程 星 石方紅 李本剛 張金梅 潘響亮

(1.貴州師范大學(xué)地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院 貴陽 550001;2.貴州省交通科學(xué)研究院股份有限責(zé)任公司 貴陽 550008;3.中國科學(xué)院貴陽地球化學(xué)研究所 貴陽 550001)

0 引言

地表鈣華，是喀斯特地區(qū)普遍存在的一種沉積體，是典型的陸相碳酸鈣沉積。關(guān)于鈣華的成因，學(xué)術(shù)界雖然仍存在分歧，較為典型的有兩大類，即水動力成因［1～3］與生物(主要是藍(lán)藻、硅藻等微生物和苔蘚植物)兩大基本作用成因［4～7］。對于陸相碳酸鈣的水動力成因，以張英俊、章典、程星、祝安的研究最具代表性［1，2，，7］，分別提出了摻氣效應(yīng)、水沫效應(yīng)、瀑布效應(yīng)等，可謂國內(nèi)陸相碳酸鈣沉積水動力觀點(diǎn)的典型。而生物的鈣華沉積作用雖然早在16世紀(jì)就有人注意到了，但一直僅為少數(shù)人所接受。近年來，很多學(xué)者展開了對鈣化過程的廣泛研究。

藍(lán)藻的鈣化作用主要依賴于下列3個條件:

1)碳酸鈣在膠鞘上或膠鞘內(nèi)的成核作用。作為粘液質(zhì)，膠鞘易于吸收和陷捕鈣離子，而局部較高的鈣離子濃度，增加了碳酸鈣在膠鞘內(nèi)外的成核作用［8］。

2)鈣化微生物的形成必須有導(dǎo)致碳酸鈣沉淀的環(huán)境(過飽和或超飽和)條件?？刂柒}化的最主要的物理化學(xué)因素是有關(guān)水體中鈣離子的過飽和程度。當(dāng)藍(lán)藻在胞外進(jìn)行鈣化時，周圍水體就會發(fā)生關(guān)于碳酸鹽的過飽和［9］，從而導(dǎo)致碳酸鹽晶體結(jié)晶?，F(xiàn)代快速的碳酸巖沉淀僅發(fā)生在淡水(方解石)，堿性湖泊(方解石，鎂方解石或文石)及超鹽度岸邊海灣(文石或鎂方解石)，這可能是由中生代鈣質(zhì)富有生物輻射所導(dǎo)致的表層碳酸鹽巖過飽和值的降低所決定的［8］。

3)最關(guān)鍵的一點(diǎn)，必須有促使碳酸鹽巖在膠鞘所限定的微環(huán)境中沉淀的方法。諸如水化學(xué)性質(zhì)pH值(上升)、堿度(下降)、溫度、飽和指數(shù)等都會影響鈣化的發(fā)生。在急流溪流中，藍(lán)藻在光合作用中利用CO2，在緩流淡水中，藍(lán)藻利用的是，即便是較低的飽和指數(shù)，也會引起藍(lán)藻絲體內(nèi)碳酸鈣的注入［9］。

巖溶沉積陸相碳酸鈣一般指地表石灰華、泉華、鈣質(zhì)殼、灰華壩或邊石壩、洞穴沉積等，他們的沉積是一個復(fù)雜的無機(jī)與有機(jī)過程的綜合結(jié)果。藍(lán)藻在碳酸鈣沉積過程中通過其物理集結(jié)作用和生理活動來發(fā)揮作用［10］。多數(shù)研究證明，鈣化類的陸相碳酸鈣沉積有無機(jī)沉積和生物沉積兩種類型，其中生物沉積中以藻類尤其是藍(lán)藻的作用更為重要。因?yàn)樵陉懙氐?，藍(lán)藻是最主要的優(yōu)勢物種。所以展開對藍(lán)藻鈣化研究更有意義和作用。

本文對貴陽市烏當(dāng)區(qū)水都花錦附近一滴水巖石壁進(jìn)行采樣，鑒定、分析藍(lán)藻標(biāo)本。模擬外界水動力條件進(jìn)行試驗(yàn)研究，分析不同水動力條件對鈣化藍(lán)藻的生長與鈣化沉積的影響效應(yīng)，以豐富藍(lán)藻對鈣化沉淀的研究成果。

1 研究方法

1.1 藻種選擇

1.1.1 野外工作

(1)鈣華藍(lán)藻采樣點(diǎn):

