福建山美水庫(kù)表層沉積物不同形態(tài)硅分布特征及其環(huán)境意義

易成國(guó)，郭沛涌，2*，路 丁，2，陳佳美，滕 聰，王亞茹（.華僑大學(xué)化工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，福建 廈門 3602；2.華僑大學(xué)環(huán)境與資源技術(shù)研究所，福建 廈門 3602）

福建山美水庫(kù)表層沉積物不同形態(tài)硅分布特征及其環(huán)境意義

易成國(guó)1，郭沛涌1，2*，路 丁1，2，陳佳美1，滕 聰1，王亞茹1（1.華僑大學(xué)化工學(xué)院環(huán)境科學(xué)與工程系，福建 廈門 361021；2.華僑大學(xué)環(huán)境與資源技術(shù)研究所，福建 廈門 361021）

采用Tessier連續(xù)提取法研究了亞熱帶典型山區(qū)深水水庫(kù)-福建泉州山美水庫(kù)沉積物中不同形態(tài)硅（可交換離子態(tài)硅［IEF-Si］、碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅［CF-Si］、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)硅［IMOF-Si］和有機(jī)硫化態(tài)硅［OSF-Si］）的時(shí)空分布特征及其環(huán)境意義.結(jié)果表明，山美水庫(kù)平水期、豐水期、枯水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量分別為3043.50～4414.24，2711.17～3676.89，3198.44～4444.28mg/kg，平水期＞枯水期＞豐水期；其空間分布特征為:庫(kù)尾區(qū)＞水庫(kù)中部區(qū)＞近壩區(qū)＞入庫(kù)區(qū).該水庫(kù)中IEF-Si和CF-Si相對(duì)含量少，活性大.雖然可交換態(tài)硅的含量較少，其釋放潛能有可能對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)狀況及初級(jí)生產(chǎn)產(chǎn)生影響；CF-Si對(duì)環(huán)境因子尤其是pH值特別敏感；IMOF-Si和 OSF-Si相對(duì)含量高，IMOF-Si可能是山美水庫(kù)硅補(bǔ)充的最主要途徑；而OSF-Si是比較穩(wěn)定形態(tài)的硅，其分布規(guī)律與受不同時(shí)期沉積下來(lái)的沉積物類型和環(huán)境影響有關(guān).平水期、豐水期CF-Si與IMOF-Si呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.728；P＜0.05，r=0.672），豐水期、枯水期IMOF-Si與OSF-Si均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P =0.05，r=0.757； P ＜0.01，r=0.832）.

山區(qū)深水水庫(kù)；表層沉積物；硅形態(tài)；時(shí)空分布

硅（Si）作為幾乎所有母質(zhì)都含有的元素， 是大多數(shù)土壤的基本成分［1］，也是多種作物正常生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素［2］，同時(shí)是水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)中重要的營(yíng)養(yǎng)鹽.硅在水庫(kù)水環(huán)境中的賦存、遷移和轉(zhuǎn)化等過(guò)程對(duì)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)力具有重要意義.自然條件下，硅輸入海洋后，經(jīng)浮游植物吸收，當(dāng)浮游植物死亡，硅隨之沉入海底，在水體中幾乎沒(méi)有硅再生過(guò)程［3-4］.因此，硅可能也是水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)的限制性因子，控制水庫(kù)的初級(jí)生產(chǎn)力水平.水體中的營(yíng)養(yǎng)鹽硅缺乏及其與氮、磷之間的比例失調(diào)會(huì)導(dǎo)致浮游植物群落由硅藻向藍(lán)藻演替［5-6］，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化.

