長江口鄰近海域沉積物和間隙水中硅的研究

李慧菊，劉淑民，簡慧敏，陳洪濤，姚慶禎

(1.中國海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2.中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

長江口鄰近海域沉積物和間隙水中硅的研究

李慧菊1，2，劉淑民1，2，簡慧敏1*，陳洪濤1，2，姚慶禎1，2

(1.中國海洋大學(xué) 海洋化學(xué)理論與工程技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266100； 2.中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

以2011年6月和8月在長江口鄰近海域采集的沉積物和間隙水樣品為研究對(duì)象，討論了沉積物中生物硅(BSi)和間隙水中溶解硅(DSi)的分布情況和影響因素，并初步探討了生物硅的循環(huán)和保存。結(jié)果表明，表層沉積物中BSi的含量較低，且均小于1%。柱狀沉積物中BSi的含量范圍為0.34%～0.52%。C3、D1站位柱狀沉積物中BSi的記錄主要是由早期成巖過程控制，33#站位的分布特征主要是由水動(dòng)力等變化控制。沉積物間隙水中DSi的濃度范圍為101.6～263.9 μmol/L，低于純BSi的溶解度；間隙水的pH值越大，沉積物的含水率越低，還原性越強(qiáng)，間隙水中DSi的含量越高。3站位生物硅的埋藏效率均較高，表明長江口鄰近海域是潛在的硅的匯。沉積通量的分布與沉積速率和埋藏效率的分布一致，均有近岸高于遠(yuǎn)海的趨勢(shì)。

長江口鄰近海域；沉積物；間隙水；生物硅；溶解硅；埋藏效率

1 引言

硅(Si)是海洋硅質(zhì)生物生長所必需的營養(yǎng)元素，在海洋生物地球化學(xué)研究中占據(jù)非常重要的地位。生物硅(BSi)又稱蛋白石，主要來源于硅藻、放射蟲、硅鞭毛蟲和海綿骨針等，是硅的一種重要存在形式。海洋表層水體中的溶解硅被浮游植物和浮游動(dòng)物吸收后進(jìn)入硅質(zhì)有機(jī)體內(nèi)形成硅質(zhì)介殼懸浮到水體中，溶解后沉降到海底形成生物硅。沉積物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是海水中營養(yǎng)物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)等的源和匯，記錄著海洋生產(chǎn)力及其營養(yǎng)狀況的變化過程。沉積物中BSi的積累，可反映不同歷史時(shí)期溶解態(tài)硅的消耗和水體的富營養(yǎng)化情況[1—2]，記錄海水表層硅質(zhì)生物的生產(chǎn)力強(qiáng)度和位置變化[3]，是全球硅循環(huán)研究的重要一環(huán)。沉積物中BSi的含量是重建古生產(chǎn)力[4]和成巖模型[5—6]的重要參數(shù)。

