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。     

长江口生物硅的组成、行为和收支

基于在长江口开展的三个综合航次对河口生物硅组成、行为和收支进行了研究。结果表明,长江口生物硅主要是由植硅体、硅藻和海绵骨针三部分组成,其中植硅体有16种形态,在高混浊区对生物硅的贡献量为23%-83%。收支计算显示,长江输送的生物硅是河口区获取外部生物硅的主要途径,占河口生物硅总输入量的95%;维持河口生物硅水平的主要过程是初级生产（55 Gmol a^-1）和沉积过程（46 Gmol a^-1）;初级生产所贡献的生物硅分别是长江生物硅输送量的2.3倍和河口区向外输送生物硅的63%。从河口区向东海和黄海输送的生物硅是26 Gmol a^-1,与长江的生物硅输送量相当;河口区沉积的生物硅是向外输送量的1.7倍,在其中植硅体贡献了53%至88%的生物硅,表明河口是陆源生物硅汇的作用;反风化作用也是河口活性硅去除的一个重要途径。本研究显示植硅体是河口生物硅的重要组成部分,长江口在生物硅收支与循环中表现出汇的作用。     

基于植硅体分析的黄河三角洲26kaB.P.以来古环境演变研究

利用位于黄河三角洲水下三角洲DYZK1钻孔沉积物¹⁴C年龄测定和浅地层剖面声学层序相结合构建岩芯时间序列,对96个沉积物样品进行植硅体分析,结合粒度参数和磁化率等岩性和生物地层垂向变化,恢复重建黄河三角洲古沉积和气候环境。结果表明指标参数存在显著的垂向变化规律,26.0kaB.P以来黄河三角洲沉积环境经历河流相—海陆过渡相—潮坪相—浅海相—三角洲相演变过程,植硅体分析表明:植硅体主要有尖型、平滑棒型、刺状棒型、冒型、长方型和扇型等类型。不同温湿度组合条件下植硅体形态组合基本不变,不同沉积时期植硅体含量变化具有规律性,表明同一沉积环境植硅体形态组合具有稳定性。尖型、平滑棒型、刺状棒型等主要类型植硅体在潮坪相和三角洲相沉积期间含量较多,而在浅海相和河流相沉积期间含量较少,但这种差异与温湿度之间不是明显的线性关系,这主要主要由于植硅体含量变化决定于植物生长对硅的需求。通过变差系数的比较分析,沉积物主要类型植硅体含量,在海陆过渡相和河流相沉积期间变化幅度较大,而在潮坪相和三角洲相沉积期间变化幅度较小。     

福建琅岐岛表土孢粉与植硅体组合对农业活动的指示

孢粉和植硅体是重建古人类农业景观及环境变化的重要指标,明确它们在表土中的分布规律及其与现代植被组成之间的关系对于精确解释化石孢粉和植硅体数据具有重要的意义。本研究对福建琅岐岛3种土地利用类型的22个表土样品进行了孢粉与植硅体分析,基于地理信息系统和遥感技术,展示了不同类型孢粉百分比的空间分布及其与植被覆盖度间的数量对应关系。孢粉分析表明,以松属（Pinus）为代表的外来花粉普遍存在于表土样品中,这削弱了采样点周围植物的孢粉表现力,导致了果园和农田植被组成与表土孢粉组合间的巨大差异。与此同时,农业收割活动进一步降低了农田植物的花粉表现力。从遥感影像中提取的植被覆盖度数据仅与荒地上的木本植物花粉含量存在较强的相关性（R2=0.7764）,这显示茂密的草本植物降低了外来木本花粉的相对含量,证明了该植被类型具有良好的孢粉表现力。植硅体分析表明,表土样品含有丰富的竹亚科（Bambusoideae）、水稻（Oryza sativa）和杂草的植硅体。与孢粉指标相比,植硅体提供了更丰富的草本植物信息。     

云南星云湖沉积物植硅体记录的近代环境变化

为探讨气候变化与人类活动对湖泊环境影响,在云南星云湖水深8.2m处采集1支85cm长的柱状沉积岩心,对沉积岩心中的植硅体分析结果表明,植硅体种类丰富,呈有规律变化,其组合揭示了近160a以来星云湖地区环境演变过程。植物种类之间存在不同的比例关系,而且留下了人为扰动的明显印记。在整个沉积物柱的植硅体组合中,松等大型乔木始终占有很高的比例,而且越到上部比例越大,除了受滇中地区气候地理因素的影响外,可能还有人为的原因。星云湖地区近160a来的气候有明显的波动,由温凉湿润到湿热再到温热的趋势,在20世纪20年代与40年代是高温期,而40年代是最湿热的,这与传统中提到的80年代温室效应说法不相吻合。     

福建省万寿岩遗址船帆洞植硅体组合特征及其环境意义

万寿岩遗址位于福建省三明市,遗址之一的船帆洞中曾生活过两期古人类（40～37 kaBP和30～29 kaBP）。在第一期古人类的文化层中发现的人工石铺地面在我国旧石器考古中属重要发现,对研究末次冰期古人类生存环境具有重大意义。对船帆洞沉积物的植硅体分析显示,尖型植硅体和棒型植硅体数量比较占优势,扇型和块状植硅体含量其次,短细胞植硅体形态中鞍型的含量较多。结合聚类分析结果可将剖面至下而上划分为5个气候带,气候环境依次为凉干-冷干-冷偏干-凉偏干-温凉偏干。第一期古人类生活于带I底部,为凉干背景下较温暖的气候环境;第二期古人类生活于带Ⅳ上部,为凉偏干背景下较温暖的气候环境。植硅体的变化特征较好地指示了H4和H3事件,分别对应两期文化层。两次Heinrich事件改变了古人类的生存环境,推测是两期古人类离开船帆洞的主要原因。     

浙江长兴中—晚更新世红土植硅体与分子化石记录及其环境意义

在野外地貌、岩性和相关沉积环境调查分析基础上,对浙江长兴中-晚更新世红土进行了分析,发现其中含有较丰富的植硅体形态类型,主要来自草本、阔叶和裸子植物等,植硅体含量分布具有一定的组合特征。在温暖指数和草本覆盖指数计算基础上,获得了中-晚更新世以来的3个古植被、古气候演化组合带;运用植硅体和分子化石的相关指标(C21-/C22+、C23/C30)揭示了洪积扇红土沉积时期的植被与气候信息,即间冰期气候暖湿,风化作用强,降水较多,高等草本植物繁盛;而冰期时气候干凉,风化作用弱,降水减少和地下水位降低等则有利于洪积扇体上木本类植被发育。