沉積物是水庫(kù)環(huán)境中硅的重要儲(chǔ)庫(kù)，其對(duì)上覆水中營(yíng)養(yǎng)鹽硅的“源/匯”效應(yīng)在整個(gè)水庫(kù)生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)的生物地球化學(xué)循環(huán)過(guò)程中扮演著重要角色.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)有很大部分來(lái)源于沉積物與上覆水之間的物質(zhì)交換［7-8］.有研究表明，“滯留效應(yīng)”導(dǎo)致的氮、磷損失可能被流域面源的輸入而抵消.而硅主要來(lái)自流域巖石的侵蝕過(guò)程，沒(méi)有外源輸入機(jī)制可以補(bǔ)償水體中由于硅藻吸收造成的可溶解態(tài)硅的減少，所以流域?qū)λw中的硅常產(chǎn)生明顯的“滯留”效應(yīng)［9-11］.當(dāng)外源營(yíng)養(yǎng)硅被控制時(shí)，沉積物營(yíng)養(yǎng)鹽硅的季節(jié)性釋放成為水體中可溶性硅酸鹽的主要來(lái)源［12］.雖然大量的硅存在于水體沉積物中，但是參與到生物地球化學(xué)循環(huán)的量可能僅占其總量的一小部分，這就可能導(dǎo)致水域硅的虧損.目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于硅的研究主要集中在河流、海洋和湖泊［13-14］.對(duì)于水庫(kù)沉積物硅的研究較少，且?guī)缀跫性谏锕韬蛦我毁x存形態(tài)硅［15-16］，而亞熱帶山區(qū)深水水庫(kù)沉積物中硅的研究鮮有報(bào)道.本文以亞熱帶典型山區(qū)深水水庫(kù)泉州山美水庫(kù)為例，通過(guò)對(duì)山美水庫(kù)沉積物中不同形態(tài)硅分布特征的研究，探討不同形態(tài)硅之間的相關(guān)性，揭示不同形態(tài)硅的環(huán)境生物地學(xué)化學(xué)意義，為硅在水庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化及初級(jí)生產(chǎn)的作用研究提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

山美水庫(kù)位于泉州晉江東溪中游南安碼頭鎮(zhèn)山美村，周圍群山環(huán)抱，是省水利廳管轄?zhēng)烊葑畲蟮乃畮?kù).水庫(kù)集雨面積1023.00km2，總庫(kù)容3.27億m3，實(shí)時(shí)蓄水位88.54m.山美水庫(kù)年平均出庫(kù)水量為8.97×108m3，全年水深15.30～46.60m，平均水深34.15m，年平均氣溫（17.0～20.0）℃，主要植被類型為次生常綠闊葉林為主，主要土壤是紅壤和赤紅壤，是典型的亞熱帶山區(qū)深水水庫(kù).山美水庫(kù)主要污染源來(lái)自桃溪中游約9.00km永春縣城的工業(yè)和生活廢水.雖然經(jīng)過(guò)不斷治理，但仍呈現(xiàn)出富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì)［17］.山美水庫(kù)從入庫(kù)、水庫(kù)中部區(qū)至出庫(kù)的表層水體，除pH值外，DO、CODMn和BOD5濃度呈遞減趨勢(shì)［18］.

1.2 樣品采集

根據(jù)山美水庫(kù)庫(kù)區(qū)的形態(tài)特征，分別于2012年3月（平水期）、7月（豐水期）、11月（枯水期）在山美水庫(kù)的入庫(kù)區(qū)、庫(kù)尾區(qū)、水庫(kù)中部區(qū)和近壩區(qū)共選取了具有代表性的9個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）.其中，S1、S2位于水庫(kù)入庫(kù)區(qū)，S3、S4位于庫(kù)尾區(qū)，屬于閉合區(qū)域，緊鄰九都鎮(zhèn)居民區(qū).S5、S6、S7即水庫(kù)中部，S8、S9位于近壩區(qū).采樣過(guò)程中，用GPS導(dǎo)航儀定位，利用彼得遜采泥器采集9個(gè)點(diǎn)的表層0～30cm沉積物，置于聚乙烯袋中帶回實(shí)驗(yàn)室于-20℃下保存?zhèn)溆?

圖1 山美水庫(kù)采樣站位示意Fig.1 Sampling sites in Shanmei Reservoir

1.3 樣品處理與測(cè)定

采集后的水庫(kù)沉積物樣品經(jīng)冷凍干燥后，挑去石粒等異物，用玻璃研缽研磨，過(guò)50目篩，密封于自封袋中，將標(biāo)記好的樣品連同自封袋一起置于干燥皿中保存.不同形態(tài)硅參照Tessier連續(xù)提取法［19］的操作步驟提取.

