（自然地理学专业论文）长江口海区近百年沉积物中的生物硅记录及其对流域人类活动的响应.pdf

ad i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r sd e g r e e ，2 0 1 0 u n i v e r s i t yc o d e ： r e g i s t r a t i o nn u m b e r ：5 1 0 7 0 8 0 1 0 2 0 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y b i o g e n i cs i l i c ar e c o r di nt h ey a n g t z e e s t u a r i n es e d i m e n t s ：a r e s l 3 0 n s et ot h er e c e n th u m a na c t i v i t ya n de c 0 - m o d i f i c a t i o n 一 。 。 i nc a t c h m e n t c o l l e g e ：s c h o o lo fr e s o u r c e s & e n v i r o n m e n ts c i e n c e m a j o rf i e l d ：鱼! q 坠垒! h 垒旦g 曼垒望亟b 曼g i 旦垒! b 曼曼乜q 望墨曼 a d v i s o r ： 里! q 圣h q 里g y 旦旦里g h 曼驻 g r a d u a t e ：z h a o z h e n m a y , 2 0 1 0 华东师范大学学位论文原创性声明 郑重声明：本人呈交的学位论文长江口海区近百年沉积物中的生物硅记录及其对 流域人类活动的响应，是在华东师范大学攻读碍博士( 请勾选) 猢j j - - j ，在导师 的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。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：日期：加0 年乡月2 日 华东师范大学学位论文著作权使用声明 长江口海区近百年沉积物中的生物硅记录及其对流域人类活动的响应系本人在 华东师范大学攻读学位期间在导师指导下完成的硕士博士( 请勾选) 学位论文，本论文 的研究成果归华东师范大学所有。本人同意华东师范大学根据相关规定保留和使用此学 位论文，并向主管部门和相关机构如国家图书馆、中信所和“知网 送交学位论文的印 刷版和电子版；允许学位论文进入华东师范大学图书馆及数据库被查阅、借阅；同意学 校将学位论文加入全国博士、硕士学位论文共建单位数据库进行检索，将学位论文的标 题和摘要汇编出版，采用影印、缩印或者其它方式合理复制学位论文。 本学位论文属于( 请勾选) ( ) 1 经华东师范大学相关部门审查核定的“内部 或“涉密学位论文木， 于年月日解密，解密后适用上述授权。 ( ) 2 不保密，适用上述授权。 翩签名监筌本人签名盘蔓 加f o 年月2 e l “涉密”学位论文应是已经华东师范大学学位评定委员会办公室或保密委员会审定过的学位 论文( 需附获批的华东师范大学研究生申请学位论文“涉密”审批表方为有效) ，未经上 述部门审定的学位论文均为公开学位论文。此声明栏不填写的，默认为公开学位论文，均适用 上述授权) 。 赵真硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 张卫国教授华东师范大学河口所主席 王张华教授华东师范大学地理系委员 孙千里副教授华东师范大学河口所委员 华东师范人学2 0 1 0 届硕七学位论文 摘要 摘要 近几十年，长江流域物质输入发生很大变化。建坝使输沙量减少从而降低河口溶解 硅浓度，流域人类活动加剧导致了营养盐n 、p 的增加。物质输入的变化必然影响长江口 表层生产力的变化。从而对河口生态环境造成影响。本文通过生物硅指标，揭示人类活 动影响下长江口海区表层生产力的变化。 本研究利用长江口杭州湾外泥质沉积区获得的两个浅孔( c x 2 1 、c x 3 8 ) ，进行了2 1 0 p b 和1 3 7 c s 、粒度、生物硅、有机碳和有机氮含量分析，旨在揭示近百年长江入海物质变化 在沉积物中的纪录。依据两钻孔沉积物2 1 0 p b 和1 3 7 c s n 试结果一平均沉积速率分别为c x 2 1 s l o 9 4 c m y r 和c x 3 8 5 l 2 0 5 c m y r ，结合沉积物粒度一长江输沙量变化对比，确定了两孔 的年代模式。在此基础上，综合各指标，将两孔近百年沉积物从下向上分为4 个阶段。 i 、c x 2 1 孔1 0 0 7 0 c m 和c x 3 8 孔2 0 0 一1 2 5 c m ，对应于上世纪5 0 年代初以前的沉积物堆 积。