由于貴州是一個典型的喀斯特發(fā)育的地區(qū)，在貴州廣泛分布有典型的喀斯特藍(lán)藻，本研究選擇在貴陽市烏當(dāng)區(qū)水錦花都附近一條喀斯特河流的滴水巖瀑布作為采樣點(diǎn)，分別在4個不同位置采樣。A、瀑布旁滴水巖壁上;B、瀑布水潭邊;C、瀑布浸水巖壁;D、瀑布潮濕層片狀鐘乳石的基質(zhì)上。

(2)標(biāo)本采集

用小刀刮取附著在基質(zhì)上的藻類，將采集到的標(biāo)本裝入采集袋，并詳細(xì)記錄采集日期、地點(diǎn)、標(biāo)本號、性狀描述等。

1.1.2 室內(nèi)工作

利用光學(xué)顯微鏡，借助現(xiàn)代分類工具書，對藻類標(biāo)本進(jìn)行鑒定。鑒定的標(biāo)本預(yù)先采用1%稀鹽酸處理1～2 h。

1.1.3 藻種選用

通過對貴陽市烏當(dāng)區(qū)滴水巖瀑布鈣華藻類的采集及鑒定，結(jié)合文獻(xiàn)資料共鑒定出鈣華藍(lán)藻12種，分屬于隱球藻(Aphanocapsa)、粘球藻屬(Gloeocapsa)、眉藻屬(Calothrix)、裂須藻屬(Schizothrix)、席藻屬(Phormidium和顫藻屬(Oscillatoria)。采樣點(diǎn)藍(lán)藻的組成如下:

(1)A號采樣點(diǎn)(瀑布旁滴水巖壁):

巖石表層為綠色、黃綠色，具顆粒狀固體并伴有少量苔蘚植物。

藍(lán)藻主要為小粘球藻(Gloeocapsa minutula Gardner.)、顆粒粘球藻(Gloeocapsa granosa(Berkeley)kütz)、土棲隱球藻(Aphanocapsa muscicola(Menegh.)Will)、銅綠粘球藻(Gloeocapsa aeruginosa(Carmichael)Kütz)以及極短眉藻(Calothrix brerissima G.S.West)。

(2)B號采樣點(diǎn)(瀑布水潭邊):

巖石表層為綠色、墨綠色、灰綠色、褐色，具顆粒狀固體并伴有苔蘚植物。

藍(lán)藻主要為極短眉藻(Calothrix brerissima G.S.West)、蓋氏眉藻(Calothrix geitler Cop.)、膠質(zhì)席藻以及鈣生裂須藻(Schizothrix calcicola(Ag.)Gom.)。

(3)C號采樣點(diǎn)(瀑布浸水巖壁):巖石表層為墨綠色，具有不規(guī)則乳頭狀突起。藍(lán)藻主要為顆粒粘球藻(Gloeocapsa granosa(Berkeley)kütz)、膠質(zhì)席藻(Phormidium gelatinosum Woron)、泥濘顫藻(Oscillatoria limosa Agarh var.limosa)、土棲隱球藻(Aphanocapsa muscicola(Menegh)Will)以及擬短形顫藻(Oscillatoria Subbrevis Schm.)。

(4)D號采樣點(diǎn)(瀑布潮濕層片狀鐘乳石):巖石表層為綠色、墨綠色。

藍(lán)藻主要有顆粒粘球藻(Gloeocapsa granosa(Berkeley)kütz)、膠質(zhì)席藻(Phormidium gelatinosum Woron)、蓋氏眉藻(Calothrix geitler Cop.)以及沉鈣粘球藻(Gloeocapsa calcicola Gardner)。

鑒于采集樣品中藍(lán)藻與其他藻類如綠藻和硅藻等雜生在一起，且分離、培養(yǎng)困難，因此結(jié)合鑒定的結(jié)果采用中科院水生生物研究所淡水藻種庫提供的淡水藻類進(jìn)行后期試驗(yàn)。

1.2 藻種的培養(yǎng)及鈣藻的選擇

1.2.1 培養(yǎng)基配方

(1)SE Medium培養(yǎng)基配方:

取花園土未施過肥0.5 kg置于燒杯或三角瓶中，加入蒸餾水1 000 ml，瓶口用透氣塞封口，在水浴中沸水加熱2 h，冷卻數(shù)小時，在無菌條件下過濾，取上清液，將滅菌蒸餾水加入上清液至總體積1 000 ml。土壤提取液保存在4℃?zhèn)溆谩?/p>