長江口是長江在東海入?？诘囊欢嗡?，也是中國最大的河口。長江口的外流系主要有臺(tái)灣暖流、浙閩沿岸流和蘇北沿岸流。夏季，臺(tái)灣暖流增強(qiáng)，蘇北沿岸流減弱，長江沖淡水在口門附近順汊道方向流向東南，在122.5°E左右位置轉(zhuǎn)向東北方向。上升流現(xiàn)象是長江口海域常見的現(xiàn)象，是指臺(tái)灣暖流在向北擴(kuò)展過程中，其左前部與長江沖淡水相遇，在河口形成很強(qiáng)的沿岸鹽度峰，并在河口外海底深槽北側(cè)和西側(cè)呈現(xiàn)明顯的涌升現(xiàn)象。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)BSi進(jìn)行了大量的研究，Warnock等[7]通過研究不同種類硅藻的性質(zhì)探討了BSi的生產(chǎn)和保存情況，發(fā)現(xiàn)不同種類的硅藻具有相似的溶解情況，認(rèn)為生產(chǎn)過程控制了BSi的積累率。Tréguer和De La Rocha[8]的研究表明沉降到沉積物表層的BSi占全球BSi產(chǎn)量的30.2%，而最終埋藏在沉積物中的BSi只占BSi凈沉積通量的2.6%。王麗莎等[9]對(duì)東海近岸沉積物中生物硅的研究表明表層沉積物中的生物硅遠(yuǎn)岸略高于近岸，柱狀樣中的生物硅呈先增加后降低的趨勢(shì)。劉軍等[10]估算了黃海硅的凈埋藏量，量化了黃海硅循環(huán)的主要過程。因此，沉積物中生物硅的分布、保存和溶解已成為研究的重要話題。而長江口鄰近海域沉積物中生物硅的分布和保存及間隙水中硅的影響因素的研究文獻(xiàn)并不多，本研究以鄰近長江口海域?yàn)檠芯繀^(qū)域，研究分析沉積物中BSi和間隙水中DSi的分布特征和影響因素并初步探討了生物硅的循環(huán)和保存，為長江口鄰近海域硅的生物地球化學(xué)特征的研究提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料和方法

2.1 樣品采集

于2011年6月和8月乘“潤江1號(hào)”調(diào)查船采集C3、D1、33#站位的沉積物和間隙水樣品，采樣站位如圖1所示。其中C3位于杭州灣口東南部海域的泥質(zhì)區(qū)，D1位于浙閩沿岸西南部的泥質(zhì)區(qū)，33#位于調(diào)查區(qū)域東南部海域的非泥質(zhì)區(qū)。其中沉積物柱狀樣采集后分割(每隔1～2 cm分割一層)，將樣品裝入聚乙烯密封袋中冷凍保存。同時(shí)，用間隙水采樣器采集柱狀沉積物中的間隙水，所得水樣冷凍保存。

圖1 2011年6月和8月的采樣站位Fig.1 Location of the sampling sations in June and August 2011

2.2 分析方法

2.2.1 生物硅的提取

沉積物樣品冷凍干燥后，研磨，準(zhǔn)確稱量0.11～0.13 g樣品于50 mL聚丙烯離心管中，加入5 mL H2O2(10%)，振蕩24 h后加入5 mL HCl(1 mol/L)搖勻，靜置30 min后加入20 mL去離子水振蕩30 min，以4 000 r/min離心10 min，傾去上層液，放于烘箱中于60℃恒溫干燥12 h。向經(jīng)預(yù)處理后的樣品中加入40 mL的Na2CO3(2 mol/L)，蓋蓋混勻后放入85～90℃的恒溫水浴中振蕩。從第5 h開始提取，每隔1 h離心后取0.2 mL上層清液，連續(xù)提取4 h。

2.2.2 硅酸鹽濃度的測(cè)定

間隙水和提取液中的溶解硅酸鹽采用硅鉬藍(lán)法在820 nm下檢測(cè)。檢測(cè)限為0.03 μmol/L，方法精密度小于等于3%[11]。

2.2.3 生物硅的計(jì)算

利用提取液中溶解硅酸鹽的濃度數(shù)據(jù)和生物硅的計(jì)算公式來得到沉積物中生物硅的含量。其計(jì)算公式為：

Si%=100×n(DSi)i×MSi/W，

(1)

式中，n(DSi)i為ti時(shí)間內(nèi)提取液中硅酸鹽的物質(zhì)的量(mol)；MSi為硅的摩爾質(zhì)量(g/mol)；W為稱取的樣品的質(zhì)量(g)；Si%為測(cè)得的樣品中溶解硅的百分含量。測(cè)得的Si%含量數(shù)據(jù)和對(duì)應(yīng)的提取時(shí)間點(diǎn)作直線圖，外推至縱軸得到截距的數(shù)值即為樣品中BSi的含量[12]。