沉积物含砂量较高，生物硅和有机质含量均较低。生物硅平均含量分别为0 7 6 和 0 6 4 ，有机碳平均含量分别为0 4 9 和0 5 0 ，有机氮平均含量分别为0 0 6 3 和0 0 6 6 ； 生物硅和有机碳、氮波动基本一致： i i 、c x 2 1 孔6 9 5 5 c m 和c x 3 8 孔1 2 4 9 5 c m ，可对应于十九世纪5 0 年代初- 6 0 年代初的堆 积。两孔沉积物颗粒较细，生物硅含量较高，c x 2 1 1 l 有机质较高，c x 3 8 5 l 有机质略高。 生物硅平均含量分别为0 8 7 和0 8 2 ，有机碳平均含量分别为0 5 6 和0 5 4 ，有机氮平 均含量分别为0 0 7 4 和0 0 6 9 ；生物硅和有机碳、氮波动在c x 2 1 孑l 仍基本一致，但在c x 3 8 孔有所分异； i l l 、c x 2 1 孔5 4 2 6 c m 和c x 3 8 孔9 4 5 5 c m ，可对应于十九世纪6 0 年代初- 8 0 年代中期的 堆积。两孔沉积物含砂量均较高，呈现两峰一谷：6 0 年代早中期一峰值，7 0 年代谷值， 8 0 年代早期一峰值，生物硅和有机质的平均含量都处于较低水平。两孔生物硅平均含量 分别为0 8 0 和0 6 5 ，有机碳平均含量分别为0 5 1 和0 5 0 ，有机氮平均含量分别为 0 0 6 5 和0 0 6 6 ；c x 2 1 $ l 中生物硅和有机碳、氮波动基本一致，c x 3 8 孑l 两者完全分异； i v 、c x 2 1 孑l 自2 5 c m 以上，c x 3 8 孑l 自5 4 c m 以上，相当于十九世纪8 0 年代中期以来长江 入海泥沙显著减少时期的堆积。两孔沉积物中含砂量显著减少，生物硅含量于8 0 年代后 期到9 0 年代前期迅速增加，自9 0 年代中后期以来基本维持在低值。c x 2 1 孑l 中有机碳、氮 的分布和生物硅波动基本一致，而c x 3 8 5 l 有机碳、氮的平均含量却持续增加，并在钻孔 表层达到全孔的最高值。本段生物硅平均含量分别为0 8 2 和0 7 1 ，有机碳平均含量分 别为0 6 0 和0 5 6 ，有机氮平均含量分别为0 0 6 8 和0 0 7 3 。 以上4 个阶段生物硅和有机碳、氮含量的变化可反映近百年来长江流域的自然和人 类活动过程，尤其是流域人类活动包括：水库截砂一入海溶解硅降低和近几十年来工农 l 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文摘要 业发展导致长江入海n 、p 营养盐物质输入的增加。 上世纪初至中叶，长江输沙量和营养盐的输入变化受人类活动干扰较小，长江口浮 游藻类以硅藻为主，两钻孑l 沉积物中生物硅和有机质含量基本一致，又由于表层海温较 低，从而导致生物硅和有机质含量均较低。 自上世纪5 0 年代以来，随着新中国成立，人口恢复增长，生产活动加快，流域人类 活动开始增强。但对河口生态环境开始出现明显影响的时期始于上世纪7 0 年代末，即改 革开放以后，入海溶解n 、p 开始增加，长江口外浮游藻类受到影响。1 9 8 5 年之后，随着 葛洲坝的建成，入海输沙量急剧减少，导致溶解硅下降，相反在工农业活动下，溶解n 、 p 浓度却急剧增加，所以本研究沉积物中生物硅自8 0 年代后期先呈现短暂高峰后显著降 低，而有机碳氮却持续上升，反映了营养盐增加时期，首先是硅藻的大量繁殖，但随着 溶解硅的消耗，硅藻类生物受到硅限制，过多的氮磷导致甲藻等其他有毒藻类繁殖。 不过上述现象出现在离长江口较近的c x 3 8 孑l ，在离长江口较远的c x 2 1 孑l ，上世纪8 0 年代末、9 0 年代初也出现了生物硅的短暂高峰，并在此后显著降低，但有机碳、氮基本 也呈同步变化，并未在表层出现高含量现象，反映了该孔所在位置有毒藻类的繁殖尚不 明显。c x 3 8 孑l 位于低氧区，而c x 2 1 孑l 在低氧区之外，前者水深较大，沉积物颗粒较细， 后者水深较浅，沉积物颗粒较粗，可能是造成上述差异的主要原因。 关键词：生物硅；2 1 0 p b ；1 3 7 c s ；粒度；有机碳氮；人类活动；生态环境 n 华东师范人学2 0 1 0 届硕士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n td e c a d e s ，m a t e r i a li n p u t so ft h ey a n g t z er i v e rb a s i nh a v ec h a n g e dd r a m a t i c a l l y d a mc o n s t r u c t i o nr e d u c e ss e d i m e n tl o a da n dt h ed s ic o n c e n t r a t i o no ft h ee