長(zhǎng)江與黃河下游硅輸送的基本特征研究.pdf_第1頁(yè)
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1、硅是地殼中第二大組成元素,其生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程對(duì)地球生態(tài)系統(tǒng)有著重要作用;硅自陸地向海洋的輸送及其對(duì)海洋環(huán)境的影響是陸-海相互作用研究的關(guān)鍵領(lǐng)域,也是全球環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容。硅元素廣泛運(yùn)用于光收集、光催化、給藥、生物傳感器及吸附等方面,是一類重要的材料。相比于硅藻土,硅質(zhì)殼具有孔隙結(jié)構(gòu)完整、雜質(zhì)少等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),是硅生物化工領(lǐng)域研究的新的著力點(diǎn)。然而,人類活動(dòng)影響了極大地影響了全球硅循環(huán),并對(duì)海洋以硅藻為基礎(chǔ)的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響

2、,并可能對(duì)上述硅材料的獲取產(chǎn)生不利影響。因此,研究以硅為基礎(chǔ)的陸海硅循環(huán)是保證硅材料來(lái)源與穩(wěn)定的前提。河流輸入又是海洋外源性硅的主要來(lái)源,在其中大河一直扮演著至關(guān)重要的角色。溶解硅和生物硅是河流輸送硅的生物可利用部分,也是硅循環(huán)研究基礎(chǔ)參數(shù)。在水體富營(yíng)養(yǎng)化加劇以及河流硅含量和入海通量降低的當(dāng)前,海洋硅限制日益凸現(xiàn),對(duì)大河開(kāi)展硅輸送的研究具有非常重要的科學(xué)意義。本文以長(zhǎng)江和黃河為研究對(duì)象,以現(xiàn)場(chǎng)采樣、實(shí)驗(yàn)室分析和統(tǒng)計(jì)計(jì)算為技術(shù)手段,并結(jié)合

3、歷史數(shù)據(jù),分析河流中溶解硅和生物硅的分布特征、生物硅的組成、硅的變化規(guī)律和影響因素等,以期加深對(duì)大河硅輸送與結(jié)構(gòu)的基本認(rèn)識(shí),豐富區(qū)域硅循環(huán)的理論體系。主要結(jié)論如下:
  2013年5月至2014年5月長(zhǎng)江下游水體中溶解硅的濃度范圍為89.3~123.0μmol/L,平均值為102.0μmol/L;生物硅的濃度范圍為4.9~47.0μmol/L,平均值為21.3μmol/L,溶解硅和生物硅的濃度均低于世界河流的平均水平。溶解硅和生物

4、硅的濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)相一致,夏季高于冬季。長(zhǎng)江下游水體中BSi/(BSi+DSi)比值為0.16(0.05~0.32),表明生物硅是長(zhǎng)江向東海輸送生物可利用硅的重要組成部分。近50年來(lái),長(zhǎng)江下游水體中溶解硅的濃度呈明顯降低趨勢(shì),自1963年至2013年累計(jì)下降約68%。
  長(zhǎng)江下游水體中生物硅由植硅體、硅藻和海綿骨針3種形態(tài)構(gòu)成,其中植硅體占生物硅總量的比例為43.1%,硅藻占比為55.0%,海綿骨針僅占1.90%。長(zhǎng)江中的植

5、硅體主要來(lái)自禾本科植物,浮游硅藻主要為中心綱硅藻和羽紋綱硅藻。
  2013年5月至2015年1月黃下游水體中溶解硅的濃度介于31.0~121.3μmol/L之間,平均值為81.4μmol/L;生物硅濃度變化范圍在30.7~158.2μmol/L,平均濃度為70.0μmol/L。溶解硅和生物硅的濃度的季節(jié)變化趨勢(shì)相一致,豐水期相對(duì)較高。黃河水體中BSi/(BSi+DSi)比值為0.25~0.58,平均為0.41。與世界其他河流相比

6、,黃河水體中生物硅濃度較高,土壤中的生物硅是黃河向渤海輸送生物可利用硅的重要組成部分。自1986年以來(lái),黃河水體中溶解硅的濃度呈降低趨勢(shì);受流域內(nèi)自然過(guò)程和人類活動(dòng)對(duì)硅的滯留作用的影響,1986~2013年間約有29%的溶解硅因土壤侵蝕的減少而滯留在流域內(nèi)。
  黃河下游水體中生物硅由植硅體、硅藻和海綿骨針3種形態(tài)構(gòu)成,其中植硅體占生物硅總量的比例為50.3%,浮游硅藻占比為49.8%,海綿骨針僅占0.26%。黃河中陸地植硅體也是

7、主要來(lái)自禾本科植物,浮游硅藻中羽紋綱硅藻多為月形藻屬、異形藻屬和雙壁藻屬,中心綱硅藻多為小環(huán)藻屬和圓篩藻屬,個(gè)別月份觀察到小等刺硅鞭藻。
  可見(jiàn),黃河和長(zhǎng)江生物硅的結(jié)構(gòu)與組成極為相近,且近幾十年來(lái)溶解硅的含量和輸送通量都發(fā)生了顯著的降低。影響河流硅含量和組成的因素主要是由地表過(guò)程和人類活動(dòng),在其中人類活動(dòng)起到關(guān)鍵的作用;今后應(yīng)采用大流域的觀點(diǎn),從流域連續(xù)統(tǒng)的理論出發(fā),系統(tǒng)地研究地表過(guò)程與人類活動(dòng)對(duì)硅輸送的影響以及硅輸出減少的長(zhǎng)期

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