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1、华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文摘要S i 是海洋初级生产力主要贡献者硅藻生长所必须的营养元素。生物硅( B S i ) 主要由海洋真光层硅质浮游生物( 硅藻等) 产生，沉积物中B S i 的积累能够反映上层水体生产力的时空变化，它的赋存与分解对滨岸地区富营养化问题的发生影响巨大。本文以长江口滨岸潮滩为典型对象，研究沉积物中B S i 的时空分布规律，分析了沉积过程中B S i 的转化和积累效应，并结合盐沼植物分析植物对B S i 的富集作用，试图阐述B S i 在长江口潮滩湿地的分布及富集机制。取得了以下研究成果：长江口滨岸潮滩表层沉积物中B S i 的含量具有明显的时空变化差异：
2、边滩表层沉积物二月份B S i 的含量在0 4 6 1 6 1 之间，总体上具有自陆向海逐渐增加的趋势，八月份B S i 的含量在O 3 9 1 3 6 之间，其沿程分布模式与二月份相反；沙洲沉积物中B S i 含量的变化范围为0 4 7 - , 1 0 2 ，向口门方向具有逐渐增加的变化趋势，且不同沙洲高、中、低潮滩B S i 含量变化存在显著性差异。沉积物理化性质与B S i 之间的相关分析揭示，B S i 含量与沉积物机械组成、有机质含量有密切关系，在细颗粒且富含有机质的沉积物中易于B S i 的累积和赋存。此外，底栖硅藻可能是潮滩表层沉积物中B S i 的重要来源。利用弱酸弱碱分级提取
3、法测定柱状沉积物B S i 含量发现：来自氧化外壳的S i H C l 含量明显低于内部的S i A l k ，与以前的研究结果相比，弱酸前处理显著提高B S i 的提取量。粒径效应分析显示：不同粒径下B S i 的垂向变化趋势也不一样，在1 2 5 2 5 0 9 i n 和6 3 1 2 5 9 m 粒径下沉积物中B S i 都随深度呈现逐渐增加的变化趋势，而在 4 时，硅石同质异象体可使表明硅羟基增加，而有利于S i 的溶出； 吸附碱性阳离子可能提高硅石的动力学溶解速率，其它被吸附的阳离子，如时十，可能减弱硅石的表面反应性( 宋金明，2 0 0 4 ) 。沉积物中B S i 的溶解主要依
4、赖于沉积物间隙水和上覆海水中溶解硅酸盐的饱和程度、p H 、温度、有机质的含量以及颗粒物表层有机质的保护等条件。另外B S i 转换为溶解硅酸盐的速度随沉积物渗透性的增大而增大，有机质含量较低的砂质沉积物有相对较高的矿化速率。当上覆水体中的硅酸盐被消耗时，沉积物中B S i 的溶解将大大加速( E h r e r d a a u s se ta 1 ，2 0 0 4 ) 。1 2华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论叶曦雯( 2 0 0 3 ) 通过对胶州湾沉积物和悬浮颗粒物B S i 的研究认为：海区颗粒态B S i 含量和溶解硅酸盐、溶解无机氮显著相关。水体中B S i 含量
5、与浮游植物总量、硅藻生物量、有机碳表现为正相关；胶州湾表层沉积物中B S i 的含量小于1 ，海区B S i 分布格局同水体中初级生产力、浮游植物数量关系密切。在她的另一份研究中( 2 0 0 4 ) 还指出在长江口海区，B S i 的积累与河口区水体中的叶绿素a 、初级生产力有着密切的关系。在扈传昱等( 2 0 0 7 ) 的研究中也证实表层沉积物中B S i 和有机碳分布与表层海水中叶绿素a 、初级生产力的分布趋势相关密切性。H u r d ( 19 7 3 ) 和V a nC a p p e l l e n ( 19 9 7 ) 通过改变p H 值分析对B S i 溶解度的影响，当p H