s t u a r y h u m a n a c t i v i t i e sh a v ec o n t r i b u t e dt ot h ei n c r e a s eo fn u t r i e n tn a n dp c h a n g e so ft h em a t e r i a li n p u t c a ni n e v i t a b l ya f f e c tt h es e as u r f a c ep r o d u c t i v i t ya n dt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to ft h e y a n g t z ee s t u a r y i nt h i sp a p e r , b i o g e n i cs i l i c a i su s e dt or e v e a ls e as u r f a c ep r o d u c t i v i t y c h a n g e sa f f e c t e db yh u m a n a c t i v i t i e si nt h ey a n g t z ee s t u a r y i nt h i sp a p e r , t w ov i b r o c o r e s ( c x 2 1a n dc x 3 8 ) w e r eo b t a i n e df r o mt h em u d d ys e d i m e n t s o f ft h ey a n g t z ee s t u a r yt oe x a m i n ec h a n g e si ns e d i m e n ti n p u t sf r o mt h er i v e rb a s i n c o r e s e d i m e n ts a m p l e sw e r ea n a l y s i z e df o r2 1 0 p ba n d1 3 7 c s ，g r a i ns i z e ，b i o g e n i cs i l i c a ( b s i ) ， o r g a n i cc a r b o n ( t o c ) a n dn i t r o g e n ( 叫c o n t e n t c h r o n o l o g i c a ls e d i m e n tp a t t e r n so fa b o u t o n e h u n d r e dy e a r so ft h et w oc o r e sw e r ea c h i e v e do nt h eb a s i so fs e d i m e n t a t i o nr a t e sd e r i v e d f r o m2 1 0 p ba n d1 3 7 c st e s ta n da s s o c i a t e ds e d i m e n tl i t h o l o g y f o u rs e d i m e n ts t a g e so ft h ep a s t c e n t u r yc a n b ei d e n t i f i e da ss h o w nb e l o w ( b o t t o mu p w a r d ) ： s t a g ei c a nc o r r e s p o n dt ot h ec o r ed e p t h1 0 0 7 0 c mo fc x 2 1a n d2 0 0 - 1 2 5 c mo fc x 3 8 t h i ss e d i m e n ts t a g ei sc h a r a c t e r i z e db yt h eh i g hc o n t e n to fs a n da n dt h eg e n e r a ll o w so fb s i ， t o ca n dt n s e d i m e n t a t i o nr a t e ss u g g e s tat i m ep e r i o do fl a t e1 9 t hc e n t u r yt o1 9 5 0 s t h e a v e r a g eb s ic o n t e n t so ft h et w ov i b r o c o r e sa r e0 7 6 a n do 6 4 ，t h ea v e r a g et o c c o n t e n t s a r e0 4 9 a n d0 5 0 ，t h ea v e r a g et nc o n t e n t sa r e0 0 6 3 a n d0 0 6 6 ；b s if l u c t u a t e s s y