【摘要】：硅與碳一樣在生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮著極為重要的作用。近幾十年來,人類活動的強度日益加強,諸如筑壩、氮與磷向水體的輸入量增加以及氣候變化等導(dǎo)致硅隨地表徑流的輸送過程與通量發(fā)生了顯著的改變,并進一步引發(fā)了河口與近岸生態(tài)環(huán)境的變化。硅循環(huán)及其環(huán)境效應(yīng)等方面的研究逐漸成為當前地球化學(xué)循環(huán)研究的熱點。然而,人們對于硅在河流的輸送及其在河口的行為以及硅循環(huán)的認識仍有許多不足,這使我們無法準確揭示人類活動影響下硅循環(huán)的基本規(guī)律、變化趨勢及生態(tài)環(huán)境效應(yīng)等。因此,綜合研究人類活動影響下大河流域與河口硅的遷移與轉(zhuǎn)化過程及硅循環(huán)對生態(tài)環(huán)境變化做出的響應(yīng)等對于揭示人類活動對近海生態(tài)系統(tǒng)的影響,加深硅生物地球化學(xué)循環(huán)的認識具有重要的意義,且屬于當前硅循環(huán)研究方面的關(guān)鍵的切入點。本研究以長江與黃河大河流域和長江口為重點研究區(qū)域,通過調(diào)查長江與黃河流域的活性硅(RSi)、顆粒有機碳(POC)及碳穩(wěn)定同位素(~(13)C)等參數(shù),著重分析了長江與黃河活性硅與顆粒有機碳的空間分布、來源與活性硅入海通量的季節(jié)性變化,并結(jié)合歷史資料,分析了活性硅由陸向海輸送過程中的主要受控因素以及生物硅中有機碳、氮(POC_(BSi),PON_(BSi))與碳穩(wěn)定同位素(~(13)C_(BSi))的指示作用。而后,通過分析長江口沉積物中活性硅、有機碳的數(shù)據(jù),并結(jié)合鉛210(~(210)Pb)測年與X-射線巖心掃描(XRF)的結(jié)果,探討了長時間尺度內(nèi)長江口沉積物中顆粒有機碳與活性硅的來源、組成、轉(zhuǎn)化與埋藏過程以及影響長江口活性硅與顆粒有機碳埋藏的主要因素。上述工作旨在加強對人類活動影響下河流硅輸送過程的認識,揭示河流物質(zhì)輸入變化對長江口硅循環(huán)的影響,以期為硅的陸-海循環(huán)及近海環(huán)境演變提供科學(xué)依據(jù)。本文主要結(jié)論如下:(1)長江與黃河RSi的組成存在顯著的差異,黃河下游水體中的溶解硅(DSi)濃度顯著低于長江,為長江的74%;而生物硅(BSi)濃度卻為長江的3倍;黃河BSi/(DSi+BSi)的比值為0.49,明顯高于長江的0.22。黃河下游水體中較高的BSi濃度與黃河水體中高的懸沙含量有關(guān)。長江RSi入海通量在豐水期、平水期與枯水期的分配比例為5.3:3.1:1.6,而黃河的比值為3.8:3.4:2.8;豐水期是長江物質(zhì)輸送的主要季節(jié),而調(diào)水調(diào)沙過程是黃河RSi入海通量集中的主要時期。近幾十年來,長江與黃河DSi年入海通量均發(fā)生了明顯的變化。流域氣候變化和筑壩導(dǎo)致的DSi濃度下降是影響長江DSi入海通量的主要因素。近些年,溫度升高提高了長江流域硅酸鹽的風化速率,DSi的產(chǎn)量得以增加,但流域水庫效應(yīng)所產(chǎn)生的DSi滯留從一定程度上抑制了風化作用對水體DSi通量的貢獻。自1985年至2001年,徑流量與DSi濃度降低的共同作用對黃河下游DSi通量下降的貢獻較大。(2)長江流域RSi濃度的分布受三峽大壩影響明顯,DSi濃度的分布呈現(xiàn)中下游略低于上游的趨勢,BSi在懸浮顆粒物(SPM)中的含量與懸浮顆粒濃度大致呈負相關(guān)關(guān)系。黃河流域DSi與BSi濃度的空間分布主要受控于流域的風化與土壤侵蝕過程,表現(xiàn)出與懸浮顆粒物含量相似的變化趨勢。長江干流POC多來源于土壤侵蝕后進入水體的陸生碳3(C3)植物生產(chǎn)的POC。對應(yīng)流域的土壤侵蝕對長江支流POC的貢獻較低。相對于長江,黃河懸浮顆粒物中的POC存在較高的陸源碳4(C4)植物組成。不過,黃河流域POC的空間分布受到了C3與C4植物POC貢獻差異與土壤侵蝕強度的共同影響,這與長江的情況有所不同。陸生高等植物產(chǎn)生的植硅體是長江與黃河懸浮顆粒物中BSi的重要來源,且與水體SPM的濃度密切相關(guān)。長江干流中、下游植硅體占水體生物硅的比重高于上游與支流,黃河BSi中可能存在較高比例的C4植硅體。由于賦存于土壤或巖石中的老化POC組成較高,導(dǎo)致黃河碳氮比(C/N,原子比)較低,且C/N與~(13)C的時空變化較弱。豐水期高的風化與侵蝕強度導(dǎo)致長江流域C/N與~(13)C值較低。長江與黃河POC_(BSi)對POC向海輸送的貢獻分別為0.28%與0.83%,說明生物硅圈閉碳對有機碳的由陸向海輸送貢獻有限。(3)在百年時間尺度上,長江口的陸源輸入、初級生產(chǎn)以及長江流域的風化過程均發(fā)生了明顯的變化。伴隨著陸源輸入、流域風化強度的下降與長江口初級生產(chǎn)逐漸增強等,長江口沉積物中顆粒有機碳的C/N比逐漸增加。除陸源輸入外,海洋硅藻的初級生產(chǎn)過程是決定沉積物中BSi含量的另一重要因素。長江口沉積物中的BSi礦化率與RSi礦化率均為0.52。陸源輸入是長江口沉積物中POC和BSi的重要來源,分別占沉積物中POC和BSi的44%-73%與16-83%。1980年后,長江口初級生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與組成的變化造成沉積物中的BSi埋藏速率相對于C發(fā)生了明顯的下降。三峽大壩筑壩對DSi的截留作用對長江口BSi埋藏效率的降低產(chǎn)生了一定的促進作用。A5-4與A6-6站位孔隙水中DSi向上覆水的釋放通量分別為316μmol/(m~2·d)與159μmol/(m~2·d)。根據(jù)A6-6的收支平衡,BSi與其他無定形硅(Amorphous)是長江口沉積物中RSi埋藏的主要形式。在埋藏過程中,RSi在沉積物中向自生成巖硅(Anth-Si)的轉(zhuǎn)化速率為20%,是活性硅在沉積物保存的重要途徑。本研究顯示河流筑壩等人類活動對河口物質(zhì)循環(huán)與埋藏的影響較為明顯,并可能改變河口區(qū)域硅與碳循環(huán)的原有規(guī)律,相關(guān)認識對于深入研究流域物質(zhì)循環(huán)與河口的生物地球化學(xué)過程研究具有重要的意義,并可為河流-河口相互作用與河口生態(tài)環(huán)境演變規(guī)律的認識提供新視角。
【學(xué)位授予單位】：自然資源部第一海洋研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X52