2.2.4 生物硅沉積通量的計(jì)算

表層沉積物中BSi的沉積通量(Jacc)是單位面積和單位時(shí)間內(nèi)沉積到沉積物-海水界面的BSi的凈通量。其計(jì)算公式為[13]：

Jacc=(1-Ф)wSBSi，

(2)

式中，Jacc為生物硅的沉積通量[mol/(m2·a)];Ф為沉積物的孔隙度，此處取盧博等[14]測(cè)定的東海沉積物的平均孔隙度值71.3%；w為沉積速率(cm/a)，由沉積物中的放射性同位素210Pb測(cè)定[15]；S為沉積物的干密度(g/cm3)，本文取1.96 g/cm3[14]；BSi(以Si計(jì))為沉積物中生物硅的含量(%)。

2.2.5 生物硅交換通量的計(jì)算

(3)

式中，F(xiàn)s為生物硅的交換通量[mol/(m2·a)]；(?C/?Z)為表層沉積物間隙水中硅酸鹽的濃度梯度[μmol/(L·cm)]；Ds為沉積物中的分子擴(kuò)散系數(shù)(cm2/s)，由Li和Gregory[17]及UIIman和Aller[18]的計(jì)算公式得出，Ds=Ф2D0，式中D0為無限稀釋溶液中溶質(zhì)分子的擴(kuò)散系數(shù)，本文取10.0×10-6cm2/s[19]。

3 結(jié)果和討論

3.1 表層沉積物中的生物硅

3.1.1 表層沉積物中生物硅的分布

C3、D1和33#3個(gè)站位表層沉積物中生物硅的含量分別為0.32%、0.58%和0.41%，含量相差不大，位于杭州灣口東南部海域泥質(zhì)區(qū)的C3站位含量最低，這可能是由于沿岸陸源顆粒物的通量較高，對(duì)該區(qū)域生物硅的含量形成了稀釋作用。D1站位生物硅的含量最高，可能與當(dāng)年夏季該海域水柱中葉綠素a濃度較高，因而初級(jí)生產(chǎn)力水平較高，硅藻生產(chǎn)力旺盛有關(guān)[20]。

3.1.2 本區(qū)域與其他海區(qū)的對(duì)比

本次調(diào)查海域生物硅的含量小于1%，與近幾年國內(nèi)學(xué)者對(duì)東海的調(diào)查結(jié)果0.3%～0.7%相符。由表1可知，調(diào)查海域生物硅的含量與黃海、渤海中的含量相近，與世界其他海域相比，處于低含量區(qū)，與布雷斯特灣的值比較接近。

表1 世界不同地區(qū)沉積物中BSi含量(Si%)的對(duì)比

3.2 柱狀沉積物中的生物硅

3.2.1 柱狀沉積物中生物硅的垂直分布

如圖2，C3站位BSi的含量垂直變化幅度較大，其垂向呈多峰分布，范圍為0.16%～1.05%，平均含量為(0.52±0.04)%。Cheng等[26]對(duì)該站位鄰近區(qū)域柱狀沉積物中BSi進(jìn)行了研究，與本研究BSi的分布特征一致。C3站位處于上升流區(qū)，受陸源輸入影響，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，浮游植物的生長繁殖迅速[27]。整體上，BSi的含量分布呈現(xiàn)由表層向深層先增加后降低的趨勢(shì)，9～10 cm處BSi達(dá)到了最高值。該站位的表層沉積物的平均沉積速率為0.71 cm/a[26]，據(jù)此估計(jì)此深度BSi的埋藏年代接近于1998年前后，指示了1998年前后硅藻赤潮的暴發(fā)，這與實(shí)際情況相符[26，28]。

D1站位BSi的含量變化范圍為0.20%～0.58%，平均值為(0.34±0.02)%，表層含量最高，隨著深度的增加BSi含量逐漸降低。D1站位處于上升流區(qū)[29]，營養(yǎng)物質(zhì)豐富，生產(chǎn)力水平較高，表層的最大值指示了該站位附近海域硅藻生產(chǎn)力旺盛。整體上，D1站位BSi的含量呈現(xiàn)隨深度增加而降低的趨勢(shì)，表明該站位BSi的循環(huán)速度較快。