EDTA—Fe的配置方法:

將EDTA和FeCl3·6H2O分別溶于水和 HCl(0.1N)，混勻。

培養(yǎng)藻種:FACHB-950、FACH-898、FACHB-723

(2)BG11培養(yǎng)基配方:

1.2.2 鈣藻的選擇

(1)預(yù)培養(yǎng)

按SE與BG11配方分別配制培養(yǎng)基，每500 ml錐形瓶中注入200 ml的培養(yǎng)基，八層脫脂棉紗布密封，高溫滅菌消毒，在SW—CJ—ID型單人凈化工作臺內(nèi)冷卻至室溫。往每個培養(yǎng)器中加入NaHCO3，使之達(dá)到152 mg·/L 〔2.5 mM 〕。

接入預(yù)先購買的藻種，放入SPX—250IC型微電腦人工氣候箱和PYX—280Z—B型振蕩培養(yǎng)器中進(jìn)行培養(yǎng)，培養(yǎng)至藻類對數(shù)生長期。光照強(qiáng)度1 500 lux，光照周期為14L:10D，溫度25℃，振蕩速度為60～180 rpm。

(2)鈣藻的篩選

鈣藻是一類能分泌碳酸鹽和把碳酸鹽粘連起來的水生植物。藻類的鈣化是鈣質(zhì)藻類將碳酸根離子和鈣離子結(jié)合成碳酸鈣，使其構(gòu)成藻類一部分的過程，也就是將一種形態(tài)的無機(jī)碳固定為另一種形態(tài)的無機(jī)碳的過程。

將預(yù)先培養(yǎng)至對數(shù)生長期的藻種，分別離心、洗滌后接種等量藻液入每一樣瓶中，每樣作三個平行樣。將錐形瓶放入SPX—250IC型微電腦人工氣候箱和PYX—280Z—B型振蕩培養(yǎng)器中進(jìn)行培養(yǎng)，光照周期為14L:10D，溫度25℃，振蕩速度為 60～180 rpm。

連續(xù)振蕩培養(yǎng)2 周，定期取樣(2、4、6、8、10、12、14d正午)并測定培養(yǎng)液的pH值、細(xì)胞生物量，溶液中Ca2+濃度等。試驗(yàn)結(jié)束后，用掃描電子顯微鏡(Scanning Electrion Microscope)對各藻液樣品進(jìn)行觀察，結(jié)合各種試驗(yàn)藻類的對數(shù)生長曲線、細(xì)胞增長率柱狀圖、培養(yǎng)基的pH值變化曲線以及培養(yǎng)基中的Ca2+濃度變化曲線，細(xì)胞的掃描電鏡圖及能譜圖，篩選出生長最快，鈣化狀況最好的藍(lán)藻種類。

1.3 藻類生長與鈣化速率的測定

1.3.1 參數(shù)的選擇

水體pH值與藻類生長關(guān)系密切。在碳源豐富的水體中，藻類光合作用影響CO2緩沖體系，從而影響水體pH值。最常見的是藻類大量吸收CO2引起水體pH值上升，同時部分藻類對水體中有機(jī)酸的吸收和重碳酸鹽的利用，也會引起pH的升高。水生植物的光合作用使溶解在水體內(nèi)的CO2濃度降低而引起水體pH值的增加，從而加速碳酸鈣的沉積［4］。

因此，為測定藍(lán)藻的鈣化速率選擇以下參數(shù):pH值、細(xì)胞生物量、細(xì)胞增長率、藻液中Ca2+濃度、藍(lán)藻細(xì)胞與晶體的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

1.3.2 參數(shù)測定方法

(1)藻液pH值的測定

藻液的pH值用PHS—25B型數(shù)字酸度計(jì)測定。

(2)細(xì)胞生物量的測定

采用光密度法。藻細(xì)胞生長測定以光吸收密度值OD560為樣液藻細(xì)胞生長觀測值。每天定時從樣瓶中層分別回吸出5 mL樣液于小燒杯靜置20分鐘，傾取“上清液”，充分搖勻取適量于玻璃比色皿中，采用UV—2000型分光光度計(jì)在560 nm處進(jìn)行測定，以光密度值OD560近似表示細(xì)胞生物量，以log(A/A0)對環(huán)境因子做出藻類的對數(shù)生長曲線。

