達(dá)里諾爾湖表層沉積物中硅的形態(tài)分布特征

劉文彥

摘 要： 本文以達(dá)里諾爾湖表層沉積物硅地球化學(xué)行為為研究對(duì)象，以沉積物硅的形態(tài)分布特征研究為主線，運(yùn)用環(huán)境地球化學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)和沉積學(xué)的理論和方法，通過環(huán)境中載體的關(guān)聯(lián)信息的綜合獲取和時(shí)空變化對(duì)比，開展了該湖表層沉積物中硅的地球化學(xué)特征研究，揭示了硅的形態(tài)分布差異性機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)表層沉積物中不同形態(tài)及組分硅的的含量序列為：IEF-Si

關(guān)鍵詞： 形態(tài)硅；生物硅；有效硅；沉積物；地球化學(xué)；達(dá)里諾爾

1硅的形態(tài)關(guān)系

按照Tessier連續(xù)提取法的操作步驟可依次定義出五種沉積硅的形態(tài)：IEF-Si、CF-Si、IMOF-Si、OSF-Si與Residual。已有研究也表明，參照土壤學(xué)中有效硅的提取方法， IEF-Si和CF-Si之和可近似定義為生物可給態(tài)硅（即宋金明說的可交換態(tài)）即近似等于有效硅的量[1]。

TSi（總硅）= IEF-Si+CF-Si+IMOF-Si+OSF-Si+Residual；Si（OH）4（有效硅）≈IEF-Si+CF-Si。

2 表層沉積物硅的空間分布特征

2.1達(dá)里諾爾湖表層沉積物中IEF-Si的空間分布特征

表層沉積物中IEF-Si的空間分布具有南西部深水區(qū)及北東部河流入湖口區(qū)為高值區(qū)（圖 1），南東湖周及湖濱淺水區(qū)為低值區(qū)的特點(diǎn)。湖內(nèi)硅藻類浮游植物的繁盛和湖底生物的擾動(dòng)及外源輸入是導(dǎo)致IEF-Si沉積量多寡的主要原因。IEF-Si是活性最大的硅，很容易釋放出來被生物利用，這部分硅在自然狀態(tài)下是通過溶出、間隙水離子交換、絡(luò)合等形式釋放出來，風(fēng)力攪動(dòng)作用、湖水溫度、pH的變化以及湖底生物的擾動(dòng)都會(huì)加快間隙水中的硅向上覆水?dāng)U散。此外，達(dá)里諾爾湖表層沉積物中IEF-Si的空間分布也可能反映了湖心或者深水區(qū)及河流入湖口區(qū)有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中IEF-Si含量高，湖周淺水區(qū)因挺水或沉水植物等與硅藻類浮游植物競(jìng)爭(zhēng)生存空間而導(dǎo)致淺水區(qū)沉積物IEF-Si的累積量減少。

2.2達(dá)里諾爾湖表層沉積物中CF-Si空間分布特征

表層沉積物中CF-Si的空間分布具有南西向北東逐漸遞減的趨勢(shì)。湖內(nèi)沉積物類型的不同是導(dǎo)致CF-Si在湖底沉積多少的主要原因。此外，當(dāng)外界條件pH值發(fā)生變化時(shí)，很容易從該結(jié)合態(tài)中釋放出來。達(dá)里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細(xì)，沉積物平均粒徑呈環(huán)帶狀分布，湖濱區(qū)沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中CF-Si的溶解，因而湖濱淺水區(qū)為CF-Si低值區(qū)。

2.3達(dá)里諾爾湖表層沉積物中IMOF-Si空間分布特征

表層沉積物中IMOF-Si的空間分布具有南西部深水區(qū)為高值區(qū)，湖濱淺水區(qū)為低值區(qū)的特點(diǎn)。湖內(nèi)硅藻類浮游生物的擾動(dòng)及其遺體的沉降是導(dǎo)致IMOF-Si在深水湖底大量累積的主要原因。已有研究也表明，沉積物顆粒越細(xì)IMOF-Si含量越高，即沉積物顆粒越細(xì)越有利于IMOF-Si的賦存與累積。達(dá)里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細(xì)，沉積物平均粒徑呈環(huán)帶狀分布，湖濱區(qū)沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中IMOF-Si的溶解，因而湖周淺水區(qū)為IMOF-Si低值區(qū)。此外，達(dá)里諾爾湖表層沉積物中IMOF-Si的空間分布也可能反映了湖心深水區(qū)有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中IMOF-Si含量高。

2.4達(dá)里諾爾湖表層沉積物中OSF-Si空間分布特征

表層沉積物中OSF-Si的空間分布具有湖濱淺水區(qū)為高值區(qū)湖心深水區(qū)入湖口區(qū)為低值區(qū)特點(diǎn)。可能主要是受沉積柱中不同時(shí)期沉積下來的沉積物類型和粒度影響。