6、 8 时溶解度随着p H 的增加迅速增加，p H = 士1 溶解度变化2 0 左右。也就是当p H 值小于8 时，p H 值对B S i 溶解度的影响略小，而大于8 时影响显著。因此p H 值是测定B S i 溶解度的重要参数。硅藻的孔壁上会吸附着粒径较小、形态不规则粘土矿物，而这些粘土矿物会影响B S i 的溶解度。D i x i t ( 2 0 0 1 ) 曾经研究过B S i 溶解度和岩屑关系，发现B S i 的溶解度随着岩屑与B S i 比值的增加而减小。V a nB e n n e k o m 等( 1 9 8 8 ) 曾研究得出：溶解度随着A Y S i 比, 值的增加而减小。岩屑
7、通过增加对间隙水的溶解态铝的释放来减少B S i 的溶解度和溶解动力，并通过自生铝硅酸盐的沉降来影响硅酸的组成。B S i 和岩屑之间的相互反应，决定了硅酸的稳定浓度，并导致沉积物中岩屑与B S i的比值与硅酸稳定浓度反相关。1 3 技术路线与论文创新点1 3 1 技术路线本论文是以国家自然科学基金为支持，在占有大量一手资料的基础上撰写完成的。与海洋、湖泊和其它湿地生态系统相比，河口型滨岸潮滩是一个典型的沉积物一水气生周期性交互作用界面，它具有径流、波浪和潮流等水动力作用交互、物质交换频繁、物理化学要素变化梯度大、生物种类丰富多样等独特的环境特征。基于上述潮滩系统独特的环境特征，以高强度人类作
8、用下的城市化河口一长江河口滨岸潮滩作为典型的研究地区，以其自然环境变化特征为基础，利用了资料收集与实地野外考察相结合、宏观现象与微观机理研究相结合、野外采样与实验室分析相结合的研究方法和研究手段，从环境地球化学的角度，深入研究了潮滩复杂环境条件下B S i 在不同环境介质中的分布及累积作用，并探讨了影响其分布的可能原因。技术路线如图1 5 所示。华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论本文的数据处理和绘制运用了O r i g t n ，S P S S 和E x c e l 等统计分析软件。技术路线图资 料 收收集资料，分类整理，控制进展 集1r表层沉积物柱状沉积物盐沼植物野上外边沙
9、东东互海 工滩洲滩滩芦花 作洪两U苇o米棱 枯由乙no根草蔗o宣 季低o茎根草 样潮基菱叶 样节茎各 品滩口样叶部口口口分口口IlI。1r室V 内分析B S i 、植株高度、生物量 分分析B S i 、O C 、O N 、粒径及O C 、O N 析 数 据环境介质B S i 分布及累积规律分 析影响因子分析图1 5 技术路线图F i g1 5T h et e c h n i c a lr o u t e o f t h er e s e a r c h1 3 2 主要认识与论文创新点营养盐环境地球化学过程研究是深刻认识河口潮滩富营养化发生机理的关键环节和重要内容；而潮滩环境又是一个具有多介质、
10、多界面和多物质等相互耦合作用的复杂生态系统。为此，本研究在认识河口潮滩营养盐循环的特殊性和复杂性的基础上，在研究思路、多学科交叉、研究技术手段等方面进行了不断探索，采用了区域宏观现象的认识与微观机理相结合的研究方法，并对许多关键问题研究取得了新的认识，主要表现在以下方面：1 4华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第一章绪论( 1 ) 选取长江口的边滩和沙洲以及崇明东滩保护区为研究区域，根据环境介质的不同对提取方法进行改良，较为全面地分析长江口湿地表层和柱状沉积物、植物体B S i 的分布特征及累积变化规律，弥补了目前对长江口地区B S i 分布规律及机制研究的不足，具有典型性和示范性。(
11、 2 ) 结合沉积物理化性质，分析了长江口边滩和沙洲B S i 的含量分布特征及其影响因素，发现沉积物机械组成、有机质含量以及表层叶绿素含量都对沉积物B S i 含量分布存在明显的影响作用。( 3 ) 利用弱酸弱碱提取技术，区分B S i 沉积过程中的不同形态，分析了崇明东滩柱状沉积物两种形态B S i 在沉积过程中以及植被影响下的含量变化，研究发现在沉积物中S i H C l 含量明显低于S i A l k ，并且S i H C l 在垂向上变化较缓慢，而两者在不同粒径下增减变化说明了沉积过程中S i A l k 和S i H C l 的粒径效应。同时分析了沉积物O C 、O N 与两种形态