可交換態(tài)硅（IEF-Si）：稱取樣品0.8g，加入20mL氯化鎂1mol/L，攪拌后連續(xù)振蕩1h（轉(zhuǎn)速200r/min），再離心15min（5000r/min），快速取0.2mL上層清液于25mL比色管中定容.

碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅（CF-Si）:用去離子水洗滌上一步驟的殘余物，再加入20mL醋酸鈉1mol/L，于pH5.0下，連續(xù)振蕩5h，再離心15min（5000r/min），快速取0.2mL上層清液于25mL比色管中定容.

鐵錳氧化態(tài)硅（IMOF-Si）:用去離子水洗滌上一步驟殘余物，再加入20mL鹽酸羥胺-醋酸0.04mol/L，再96℃下水浴恒溫4h，間歇攪拌，離心15min （5000r/min），快速取0.2mL上層清液于25mL比色管中定容.

有機(jī)硫化態(tài)硅（OSF-Si）:用去離子水洗滌上一步驟殘余物，再加入3mL硝酸0.02mol/L、5mL 30% H2O2，控制pH 2，（85±2）℃水浴恒溫2h，間歇振蕩.再加入3mL30% H2O2，控制pH 2，再恒溫3h，并間斷的振蕩.冷卻后，加入5mL醋酸銨3.2mol/L，用20%（V/V）硝酸稀釋到20mL，振蕩30min.離心15min（5000r/min）后，取0.2mL上層清液于25mL比色管中定容.根據(jù)硅鉬藍(lán)比色法［20］測(cè)定各形態(tài)硅的含量.

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)利用origin8.0，SPSS18.0，excel2003等軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 平水期表層沉積物不同形態(tài)硅的分布特征

如圖2所示，泉州山美水庫(kù)平水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量為3043.50～4414.24mg/kg，各個(gè)區(qū)域中硅的總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū).可交換態(tài)硅平均含量為200.31mg/kg，其分布水平整體上相差不大，入庫(kù)區(qū)、庫(kù)尾區(qū)、庫(kù)中區(qū)和近壩區(qū)含量分別約占5.22%、4.86%、4.76%和4.08%，其含量最大值在S2采樣點(diǎn)，而最小值在S7采樣點(diǎn).碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅的平均含量為384.17mg/kg，近壩區(qū)含量最高，平均比重占硅總含量約12.45%，入庫(kù)區(qū)、庫(kù)尾區(qū)和庫(kù)中區(qū)碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅分別占硅總含量約4.23%、11.91%和9.53%.不同形態(tài)硅中以鐵錳氧化態(tài)硅為主，該形態(tài)硅含量為1561.01～ 2210.14mg/kg，占硅總含量的42.61%～51.91%.有機(jī)硫化態(tài)硅的平均含量為1464.75mg/kg，占硅總含量的比重42.87%～47.66%，其含量在庫(kù)中部最高，庫(kù)尾區(qū)居第2，入庫(kù)區(qū)最低.

圖2 平水期不同形態(tài)硅含量Fig.2 The concentrations of different silicon forms in surface sediments during normal water period

2.2 豐水期表層沉積物不同形態(tài)硅的分布特征

如圖3所示，泉州山美水庫(kù)豐水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量在2711.17～3676.89mg/kg之間，各個(gè)區(qū)域硅總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞庫(kù)中部＞近壩區(qū)＞入庫(kù)區(qū).可交換態(tài)硅和碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅的含量比平水期少，其含量約77.03～209.22mg/kg，且各采樣點(diǎn)含量接近，占硅總含量約3.87%～ 5.60%.鐵錳氧化態(tài)硅和有機(jī)硫化態(tài)硅是豐水期表層沉積物硅的主導(dǎo)形態(tài)，兩者的平均含量接近約1390.13mg/kg，這2種形態(tài)硅占硅總含量約42.87%～47.69%，鐵錳氧化態(tài)硅分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū)，有機(jī)硫化態(tài)為庫(kù)尾區(qū)＞庫(kù)中部＞近壩區(qū)＞入庫(kù)區(qū).這兩種形態(tài)硅在各區(qū)域內(nèi)的不同位置的含量有較大的差異，這種差異比平水期、枯水期大得多，可能是豐水期人類活動(dòng)對(duì)環(huán)境的污染或水文條件變化較大，對(duì)硅活動(dòng)性產(chǎn)生較大影響.