(3)藻細(xì)胞比增長率的計(jì)算

根據(jù)單細(xì)胞生長率計(jì)算方法計(jì)算生長常數(shù)(比生長速度)，即Ke=ln(N1/N0)/(t1－t0)，Ke為生長常數(shù)，N1、N0分別表示在時間(d)t1和t0時測得的樣液光密度值。以生長對數(shù)期的log(A/A0)對時間t作圖，線性回歸，由直線斜率即可求出生長對數(shù)期的比生長速率，即細(xì)胞比增長率。

(4)藻液中Ca2+濃度的測量

將已經(jīng)進(jìn)行了pH值和細(xì)胞生物量測定的藻液用真空抽濾裝置抽濾(直徑為0.22 μm的濾膜)、稀釋，用火焰原子吸收法(PE5100PC原子吸收光譜儀)測量Ca2+濃度。

(5)藍(lán)藻細(xì)胞與晶體的細(xì)微結(jié)構(gòu)的觀察

培養(yǎng)藻液以3 000 r/min的轉(zhuǎn)速離心3 min后，用2.5%的戊二醛(0.1mol/L磷酸緩沖液配制，pH=7.2)固定，以 0.1 mol/L磷酸緩沖液洗滌3次，己醇(50%～100%)逐級脫水，臨界點(diǎn)干燥，噴涂機(jī)涂碳，最后用JEOL—JSM—6406掃描電子顯微鏡及能譜儀進(jìn)行觀察、掃描能譜圖并拍照。

1.3.3 儀器設(shè)備

錐形瓶(500 ml)

SPX—250IC型微電腦人工氣候箱(上海博迅醫(yī)療設(shè)備廠);

UV—2000型分光光度計(jì)(上海儀器有限公司);

PHS—25B型數(shù)字酸度計(jì)(上海大普儀器有限公司);

GMSX—280型手提式壓力蒸汽消毒器(北京市永光明醫(yī)療器械廠);

SW—CJ—ID型單人凈化工作臺(蘇州凈化設(shè)備有限公司);

PYX—280Z—B型振蕩培養(yǎng)器(廣東韶關(guān)科立試驗(yàn)儀器有限公司);

FA—JA型電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司FA1004N型號)。

PE5100PC原子吸收光譜儀(美國);

JEOL—JSM—6406掃描電子顯微鏡及能譜儀;

2 不同水動力條件對FACHB-898與FACHB-248的生長與鈣化的影響

2.1 試驗(yàn)方案

選取生長期近似的鈣藻于培養(yǎng)容器中進(jìn)行培養(yǎng)?？刂圃囼?yàn)共設(shè)置了四個水動力，該水動力用振蕩器來控制，模擬不同流速的水流。振蕩速度分別為0 rpm，60 rpm，120 rpm，180 rpm，其他共有條件是光照強(qiáng)度(1 500 lux)、溫度(25℃)、Ca2+濃度(100 mg/l)以及pH8，每樣做三個平行樣。在整個實(shí)驗(yàn)周期內(nèi)，定期(每隔24小時)對樣品進(jìn)行取樣、測樣，并采用UV—2 000型分光光度計(jì)在560 nm處測定光密度值。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

從表1和表2可知，水動力為60 rpm時，F(xiàn)ACHB-898(synechocystis sp.)與 FACHB-248(phormidium mucicola)獲得最大光密度值，分別為0.883和0.608。以log(A/A0)對環(huán)境因子做出藻類的對數(shù)生長曲線，分別如圖1和圖2所示。

表1 FACHB-898在不同水動力下的光密度值Table 1 OD optical density value of FACHB-898 in different water hydrodynamic condition

表2 FACHB-248在不同水動力下的光密度值Table 2 OD optical density value of FACHB-248 in different water hydrodynamic condition

由圖1可知，在試驗(yàn)的水動力(擾動強(qiáng)度)范圍內(nèi)，隨著擾動強(qiáng)度的增大，F(xiàn)ACHB-898(synechocystis sp.)的生長逐漸緩慢，水動力為60 rpm時生長最好，獲得最大生物量為1.43;細(xì)胞在水動力為180 rpm時生長最差，從第10天開始，細(xì)胞進(jìn)入衰亡階段。圖2所示FACHB-248(phormidium mucicola)的生長狀態(tài)和FACHB-898(synechocystis sp.)基本相似，水動力為60rpm時，F(xiàn)ACHB-248(phormidium mucicola)獲得最大生物量。

