冬季南海北部陆架锋区悬浮颗粒态硅的分析

对冬季南海北部陆架锋区的悬浮颗粒态生物硅(Particulate Biogenic Silica,PBSi)和成岩硅(Lithogenic Silica,LSi)含量进行了调查分析,讨论了悬浮颗粒态生物硅分布及其影响因素。结果表明,南海北部陆架区悬浮颗粒态生物硅和成岩硅平均含量分别为0.59和8.93μmol/dm3。生物硅分布与水团关系密切:在营养盐充足的沿岸水生物硅含量高(1.0μmol/dm3);而在营养盐缺乏的陆架表层水生物硅含量低(0.23μmol/dm3);在两种水团过渡区生物硅含量居中(0.65μmol/dm3)并与溶解硅酸盐(Dissolved Silicate,DSi)成显著正相关(R=0.48,N=44,P=0.001,a=0.01)。此外锋面位置也直接影响生物硅的含量与分布。大部分调查海区被高温高盐低营养盐海水占据,因此导致了调查海区以低浓度的生物硅和成岩硅为特征,且与世界其他海区相比,生物硅含量处于低值区。     

胶州湾悬浮颗粒态生物硅的研究

对胶州湾2002-10月小潮,2003-05月大、小潮共3个航次的颗粒态生物硅(PBSi)含量进行了调查分析,讨论了PBSi及其相关因子的分布和关系.结果表明,胶州湾表层水体的PBSi平均含量为2.19 μmol/L,与世界其他海区相比,处于中等水平.PBSi浓度与溶解态硅酸盐有较好的相关性,与悬浮颗粒体浓度,颗粒有机碳有一定的相关性.PBSi含量的季节差异与浮游植物群落结构的演替有着密切关系.     

春季长江口及邻近海域悬浮颗粒态硅的研究

对春季长江口及邻近海域悬浮颗粒态生物硅(PBSi)、成岩硅(LSj)进行了大面调查和围隔培养实验研究,讨论了悬浮颗粒物中PBSi的分布情况及其影响因素.分析表明,PBSi与LSi的含量分别为0.22～4.25和1.75～184μmol/dm<'3>,与世界其他海域相比LSi的含量偏高,PBSi含量则处于中等水平.由于陆...     

夏季东海陆架不同水团对悬浮体物质组成及粒度分布的影响

基于2012年7月东海陆架水文及悬浮体粒度等实测数据,分析不同水团内悬浮体物质组成和粒度分布特征,并探究其影响因素,为查明东海陆架海区陆源沉积物输运扩散机制、揭示海底沉积物来源和成因机制等提供理论依据。结果显示:夏季东海陆架悬浮体由两部分构成,即≤128μm的无机颗粒和?128μm以浮游生物为主的颗粒,其平均体积浓度分别为3.5μL/L和8.4μL/L。悬浮体空间分布受到该海域水团类型的制约。长江冲淡水、台湾暖流表层水、台湾暖流深层水、台湾海峡暖水以及东海冷涡的悬浮体粒径均呈双峰分布,峰值位于27.7—74.7μm和391μm;苏北沿岸流影响海域悬浮体粒径呈单峰分布,小颗粒端含量极低。悬浮体粒度组成及其空间分布差异与水团挟带的无机颗粒、营养盐输送以及水体界面阻隔密切相关。其中,长江冲淡水挟带大量无机颗粒和营养盐进入东海,致使其无机颗粒和浮游生物含量均为研究区最高;苏北沿岸流经长距离扩散后挟带的无机颗粒大多已经沉降,因此无机颗粒含量在研究区最低,而其挟带的丰富营养盐,致使浮游生物含量为次高值;台湾暖流表层水、台湾暖流深层水、东海冷涡以及台湾海峡暖水中悬浮体均以无机颗粒为主,其中前三个水团的水体界面处浮游生物含量较高;不同水团垂向交界处常形成温、盐跃层,跃层能够抑制底层营养盐向表层的扩散,导致跃层位置成为浮游生物高含量区。     

