【摘要】：陸架邊緣海作為生物硅(BSi)埋藏的潛在區(qū)域,在全球海洋硅(Si)循環(huán)中扮演著重要的角色,認(rèn)識(shí)控制沉積物中BSi溶解和埋藏的關(guān)鍵過程,對(duì)評(píng)價(jià)BSi作為古生產(chǎn)力和古環(huán)境變化的指標(biāo)具有重要作用。沉積物中BSi的溶解和埋藏是海洋Si循環(huán)的重要方面,且Si循環(huán)和碳循環(huán)關(guān)系密切。黃海和東海在近50年內(nèi)由于人類活動(dòng)頻繁,海洋環(huán)境發(fā)生了一系列的變化,例如富營養(yǎng)化程度加劇、活性硅酸鹽濃度降低、硅藻占整個(gè)浮游植物群落比例的下降和赤潮頻繁暴發(fā)等,因此Si的再生在黃、東海海域就顯的至關(guān)重要。掌握黃、東海Si循環(huán)的關(guān)鍵過程—沉積物中BSi的溶解和埋藏,有助于更好地認(rèn)識(shí)黃、東海Si循環(huán)。目前對(duì)黃、東海沉積物中BSi溶解過程的認(rèn)識(shí)非常匱乏。本論文以黃、東海沉積物中BSi為主要研究對(duì)象,針對(duì)黃、東海BSi的研究現(xiàn)狀,通過對(duì)2010～2011年間采集的沉積物中BSi、有機(jī)碳(OC)、總氮(TN)含量、間隙水中硅酸鹽濃度以及BSi溶解度、溶解速率常數(shù)進(jìn)行了分析,系統(tǒng)研究了黃、東海沉積物中BSi溶解和埋藏的影響因素,并估算了黃、東海Si的收支。主要研究結(jié)果如下：(1)黃海表層沉積物中BSi含量變化范圍為0.40～3.7%,平均值為2.2±0.79%,BSi含量整體上呈現(xiàn)近岸低,離岸增加的趨勢(shì),在北黃海和南黃海研究區(qū)域的泥質(zhì)區(qū)均各存在一個(gè)高值。東海表層沉積物中BSi含量在0.86-3.2%范圍內(nèi)波動(dòng),平均值為2.0±0.53%,BSi含量沒有明顯的變化趨勢(shì),整體上在浙閩沿岸海域以及臺(tái)灣東北部黑潮區(qū)具有高值,此外,在濟(jì)州島西南泥質(zhì)區(qū)海域也存在一個(gè)高值區(qū)。黃、東海表層沉積物中BSi的空間分布受水體無機(jī)硅酸鹽濃度、浮游與底棲硅藻以及沉積物粒徑空間分布的影響。黃、東海表層沉積物中BSi含量和OC、TN之間有顯著的相關(guān)性,并具有相似的空間分布特征。黃海表層沉積物中BSi/OC摩爾比值在0.26～4.2之間,平均值為1.1±0.55, BSi/TN摩爾比值在2.1-20之間,平均值為7.9±0.44。東海表層沉積物中BSi/OC摩爾比值在0.38～3.9之間,平均值為1.210.42, BSi/TN摩爾比值在2.7～23之間平均值為8.4±0.34,均大于Redfield比值以及黃、東海沉降顆粒物中BSi/OC、BSi/TN的摩爾比值,說明在黃、東海表層水體中生成的OC、TN和BSi在向深層水體輸送的過程中,OC和TN的降解速度遠(yuǎn)高于BSi的溶解速率,優(yōu)先參與再循環(huán)過程,導(dǎo)致BSi被更好的保存于沉積物中。黃海表層沉積物BSi的沉積通量在0.12～2.3 mol m-2 yr-1之間,平均值為0.85±0.65 mol m-2 yr-1,東海表層沉積物生物硅的沉積通量在0.11～19mol m-2 yr-1之間,平均值為4.3±0.93 mol m-2 yr-1,東海BSi的沉積通量要高于黃海。黃、東海表層沉積物中BSi沉積通量與沉積物中BSi含量以及孔隙度關(guān)系不大,沉積速率是影響B(tài)Si沉積通量的最主要因素。(2)黃、東海柱狀沉積物中BSi含量具有區(qū)域差異性,BSi含量的垂向分布記錄了近百年時(shí)間尺度上硅藻在浮游植物群落結(jié)構(gòu)中所占的比例以及數(shù)量的變化情況。黃海上覆水中硅酸鹽濃度的變化范圍為1.24～15.4μmol L-1,間隙水中硅酸鹽濃度變化范圍為19.2～453 μmol L-1,東海上覆水中硅酸鹽濃度的變化范圍為2.57～104 μmol L-1,間隙水中硅酸鹽濃度變化范圍為51.6～542 μmol L-1,黃、東海間隙水中硅酸鹽濃度隨沉積深度的變化具有差異性。沉積物中BSi含量、碎屑/BSi比值、沉積環(huán)境、BSi的溶解過程都會(huì)控制間隙水中硅酸鹽的分布。