沿海地区气溶胶硅的组成、来源及其生态效应研究进展

作为地壳中第二大元素,硅对土壤形成、陆生高等植物和水生浮游植物生长发育以及碳循环有着重要的影响。在气候变化加剧的背景下,硅生物地球化学循环研究变得格外重要。近年来关于陆地和海洋系统的硅循环研究相对成熟,而大气系统中的硅研究明显缺乏。气溶胶是大气中的活跃组分和元素地球化学循环的重要载体。目前关于气溶胶中硅的组成、来源以及部分地区硅沉降负荷的重要程度的认识还不够,制约了对表层地球系统中硅循环的认知。基于当前国内外的研究成果,总结了气溶胶硅的组成及其与其他元素间的耦合关系,综述了新兴的硅同位素在大气颗粒物溯源方面的应用,分析了沿海地区硅长距离传输的生态效应以及硅纳米颗粒对公共健康的影响。总体来说,气溶胶中硅以无机硅为主,部分近海海域气溶胶硅的沉降对于浮游植物生长具有控制作用。未来需要针对气溶胶硅的产生和转化机理、硅沉降及其对生物地球化学循环关键过程的影响以及硅纳米颗粒的毒理效应等方面开展进一步研究。     

草地退化对植物硅分布和植硅体碳汇的影响:以北方农牧交错带草地为例

草地生态系统中,硅(Si)不仅在植物生长过程中扮演着重要的角色,而且通过形成植硅体碳(Phytolith-Occluded Carbon,简称PhytOC)的方式参与陆地生态系统碳循环。近几十年来,由于人为干扰等因素导致的草地退化引起了广泛的关注。本研究中,我们选取了我国北方农牧交错带中30个不同退化程度的样地,分析了8种常见植物(共71个样品)地上部分Si含量和分布特征,并估算了植硅体碳产生通量。结果发现,随着草地退化的加剧,糙隐子草(Cleistogenes squarrosa)地上部分Si含量呈下降趋势,而羊草(Leymus chinensis)表现为先上升后下降的倒"V"型。不同退化程度样地植物地上部分Si平均含量分别为12.25±1.02 g/kg(轻度)、10.56±1.15 g/kg(中度)和8.06±0.93 g/kg(重度),而植硅体碳产生通量显著下降,分别为0.320±0.038 kg/(ha·a)、0.190±0.021 kg/(ha·a)和0.068±0.006 kg/(ha·a)(P<0.05)。研究表明,草地退化对不同种类植物的Si含量和产生通量的影响不同,这可能是由于植物的功能类型不同造成的。草地退化可以导致种群结构的变化和地上净初级生产力(ANPP)的降低,从而影响草地植物地上部分Si的分布和植硅体的固碳能力。当退化严重时,初步估算北方农牧交错带内草地植物地上部分植硅体固碳速率将下降5倍以上。