【參考文獻】

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1 韋欽勝;王保棟;陳建芳;夏長水;曲大鵬;謝琳萍;;長江口外缺氧區(qū)生消過程和機制的再認知[J];中國科學(xué):地球科學(xué);2015年02期

2 冉祥濱;于志剛;臧家業(yè);劉大海;車宏;鄭莉莉;;地表過程與人類活動對硅產(chǎn)出影響的研究進展[J];地球科學(xué)進展;2013年05期

3 趙軍凱;李九發(fā);戴志軍;閆虹;;枯水年長江中下游江湖水交換作用分析[J];自然資源學(xué)報;2011年09期

4 高凱;周志翔;楊玉萍;;長江流域土地利用結(jié)構(gòu)及其空間自相關(guān)分析[J];長江流域資源與環(huán)境;2010年S1期

5 時俊;劉鵬霞;;三峽蓄水前后長江口水域營養(yǎng)鹽濃度變化特征和通量估算[J];海洋環(huán)境科學(xué);2009年S1期

6 姜彤,蘇布達,王艷君,張強,秦年秀,施雅風;四十年來長江流域氣溫、降水與徑流變化趨勢[J];氣候變化研究進展;2005年02期

7 沈志良;膠州灣營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)的長期變化及其對生態(tài)環(huán)境的影響[J];海洋與湖沼;2002年03期

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1 辛明;長江口海域關(guān)鍵環(huán)境因子的長期變化及其生態(tài)效應(yīng)[D];中國海洋大學(xué);2014年

本文編號：2751501