l c 虽然含量高却不易溶出，较为稳定。而占总无机碳含量1 1 1 3 的n h 3 h 2 0 c 溶出的可 能性较大。n a c i c 主要是被沉积物吸附的和部分能溶于水的碳酸盐，是沉积物中结合强度最 弱的一项，较易溶出。 2 7 r 甲丫中甲中甲甲2 = 鐾2 兽 舌舌舌舌舌舌舌舌ii i 舌i 圭女 十i + 一l i i + + v t i c 图31 4 表层沉积斯中各形态无机破含量分布囤 f i g u r e31 4 d i s t d b u t i o n o f i n o r g a m cc a r b o n s p e c i e s i n s u r f i t c a bs e d i m e n t iiii 圜 甲丫甲甲十甲甲2=皇篁兽4 。- 舌舌舌舌舌目舌击击女士去 圈31 5 表层沉积物中各形态克机碳所5 百分比 f i g u r e31 5p e r c e n t a g e o f i n o r g m i cc a r b o n s p 。器 0 8 6 4 2 0 8 6 4 2 0 一e一pcpou 季i砉吾础雠黜螂螂喜笔啡 表3 1 水和沉积物中无机碳形态相关性分析 t a b l e3 1t h ec o r r e l a t i o no f c a r b o nb e t w e e nw a t e ra n ds e d i m e n tp h a s e 表层沉积物中n a c l c 和n h 2 0 h h c i c 之间相关性较好，相关系数为0 7 6 2 2 。 n h 2 0 h h c l - c 和h c l c 之间呈较好的负相关，相关系数达0 7 3 4 8 。表层沉积物总无机碳与 n h 2 0 h h c l 一c 相关性最好，相关系数达0 9 1 2 1 ，其次为总无机碳与n a c l c 和n h 3 h 2 0 c ， 相关系数都在0 7 0 0 0 以上( 表3 1 ) 。 3 2 1 2 柱状沉积物中无机碳的形态分布 d h 一2 柱状沉积物中t i c 含量在lo 4 4 2 0 5 1m g g 之间，平均值为1 4 2 9 m g g 。其中n a c l - c 含量在o 8 牝1 3 m g g 之间，平均值为1 4 5 m g g ，占t i c 平均值的1 0 1 6 。n h 3 h 2 0 c 含量 在o 1 1 3 m g g 之间，平均值为1 4 5 m g g ，占t i c 平均值的1 0 1 6 。n a o h c 含量在 0 2 5 - 1 6 5 m g g 之间，平均值为0 6 6 m g g ，占t i c 平均值的4 6 1 。n h 2 0 h h c l c 含量在 2 2 8 1 3 2 8 m g g 之间，平均值为8 2 2 m g g ，占t i c 平均值的5 7 5 6 。h c l c 含量在 0 0 8 - 4 5 1 5 m g g 之间，平均值为2 5 0 m g g ，占t i c 平均值的1 7 5 1 。d h 2 柱状沉积物各形态 无机碳含量平均值排序为n h 2 0 h h c l 一c h c i c n h 3 h 2 0 c 、n a c i c n a o h c 。 d h 2 柱状样不同层位的t i c 含量波动较大( 图3 1 7 ) ，由深到浅t i c 有逐渐增加的趋势。 d h 2 站位2 0 c m 以上，t i c 的降低趋势与离石天沟较近，水动力条件不稳定，水沉积物界面 处扰动作用下的再悬浮有关。n a c l c 的含量由深层至表层无明显波动。n i