出現(xiàn)這種變化規(guī)律的原因是:振蕩有利于藻類更快速更充分地吸收水中的營養(yǎng)物質(zhì)，加快藻類的生長。從速度上看，慢速振蕩優(yōu)于快速振蕩，速度越快，增長率越小。當(dāng)水動力為180 rpm時，培養(yǎng)基的擾動強(qiáng)度也加大，使本來聚集在瓶底的藻類物質(zhì)再懸浮，導(dǎo)致培養(yǎng)基中的懸浮物質(zhì)增多，會使透入培養(yǎng)基中的光強(qiáng)減弱，因而在一定程度上會抑制藻類的生長與繁殖，因此出現(xiàn)了下跌趨勢。

另外，對比圖1與圖2可以得出:實(shí)驗(yàn)前2天，F(xiàn)ACHB-898(synechocystissp.)的 生 長 旺 盛，而FACHB-248(phormidium mucicola)生長緩慢，說明FACHB-898(synechocystis sp.)對環(huán)境的適應(yīng)性強(qiáng)，F(xiàn)ACHB-248(phormidium mucicola)對環(huán)境的適應(yīng)性較弱。

總之，在試驗(yàn)水動力下，藍(lán)藻生長的最佳振蕩速率為60 rpm，隨著振蕩速度的加快，藻類的生長速度變慢。

圖3 FACHB-898與FACHB-248在不同水動力(轉(zhuǎn)速)下的細(xì)胞比增長率Fig.3 Cell ratio growth rate of FACHB-898 and FACHB-248 in different water hydrodynamic condition

以生長對數(shù)期的log(A/A0)對時間t作圖，線性回歸，由直線斜率即可求出生長對數(shù)期的比生長速率，即細(xì)胞比增長率。從圖3可知，在整個試驗(yàn)的水動力(擾動強(qiáng)度)范圍內(nèi)，F(xiàn)ACHB-898(synechocystis sp.)的細(xì)胞比增長率均大于FACHB-248(phormidium mucicola)的比增長率。并且FACHB-898(synechocystis sp.)和 FACHB-248(phormidium mucicola)均在 60 rpm時細(xì)胞比增長率最大;隨著擾動強(qiáng)度(水動力)的加大，藻的增長率逐漸降低。

這驗(yàn)證了一定程度的風(fēng)浪攪動可以有效地抑制藻類增長和聚集的結(jié)論。這是由于:攪動可使漂浮性藻類的垂向分布趨于均一，在風(fēng)生層流的作用下藻類沿濃度梯度發(fā)生擴(kuò)散，使得藻類水平分布也趨于均一，因而破壞原已形成的聚集分布;另外，風(fēng)浪引起的水質(zhì)混濁可降低水的透明度，從而通過減弱水下光強(qiáng)來限制藻類生長。

從表3可知，水動力為60 rpm時FACHB-898(synechocystis sp.)培養(yǎng)基中的Ca2+濃度最低，其次為水動力0 rpm時的情況。這也很清楚的從圖4中得到驗(yàn)證。在試驗(yàn)的水動力(擾動強(qiáng)度)范圍內(nèi)，隨著擾動強(qiáng)度的增大，F(xiàn)ACHB-898(synechocystis sp.)培養(yǎng)液中Ca2+濃度的降低幅度變小。水動力為60 rpm時，培養(yǎng)液中Ca2+濃度最低;水動力為180 rpm，培養(yǎng)液中Ca2+濃度最高，降低幅度最小。

表3 FACHB-898在不同不同水動力下培養(yǎng)基的Ca2+濃度Table 3 Calcium Concentration of FACHB-898 in different water hydrodynamic condition

表4 FACHB-248在不同水動力下培養(yǎng)基的Ca2+濃度Table 4 Calcium Concentration of FACHB-248 in different water hydrodynamic condition

圖4 FACHB-898在不同水動力(轉(zhuǎn)速)下Ca2+濃度變化曲線Fig.4 Ca2+concentration curve of FACHB-898 in different water hydrodynamic condition

圖5 FACHB-248在不同水動力(轉(zhuǎn)速)下Ca2+濃度變化曲線Fig.5 Ca2+concentration curve of FACHB-258 in different water hydrodynamic condition