33#站位BSi的含量變化范圍為0.26%～0.47%，平均值為(0.38±0.01)%。這可能與該站位附近海域水體受臺(tái)灣暖流影響表現(xiàn)出高溫、高鹽、低營養(yǎng)鹽的特征[30]有關(guān)。整體上BSi隨深度增加波動(dòng)較小，這可能是該站位沉積物的沉積類型為粉砂質(zhì)砂，這種粒度分布使沉積物的機(jī)械組成對(duì)生物硅的保存影響較小，使BSi的垂直降解速度也較為均一[31]。

3.2.2 柱狀沉積物中生物硅的空間分布

總體來看，C3、D1、33#這3個(gè)站位柱狀沉積物中BSi的含量均值范圍為0.34%～0.52%，由單尾檢驗(yàn)知BSi含量的均值由大到小依次為：C3、33#、D1(P<0.05)，即BSi的含量分布特征為，杭州灣口東南部海域泥質(zhì)區(qū)高于調(diào)查區(qū)域東南部海域的非泥質(zhì)區(qū)，浙閩沿岸西南部的泥質(zhì)區(qū)含量最低。究其原因，可能與它們獨(dú)特的地理位置有關(guān)。C3站位位于舟山漁場(chǎng)附近，一方面受到長江沖淡水的影響[27]，大量的營養(yǎng)鹽有利于浮游植物的生長；另一方面，它是位于南下的浙江沿岸流和北上的臺(tái)灣暖流間的上升流富營養(yǎng)鹽區(qū)[32]，初級(jí)生產(chǎn)力水平較高，因此BSi的含量較高。33#站位受臺(tái)灣暖流的影響，高溫、高鹽和低營養(yǎng)鹽[30]使該站位BSi的含量較低。D1站位同樣處于上升流區(qū)，營養(yǎng)鹽也比較豐富，表現(xiàn)在其表層BSi具有最高值。但D1站位的平均含水率較高，因此底泥的再懸浮過程較強(qiáng)，硅循環(huán)速度較快，使BSi的含量最低。

圖2 C3、D1、33#站位柱狀樣中BSi的垂直分布Fig.2 Vertical distribution of BSi of C3， D1， 33# in core sediments

3.2.3 柱狀沉積物中生物硅沉積記錄的解釋

根據(jù)影響B(tài)Si埋藏的控制性驅(qū)動(dòng)力不同，可將柱狀沉積物分為表面混合層和積累層[33—34]。表面混合層中，過剩210Pb的垂直分布未發(fā)生指數(shù)性降低，在積累層中過剩210Pb的垂直分布發(fā)生指數(shù)性降低[34]。在D1、33#站位的柱狀沉積物中，由生物和物理混合引起的基本均衡的過剩210Pb活度定義了厚度為5 cm的表面混合層(圖3)。對(duì)于C3站位柱狀沉積物，本研究沒有測(cè)定210Pb的垂直分布，據(jù)前人報(bào)道可知其表面混合層厚度為12 cm[35]。

圖3 D1、33#站位過剩210Pb的垂直分布Fig.3 Vertical distribution of excesss 210Pb in the sations of D1 and 33#