圖3 豐水期各級(jí)形態(tài)硅含量Fig.3 The concentrations of different silicon forms in surface sediments in wet season

2.3 枯水期表層沉積物不同形態(tài)硅的分布特征

圖4 枯水期各級(jí)形態(tài)硅含量Fig.4 The concentrations of different silicon forms in surface sediments in dry season

如圖4所示，泉州山美水庫(kù)枯水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量在3198.44～ 4444.28mg/kg之間，不同形態(tài)硅總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū).可交換態(tài)硅所占比重為4.25%～6.73%，其平均含量為181.61mg/kg.碳酸鹽結(jié)合態(tài)則占6.90%～13.72%，其平均含量為440.00mg/kg.鐵錳氧化態(tài)硅是優(yōu)勢(shì)形態(tài)，該形態(tài)硅含量范圍為1504.98～1979.65mg/kg，占硅總含量的42.50%～46.57%.而有機(jī)硫化態(tài)硅約占硅總含量39.00%，平均含量為1469.40mg/kg左右.碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和有機(jī)硫化態(tài)3種形態(tài)硅含量均為入庫(kù)區(qū)最低，而其余3個(gè)區(qū)域則呈現(xiàn)庫(kù)中部區(qū)域含量低，近壩區(qū)和庫(kù)尾區(qū)含量高的分布格局.枯水期鐵錳氧化態(tài)硅含量比豐水期高，可能是因?yàn)榭菟谒可?，水?kù)污染物濃度比較大，好氧微生物大量繁殖和分解有機(jī)物，消耗溶解氧，給鐵錳氧化態(tài)硅創(chuàng)造還原條件，有助于鐵、錳離子吸附硅，并形成結(jié)合力更強(qiáng)的鐵錳氧化物.

3 討論

3.1 表層沉積物中不同形態(tài)硅的環(huán)境意義

孔隙水中溶解硅主要來(lái)源于沉積物的溶解擴(kuò)散［21］，而沉積物的釋放強(qiáng)烈依賴于周圍環(huán)境的溫度和化學(xué)進(jìn)程［22］.本研究中亞熱帶山區(qū)深水水庫(kù)山美水庫(kù)不同形態(tài)硅的總含量分布特征為平水期（3月）＞枯水期（11月）＞豐水期（7月）.這是由于7月的氣溫高，而且又是豐水期，由于豐水期降雨量充沛，上游河道處于汛期，河流輸入源增加；同時(shí)福建位于沿海區(qū)域，且時(shí)為多臺(tái)風(fēng)季節(jié)，強(qiáng)風(fēng)和降水作用使入水量增大.流域來(lái)水引起水的流速不同，也會(huì)造成不同的水動(dòng)力，引發(fā)表層沉積物的懸浮，也帶動(dòng)吸附在其上的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，一起進(jìn)入上覆水.水動(dòng)力擾動(dòng)初期可引起沉積物顆粒態(tài)和膠體態(tài)硅向水體大量釋放，當(dāng)顆粒物與膠體物質(zhì)的絮凝沉淀作用超過(guò)了其懸浮量，硅的釋放趨于穩(wěn)定.此外，水位的大幅度漲落致使水庫(kù)沿岸帶沉積物經(jīng)歷大面積的干濕交替過(guò)程，而逐漸干燥的沉積物會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化，如收縮、破裂或致密［23］，以及細(xì)顆粒的聚集或大顆粒的分解等［24］.此外，底泥的干濕交替明顯地減少水穩(wěn)性團(tuán)聚體［25］，這些物理性狀的變化必然影響硅的含量、形態(tài)與吸附釋放行為.