n c h r o n o u s l yw i t ht o c a n dt n s t a g ei ic a nc o r r e s p o n dt ot h ec o r ed e p t h 7 0 - 5 5 c mo fc x 2 1a n d1 2 5 9 5 c mo fc x 3 8 t h i s s e d i m e n ts t a g ei sd e n o t e db yt h em a r k e d l yd e c r e a s eo ft h es a n dc o n t e n t ，a n dt h eg e n e r a lh i g h s o fb s i ，t o ca n dt n s e d i m e n t a t i o nr a t e so fv i b r o c o r e ss u g g e s tt h et i m ep e r i o do f 1 9 5 0 s 1 9 6 0 s t h ea v e r a g eb s ic o n t e n t sa r e0 8 7 a n d0 8 2 ，t h ea v e r a g et o cc o n t e n t sa r e 0 5 6 a n d0 5 4 ，t h ea v e r a g et nc o n t e n t sa r e0 0 7 4 a n d0 0 6 9 ；i nc x 2 1 ，b s if l u c t u a t e s s y n c h r o n o u s l yw i t ht o c a n dt n ，b u ti nc x 3 8 ，t h e yb e g i nt of l u c t u a t eu n s y n c h r o n o u s l y s t a g ei i ic a nc o r r e s p o n dt ot h ec o r ed e p t h5 5 2 5 c mo fc x 2 1a n d 9 5 - 5 5 c mo fc x 3 8 t h i s s e d i m e n ts t a g eo c c u r st h eh i g hc o n t e n to fs a n da n dt h eg e n e r a ll o w so fb s i ，t o ca n dt n s e d i m e n t a t i o nr a t e so ft h et w ov i b r o c o r e si n f e rt ot h et i m ep e r i o do f1 9 6 0 s 一1 9 8 0 s t h e a v e r a g eb s ic o n t e n t sa r e0 8 0 a n d0 6 5 ，t h ea v e r a g e t o cc o n t e n t sa r e0 51 a n d0 5 0 ， i 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文 t h ea v e r a g et nc o n t e n t sa r e0 0 6 5 a n d0 0 6 6 ；i nc x 2 1 ，b s if l u c t u a t e ss t i l ls y n c h r o n o u s l y w i t ht o ea n dt n ，b u ti nc x 3 8 ，t h e yf l u c t u a t eu n s y n c h r o n o u s l y s t a g ei vc a nb el i n k e dt ot h ec o r ed e p t h2 5 0 c mo fc x 2 1a n d5 5 - o c mo fc x 3 8 t h i s s e d i m e n ts t a g ec o r r e s p o n d st o1 9 8 0 s 一2 0 0 5 ，i nw h i c hs a n dc o n t e n th a ss i g n i f i c a n t l yr e d u c e d ， b u t ，b s ii n c r e a s e di nt h el a t e1 9 8 0 s 一1 9 9 0 sa n dl o w e da f t e rt h em i d 一1 9 9 0 s i nc x 2 1 ，t o ca n d t ns t i l lf l u c t u a t es y n c h r o n o u s l yw i t hb s i b u tt h ea v e r a g et o ca n dt nc o n t e n t so ft h e v i b r