生物硅的生成与溶解速率的研究——以胶州湾为例

营养盐的含量与元素间的比值直接控制着生态系统的生产力和浮游植物的种类组成.近岸海区硅藻可占初级生产的75%,但其生长速率受Si(OH)4含量的限制.胶州湾浮游植物的物种组成以硅藻为主.用29Si同位素示踪培养方法,采用四极杆质谱同位素稀释技术同时测定了胶州湾硅的生成速率与溶解速率.胶州湾生物硅(BSi)的含量为0.90～1.14 μmol/L,岩成硅(LSi)的含量为46.3～52.3 μmol/L.岩成硅是生物硅的约50倍.胶州湾BSi的含量处于世界近岸海区的低值范围,LSi的含量与LSi/BSi的比值均处于高值区.BSi的绝对生成速率为4～6 nmol/L*d,比生成速率为6～17/d.BSi的绝对溶解速率为<9 nmol/d,比溶解速率为<23/d.进一步开展胶州湾不同季节水体中BSi的生成速率与溶解速率的研究,是深入认识海湾浮游植物生长限制及其资源可持续利用的基础.     

赤道太平洋上层水体颗粒态生物硅分布及与营养盐的关系

依托中国“大洋一号”第20和第21调查航次,分析测定了东、西赤道太平洋4个站位的颗粒态生物硅浓度及其粒级结构。结果显示赤道太平洋采样站各层位颗粒态生物硅(PBSi)总浓度分布范围为5~65 nmol/dm³,东赤道太平洋的调查站位颗粒态生物硅的总浓度平均值达46 nmol/dm³,是西赤道太平洋的近3倍。PBSi的粒径结果显示在东赤道太平洋调查站位0.8~20 μm粒径颗粒是PBSi的主要来源,其平均贡献率高达64%;而在西赤道太平洋2种粒径的生物硅贡献率相当。营养盐分布对PBSi的浓度及粒径分布有显著的影响,并在一定程度上控制了“硅质泵”的组成结构,是控制大洋生物泵运转的重要因素。     

2012 年春季南海南部不同水团上层海水中悬浮体分布特征及其物源分析

为了解南海南部海域不同水团对悬浮体分布特征的影响,于2012年4~5月在南海南部海域的80个测站分层采集了悬浮体水样,并现场测量各站位200 m以浅水体剖面上的悬浮体浓度、粒径、水体浊度、叶绿素a浓度以及温度、盐度等数据。分别选取受中南半岛沿岸混合水、南部陆架水、苏禄海与本地海水的混合水、南沙中央表层水等4个水团影响的多个典型站位数据,分析各水团悬浮体组分和分布特征。结果表明,南海南部海域悬浮体含量很少,浓度较小,均值为2.96μL/L;悬浮体主要组分为生源大颗粒,其粒径多在100μm以上,另有少量无机矿物碎屑,其粒径大部分小于32μm。巽他陆架北缘浅水区受南部陆架水控制,并且受到局地上升流的影响,陆源物质和生源物质含量均较多,导致其悬浮体浓度在4个水团中最高。苏禄海与本地海水混合水中悬浮体分布主要受浮游植物的影响。中南半岛沿岸混合水中悬浮体含较多陆源物质。南沙中央表层水受陆源物质影响很小,悬浮体主要由生源物质组成,且其浓度较小。     

南海北部表层颗粒有机碳的季节和年际变化遥感分析

海洋颗粒有机碳（POC）是海洋固碳的一个关键参数。为了研究南海北部陆架及海盆表层POC浓度的时空分布特征以及变化趋势,本文利用2009-2011年4个季节的实测数据,对NASA发布的MODIS/AQUA卫星月平均POC遥感产品,进行了验证和校正;并利用校正后的遥感数据分析了2003-2014年POC的时空分布特征和变化趋势。发现POC遥感产品与南海北部实测数据具有较好的线性关系（R2=0.72）,但存在系统性偏高,需利用实测数据对遥感数据进行区域性校正。分析校正后的遥感数据发现,南海北部陆架POC浓度较高,平均为（33.34±8.02）mg/m3;吕宋海峡西南海域浓度较低,平均为（29.25±6.20）mg/m3;中央海盆区浓度最低,平均为（27.02±4.84）mg/m3。春夏季POC浓度较低,最低值一般出现在5月,冬季（12月至翌年1月）POC浓度达到最高。利用2003-2014年的长时间序列遥感叶绿素（Chl a）和海表温度（SST）、混合层深度（MLD）模式数据,以及实测数据对南海北部POC浓度的影响机制进行了分析。发现POC与Chl a在秋冬呈现较好的相关关系（R2=0.51）,但在春夏季较离散,表明秋冬季生物作用对POC影响较大。2003-2014年期间,POC与Chl a、MLD及SST存在明显的年际变化,但并没有显著的上升或下降趋势。     

