不同生境中生物硅的含量、组成及溶解过程

摘要

硅元素因其巨大的储量以及与碳循环的密切联系，成为陆海相互作用、区域生物地球化学循环与气候变化研究的关键元素。生物硅（BSi）是地表和水体中硅循环中的实际参与者，也是陆源硅向海洋输送的重要载体，其现存量、输送及转化机制是硅循环研究中的关键环节。本文选择四个代表性区域——北极新奥尔松地区、黄河口湿地、长江口、马来西亚河流，对不同生境内生物硅的含量、组成进行分析，并对生物硅在不同盐度水体中的溶解动力学过程进行了初步研究，旨在揭示不同温度带生物硅的组成、来源及溶解动力过程，为区域硅循环提供科学依据。主要结论如下：
　　(1)不同生境中的生物硅含量不同：北极新奥尔松地区表层土壤中，BSi的含量为5.60-9.97 mg/g，均值为7.56 mg/g；黄河口湿地表层土壤中，生物硅含量为2.48-19.3 mg/g，均值为9.91 mg/g；长江口地区，表层水体中生物硅含量为2.39-44.9μmol/L，均值为15.2μmol/L，B3和C5柱状样沉积物中生物硅均值分别为2.73 mg/g和3.86 mg/g；沉积物马来西亚河流近岸沉积物中，BSi含量为5.17-10.2 mg/g，平均含量为8.55 mg/g。BSi含量与分布具有一定的季节性和区域性，受地表植被、pH及土壤粒径等因素的影响。河口地区，BSi的含量与分布受海洋与河流的共同影响。
　　(2)长江口水体、沉积物及马来西亚河流沉积物中的活性硅不同程度地发生了反风化过程；长江口水体和马来西亚河流沉积物中生物硅的反风化现象并不明显，而长江口沉积物中约有28％的生物硅参与反风化过程。
　　(3)研究区域的生物硅颗粒主要由植硅体、浮游植物、海绵骨针构成，不同生境中不同形态生物硅的贡献比例不同。陆源生物硅(植硅体)是生物硅的主要贡献者，不同地区有不同的特征植硅体出现；部分河口区站位硅藻的贡献量较大。
　　(4)生物硅的形态观测结果显示，植硅体有明显的侵蚀痕迹，且含有大量硅藻碎片，反映了生物硅在输送过程中的溶解现象。此外，植硅体成分分析结果表明，除Si、O两种主要元素外，还有部分C、Al、K、Mg、Fe等元素，为植硅体参与自成岩反风化过程及碳封存作用提供了直接证明。此外，约占植硅体5%干重的碳被封存于热带地区河流沉积物的生物硅中。
　　(5)生物硅颗粒在不同盐度水体中的溶解趋势相同，均在培养初期大量溶解，其后比溶解速率急剧下降，最终维持在较为稳定的状态。在稳定状态下，盐度为5的培养体系中生物硅的溶出量和比溶解速率最大。

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第一章 绪论

1.1 硅的生物地球化学循环过程

1.2 生物硅的研究进展

1.3 本论文研究意义、目的及研究思路

第二章 实验部分

2.1 样品采集与保存

2.2 实验方法

2.3 仪器和试剂

第三章 不同生境中生物硅的含量及分布

3.1 北极新奥尔松地区生物硅的含量及分布

3.2 黄河口湿地土壤中生物硅的含量及分布

3.3 长江口生物硅的含量及分布

3.4 马来西亚半岛河流中生物硅的含量及分布

3.5 本章小结

第四章 不同生境中生物硅的形态与组成

4.1 北极新奥尔松地区生物硅的形态与组成

4.2 黄河口湿地土壤中生物硅的形态与组成

4.3 长江口水体及沉积物中生物硅的形态与组成

4.4 马来西亚半岛河流中的生物硅的形态与组成

4.5 本章小结

第五章 生物硅在不同盐度水体中的溶解过程

5.1 实验材料

5.2 生物硅的溶解过程

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

硕士期间完成的论文

致谢