o c o r ec x 3 8r e a c h e dt h eh i g h e s ti nt h es e d i m e n tp r o f i l e t h ea v e r a g eb s ic o n t e n t so ft h e t w ov i b r o c o r e sa r e0 8 2 a n d0 7 1 ，t h ea v e r a g et o ec o n t e n t sa r e0 6 0 a n d0 5 6 ，t h e a v e r a g e c o n t e n t so ft na r e0 0 6 8 a n d0 0 7 3 f o u rp h a s e so fb s i ，t o ca n dt ni nt h ey a n g t z er i v e rb a s i no v e rt h ep a s tc e n t u r ym a y r e f l e c tt h en a t u r a l - h u m a na c t i v i t i e sp r o c e s s e s ，e s p e c i a l l yt h eh u m a na c t i v i t i e so fw a t e r s h e d ： d s id e c l i n e dt ot h es e aa f t e rt h ec o n s t r u c t i o n so fr e s e r v o i r , a n dt h en u t r i e n t sna n dp i n c r e a s e dt ot h ee s t u a r yw i t ht h ei n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a ld e v e l o p m e n tr e c e n ty e a r s f r o mt h ee a r l y2 0 恤c e n t u r yt o1 9 5 0 s ，h u m a na c t i v i t i e sm a d el e s si m p a c to ns e d i m e n t l o a da n dn u t r i e n ti n p u t s ，a n dd i a t o m sw e r em a i np l a n k t o n i ca l g a ei nt h ey a n g t z ee s t u a r y i n t h et w ov i b r o c o r e s ，b s iw e r ec o n s i s t e n tw i t ho r g a n i cm a t t e r o t h e r w i s e ，l o w e rs s t ( t h es e a s u r f a c et e m p e r a t u r e ) a s s o c i a t e dw i t hl o w e rn u t r i e n t s ，m a yr e s u l ti nl o w e rc o n t e n to fb s ia n d o r g a n i cm a t t e r a f t e r 1 9 5 0 s ，w i t ht h eg r o w t ho fp o p u l a t i o na n dp r o d u c t i o n ，h u m a na c t i v i t i e so f w a t e r s h e db e g a nt oi n c r e a s e ，a n dt h eo b v i o u sc h a n g e so fe s t u a r i n ee n v i r o n m e n tb e g a nf r o m t h el a t e1 9 7 0 s ，w h e nt h ed i n ，d i pb e g a nt o i n c r e a s e e s p e c i a l l y a f t e r1 9 8 5 ，w i t ht h e c o m p l e t i o no fg e z h o u b ar e s e r v o i r , d s id e c r e a s e db e c a u s eo fd r a s t i c a l l yr e d u c t i o no fs e d i m e n t l o a di n t ot h es e a o nt h e c o n t r a r y , w i t ht h es t r e n g t h e n i n go fi n d u s t r i a la n da