豐水期的溫度高，加快了還原溶解和置換反應(yīng)速度［26］，還能增加底泥中微生物和生物體的活動(dòng).因此，豐水期可能對(duì)山美水庫(kù)上覆水體中的硅存在稀釋的作用，有助于沉積物中的硅向孔隙水和上覆水體釋放，而不利于沉積物對(duì)于營(yíng)養(yǎng)鹽硅的吸附.而平水期和枯水期臨近冬季，氣候寒冷干燥，水量少，沉積物中硅溶解速度和釋放緩慢.

本研究表明可交換態(tài)硅含量是4種不同形態(tài)硅中含量最少的，且相對(duì)含量也較少.可交換態(tài)硅較容易從沉積物中釋放進(jìn)入到上覆水體中，成為浮游植物的重要營(yíng)養(yǎng)源.其對(duì)環(huán)境變化敏感，易于遷移轉(zhuǎn)化和被植物吸收.這種硅在自然狀態(tài)下從沉積物中主要是通過(guò)溶出、間隙水離子交換、絡(luò)合等形式釋放出來(lái)，風(fēng)、徑流、人類活動(dòng)以及水庫(kù)底部生物的擾動(dòng)都會(huì)加快間隙水中溶解硅向上層水體擴(kuò)散［27］.硅藻等浮游植物的生長(zhǎng)限制因子可能是含量最少的可交換態(tài)硅，當(dāng)可交換態(tài)硅含量充足時(shí)導(dǎo)致硅藻產(chǎn)率增加，但是隨著水體中的可交換態(tài)硅不斷被消耗，硅藻生長(zhǎng)開(kāi)始緩慢，最終受到硅限制.因此，雖然可交換態(tài)硅的含量很少，其釋放潛能有可能對(duì)水庫(kù)水體營(yíng)養(yǎng)狀況及初級(jí)生產(chǎn)產(chǎn)生影響.

碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅與可交換態(tài)硅的含量接近，但相較于平水期和枯水期，豐水期的碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅含量明顯高于可交換態(tài)硅，主要是因?yàn)樘妓猁}結(jié)合態(tài)硅對(duì)環(huán)境因子敏感.當(dāng)pH值下降時(shí)，水中H+濃度增大，會(huì)與碳酸鹽進(jìn)行反應(yīng)，使得該形態(tài)硅易釋放出來(lái)而進(jìn)入環(huán)境中.相反，pH值升高有利于該形態(tài)硅的生成.因此，夏季豐水期由于浮游植物的光合作用加大，溶解氧含量上升，甚至飽和，pH值增大［28］，不利于該形態(tài)硅重新釋放出來(lái)進(jìn)入水體環(huán)境中，使得沉積物中的碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅含量多.

鐵錳氧化態(tài)硅是不同形態(tài)硅中含量最高的，其分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū).氧化鐵錳膠體為兩性膠體，當(dāng)pH值小于零點(diǎn)電荷時(shí)，膠體表面帶正電，產(chǎn)生的專性吸附作用隨產(chǎn)生正電荷的增加而削弱，吸附能力增加緩慢，當(dāng)pH值升到氧化物的零點(diǎn)電荷以上，膠體表面帶負(fù)電荷，吸附能力必然急劇增加［29-30］，pH值氧化還原電位較高時(shí)，有利于鐵錳氧化物的形成.所以在氧化環(huán)境下，低價(jià)態(tài)的Fe2+和Mn2+氧化形成鐵錳氧化物，在沉積的過(guò)程中，通過(guò)物理化學(xué)吸附作用不斷結(jié)合水體中的硅；而在還原條件下，鐵錳氧化物上的硅就會(huì)被重新釋放到孔隙水中被向上層水體擴(kuò)散.初步推斷，山美水庫(kù)水體鐵錳氧化態(tài)硅含量與氧化還原電位大小有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系.若水體中的氧化還原條件發(fā)生改變，鐵錳氧化態(tài)硅就能夠大量從沉積物中釋放出來(lái)參與循環(huán)，所以鐵錳氧化態(tài)硅可能是山美水庫(kù)硅補(bǔ)充的最主要途徑.