2.5表層沉積物中BSi的空間分布特征

達(dá)里諾爾湖表層沉積物中BSi的空間分布具有南西向北東遞減的趨勢(shì)。湖內(nèi)硅藻類浮游植物的繁盛是導(dǎo)致BSi在深水區(qū)湖底大量累積的主要原因。已有研究也表明，沉積物顆粒越細(xì)BSi含量越高，即沉積物顆粒越細(xì)越有利于BSi的賦存與累積。達(dá)里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細(xì)，沉積物平均粒徑呈環(huán)帶狀分布，湖濱區(qū)沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中BSi的溶解，因而湖周淺水區(qū)為BSi低值區(qū)。此外，達(dá)里諾爾湖表層沉積物中BSi的空間分布也可能反映了湖心深水區(qū)有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中BSi含量高，湖周淺水區(qū)因挺水或沉水植物等與硅藻類浮游植物競(jìng)爭(zhēng)生存空間而導(dǎo)致淺水區(qū)沉積物BSi的累積量減少[2]，[3]。

2.6表層沉積物中有效硅（Si（OH）4）的空間分布

達(dá)里諾爾湖表層沉積物中Si（OH）4的空間分布具有南西向北東逐漸遞減的趨勢(shì)（圖2），并且與深水等值線分布圖有很高的相似性。已有研究表明，沉積物顆粒越細(xì)Si（OH）4含量越高，即沉積物顆粒越細(xì)越有利于Si（OH）4的賦存與累積，達(dá)里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細(xì)，沉積物水深呈階梯狀分布，因而有南西深水區(qū)為高值區(qū)北東淺水區(qū)為低值區(qū)的特點(diǎn)。

3表層沉積物中硅的來源

根據(jù)本文BSi和Bi（OH）4的空間分布特征揭示硅的主要來源于湖底微生物殘?bào)w的沉降積累，主要受湖水深度、沉積物顆粒性質(zhì)（礫型和粘土型）及湖底微生物活動(dòng)等影響。此外，沉積物粒度及挺水或沉水植物與硅藻類浮游植物間生存空間的競(jìng)爭(zhēng)也對(duì)硅的空間分布具有顯著影響。

4小結(jié)

達(dá)里諾爾湖泊表層沉積物硅的形態(tài)的分析得出，硅的形態(tài)含量順序是：IEF-Si

硅的的轉(zhuǎn)化因素比較復(fù)雜。在達(dá)里諾爾沉積物中，湖水深度、沉積物顆粒類型、植被分布、微生物的分布、沉積物中無機(jī)膠體本身構(gòu)成、鹽分、水動(dòng)力條件和氣溫等可能是硅的形態(tài)形成和分布的主要影響因子。硅的形態(tài)分布和其決定性因素，基于硅的形態(tài)在達(dá)里諾爾湖分布和組成，認(rèn)為影響硅的形態(tài)分布影響因子是沉積物顆粒類型、湖區(qū)水深和底泥微生物的活動(dòng)。硅的的再轉(zhuǎn)化和礦化直接關(guān)系到湖泊的在生產(chǎn)能力和初級(jí)生產(chǎn)能力，其活性較大的是IEF-Si。

根據(jù)達(dá)里諾爾湖基本概況和硅的形態(tài)分布和變化分析，硅的形態(tài)的分布看，活性較大的硅的形態(tài)與湖泊深淺、生物量分布和外源輸入性質(zhì)有關(guān)。淺水水域OSF-Si比例較高；深水區(qū)CF-Si、BSi 和Si（OH）4含量偏高；湖濱區(qū)IEF-Si含量相對(duì)較高。

達(dá)里諾爾湖表層沉積物系統(tǒng)中BSi和Bi（OH）4的空間分布特征揭示生物硅的來源主要是內(nèi)源釋放，主要受沉積物顆粒粗細(xì)、湖水深度影響。此外，挺水或沉水植物與硅藻類浮游植物間生存空間的競(jìng)爭(zhēng)也對(duì)BSi的空間分布具有顯著影響。

參考文獻(xiàn)

[1] 秦亞超.珠江口沉積硅的生物地球化學(xué)研究[D].浙江大學(xué)博士學(xué)位論文，2006.

[2] 呂昌偉.內(nèi)蒙古高原湖泊碳_氮_磷_硅_的地球化學(xué)特征[D].內(nèi)蒙古大學(xué)博士學(xué)位論文， 2008.

[3] 呂昌偉，何江等.岱海硅藻類浮游植物初級(jí)生產(chǎn)力Si限制初探[J].環(huán)境科學(xué)，2010，31（3）：639-644.