g r i c u l t u r a l a c t i v i t i e s ，t h ed i n ，d i pi n c r e a s e dd r a m a t i c a l l y i nt h i ss t u d y , b s ip r e s e n t sh i g hc o n t e n ta tl a t e 1 9 8 0 st h e ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e s ，w h i l et o ea n dt nc o n t i n u et oi n c r e a s e ，r e f l e c t i n gt h a tw i t h t h ei n c r e a s eo fn u t r i e n t sd u r i n gt h ef i r s tp e r i o d ，t h el a r g ep o p u l a t i o no fd i a t o m sp r e s e n t ，b u t w i t ht h ec o n s u m p t i o no fd s i ，d i a t o m sa r es i l i c o n l i m i t e d t o om u c hn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s l e a dt ot o x i ca l g a es u c ha sh e t e r o c a p s ac i r c u l a r i s q u a m a t h i sp h e n o m e n o na p p e a r si nc x 3 8w h i c hi sc l o s e rw i t ht h ey a n g t z ee s t u a r y i nc x 2 1 ， w h i c hi sf a r t h e ra w a yf r o mt h ey a n g t z ee s t u a r y , b s ip r e s e n t sa p e a ka tt h el a t e8 0 s ，a n dt h e n d e c r e a s e s t o ea n dt nf l u c t u a t es y n c h r o n o u s l yw i t hb s i ，r e f l e c t i n gt h a tt o x i ca l g a lb l o o m h a v en o tb e e ns e r i o u sa tt h el o c a t i o na r e a v i b r o c o r ec x 3 8i si nt h eh y p o x i cz o n ew i t hl a r g e r w a t e r d e p t ha n df i n e rg r a i ns i z e ，w h i l ec x 2 1i sn o ti nt h eh y p o x i cz o n ew i t hs h a l l o w e rw a t e r i v 华东师范丈学2 0 1 0 届硕士学位论文 d e p t ha n dc o a r s e rs e d i m e n t s ，w h i c hm a y b et h em a i nr e a s o no ft h ed i f f e r e n c e k e yw o r d s ：b s i ；2 1 0 p b ；1 3 7 c s ；g r a i ns i z e ；t o ca n dt n ；h u m a na c t i v i t y ；e c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t v 华东师范大学2 0 1 0 届硕士学位论文目录 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章前言1 1 1 国内外研究现状2 1 1 1 水体中硅的分类。2 1 1 2 海洋硅循环概述及收支平衡2 1 1 3 生物硅的地球化学循环。5 1 1 4 生物硅与全球碳循环7 1 1 5 海湾和河口环境中生物硅的积累。