南大洋普里兹湾生物硅的生产、溶解、沉降及其保存机制研究

南大洋硅的生物地球化学循环关键过程- - 生物硅的产生、溶解、沉降及其保存机制与南大洋碳循环紧密相关，因而具有重要的科学意义。本项目研究以南大洋海洋上层水体和底部沉积物（沉积物-间隙水）为研究重点，通过同位素29Si示踪培养实验、通量模拟实验与现场实测相结合的方式- - 深入系统地研究特定海域上层水体- - 通过水柱沉降- - 到达底部沉积的硅生物地球化学过程、及其与相关环境因子的联系，从而将上层水体和底部沉积物记录密切联系起来- - 探索、研究上层水体生物硅的产生，通过生物泵、溶解泵等关键过程、及其最终的保存效率。我们将结合已有的研究成果，并与Weddell海和Ross海进行整合对比研究- - 这有助于我们正确估价南大洋硅质生物泵的作用和保存效率。我们能够、或有可能回答：是什么关键过程控制了南大洋普里兹湾生物硅的溶解及其可能的保存机制？在什么条件下沉积物中生物硅含量可以成为上层水体中初级生产力的灵敏指示？

本项目自2011年启动至今主要依托中国第27-29次南极科学考察航次，以及历史调查数据系统地开展了该海区生物硅循环的关键过程及一系列的特征研究。到目前为止根据项目计划书指标，本研究已经完成了计划任务，共完成相关内容的研究论文16篇。获取的主要成果如下：.1．获取了根据不同年份普里兹湾表层水体中PBSi的含量与分布变化数据，并分析了相关控制因素。利用不同方法获取表层水体中生物硅的生产速率，估算出的结果相近。结合现场硅稳定同位素培养实验获得的结果表明，生物硅在表层生产后仅有少部分发生溶出，而在随后的向更深层的200m水体输送过程中已经发生了大量的溶出，占表层生产的64%。.2．生源组分是普里兹湾深层水体中颗粒物的主要组成，其中又以生物硅通量为主。生源物质的通量主要受上层水体浮游植物生长的影响，呈现明显的季节性变化并与气候变化有密切的响应。表层生产的生物硅在沉降到沉积物之前已经有76%发生溶出。由于普里兹湾湾内表层水体中生产的生物硅在200m以内的水体以及发生了大规模的溶出（64%），在200m以下水体输送过程中虽然溶出继续，但是其程度明显小于上层水体。.3.在普里兹湾沉积物-海水界面生物硅快速溶出是主要过程，使得间隙水中硅酸盐快速富集。普里兹湾间隙水中硅酸盐Cd的平均值明显低于实验室获取的溶解度。表层沉积物生物硅的溶出速率要高于深层沉积物。沉积物中生物硅的保存效率存在很明显的空间差异。湾内陆架区真光层输出通量虽然略低于湾内冰间湖区域，但是生物硅在水体输送以及最终的沉积埋葬过程中具有很好的保存效率，因此也使得该区域沉积物中生物硅的含量为普里兹湾最高的区域。.4.普里兹湾沉积物中生物硅的最终保存不仅与上层水体硅藻的初级生产有关，同时还受到沉降以及埋中的保存机制控制。表层沉积物中粘土矿物以及Al对沉降到海底的生物硅的保存有着重要的影响，此外沉积速率以及生物扰动对普里兹湾生物硅的早期成岩过程以及最终保存也有实质性及潜在性的的影响。.5.普里兹湾生物硅收支平衡估算结果显示，在普里兹湾上层水体中生物硅年生产速率高于Treguer等人的报道中南大洋平均的年生产力。真光层生产的生物硅的输出通量与整个南大洋的平均输出通量相比较为接近。在完成沉积物-海水界面的早期成岩转化过程后，埋葬的生物硅接近于南大洋平均保存效率。