12、B S i 之间的显著相关性关系，指出在沉积过程中有机质与B S i 存在密切关系。( 4 ) 对长江口盐沼植物芦苇、互花米草和海三棱蔗草生长季内植株B S i 累积特征进行了分析，发现三种盐沼植物中芦苇和海三棱蔗草生长过程中对B S i存在明显的富集效应，还发现外来入侵物种互花米草整个生长季内各部分B S i含量都明显低于芦苇和互花米草，对B S i 的累积效应不明显，对两种本地植物不存在S i 吸收上的竞争。同时还估算得出崇明东滩盐沼植物地上部分B S i 总积累量高达4 0 6 1 8 t ，仅芦苇就占了5 3 ，对湿地B S i 储量起着巨大贡献。1 5华东师范大学2 0 0 8 届硕
13、士学位论文第二章区域环境特征第二章区域环境特征河口生态系统作为近岸典型的海洋环境生态系统之一，是海洋贝类的重要栖息地和鱼类、虾、蟹等主要海洋经济生物的产卵、育幼及索饵场所，具有重要的生态价值和经济价值。同时，河口是陆源污染物进入海洋环境的主要途径，由于受自然和人类活动的双重影响，河口生态系统承受着巨大压力，生态健康面临严重威胁。长江是中国第一大河，位居世界第三，全长6 3 0 0 公里，流域面积1 8 0 万平方公里。长江每年携带4 7 亿吨泥沙，入海悬沙以向东、向南外输为主，丰富的泥沙供给使本区滩地淤涨迅速，潮滩不断向海推进，并以每年数十甚至上百米的淤涨速率不断向海推进，其滨岸带是我国淤泥质
14、潮滩的主要分布区之一。同时，受潮汐作用影响，大量泥沙沉积在长江口区，形成一系列沙洲岛屿，经不断沉积、侵蚀，其面积、形态、位置都会发生变化，积年累月沉积的泥沙露出水面发育成为冲积岛。崇明岛、九段沙、扁担沙和白茆沙等是长江口现代发育过程不同时期形成的河口岛屿沙洲( 袁兴中等，2 0 0 2 ) 。崇明岛成陆时间最长，迄今已有1 3 0 0 多年历史，东滩位于崇明岛最东端，湿地面积广阔，具有重要的生态价值。本文的选择长江口滨岸边滩湿地，河口新生沙洲以及崇明东滩湿地为研究对象。2 1 区域自然地理特征长江口属中等强度的潮汐河口，受潮汐、径流双重控制影响。洪季大潮5 3亿m 3 、小潮1 6 亿m 3
15、；枯季大潮3 9 亿m 3 、小潮1 3 亿m 3 。口外为正规半日潮，口内为非正规半日浅海潮。河口区分三个区段：近口段安徽省大通至江苏江阴，长4 0 0 公里，受径流控制；河口段江阴至口门( 拦门沙滩顶) ，长2 4 0 公里，径流、潮流相互作用；口外海滨段口门至3 0 5 0 米等深线附近，以潮流作用为主。河口径流量丰沛，大通水文站多年平均流量2 9 5 0 0 m 3 s ；多年平均洪峰流量5 6 2 0 0 m 3 s ；最大洪峰流量9 2 6 0 0 m 3 s ( 1 9 5 4 年) ；最小枯水流量4 6 2 0 m 3 s ( 1 9 7 9 年) 。属于亚热带季风气候区，气候
16、温和湿润，四季分明。年平均气温约为1 6 0 ，多年平均最高水温为2 8 0 ( 8 月) ，多年平均最低水温为6 7 0 ( 2 月) ( 沈焕庭等，2 0 0 1 ) ，1 5 m 2 0 m 处，大、中、小潮的平均含盐度在2 0 - 2 5 0 o o 之间；导堤下口处1 0 1 5 o 左右，导堤上口处大潮在1 o 左右，中潮在O 5 1 o 左右，小潮在O 5 左右。降雨量充沛，多年平均降雨量为11 4 4 m m ，年际降水量变化较大；降水主要集中在4 - 9 月，夏季热带气旋及其伴随的暴雨和风暴潮时有侵袭( 许世远，1 9 9 7 ) 。5 月至1 0 月为洪季，1 1 月至次1 6华东师范大学2 0 0 8 届硕士学位论文第二章区域环境特征年4 月为枯季，洪季径流量占全年的7 1 1 ( 陈吉余，1 9 8 8 ) 。多年平均含沙量0 5 4 k g m 3 ，洪季约为1 O l k g m