7 1 1 6 沉积物中生物硅的测定j 8 1 2论文研究意义1 1 1 3本文研究内容、目的及创新点1 2 第二章研究区域概况1 3 2 1 长江流域概况1 3 2 1 1 重大人类活动简介1 3 2 1 2 长江径流量、输沙量的年内和年际变化1 3 2 2 长江水下三角洲概况1 5 2 3 东海海流特征1 7 2 4 近现代长江口及东海赤潮事件1 7 第三章实验分析方法2 0 3 1 样品采集2 0 3 2 仪器和试剂的配置2 1 3 3 分析方法2 2 3 3 1 测定2 p b 和1 3 7 c s 2 2 3 3 2 生物硅的测定2 4 3 3 3 粒度指标和测试步骤2 6 3 3 4 有机碳和有机氮的分析方法2 7 第四章实验结果2 8 4 12 1 0 p b 和1 3 7 c s 的测年结果2 8 4 2 沉积物粒度特征2 8 4 3 生物硅的含量特征3 0 v i 华东师范人学2 0 1 0 届硕十学位论文目录 4 4 有机碳和有机氮的测试结果3 1 4 5 生物硅、粒度、有机碳、有机氮间的关系3 2 4 6 本章小结。3 8 第五章讨论柱状沉积的年代模式3 9 5 1 柱状沉积物砂含量的特征3 9 5 2 近代长江流域输沙特征3 9 5 3 确定沉积物年代分段4 0 5 4 本章小结4 1 第六章生物硅记录的原因分析对流域人类活动的响应4 2 6 1 有机质的来源变化4 2 6 2 生物硅和有机质变化的原因分析4 3 6 2 1 长江口营养盐记录的变化4 3 6 2 2 长江口浮游植物的变化4 5 6 2 3 生物硅记录对流域人类活动的响应4 6 6 3 与同区域其它钻孔结果的对比。5 0 6 4 本章小结5 4 第七章结语5 5 7 1 主要结论5 5 7 2 不足与展望5 6 参考文献一5 7 j 雷记6 6 l 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文第一章前言 第一章前言 硅是岩石圈的主要组成元素( 约2 7 ) ，也是海洋系统中重要的生源要素。自然界 中的硅都是以化合态存在( a s t o n ，1 9 8 3 ) ：溶解二氧化硅( 主要以硅酸的形式存在) 、二 氧化硅( 主要包括石英、玻璃和蛋白石等) 、硅酸盐( 硅元素存在的主要形式，如长石、 云母、粘土矿物等) 。海洋中，硅的生物地球化学储库包括( s u s a n ，1 9 9 2 ) ：溶解二氧化 硅、颗粒态二氧化硅、生物硅、燧石、石英。 生物硅- ( b s i ) 主要来源于硅藻、放射虫和海绵骨针等，是硅的一种重要存在形式。海 洋表层水中的溶解硅被硅藻、硅鞭毛藻等浮游植物和放射虫等浮游动物吸收，进入硅质 有机体内，形成硅质介壳悬浮在水体中。硅质介壳在水体中溶解，最后沉降到海底形成 生物硅。但是，6 0 的硅质介壳在海水表层1 0 0 米内溶解再循环( n e l s o na n dg o r d o n ，1 9 8 2 ； n e l s o ne ta 1 ，1 9 9 1 ；n e l s o ne ta 1 ，1 9 9 5 ；t r e g u e re ta 1 ，1 9 9 5 ；n e l s o na n db r z e z i n s k i ，1 9 9 7 ) ， 剩下的介壳在水体转移过程中继续溶解，最终沉积物中只有很少一部分生物硅被保存， 约占表层生产总量的3 ( t r e g u e re ta 1 ，1 9 9 5 ；n e l s o ne ta 1 ，1 9 9 5 ) 。随着人类活动频繁， 营养盐n 、p 输入增加，导致硅藻产率增加，从而加速生物硅的沉积( s c h e l s k ea n ds t o e m e r 1 9 7 1 ) ，但是随着水体中溶解硅的消耗，硅藻生长最终受到硅限制( c o n l e y e ta 1 ，1 9 9 3 ) ， 生物硅沉积减缓。因而，生物硅沉积记录可以反映海洋表层水体生产力的时空变化( l y l e e ta 1 ，1 9 8 8 ) ，从而作为追踪古气候环境变化的有效手段( c h a r l e se ta 1 ，1 9 9 1 ；r o m e r oe t a 1 ，2 0 0 3 ；黄永健，2 0 0 5 ；r y ue ta 1 ，2 0 0 5 ；l e n ge ta 1 ，2 0 0 6 ) ，近年来被广泛地运用到海洋 沉积物中。 例如贾国东等( 2 0 0 0 ) 利用南海柱状样中生物硅沉积记录研究其古海洋意义，表明 生物硅的堆积与一系列变冷事件有好的对应关系，从而揭示冬季风的强化是对应关系的 内在原因；王汝建等( 2 0 0 7 ) 就南海第四纪的生源蛋白石记录，探讨了蛋白石含量和堆 积速率与东亚季风的关系，进而揭示了东亚冬季风和夏季风的不同驱动机制。 海洋中8 0 的溶解态硅源于河流的输入。在河口三角洲环境中，溶解态硅的移出和 生物硅的沉积成为活性硅埋藏的潜在区域。早期大多数分析测试结果表明，全球海洋硅 的8 3 沉积在深海，仅1 7 沉积在大陆架，而最近的研究认为，硅的总输出量中6 0 左 右沉积在深海，4 0 沉积在大陆架，这种偏差源自于早期过高估计了南半球海域生物硅 储存的速率，而过低估计了在大陆架的储存速率( d e m a s t e r 2 0 0 2 ) 。长江作为世界第三 大河，每年向东海输送大量的物质，其间会有一部分沉降在陆架区，故而对该区生物硅 埋藏的影响不可忽视。