對(duì)同一站位表面混合層和積累層之間BSi含量進(jìn)行獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，結(jié)果表明，浙閩沿岸海域C3、D1站位柱狀沉積物中BSi的平均含量均為表面混合層(0.57%、0.46%)高于積累層(0.49%、0.33%)(P<0.05)，這表明沉降到沉積物表層的BSi在沉降后仍發(fā)生溶解過程；33#站位柱狀沉積物中BSi的平均含量則在表面混合層和積累層間無顯著性差異(P=0.15)。原因是處于泥質(zhì)區(qū)的C3、D1站位沉積物的沉積速率較高[35-36]，快速的沉積導(dǎo)致大量新鮮硅藻碎屑能夠快速埋藏到混合層以下，之后在積累層發(fā)生降解過程(圖2)；33#站位在表面混合層以下區(qū)域記錄的BSi含量變化不大，表明積累層中BSi的保存未受沉積后再加工的影響(圖2)；趙軍[34]對(duì)該區(qū)域色素的研究也支持了這樣的結(jié)論。因此，泥質(zhì)區(qū)站位(C3、D1)BSi的垂直分布可能主要是因早期成巖作用導(dǎo)致的，而非泥質(zhì)區(qū)站位(33#)BSi的垂直變化則可能是由該區(qū)域的環(huán)境變化引起的，尤其是水動(dòng)力的變化[34]。

3.2.4 由生物硅反演的硅質(zhì)生產(chǎn)力的歷史變化

海洋沉積物中的BSi記錄了生產(chǎn)力強(qiáng)度和位置的變化[3]。尤其是沉積埋藏條件未發(fā)生重大改變的情況下，沉積物中BSi的垂直分布一定程度上可反映硅質(zhì)生產(chǎn)力的歷史變化。由以上討論可知，33#站位中BSi主要由該區(qū)域的環(huán)境變化引起的，因此能較好地反映硅質(zhì)生產(chǎn)力的歷史變化。依據(jù)210Pb的指數(shù)降解計(jì)算得33#站位沉積物的沉積速率并獲得該站位BSi的年際變化特征(圖4)，可發(fā)現(xiàn)如下變化趨勢(shì)：1860s-1890s BSi的含量較為穩(wěn)定；1890s-1950s BSi先有最低值出現(xiàn)，之后迅速升高；1950s-2000s BSi的含量在前期較低之后升高，且波動(dòng)較大。因而結(jié)合以上分析，可獲得33#站位硅質(zhì)生產(chǎn)力的變化如下：19世紀(jì)60年代中期至20世紀(jì)初硅質(zhì)生產(chǎn)力旺盛且穩(wěn)定；之后至20世紀(jì)20年代中期，硅質(zhì)生產(chǎn)力降低；20世紀(jì)30年代至20世紀(jì)50年代末硅質(zhì)生產(chǎn)力較高，之后存在一個(gè)20年左右的硅質(zhì)生產(chǎn)力較低時(shí)期；20世紀(jì)70年代后硅質(zhì)生產(chǎn)力水平波動(dòng)較大。

圖4 33#站位沉積物中BSi的年際變化Fig.4 Interannual variability of BSi in sediments of 33#

圖5 C3、D1、33#站位間隙水中DSi的垂直分布Fig.5 Vertical distribution of DSi of C3， D1， 33# in pore water

3.3 柱狀沉積物間隙水中的溶解硅

3.3.1 間隙水中溶解硅的總體特征

圖5為C3、D1和33#站位柱狀沉積物間隙水中DSi的垂直分布特征。C3站位沉積物間隙水中DSi的含量為48.0～139.2 μmol/L，平均值為(101.6±4.14) μmol/L，隨著深度增加DSi的濃度逐漸升高，表層濃度最低，18～19 cm處濃度最高。D1站位沉積物間隙水中DSi含量為130.2～296.2 μmol/L，平均值為(202.6±6.70) μmol/L，呈現(xiàn)隨著深度增加DSi的濃度逐漸升高的趨勢(shì)，且在中層濃度趨向于穩(wěn)定，而底層濃度波動(dòng)較大。33#站位沉積物間隙水中DSi的含量為210.2～337.4 μmol/L，平均值為(263.9±6.06) μmol/L，波動(dòng)較小，高低值分布不規(guī)則，但整體呈現(xiàn)表層濃度高于底層的趨勢(shì)。整個(gè)研究區(qū)域沉積物間隙水中DSi的濃度均值范圍為101.6～263.9 μmol/L，其均值由大到小順序?yàn)椋?3#站位、D1站位、C3站位(P<0.05)。實(shí)驗(yàn)條件下，BSi的溶解度為1 100 μmol/L[37]，本研究區(qū)域間隙水中DSi的含量明顯低于純BSi的溶解度。