黄河下游营养盐浓度、入海通量月变化及“人造洪峰”的影响

于2009年至2011年在黄河下游采集溶解及颗粒态营养盐样品,分析了黄河下游各形态营养盐的浓度变化及营养盐入海通量,结果表明各形态氮的浓度多呈丰水期低、枯水期高,溶解无机氮是溶解态氮的主要存在形式;受黄河高悬浮颗粒物含量的影响,磷以颗粒态占绝对优势,而溶解态磷以溶解无机磷为主要存在形态;生物硅的含量平均约占硅酸盐与生物硅之和的20％,硅的浓度丰水期高于枯水期.颗粒态磷与生物硅的含量与悬浮颗粒物含量呈正相关.营养盐的组成具有高氮磷比、高硅磷比、低硅氮比的特点.近年来黄河下游溶解无机氮浓度显著升高而溶解无机磷变化不大,硅酸盐的浓度有所下降.黄河下游水沙通量、营养盐入海通量有明显的季节变化,丰水期占全年总入海通量的42％～84％.调水调沙期间,各营养盐的浓度和组成均有明显变化,氮的浓度、DIN/PO4-P下降,磷与硅的浓度、SiO3-Si/DIN、SiO3-Si/PO4-P升高,颗粒态营养盐的比例明显增加.短期内大量水沙及营养盐入海通量对黄河口及渤海生态系统产生重要影响.     

南海南部表层沉积物中生物硅的分布及其环境意义

对南海南部25个表层沉积样进行了生物硅的测定分析，试图揭示南海南部表层沉积生物硅的分布及其对现代海洋环境的指示意义，以便为古海洋学研究提供进一步的科学依据。研究发现，表层沉积物中生物硅含量与其所处水深呈显著正相关关系，相关系数达到0．782。陆架浅水区表层沉积物中生物硅含量非常低，不能反映表层水体中硅质生物生产力情况，这可能与沉积类型和陆源物质输入影响有关。深水区表层沉积物中生物硅的含量分布表明，其不仅能反映出表层水体中硅质生物的古生产力水平，而且还能指示上升流的强弱，从而进一步证实了利用沉积物中生物硅含量来追踪上升流发育和变化的有效性与可信度。研究结果还显示，在研究区域中北部表层沉积生物硅中放射虫和海绵骨针较硅藻占有更大的比重，这可能是由于硅藻易被溶解并易被其他生物体摄食的缘故。在有上升流发育的海域，放射虫、硅藻和海绵骨针基本上均表现出较高的丰度，这与高的生物硅含量相一致。     

悬浮颗粒物中生物硅测定方法的改进与应用

硅是河流和海洋中非常重要的营养盐,硅藻、放射虫、硅质海绵、硅鞭毛虫的生长和骨骼形成都离不开硅[1].硅在河流和沿岸海域生态系统中扮演着非常重要的角色,在浮游植物大量繁殖季节,由于硅藻的大量繁殖,使活性硅酸盐含量急剧下降,甚至使硅藻的生长繁殖受到限制.在其他环境条件适宜的情况下,充足的硅又将成为发生硅藻赤潮的物质基础[2].生物硅是用化学方法测定的无定形硅的含量[3],称为生物蛋白石或简称蛋白石,是地球化学、古海洋学研究中非常重要的参数[4].根据世界部分河流生物硅和溶解硅的平均值计算,河流输送入海的硅中有16%的是生物硅,因此河流输送的生物硅的量是全球海洋硅收支中不可忽略的部分[5].     

生物硅组成及对硅循环影响的研究进展

硅元素深刻影响着地表物质循环,是地表过程、陆海相互作用和全球碳循环研究的关键元素之一。在已有的陆-海生物硅研究中,大多数没有考虑生物硅组成在区域硅循环中的作用,因此开展不同来源与组成生物硅参与下的地表与陆-海硅循环研究是非常必要的。硅藻、硅鞭毛藻、植硅体、放射虫和海绵骨针是生物硅的主要存在形式,不同来源的生物硅由于化学性质的差异在硅生物地球化学循环过程中扮演着不同的角色,影响着生物硅的溶解速率与硅的埋藏等过程。今后应采用复合技术手段,重视"新硅"和"老硅"在硅循环中的差异化作用以及对分析测定结果的影响,并加强这方面的定量研究、过程与机理研究以及系统的综合性研究,特别是针对复杂的环境样品的多学科交叉综合研究。     