利用成巖模型計(jì)算了黃、東海沉積物—水界面硅酸鹽的交換通量,黃海沉積物—水界面硅酸鹽的交換通量變化范圍為23.60～2299 mmol m-2 yr-1,平均值為409.7±582.3 mmol m-2 yr-1,東海沉積物—水界面硅酸鹽的交換通量在17.50～538.3 mmol m-2 yr-1之間,平均值為283.4±191.9 mol m-2 yr-1。黃、東海均表現(xiàn)為沉積物向水體釋放硅酸鹽,是底層水體中硅酸鹽的重要來源,可以分別供給初級(jí)生產(chǎn)力需要Si的21.0%、15.5%,對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力有一定的貢獻(xiàn)。(3)黃海表層沉積物中BSi的溶解度變化范圍為124-287μmol L-1,BSi溶解速率以及比溶解速率常數(shù)分別在9.3～18.5 nmol g-1 h-1以及0.14～1.70 yr-1范圍內(nèi)變化。東海表層沉積物中BSi溶解度在213～357μmol L-1之間變化,BSi溶解速率常數(shù)和比溶解速率常數(shù)分別在14.9～56.6 nmol g-1h-1以及0.3～1.9 yr-1之間變化。黃海柱狀沉積物中BSi溶解度變化范圍為91～303μmol L-1之間,并隨深度的增加而減小。黃、東海沉積物中BSi溶解動(dòng)力學(xué)反應(yīng)級(jí)數(shù)m在1.0～4.0之間變化,BSi的溶解遵循非線性動(dòng)力學(xué)過程。沉積物中碎屑含量、間隙水中溶解態(tài)A1以及沉積硅藻的比表面積等因素都會(huì)影響黃、東海沉積物中BSi的溶解。黃、東海沉積物中陸源碎屑含量與世界其它海域相比處于較高水平。黃、東海沉積物中BSi的溶解速率卻要比世界其它海域低2-3個(gè)數(shù)量級(jí),黃、東海這種沉積環(huán)境更有利于BSi保存。(4)黃、東海Si收支結(jié)果表明,沉積物—水界面Si的再生量遠(yuǎn)高于河流的輸送量。黃海水體中產(chǎn)生的BSi總量約有15%最終保存于沉積物中,東海水體中產(chǎn)生的BSi有19%最終保存于沉積物中,要遠(yuǎn)高于黃海。黃、東海BSi的埋藏效率分別約為70%和80%,高于其它的陸架邊緣海,黃、東海的沉積環(huán)境更有利于BSi的埋藏。黃、東海BSi的沉積量分別占全球總BSi沉積量的5.1±3.5%以及9.4±7.8%,在全球海洋BSi的埋藏中占有重要的比重,對(duì)全球海洋Si循環(huán)的作用不容忽視。
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圖片說明： （Ｎｅｌｓｏｎ邋ｅｔ邋ａｌ．，１９９５；邋Ｌｉｕ邋ｅｔ邋ａＬ，邋２００８邋）�，F(xiàn)存的娃藻至少有２００個(gè)屬，大約有１０萬種之多，逡逑每一種都有自己獨(dú)特的介殼形態(tài)（秦亞超，２０１０）。s曛士牽ㄏ赴冢┓治舷鋁講悖㈠義媳揮謝∧にㄍ跡保玻�。娃藻并不薁孔连续或是某种恒定速挛g油飩緇肪持形展皰義纖嵫危ǎ櫻酰歟歟椋觶幔鑠澹幔睿溴澹鄭錚歟悖嶧保梗福保遣逶逑赴迥詰墓鶿嵫聞ǘ仁腔肪辰櫓手械膩義希常埃常擔(dān)氨�，经过细胞体脑懩同化作硬[緯賞拗氏赴凇９鷦逑赴泄鸕某粱⑸諳赴義涎返奶囟ㄊ逼冢ǎ校椋悖耄澹簦簦齲澹幔穡�，１９９１Ｕd澹櫻悖瑁恚椋洌澹保梗梗矗�。随着娃藻导{ぃ�，矚g洗油飩縹義鮮脹匏嵫危櫻椴歡顯諳赴迥詬患�，并伴藡倷褭澳沉积，通常脯F(xiàn)氏赴詰男緯曬絳楨義弦父魴∈鋇郊柑斕氖奔洌ǎ遙幔紓酰澹睿澹幔蹂澹澹簦幔�，邋２０００；菂T淺�，２０１０）。辶x希板邇懾澹幔睿脲澹歟澹恚穡歟蹂寤義嫌剩ⅲВ耄螅歟眨⒊В眨穡簦幔耄澹哄義希危義希懾危ǎ椋義稀鰣澹澹ㄥ澹ㄥ澹牽插逭糔Ｉ＇－邋Ｃｌ）邋）邐■邐＇Ｕｒｖｗ＂＂e�。。ｃｅP睿椋恚戾義希板義希卞喂悖蓿掊澹疲恚螅歟酰耄簀澹悖錚睿螅簦椋歟酰簦椋悖齲椋哄義希苠危澹蓿恚赍危ㄥ澹常麇澹ⅲ希洌媯鰲0；逡逑＼邐＼邐ｏｏｉｗｏｎＪｅｎｓａｉｉｏｆｉ邋ｍｅｃｍｉｓｎｉｓ逡逑Ｓｉ（ＯＨ、逡逑圖１－２超藻細(xì)胞娃化程度示意圖（Ｒａｇｕｅｎｅａｕ邋ｅｔａＬ，邋２０００）逡逑起藻吸收利用趕酸鹽的比吸收速率（Ｖ）和細(xì)胞比生長速率（Ｍ）都在某種程度上隨逡逑細(xì)胞內(nèi)娃酸鹽的升高而增加并遵圫Ｍｉｃｈａ
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