從表4可以得出，F(xiàn)ACHB-248(phormidium mucicola)在水動力為0 rpm時，培養(yǎng)基中的Ca2+濃度最低，其次為水動力為60 rpm時的情況，F(xiàn)ACHB-248在不同水動力(轉(zhuǎn)速)下Ca2+濃度變化曲線如圖5所示。是因?yàn)樗畡恿?擾動強(qiáng)度)會影響藻類的生長與聚集，進(jìn)而會影響藻類對水體中的Ca2+吸收;另一方面，擾動強(qiáng)度也會影響瓶壁及外圍巖壁對水體中的Ca2+吸收強(qiáng)度。

綜上所述，當(dāng)水動力介于0～60 rpm時，藻類的生長速度最快，生長狀況最好，鈣化效率最好，培養(yǎng)基中的Ca2+濃度降低幅度最大，當(dāng)水動力為180 rpm時，會在一定程度上抑制藻類的生長與鈣化。

3 藻類因素對陸相碳酸鈣沉積貢獻(xiàn)的討論

水動力條件對于沉積的影響主要通過摻氣效應(yīng)、水沫效應(yīng)、高速負(fù)壓效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)，在高速水流情形下，根據(jù)伯努利方程，隨著水流速度的加快，水中壓力逐漸減少，壓力的減小將導(dǎo)致CO2的逸出，從而加快碳酸鈣的沉積;在水流加快的同時空氣進(jìn)入水中，形成“摻氣效應(yīng)”，水—空界面加大很多倍［1］，導(dǎo)致 CO2的逸出，從而加快碳酸鈣的沉積;當(dāng)水流繼續(xù)增大，可以導(dǎo)致水流分解成很小的水沫，水—空界面加大很多倍［1］，導(dǎo)致CO2的逸出，從而加快碳酸鈣的沉積。在加速水流情形下，水動力和藻類試驗(yàn)的溶液達(dá)到飽和(曲線平衡)的時間對比見表5，應(yīng)該具有一定的參考價值。在快速水流條件下，不同轉(zhuǎn)速下，碳酸鈣沉積趨于平衡的時間可參見圖6。

由表5可以看出，對于高轉(zhuǎn)速下藻類的平衡時間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水動力條件下的平衡時間，大約是70倍;而在低轉(zhuǎn)速或靜止?fàn)顟B(tài)下，水動力試驗(yàn)與藻類試驗(yàn)，達(dá)到平衡的時間非常接近;反應(yīng)趨于平衡反映出溶液內(nèi)的碳酸鈣趨于飽和，也即，在高速水流作用下，由于水動力效應(yīng)，碳酸鈣將快速沉積(反映出試驗(yàn)溶液電導(dǎo)度的快速降低，圖6)，水動力加速對碳酸鈣的沉積貢獻(xiàn)占絕對主導(dǎo)地位;在靜止情形下，藻類的平衡時間與水動力靜止?fàn)顟B(tài)相比接近，意味著藻類沉積的貢獻(xiàn)份額大大地占了上風(fēng)，需要指出，藻類的鈣化過程在反應(yīng)達(dá)到平衡以后仍然在進(jìn)行，它表現(xiàn)為藻類生長對水中鈣的汲取，靜止?fàn)顟B(tài)下，藍(lán)藻對鈣的消耗一直進(jìn)行，到了336小時水中鈣濃度已從100 mg/l下降到了47 mg/l(表3、4)，受平衡狀態(tài)的影響較小，而在沒有藍(lán)藻的試驗(yàn)中，達(dá)到平衡以后碳酸鈣濃度不在減少，沉積停止。因此，在靜止?fàn)顟B(tài)下，藍(lán)藻的沉積貢獻(xiàn)較大。

表5 不同水動力條件下水動力與藻類實(shí)驗(yàn)的平衡時間參考值Table 5 The reference equilibrium time under two situation in different water hydrodynamic condition

圖6 不同水動力條件下溶液中鈣的沉積情況(據(jù)章典，1983)Fig.6 Concentration curve in different water hydrodynamic condition(from Dianzhang，1983)

4 結(jié)論

在試驗(yàn)的水動力范圍內(nèi)，當(dāng)水動力介于0～60 rpm 時，鈣 藻 FACHB-898(synechocystissp.)和FACHB-248(phormidium mucicola)的生長速度最快，生長狀況最好，培養(yǎng)基中的Ca2+濃度降低幅度最大，鈣化沉積較快。過強(qiáng)的水動力會在一定程度上抑制藻類的生長與鈣化。

