植硅体在河流硅输送中的作用

高等植物产生的植硅体在土壤内累积，是陆地硅循环中重要的硅的储库，在全球硅的生物地球化学循环中起着重要作用。本课题以河流中植硅体为中心，通过野外调查和室内分析，利用无损分析与化学提取等技术手段，着重分析黄河干支流和河口水体中植硅体的时空分布格局，分析黄河沿岸土壤中植硅体的含量及对黄河植硅体输送的影响，估算黄河植硅体入海通量，进而分析其对黄河硅输送的影响。本研究着眼陆海相互作用研究，将植硅体纳入到地表水体硅循环系统，水文、化学、地质等多学科交叉，强调定点观测和流域调查，率先开展黄河流域-河口植硅体研究，开辟流域硅循环综合研究新途径。

本研究的重点任务是着重分析黄河干、支流水体中植硅体的时空分布格局，分析黄河沿岸土壤中植硅体的含量及对黄河植硅体输送的影响，估算黄河植硅体入海通量，进而分析其对黄河硅输送的影响。根据项目任务书要求，项目共执行三个年度（2012-01~2014-12）。在研期间，项目组共进行了黄河流域综合调查1次（自青海贵德至山东利津），黄河利津水文站综合调查12次，以及黄渤海综合调查2次；以外，项目组利用浙江秦山核电邻近海域综合调查的机会，在途经的江阴河段采集了12个月份的长江水样，并利用合作研究的机会获得了长江口、彭享河（马来西亚）和北极黄河站等地的样品。目前已完成论文12 篇，发表或接收论文共9 篇，其中SCI 收录4 篇，主要成果即将发表在《SCIENCE CHINA: Earth Sciences》上，待发表论文3篇（SCI），待完成论文2篇（SCI）；已培养硕士生3名，在读硕士生2名。主要结论如下：黄河中溶解硅浓度自1986年来明显下降；约有34%的溶解硅因土壤侵蚀的减少而滞留在黄河流域。来源于高等植物的植硅体占河流生物硅的67.2 % ~ 96.3 %，并以平滑棒形为主要形态。黄河生物硅浓度普遍高于世界其他河流，这表明黄河悬浮物携带的生物硅是河流所输送硅的一个重要组成部分。黄河中相对较高的生物硅含量反映了黄河流域浑浊度与土壤侵蚀程度较高；源自黄土高原巨大的泥沙通量可能是导致黄河中生物硅含量较高的原因，这与世界河流系统生物硅通量随产沙模数增大而增加的趋势相一致。在黄河口外的渤海沉积物中的生物硅也主要由植硅体所构成，平滑棒形同样是其主要的形态。长江的生物硅组成与黄河略有不同，植硅体贡献了其生物硅的43.1%，显著低于黄河。尽管与世界已有数据相比，长江硅藻类生物对生物硅的组成的贡献最高，占55.0%，但响应面分析显示大部分河流输送的溶解硅来源于流域中的土壤，水体中浮游植物对溶解硅含量的影响有限。本研究表明，由河流输送的生物硅一部分是由来源于表层土壤侵蚀的植硅体所构成，其构成了近岸水域硅生物地球化学循环的重要部分。课题以河流典型区域为重点，以生物硅的组成、来源与控制机制为创新点，剖析了高浑浊河流硅的分布、形态、迁移和转化规律及河流连续统硅滞留的控制机制，估算陆源生物硅形态和通量，强调地表过程与人类活动对硅输出的影响，初步建立了大河硅输送的框架体系。