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胶州湾中生物硅的研究

叶曦雯  
【摘要】: 生物硅(BSi)的积累反映了生产力的长期和空间变化,它同时和全球C循环有着密不可分的关系。生物硅在整个海洋硅循环中占有重要地位。在过去的40年中,营养盐结构的变化已经引起胶州湾生态环境的巨大变化。胶州湾浮游植物生长Si限制的问题正日益得到人们的重视,Si循环的研究亟待开展。本文在现有的沉积物中生物硅的测定方法上做了一些条件对比,选定了一较适合低生物硅含量样品测定的方法条件。在此基础上,对胶州湾沉积物中的BSi含量进行了测定,同时测定了4个航次胶州湾水体中的颗粒态生物硅(PBSi)含量,结合BSi培养实验较系统地讨论了胶州湾生物硅与浮游生物、营养盐和有机碳之间的关系。对胶州湾BSi的循环进行了初步探讨。 生物硅测定方法条件对比实验结果表明,不同的固液比对提取结果影响很大,为使结果稳定和具有较好的可比性,实验中样品的称量量要求固液比选择在1.25-5g/L范围。提取过程中的吸附损失和是否离心对结果影响较小。对低含量样品的测定,粘土矿物的校正是必不可少的。采用本文的测定方法,对生物硅高含量样品的测定结果:生物硅(以Si计)百分含量为3.46±0.05%(n=5),相对标准偏差为15.8‰。低含量样品测得结果:生物硅百分含量为0.238±0.004%(n=5),相对标准偏差为18.8‰。方法精密度较高,即使是对于BSi含量很低的样品(<1%)仍有很好的适用性。采用本文方法测定的4个国际互校样,结果在给出范围内。 对胶州湾分别于2001年8月和10月进行了4次大面调查和16个周日的连续观测,测定了SiO_3~(2-)和PBSi含量。沉积物样品分别采自2001年8月、11月和2002年9月。 对胶州湾夏季和秋季海水中的溶解态SiO_3~(2-)和枯、丰水期周边河流输送的SiO_3~(2-)调查指出,受周边河流输入的影响,胶州湾的西部沿岸和东北角SiO_3~(2-)含量普遍较高,中部和湾口地区浓度低。季节变化上,秋季含量较夏季高,与水体中的浮游生物量相关。潮汐对该区SiO_3~(2-)含量变化有较大影响。胶州湾周围主要入海河流及污水排放输送的SiO_3~(2-)入海量达到了28.67×10~4mol/d。 胶州湾颗粒态生物硅的含量介于0.08-5.38μmol/L,平均为1.96μmol/L。在 胶州湾中生物硅的研究 平面分布上,湾北部和东北部PBSi含量始终较高,中部则相对为低,湾内近岸 海域常形成高值区。表层沉积物中Bsi的含量l%,高值区分布在湾的北部。中 部及湾口地区BSi含量相对较低。沉积物柱状样分析的结果表明,生物硅在沉积 物中的积累很好的反映了富营养化对上层水体中浮游生物(初级生产力)生长造 成的变化,记录了胶州湾周边环境的变迁对生态系统的影响。 水体和沉积物中生物硅含量与浮游植物总量、硅藻生物量、有机碳表现为正 相关。与同期营养盐数据结合分析表明,海区营养盐变化对生物硅含量影响显著。 水体和沉积物中Si/C、C闪比值的差异显示有机碳的循环比生物硅快,而有机N 组分的循环又比有机C快。 生物硅培养实验证明:PBSi和水体中的浮游植物量有着密切的关系,用它 可以反映水体中的初级生产力。PBSi同时也记载了营养盐浓度及结构的变化对 藻类生长的影响。PBSi与有机C的相关关系进一步表明生物硅的研究和全球C 循环有着密不可分的关系。 结合沉积物现场培养实验测定的si仇2一在沉积物一水界面的交换通量对胶州 湾生物硅的循环进行了初步分析,胶州湾表层海水中生物硅的最大净生产力为 4.24士O,37 mmolsi/mZ/d。表层海水中硅藻细胞吸收溶解态硅转化成颗粒态生物硅 的量绝大部分在沉降过程中溶解重新进入了海洋,最终在沉积物中埋藏的量只占 了表层海水中生物硅净产量的15%左右。沉积物中生物硅再生的量占了生物硅沉 积量的约39%。


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