Bioavailability of different chemical forms of dissolved silica can affect marine diatom growth

In this study, we demonstrate that dissolved silica obtained from mineral (crystalline quartz), biogenic amorphous (diatomaceous earth) and artificial amorphous sources (Aerosil) influence the growth rate of two marine diatoms, Chaetoceros sp. and Skeletonema marinoi. Diatoms were reared in four different experimental conditions in artificial seawater containing either dissolved silica previously obtained through dissolution of the mineral crystalline quartz or two amorphous substrates, biogenic diatomaceous earth or artificial Aerosil silica. Sodium metasilicate was used as control. When the silica in the different media reached concentrations higher than 107 μm , particles were eliminated by filtration and the diatom cells were inoculated. Maximum cell density, growth and silica assimilation rates of both species in the presence of dissolved silica derived from crystalline quartz and metasilicate were higher than those obtained with the other silica sources. These results are discussed against the background of previous geochemical studies that have shown that silica–water interactions are strictly dependent on the silica polymorphs involved and on the ionic composition of the solution. Our results demonstrate that the soluble silicon compounds generated in seawater by crystalline sources are highly bioavailable compared with those generated by biogenic and amorphous materials. These findings are potentially of considerable ecological importance and may contribute to clarifying anomalous spatial and temporal distributions of siliceous organisms with respect to the presence of lithogenic or biogenic silica sources in marine environments.     

钱塘江河口溶解硅的变化与影响研究

根据2013年~2014年四个季度的调查资料,结合历史数据并采用数理分析与经验模型计算相结合的方法,分析讨论了钱塘江河口溶解硅的分布、年代际变化和潜在影响。结果表明,研究区域受到河流冲淡水和东海海水混合的双重影响,溶解硅的分布与浓度呈现出明显的梯度变化与季节规律,其浓度在秋季最高,夏季次之,春季与冬季较低。近些年来溶解硅的浓度呈降低趋势,较历史水平降低了12%~25%,硅氮比也有大幅度的降低,比值自1.25降低到0.52。钱塘江河口溶解硅浓度降低主要是由于东海低溶解硅浓度海水的稀释造成的,而浮游植物量对溶解硅浓度影响有限。另外,河口叶绿素a含量与历史数据相比也存在明显降低,浮游植物细胞总量和种数都有显著下降;硅藻种类减少了近70%,并出现了绿藻、蓝藻和甲藻等非硅藻类生物,造成这几方面变化的原因很可大程度上与营养盐结构和浓度的变化有关。     

渤海表层沉积物中的生物硅

采用0.1 mol/L HCl和1%Na2CO3两步连续提取法,对103个渤海表层沉积物样品的生物硅含量进行了分析,结果表明,渤海表层沉积物中生物硅含量范围为7.3~54.7 g/kg,均值31.5 g/kg,高于其他相关调查,原因可能是由于采用0.1 mol/L HCl提取过程中,破坏了生物硅表面的金属氧化膜。对沉积物生物硅含量的空间分布表征显示,莱州湾是沉积物生物硅的低值区、而渤海湾与辽东湾之间的河北沿岸海域是相对高值区,初步认为是陆源营养物质的输入与黄河泥沙长期不断输入干扰沉积环境的稳定性,造成了该海域表层沉积物生物硅分布差异。主成分分析显示,生物硅含量与沉积物黏粒含量、细粉砂、有机氮、有机碳的含量均呈极显著正相关(P0.01),进一步证实沉积物粒度特征和营养环境对生物硅积累的影响。     

西太平洋马尔库斯-威克海山区沉积物中生物硅含量分布

分析了大洋40航次在西太平洋马尔库斯-威克海山区山间海盆采集的表层沉积物中生物硅和有机质的含量,并对其分布特征和来源进行了初步的研究。结果表明,马尔库斯-威克海山区附近海域深海表层沉积物中生物硅含量总体较低,含量在0.88%～12.41%之间,平均含量为2.19%,分布上呈现西南含量高,向东北方向递减的趋势;深海表层沉积物中有机碳含量较低,δ¹³C同位素组成分布与生物硅相同。沉积物柱状样的研究表明研究区在过去的100～200 ka期间表层水体中硅质生物的初级生产力是逐渐增加的。