長江與黃河下游硅輸送的基本特征研究.pdf

1、硅是地殼中第二大組成元素，其生物地球化學循環(huán)過程對地球生態(tài)系統(tǒng)有著重要作用；硅自陸地向海洋的輸送及其對海洋環(huán)境的影響是陸-海相互作用研究的關鍵領域，也是全球環(huán)境變化研究的重要內(nèi)容。硅元素廣泛運用于光收集、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，硅質殼具有孔隙結構完整、雜質少等獨特優(yōu)勢，是硅生物化工領域研究的新的著力點。然而，人類活動影響了極大地影響了全球硅循環(huán)，并對海洋以硅藻為基礎的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠的影響

2、，并可能對上述硅材料的獲取產(chǎn)生不利影響。因此，研究以硅為基礎的陸海硅循環(huán)是保證硅材料來源與穩(wěn)定的前提。河流輸入又是海洋外源性硅的主要來源，在其中大河一直扮演著至關重要的角色。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)研究基礎參數(shù)。在水體富營養(yǎng)化加劇以及河流硅含量和入海通量降低的當前，海洋硅限制日益凸現(xiàn)，對大河開展硅輸送的研究具有非常重要的科學意義。本文以長江和黃河為研究對象，以現(xiàn)場采樣、實驗室分析和統(tǒng)計計算為技術手段，并結合

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，以期加深對大河硅輸送與結構的基本認識，豐富區(qū)域硅循環(huán)的理論體系。主要結論如下：
　　2013年5月至2014年5月長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)變化趨勢相一致，夏季高于冬季。長江下游水體中BSi/(BSi+DSi)比值為0.16（0.05~0.32），表明生物硅是長江向東海輸送生物可利用硅的重要組成部分。近50年來，長江下游水體中溶解硅的濃度呈明顯降低趨勢，自1963年至2013年累計下降約68％。
　　長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%。長江中的植

5、硅體主要來自禾本科植物，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)變化趨勢相一致，豐水期相對較高。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，黃河水體中溶解硅的濃度呈降低趨勢；受流域內(nèi)自然過程和人類活動對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，個別月份觀察到小等刺硅鞭藻。
　　可見，黃河和長江生物硅的結構與組成極為相近，且近幾十年來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程和人類活動，在其中人類活動起到關鍵的作用；今后應采用大流域的觀點，從流域連續(xù)統(tǒng)的理論出發(fā)，系統(tǒng)地研究地表過程與人類活動對硅輸送的影響以及硅輸出減少的長期