3.3.2 間隙水中溶解硅與pH的關(guān)系

盡管pH在整個(gè)海洋環(huán)境中相對(duì)穩(wěn)定，但在間隙水中變化較為明顯。雖未完全獲得3站位間隙水中的pH，可以33#站位為例進(jìn)行討論。由圖6可知，33#站位間隙水中的DSi與其pH呈現(xiàn)正相關(guān)，r2為0.44(P<0.01)。這可能與生物硅的零表面電荷在1.2到4之間[38]，pH的升高可使硅醇鍵去質(zhì)子化，易于硅醇鍵的斷裂，因此生物硅的溶解一般隨pH的升高而增大有關(guān)。Loucaides等[39]研究發(fā)現(xiàn)二氧化硅的溶解速率在海水(pH=8.1)中是在河水(pH=6.3)中的2倍，也支持了間隙水中溶解硅隨pH的升高而增大這一結(jié)論。

圖6 33#站位沉積物間隙水中DSi與pH相關(guān)關(guān)系Fig.6 Correlation between moisture content and pH in pore water of 33#

圖7 C3、D1、33#沉積物間隙水中DSi與含水率(%)相關(guān)關(guān)系Fig.7 Correlation between moisture content and dissolved silicon (DSi)of C3，D1，33# in pore water

3.3.3 間隙水中溶解硅與含水率的關(guān)系

一般而言，對(duì)于同一個(gè)柱狀沉積物，表層沉積物發(fā)生再懸浮作用，使得間隙水中營養(yǎng)鹽含量趨于與上覆水中含量一致[40—41]。由圖7可知，C3、33#站位間隙水中的DSi與沉積物的含水率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，r2分別為0.67和0.71(P<0.01)。對(duì)于D1站位，兩個(gè)參數(shù)雖未達(dá)顯著水平，但仍存在間隙水中DSi的含量隨著沉積物含水率的增大而降低的趨勢(shì)。因此，含水率越高，間隙水中溶解硅的濃度越低。原因可能是柱狀沉積物含水率越高，表層沉積物再懸浮的能力就越強(qiáng)，營養(yǎng)鹽在間隙水與上覆水間的交換越容易。底層上覆水中DSi的含量低于間隙水中的含量，因此間隙水與上覆水中DSi的交換可能是間隙水中DSi含量降低的原因，這與朱廣偉等[40]、譚鎮(zhèn)等[41]的報(bào)道一致。

3.3.4 間隙水中溶解硅與氧化還原條件的關(guān)系

沉積物氧化還原性的相對(duì)程度可以利用沉積物的氧化還原電位(Eh)和間隙水中Fe2+的濃度等指標(biāo)來表征[42—44]。沉積物的氧化還原電位越低，F(xiàn)e2+的含量越高，沉積物的還原性越強(qiáng)。C3、D1站位沉積物間隙水中Eh的變化范圍分別為84.2～91.5 mV、75.2～94.0 mV，自上而下呈降低趨勢(shì)(圖8)，說明C3、D1站位沉積物的還原性自上而下逐漸增強(qiáng)[45]。結(jié)合圖9中C3、D1站位沉積物間隙水的氧化還原電位和間隙水中DSi的相關(guān)性，可知沉積物間隙水的氧化還原電位和間隙水中的DSi呈顯著負(fù)相關(guān)，r2分別為0.39和0.55(P<0.01)，這與C3、D1站位柱狀沉積物間隙水中DSi的垂直分布特征相吻合。