并且，长江受到自然过程和人类过程的双重影响，在入海口处形 成了规模巨大的现代三角洲沉积体系，高沉积速率及连续沉积使其成为进行高分辨沉积 记录研究的理想区域。 华东师范大学2 0 1 0 届硕十学位论文第一章前言 1 1 国内外研究现状 1 1 1 水体中硅的分类 硅在地壳中约占2 7 ，其中大多以硅酸盐形式存在。在物理风化和化学风化作用下， 岩石中，一部分硅酸盐转变成了天然水体中的悬浮颗粒态泥沙和粘土，即成岩硅；一部 分溶解在水体中成为营养盐，即溶解硅酸盐( c h i a k ii s a j i ，2 0 0 3 ) ；另一部分被浮游生物 吸收利用成为生物硅。硅在水体中以溶解态的硅酸形式、悬浮颗粒态的生物硅和成岩硅 形式存在( 图1 1 ) 。溶解硅酸盐( d s i ) 通常指易于被硅藻吸收的硅酸盐( 冯士榨等， 1 9 9 9 ) ，也称为活性硅酸盐，即可通过0 1 0 5um 微孔滤膜，并可用硅钼黄或硅钼蓝法 测定的低聚合度溶解硅酸盐。悬浮颗粒硅( p s i ) 包括生物硅( b s i ) 和成岩硅( l s i ) ， 其中，生物硅是用化学方法测定的无定形硅的含量，也称生物蛋白石或蛋白石，主要来 源于硅藻、硅鞭毛虫、放射虫等。除了水体中的悬浮颗粒态生物硅，生物硅通常也埋藏 于沉积物中。成岩硅是粘土矿物中所含的硅，在生物硅测定中，粘土矿物释放的成岩硅 干扰是主要的误差源。 水体l ，的砖( s i ) j 溶解薛酸盐d s i ) ，乍物硅( b s i ) 成? 碓( l s i ) 图1 1 硅在水体中的存在形态 1 1 2 海洋硅循环概述及收支平衡 世界海洋中硅的总含量约9 5 1 0 1 6 m o l ( t r e g u e re ta 1 ，1 9 9 5 ) 。海洋中硅的净输入有 三条途径：沉积物和岩石的化学风化，通过河流输入，占8 4 ；陆地表面，特别是沙漠 物质的大气沉降，占7 ；海底玄武岩侵蚀占6 ，热液喷发占3 。其中河流输送，是 海洋硅的主要来源。一般认为，在1 万年尺度内，世界海洋中溶解态硅酸的平均浓度是 恒定的。现代海洋中，硅酸在不同水体的分布受物理、化学、地质、生物过程的交互作 用控制，硅酸含量由硅在地质和生物循环间的平衡决定。硅的输出主要通过生物硅在深 海和沿海沉积物中的积累，只有很少一部分是参与了铝硅酸盐的形成( m i c h a l o p o u l o se t a 1 ，1 9 9 5 ) 。硅首先在表层储库中生产生物硅，其中一部分被输出进入深层储库，并最终 到达沉积物水界面，而由于此界面的溶解再循环作用，最后只有很少一部分生物硅被 2 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文 第一章前言 保存于海底。所以，硅的输入通量和输出通量是基本平衡的( 表1 - 1 ) 。 表卜l 海洋中s i 的收支估算( x1 0 1 2 m o l y r ) 注：图表资料来自：张欣泉，2 0 0 6 ( 引自：d e m a s t e r ，2 0 0 2 ) 。 水体中硅的浓度主要由硅的生物地球化学循环决定，即硅的地球循环和生物循环。 硅通过河流输入、海底热液喷发和玄武岩侵蚀、风的传输进入海洋，一部分溶解在水体 中，一部分被生物利用，还有一部分埋藏在大陆架和深海中，即为地球循环。溶解态硅 酸盐被硅藻等浮游生物吸收的同时，将硅的形态转变为悬浮颗粒态，浮游生物死亡后， 部分硅重新溶解为硅酸盐参与新的生物循环，这就是硅的生物循环。 3 华东师范大学2 0 1 0 届硕上学位论文第一章前言 地球上每年输入到海洋中的溶解硅酸盐达6 7 1 0 1 2 m o l 。其中河流输入5 6 1 0 1 2 m o l ，海底热液喷发输入o 2 1 0 1 2 m o l ，海底玄武岩侵蚀输入o 4 1 0 1 2 m o l ，大气环 流输入0 5 1 0 1 2 m o l ( 图1 2 ) ( t r e g u e re ta 1 ，1 9 9 5 ) 。 河流输入 气( 辨_ 人7e 沉降输入 最 图1 2 海洋中硅的地球循环( 引自：t r e g u e r e ta 1 ，1 9 9 5 ) 自然界中硅以溶解态或悬浮颗粒态进入河流。t r e g u e r 等( 1 9 9 5 ) 认为，全球范围 内河流的悬浮颗粒硅通量远大于溶解态硅通量，但颗粒硅溶解很慢，因此可忽略。c o n l e y ( 1 9 9 7 ) 认为虽然悬浮颗粒态硅溶解很慢，但其中的无定形硅溶解速率却大了5 个数量 级之多，而河流输送的无定形硅占总量的1 6 ，因此是全球海洋硅通量的重要组成部分， 并且就这种溶解速率而言，有可能参与有关生物化学循环。d e m a s t e r ( 2 0 0 2 ) 认为，沿 海环境中河流输入的无定形硅去向不稳定，若它们在大陆架被埋藏或转变为