有機(jī)硫化態(tài)硅是比較穩(wěn)定形態(tài)的硅，受外界影響比較?。?1］.其含量在4種不同形態(tài)硅中含量居第2，比鐵錳氧化態(tài)硅少，可能與有機(jī)質(zhì)和鐵錳氧化物對(duì)硅的吸附特性有關(guān)［32］，其分布規(guī)律是庫(kù)尾區(qū)＞水庫(kù)中部＞近壩區(qū)＞入庫(kù)區(qū)，這與受不同時(shí)期沉積下來(lái)的沉積物類型和環(huán)境影響有關(guān)［33-34］；該形態(tài)會(huì)在有機(jī)質(zhì)分解時(shí)逐漸釋放，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)含量減少，會(huì)使?fàn)I養(yǎng)鹽硅的吸附能力減弱.山美水庫(kù)以鐵錳氧化態(tài)硅和有機(jī)硫化態(tài)硅為主，但是宋金明［35］對(duì)渤海南部海域中沉積物硅的研究結(jié)果顯示:碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅是主要賦存形態(tài)，與本研究結(jié)果不一致，可能與水庫(kù)的封閉性等特性和人為活動(dòng)影響較大等因素有關(guān).

3.2 沉積物中不同形態(tài)硅的相關(guān)性

由表1可見(jiàn)，平水期CF-Si與IMOF-Si呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.728）；豐水期CF-Si與 IMOF-Si呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.672），IMOF-Si與OSF-Si也呈正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05， r=0.757）；枯水期IMOF-Si與OSF-Si呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01，r= 0.832）.

表1 各時(shí)期不同形態(tài)硅間的相關(guān)性分析Table 1 Correlation analysis between different forms of silicon in each period

根據(jù)表2、表3的可見(jiàn):泉州山美水庫(kù)硅形態(tài)分布特征與環(huán)境有關(guān).

表2 山美水庫(kù)沉積物粒徑分布（%）Table 2 Mountain America reservoir sediment grain size distribution （%）

表3 各時(shí)期硅總量與粒徑的相關(guān)性分析Table 3 Analysis of total amount and particle size of silicon correlation in each period

從山美水庫(kù)表層沉積物中不同形態(tài)硅的相關(guān)性研究來(lái)看， CF-Si與IMOF-Si在平水期和豐水期均呈正相關(guān)關(guān)系，而IMOF-Si與OSF-Si在豐水期和枯水期也呈正相關(guān)關(guān)系，且它們?cè)诳菟诘臅r(shí)候呈顯著正相關(guān).存在相關(guān)性的原因可能是IMOF-Si是Si與Fe，Mn氧化物一起被包裹的，其本身成為氫氧化物沉淀的一部分，在沉降的過(guò)程中由于自身的膠體性質(zhì)會(huì)吸附有機(jī)質(zhì)和碳酸鹽，這是礦物聚集體對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的包裹保護(hù)；另外一個(gè)原因則可能是因?yàn)槌练e物中的有機(jī)質(zhì)與鐵、錳發(fā)生氧化還原反應(yīng):在氧化還原電位低的情況下，高價(jià)態(tài)的錳和鐵不易穩(wěn)定，將從有機(jī)物缺氧或者厭氧分解中獲取電子還原；當(dāng)表層沉積物中氧化還原電位較高，且處于有氧環(huán)境，鐵錳氧化物不易被還原，其表面對(duì)于溶解性的有機(jī)質(zhì)有吸附作用.

4 結(jié)論

4.1 亞熱帶典型山區(qū)深水水庫(kù)山美水庫(kù)平水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量在3043.50～ 4414.24mg/kg之間.硅總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū)，其中以鐵錳氧化態(tài)硅是優(yōu)勢(shì)形態(tài).豐水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量2711.17～3676.89mg/kg之間，硅總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞庫(kù)中部＞近壩區(qū)＞入庫(kù)區(qū).鐵錳氧化態(tài)硅和有機(jī)硫化態(tài)硅是主導(dǎo)形態(tài)，該時(shí)期兩者的平均含量接近，且它們?cè)趲?kù)尾區(qū)的含量均最大.枯水期表層沉積物中不同形態(tài)硅總含量3198.44～ 4444.28mg/kg之間，各個(gè)區(qū)域硅總含量分布為庫(kù)尾區(qū)＞近壩區(qū)＞庫(kù)中區(qū)＞入庫(kù)區(qū).該時(shí)期仍以鐵錳氧化態(tài)硅為主，有機(jī)硫化態(tài)硅次之.