圖8 C3、D1、33#站位柱狀樣中Eh和Fe2+的垂直分布Fig.8 Vertical distribution of Eh (C3， D1) and Fe2+ (33#) in core sediments

圖9 沉積物間隙水中DSi與Eh(C3、D1)、Fe2+(33#)相關(guān)關(guān)系Fig.9 Correlation between Eh (C3， D1)， Fe2+ (33#) and dissolved silicon (DSi) in pore water

33#站位沉積物間隙水中Fe2+的變化范圍為5.57～61.7 μmol/L(圖8)，整體上層濃度較高，底層濃度較低，說明33#站位沉積物的還原性在上層較強(qiáng)，底層較弱。圖9中33#站位沉積物間隙水中Fe2+和間隙水中DSi的相關(guān)性表明間隙水中Fe2+和間隙水中DSi呈顯著正相關(guān)，r2為0.40(P<0.01)，與33#站位柱狀沉積物間隙水中DSi的垂直分布趨勢(shì)相一致。

究其原因，主要是沉積物中微生物的分解作用消耗大量的有機(jī)物質(zhì)，容易造成還原環(huán)境[46—47]，而硅質(zhì)碎屑的溶解首先是從去除包覆在硅質(zhì)介殼外面的有機(jī)物開始的，有機(jī)物外殼的去除使硅質(zhì)碎屑暴露在外面，有利于BSi的溶解[48]。因而，一般而言，沉積物的氧化還原電位越低，F(xiàn)e2+含量越高，沉積物還原性越強(qiáng)，相應(yīng)間隙水中DSi的含量越高。

3.4 生物硅的沉積埋藏和循環(huán)

由表2的結(jié)果結(jié)合東海浮游植物對(duì)無機(jī)硅酸鹽的需求為1 826 mmol/(m2·a)[49]，計(jì)算得到C3站位、D1站位和33#站位中的硅對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)分別為5%、11%和14%，即非泥質(zhì)區(qū)的擴(kuò)散通量最大，對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)最高。原因可能是33#站位受高溫、高鹽、低營養(yǎng)鹽的臺(tái)灣暖流的影響使得該區(qū)域上覆水與間隙水中硅酸鹽的含量相差較大，從而使擴(kuò)散通量也較大；而C3站位由于處于富營養(yǎng)區(qū)，因而情況與之相反。據(jù)表2計(jì)算知C3站位、D1站位和33#站位BSi的凈埋藏通量分別為0.37 mol/(m2·a)，1.48 mol/(m2·a)，0.15 mol/(m2·a)，埋藏效率為80%、88%、38%，因此生物硅的埋藏效率D1>C3>>33#，即沿岸泥質(zhì)區(qū)生物硅的埋藏效率較高，且均高于黃海的平均值33%[10]，高于世界大洋的平均值20%[50]，因此可以說長江口鄰近海域是潛在的硅的匯。

表2 生物硅的相關(guān)參數(shù)與結(jié)果

由于各站位表層沉積物中生物硅的含量相近，因此生物硅的沉積通量主要受各區(qū)域沉積速率的影響。表2的計(jì)算結(jié)果也表明沉積通量和生物硅的分布并不具有一致性，與沉積速率和埋藏效率的分布一致，即沿岸泥質(zhì)區(qū)的沉積通量較高，且具有近岸高于遠(yuǎn)海的趨勢(shì)?？赡苁且?yàn)樵诔练e速率高的海區(qū)，真光層中產(chǎn)生的生物硅被快速攜帶至沉積物-水界面，最后保存于沉積物中埋藏起來；而在沉積速率較小的區(qū)域，生物硅大部分被溶解參與再循環(huán)，只有較少的部分到達(dá)沉積物-水界面，并最終埋藏于沉積物中。這與Demaster等[51]的研究指出的沉積速率高的海域相應(yīng)的埋藏效率也高的結(jié)論相一致。

