达里诺尔湖表层沉积物中硅的形态分布特征

刘文彦

摘 要： 本文以达里诺尔湖表层沉积物硅地球化学行为为研究对象，以沉积物硅的形态分布特征研究为主线，运用环境地球化学、地质学、土壤学和沉积学的理论和方法，通过环境中载体的关联信息的综合获取和时空变化对比，开展了该湖表层沉积物中硅的地球化学特征研究，揭示了硅的形态分布差异性机制，研究发现表层沉积物中不同形态及组分硅的的含量序列为：IEF-Si

关键词： 形态硅；生物硅；有效硅；沉积物；地球化学；达里诺尔

1硅的形态关系

按照Tessier连续提取法的操作步骤可依次定义出五种沉积硅的形态：IEF-Si、CF-Si、IMOF-Si、OSF-Si与Residual。已有研究也表明，参照土壤学中有效硅的提取方法， IEF-Si和CF-Si之和可近似定义为生物可给态硅（即宋金明说的可交换态）即近似等于有效硅的量[1]。

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

2 表层沉积物硅的空间分布特征

2.1达里诺尔湖表层沉积物中IEF-Si的空间分布特征

表层沉积物中IEF-Si的空间分布具有南西部深水区及北东部河流入湖口区为高值区（图 1），南东湖周及湖滨浅水区为低值区的特点。湖内硅藻类浮游植物的繁盛和湖底生物的扰动及外源输入是导致IEF-Si沉积量多寡的主要原因。IEF-Si是活性最大的硅，很容易释放出来被生物利用，这部分硅在自然状态下是通过溶出、间隙水离子交换、络合等形式释放出来，风力搅动作用、湖水温度、pH的变化以及湖底生物的扰动都会加快间隙水中的硅向上覆水扩散。此外，达里诺尔湖表层沉积物中IEF-Si的空间分布也可能反映了湖心或者深水區及河流入湖口区有利于硅藻类浮游植物的繁盛，沉积物中IEF-Si含量高，湖周浅水区因挺水或沉水植物等与硅藻类浮游植物竞争生存空间而导致浅水区沉积物IEF-Si的累积量减少。

2.2达里诺尔湖表层沉积物中CF-Si空间分布特征

表层沉积物中CF-Si的空间分布具有南西向北东逐渐递减的趋势。湖内沉积物类型的不同是导致CF-Si在湖底沉积多少的主要原因。此外，当外界条件pH值发生变化时，很容易从该结合态中释放出来。达里诺尔湖沉积物粒度随水深增加而变细，沉积物平均粒径呈环带状分布，湖滨区沉积物颗粒较粗，渗透性较好，有利于沉积物中CF-Si的溶解，因而湖滨浅水区为CF-Si低值区。

2.3达里诺尔湖表层沉积物中IMOF-Si空间分布特征

表层沉积物中IMOF-Si的空间分布具有南西部深水区为高值区，湖滨浅水区为低值区的特点。湖内硅藻类浮游生物的扰动及其遗体的沉降是导致IMOF-Si在深水湖底大量累积的主要原因。已有研究也表明，沉积物颗粒越细IMOF-Si含量越高，即沉积物颗粒越细越有利于IMOF-Si的赋存与累积。达里诺尔湖沉积物粒度随水深增加而变细，沉积物平均粒径呈环带状分布，湖滨区沉积物颗粒较粗，渗透性较好，有利于沉积物中IMOF-Si的溶解，因而湖周浅水区为IMOF-Si低值区。此外，达里诺尔湖表层沉积物中IMOF-Si的空间分布也可能反映了湖心深水区有利于硅藻类浮游植物的繁盛，沉积物中IMOF-Si含量高。

2.4达里诺尔湖表层沉积物中OSF-Si空间分布特征

表层沉积物中OSF-Si的空间分布具有湖滨浅水区为高值区湖心深水区入湖口区为低值区特点。可能主要是受沉积柱中不同时期沉积下来的沉积物类型和粒度影响。

2.5表层沉积物中BSi的空间分布特征

达里诺尔湖表层沉积物中BSi的空间分布具有南西向北东递减的趋势。湖内硅藻类浮游植物的繁盛是导致BSi在深水区湖底大量累积的主要原因。已有研究也表明，沉积物颗粒越细BSi含量越高，即沉积物颗粒越细越有利于BSi的赋存与累积。达里诺尔湖沉积物粒度随水深增加而变细，沉积物平均粒径呈环带状分布，湖滨区沉积物颗粒较粗，渗透性较好，有利于沉积物中BSi的溶解，因而湖周浅水区为BSi低值区。此外，达里诺尔湖表层沉积物中BSi的空间分布也可能反映了湖心深水区有利于硅藻类浮游植物的繁盛，沉积物中BSi含量高，湖周浅水区因挺水或沉水植物等与硅藻类浮游植物竞争生存空间而导致浅水区沉积物BSi的累积量减少[2]，[3]。

2.6表层沉积物中有效硅（Si（OH）4）的空间分布

达里诺尔湖表层沉积物中Si（OH）4的空间分布具有南西向北东逐渐递减的趋势（图2），并且与深水等值线分布图有很高的相似性。已有研究表明，沉积物颗粒越细Si（OH）4含量越高，即沉积物颗粒越细越有利于Si（OH）4的赋存与累积，达里诺尔湖沉积物粒度随水深增加而变细，沉积物水深呈阶梯状分布，因而有南西深水区为高值区北东浅水区为低值区的特点。

3表层沉积物中硅的来源

根据本文BSi和Bi（OH）4的空间分布特征揭示硅的主要来源于湖底微生物残体的沉降积累，主要受湖水深度、沉积物颗粒性质（砾型和粘土型）及湖底微生物活动等影响。此外，沉积物粒度及挺水或沉水植物与硅藻类浮游植物间生存空间的竞争也对硅的空间分布具有显著影响。

4小结

达里诺尔湖泊表层沉积物硅的形态的分析得出，硅的形态含量顺序是：IEF-Si

硅的的转化因素比较复杂。在达里诺尔沉积物中，湖水深度、沉积物颗粒类型、植被分布、微生物的分布、沉积物中无机胶体本身构成、盐分、水动力条件和气温等可能是硅的形态形成和分布的主要影响因子。硅的形态分布和其决定性因素，基于硅的形态在达里诺尔湖分布和组成，认为影响硅的形态分布影响因子是沉积物颗粒类型、湖区水深和底泥微生物的活动。硅的的再转化和矿化直接关系到湖泊的在生产能力和初级生产能力，其活性较大的是IEF-Si。

根据达里诺尔湖基本概况和硅的形态分布和变化分析，硅的形态的分布看，活性较大的硅的形态与湖泊深浅、生物量分布和外源输入性质有关。浅水水域OSF-Si比例较高；深水区CF-Si、BSi 和Si（OH）4含量偏高；湖滨区IEF-Si含量相对较高。

达里诺尔湖表层沉积物系统中BSi和Bi（OH）4的空间分布特征揭示生物硅的来源主要是内源释放，主要受沉积物颗粒粗细、湖水深度影响。此外，挺水或沉水植物与硅藻类浮游植物间生存空间的竞争也对BSi的空间分布具有显著影响。

参考文献

[1] 秦亚超.珠江口沉积硅的生物地球化学研究[D].浙江大学博士学位论文，2006.

[2] 吕昌伟.内蒙古高原湖泊碳_氮_磷_硅_的地球化学特征[D].内蒙古大学博士学位论文， 2008.

[3] 吕昌伟，何江等.岱海硅藻类浮游植物初级生产力Si限制初探[J].环境科学，2010，31（3）：639-644.