達里諾爾湖表層沉積物中硅的形態分布特征

劉文彥

摘 要： 本文以達里諾爾湖表層沉積物硅地球化學行為為研究對象，以沉積物硅的形態分布特征研究為主線，運用環境地球化學、地質學、土壤學和沉積學的理論和方法，通過環境中載體的關聯信息的綜合獲取和時空變化對比，開展了該湖表層沉積物中硅的地球化學特征研究，揭示了硅的形態分布差異性機制，研究發現表層沉積物中不同形態及組分硅的的含量序列為：IEF-Si

關鍵詞： 形態硅；生物硅；有效硅；沉積物；地球化學；達里諾爾

1硅的形態關系

按照Tessier連續提取法的操作步驟可依次定義出五種沉積硅的形態：IEF-Si、CF-Si、IMOF-Si、OSF-Si與Residual。已有研究也表明，參照土壤學中有效硅的提取方法， IEF-Si和CF-Si之和可近似定義為生物可給態硅（即宋金明說的可交換態）即近似等于有效硅的量[1]。

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

2 表層沉積物硅的空間分布特征

2.1達里諾爾湖表層沉積物中IEF-Si的空間分布特征

表層沉積物中IEF-Si的空間分布具有南西部深水區及北東部河流入湖口區為高值區（圖 1），南東湖周及湖濱淺水區為低值區的特點。湖內硅藻類浮游植物的繁盛和湖底生物的擾動及外源輸入是導致IEF-Si沉積量多寡的主要原因。IEF-Si是活性最大的硅，很容易釋放出來被生物利用，這部分硅在自然狀態下是通過溶出、間隙水離子交換、絡合等形式釋放出來，風力攪動作用、湖水溫度、pH的變化以及湖底生物的擾動都會加快間隙水中的硅向上覆水擴散。此外，達里諾爾湖表層沉積物中IEF-Si的空間分布也可能反映了湖心或者深水區及河流入湖口區有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中IEF-Si含量高，湖周淺水區因挺水或沉水植物等與硅藻類浮游植物競爭生存空間而導致淺水區沉積物IEF-Si的累積量減少。

2.2達里諾爾湖表層沉積物中CF-Si空間分布特征

表層沉積物中CF-Si的空間分布具有南西向北東逐漸遞減的趨勢。湖內沉積物類型的不同是導致CF-Si在湖底沉積多少的主要原因。此外，當外界條件pH值發生變化時，很容易從該結合態中釋放出來。達里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細，沉積物平均粒徑呈環帶狀分布，湖濱區沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中CF-Si的溶解，因而湖濱淺水區為CF-Si低值區。

2.3達里諾爾湖表層沉積物中IMOF-Si空間分布特征

表層沉積物中IMOF-Si的空間分布具有南西部深水區為高值區，湖濱淺水區為低值區的特點。湖內硅藻類浮游生物的擾動及其遺體的沉降是導致IMOF-Si在深水湖底大量累積的主要原因。已有研究也表明，沉積物顆粒越細IMOF-Si含量越高，即沉積物顆粒越細越有利于IMOF-Si的賦存與累積。達里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細，沉積物平均粒徑呈環帶狀分布，湖濱區沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中IMOF-Si的溶解，因而湖周淺水區為IMOF-Si低值區。此外，達里諾爾湖表層沉積物中IMOF-Si的空間分布也可能反映了湖心深水區有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中IMOF-Si含量高。

2.4達里諾爾湖表層沉積物中OSF-Si空間分布特征

表層沉積物中OSF-Si的空間分布具有湖濱淺水區為高值區湖心深水區入湖口區為低值區特點。可能主要是受沉積柱中不同時期沉積下來的沉積物類型和粒度影響。

2.5表層沉積物中BSi的空間分布特征

達里諾爾湖表層沉積物中BSi的空間分布具有南西向北東遞減的趨勢。湖內硅藻類浮游植物的繁盛是導致BSi在深水區湖底大量累積的主要原因。已有研究也表明，沉積物顆粒越細BSi含量越高，即沉積物顆粒越細越有利于BSi的賦存與累積。達里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細，沉積物平均粒徑呈環帶狀分布，湖濱區沉積物顆粒較粗，滲透性較好，有利于沉積物中BSi的溶解，因而湖周淺水區為BSi低值區。此外，達里諾爾湖表層沉積物中BSi的空間分布也可能反映了湖心深水區有利于硅藻類浮游植物的繁盛，沉積物中BSi含量高，湖周淺水區因挺水或沉水植物等與硅藻類浮游植物競爭生存空間而導致淺水區沉積物BSi的累積量減少[2]，[3]。

2.6表層沉積物中有效硅（Si（OH）4）的空間分布

達里諾爾湖表層沉積物中Si（OH）4的空間分布具有南西向北東逐漸遞減的趨勢（圖2），并且與深水等值線分布圖有很高的相似性。已有研究表明，沉積物顆粒越細Si（OH）4含量越高，即沉積物顆粒越細越有利于Si（OH）4的賦存與累積，達里諾爾湖沉積物粒度隨水深增加而變細，沉積物水深呈階梯狀分布，因而有南西深水區為高值區北東淺水區為低值區的特點。

3表層沉積物中硅的來源

根據本文BSi和Bi（OH）4的空間分布特征揭示硅的主要來源于湖底微生物殘體的沉降積累，主要受湖水深度、沉積物顆粒性質（礫型和粘土型）及湖底微生物活動等影響。此外，沉積物粒度及挺水或沉水植物與硅藻類浮游植物間生存空間的競爭也對硅的空間分布具有顯著影響。

4小結

達里諾爾湖泊表層沉積物硅的形態的分析得出，硅的形態含量順序是：IEF-Si

硅的的轉化因素比較復雜。在達里諾爾沉積物中，湖水深度、沉積物顆粒類型、植被分布、微生物的分布、沉積物中無機膠體本身構成、鹽分、水動力條件和氣溫等可能是硅的形態形成和分布的主要影響因子。硅的形態分布和其決定性因素，基于硅的形態在達里諾爾湖分布和組成，認為影響硅的形態分布影響因子是沉積物顆粒類型、湖區水深和底泥微生物的活動。硅的的再轉化和礦化直接關系到湖泊的在生產能力和初級生產能力，其活性較大的是IEF-Si。

根據達里諾爾湖基本概況和硅的形態分布和變化分析，硅的形態的分布看，活性較大的硅的形態與湖泊深淺、生物量分布和外源輸入性質有關。淺水水域OSF-Si比例較高；深水區CF-Si、BSi 和Si（OH）4含量偏高；湖濱區IEF-Si含量相對較高。

達里諾爾湖表層沉積物系統中BSi和Bi（OH）4的空間分布特征揭示生物硅的來源主要是內源釋放，主要受沉積物顆粒粗細、湖水深度影響。此外，挺水或沉水植物與硅藻類浮游植物間生存空間的競爭也對BSi的空間分布具有顯著影響。

參考文獻

[1] 秦亞超.珠江口沉積硅的生物地球化學研究[D].浙江大學博士學位論文，2006.

[2] 呂昌偉.內蒙古高原湖泊碳_氮_磷_硅_的地球化學特征[D].內蒙古大學博士學位論文， 2008.

[3] 呂昌偉，何江等.岱海硅藻類浮游植物初級生產力Si限制初探[J].環境科學，2010，31（3）：639-644.