4 結(jié)論

(1)研究區(qū)域表層沉積物中BSi的含量均小于1%，處于低含量區(qū)。柱狀沉積物中BSi的均值范圍為0.34%～0.52%，可反映各區(qū)域的生產(chǎn)力狀態(tài)和營養(yǎng)狀況。C3、D1站位柱狀沉積物中BSi在沉降過程中發(fā)生了降解，可能是因早期成巖導(dǎo)致的；33#站位中BSi的保存未受沉積后的再加工，可能是由水動(dòng)力的變化引起的，可反演硅質(zhì)生產(chǎn)力的歷史變化。

(2)研究區(qū)域沉積物間隙水中DSi的均值范圍為101.6～263.9 μmol/L，明顯低于純BSi的溶解度，主要和間隙水的pH、沉積物的氧化還原條件和含水率有關(guān)。間隙水的pH值越大，還原性越強(qiáng)，沉積物中含水率越低，間隙水中溶解硅的含量越高。

(3)生物硅的沉積埋藏和循環(huán)表明研究區(qū)域東南部海域非泥質(zhì)區(qū)對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的貢獻(xiàn)較高；沿岸泥質(zhì)區(qū)生物硅的埋藏效率較高，且均高于黃海的平均值33%和世界大洋的平均值20%，因此長江口鄰近海域是潛在的硅的匯；沿岸泥質(zhì)區(qū)的沉積通量較高，且具有近岸高于遠(yuǎn)海的趨勢(shì)，與沉積速率和埋藏效率的分布一致。

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The study of silica in sediment and pore water in the adjacent area of Changjiang Estuary

Li Huiju1，2， Liu Shumin1，2， Jian Huimin1， Chen Hongtao1，2， Yao Qingzhen1，2

(1.KeyLaboratoryofMarineChemistryTheoryandTechnology,MinistryofEducation，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China; 2.CollegeofChemistryandChemicalEngineering，OceanUniversityofChina，Qingdao266100，China)

Sediment samples and pore water were collected in the adjacent area of Changjiang Estuary in June and August of 2011. The study discussed the distribution characteristics and influencing factors of biogenic silica (BSi) in the sediments and the dissolved silicate (DSi) in the pore water， and the cycle and conservation of biological silicon. The results showed that the content of BSi in the surface sediment was less than 1%. The range of concentration of BSi in core sediments was 0.34%-0.52%. The distribution of BSi in C3 and D1 core sediments was controlled by early diagenesis. That of 33#core sediment was mainly caused by the changes of hydrodynamic condition. The range of concentration of DSi in pore water was 101.6-263.9 μmol/L， which was lower than the solubility of silica. The higher pH in pore water， lower moisture content and higher reduction of sediments lead the higher concentration of DSi in pore water. The higher silica burial efficiency in these stations showed that the adjacent area of Changjiang Estuary was the potential sink of silica. The distribution of silica sedimentation flux was in a decreasing trend from coastal water to the open sea， which was similar to the distribution of silica deposition rate and silica burial efficiency.

adjacent area of Changjiang Estuary; sediments; pore water; biogenic silica; dissolved silicate; burial efficiency

10.3969/j.issn.0253-4193.2017.04.004

2016-05-28；

2016-11-26。

國家自然科學(xué)基金(41276070)；鰲山科技創(chuàng)新計(jì)劃項(xiàng)目(2016ASKJ02)。

李慧菊(1991-)，女，河南省商丘市人，主要從事海洋生物地球化學(xué)方面的研究。E-mail:lihuiju1991@163.com

*通信作者：簡慧敏，工程師，主要從事河口與近海海洋營養(yǎng)元素、痕量元素循環(huán)的研究。E-mail：jianhm@ouc.edu.cn

P734

A

0253-4193(2017)04-0039-11

李慧菊，劉淑民，簡慧敏，等. 長江口鄰近海域沉積物和間隙水中硅的研究[J].海洋學(xué)報(bào)，2017，39(4)：39—49，

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