4.2 山美水庫(kù)雖然可交換態(tài)硅的含量較少，其釋放潛能有可能對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)狀況及初級(jí)生產(chǎn)產(chǎn)生影響.碳酸鹽結(jié)合態(tài)硅對(duì)環(huán)境因子敏感.山美水庫(kù)水體鐵錳氧化態(tài)硅含量與氧化還原電位大小有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，鐵錳氧化態(tài)硅可能是山美水庫(kù)硅補(bǔ)充的最主要途徑.有機(jī)硫化態(tài)硅是比較穩(wěn)定形態(tài)的硅，其分布規(guī)律與受不同時(shí)期沉積下來(lái)的沉積物類型和粒度影響有關(guān).

4.3 山美水庫(kù)表層沉積物中不同形態(tài)硅的相關(guān)性表明:平水期CF-Si與IMOF-Si呈正相關(guān)關(guān)系；豐水期IMOF-Si與CF-Si、OSF-Si呈正相關(guān)關(guān)系；枯水期IMOF-Si與OSF-Si呈顯著正相關(guān)關(guān)系.

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Distribution characteristics and environmental significance of different silicon forms in surface sediments of Shanmei Reservoir.

YI Cheng-guo1， GUO Pei-yong1，2*， LU Ding1，2， CHEN Jia-mei1， TENG Cong1， WANG Ya-ru1

（1.Department of Environmental Science and Engineering， Chemical Engineering Institute of Huaqiao University， Xiamen 361021， China；2.Huaqiao University Environment and Resource Technology Research Institute， Xiamen 361021， China）. China Environmental Science， 2015，35（1）：211～217

Tessie's sequential extraction method was used to analyze different forms of silicon （IEF-Si， CF-Si， IMOF-Si and OSF-Si） in surface sediments from a subtropical mountain deepwater reservoir-Shame Reservoir in Quanzhou City， and their temporal and spatial distribution were investigated. Total concentrations of silicon in surface sediments ranged in 3043.50～4414.24， 2711.17～3676.89， 3198.44～4444.28mg/kg in normal water period， dry season and wet season， respectively. Total concentrations of silicon in surface sediments of this reservoir from high to low was as follows: tail zone of reservoir， central zone of reservoir， near-dam zone， storage zone. IEF-Si and CF-Si accounted for a small proportion of total silicon， but they were active species. Although IEF-Si content was low， its potential release was likely to impact the trophic state of aquatic ecosystem and the primary production. CF-Si was sensitive to environmental factors， especially pH. The percentages of IMOF-Si and OSF-Si were much larger than those of other two forms. Mobility of IMOF-Si was probably the main way to supply Si in the Shanmei Reservoir. OSF-Si was relatively stable and its distribution was linked with the sediment type and environmental. The concentrations of CF-Si and IMOF-Si were positively correlated during normal water period （P＜0.05，r=0.728） and wet season（P＜0.05，r=0.672）. The concentrations of IMOF-Si and OSF-Si also had significantly positive correlation in wet season（P＜0.05，r=0.757） and dry season （P＜0.01，r=0.832）， respectively.

mountain deepwater reservoir；surface sediments；silicon species；spatiotemporal distribution

X171

A

1000-6923（2015）01-0211-07

易成國(guó)（1990-），男，福建泉州人，本科，主要從事水環(huán)境科學(xué)研究.

2014-04-13

國(guó)家自然科學(xué)基金（20777021）；福建省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2010J01043，D0610012）；泉州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012Z85）* 責(zé)任作者， 研究員， guopeiyong@sina.com.