若在動蕩的海洋環(huán)境下，藻類的鈣化將受到抑制;試驗(yàn)轉(zhuǎn)速在河流環(huán)境下，相當(dāng)于0～19 m/s的流速，大于該流速，如在瀑布條件下，生物的鈣化過程將受到抑制，但在瀑布處野外觀察表明，碳酸鈣的沉積速度很快，此時的碳酸鈣沉積應(yīng)以水動力成因?yàn)橹鲗?dǎo);而在瀑布以下河段中，流速較慢，較適合于藍(lán)藻類的生長，在靜止?fàn)顟B(tài)下，藍(lán)藻的沉積可以持續(xù)進(jìn)行，對碳酸鈣的沉積貢獻(xiàn)較大，此時的鈣化沉積過程應(yīng)以生物成因?yàn)橹鲗?dǎo)。因而，研究表明陸相碳酸鈣沉積過程中，在有光條件下，陸相碳酸鈣沉積應(yīng)為水動力及生物的雙重作用的結(jié)果。

在靜水條件下溢出機(jī)制微弱，碳酸鈣的沉積主要由藻類進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)表明藻類的沉積有可能不受溶液平衡的控制而進(jìn)行下去，導(dǎo)致水中鈣離子的不斷減少。同時，據(jù)此也可以推斷，自然界中的疊層石有可能指示了一個安靜的沉積環(huán)境。

References)

1 張英駿，程星.石灰華沉積機(jī)制的實(shí)驗(yàn)研究［J］.中國巖溶，1994，13(3):197-205［Zhang Yingjun，Cheng Xing.The experimental study on tufa deposition［J］.Carsological Sinica，1994，13(3):197-205］

2 周忠發(fā)，程 星.石灰華水沫沉積研究［J］.貴州師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，15(3)62-65［Zhou Zhongfa，Cheng Xing.The research on tufa spray deposition［J］.Journal of Guizhou Normal University，1996，15(3):62-65］

3 程星.邊石壩結(jié)構(gòu)及水動力條件研究［J］.中國巖溶，1999， 18(2):135-142［Cheng Xing.Study on the structure of rimstone dams and the hydraulic conditions［J］.Carsological Sinica，1999，18(2):135-142］

4 劉再華，李強(qiáng)，孫海龍，等.云南白水臺鈣華水池中水化學(xué)日變化及其生物控制的發(fā)現(xiàn)［J］.水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2005，6:10-15［Liu Zaizhua，Li Qiang，Sun Hailong，et al.Diurnal variations in hydrochemistry in a travertine depositing stream at Baishuitai，Yunnan，SW China:Observations and Explanations［J］.Hydrogeology ＆ Engineering Geology，2005，6:10-15］

5 田友萍，何復(fù)勝.石灰華的生物成因研究——以四川九寨溝和貴州黃果樹等地石灰華為例［J］.中國巖溶，1998，17(1):49-55［Tian Youping，He Fusheng.A study on biogenetic of calcareous tufa:Take the tufa in Jiuzhaigou，Sichuan，and Huangguoshu，Guizhou as an example［J］.Carsological Sinica，1998，17(1):49-55］

6 Pentecost A.Growth and calcification of Calothrix-dominated oncolites from Northern England［C］∥Crick R，ed.Origin，Evolution and Modern Aspects of Biomineralizations in Plants and Animals.New York:Plenum Press，1989:443-454

7 章典，Mervyn Peart，師長興，等.喀斯特地區(qū)瀑布效應(yīng)產(chǎn)生的自然水軟化過程［J］.沉積學(xué)報(bào)，2004，22(2):288-294［Zhang Dian，Mervyn Peart，Shi Changxing，et al.Natural water softening processes associated with waterfall effects in karst areas［J］.Acta Sedimentologica Sinica，2004，22(2):288-294］

8 華洪，曹瑞驥.新元古代疊層石微構(gòu)造突變事件及其發(fā)生背景［J］.古生物學(xué)報(bào)，2004，43(2):234-245［Hua Hong，Cao Ruiji.An abrupt variation event of stromatolitic microstructures in the Neoproterozoic and its origina background［J］.Acta Palaeontologica Sinica，2004，43(2):234-245］

9 Martina Merz-Prei，Robert Riding.Cyanobacterial tufa calcification in two freshwater stream:ambient environment，chemical thresholds and biological process［J］.Sedimentary Geology，1999，126:1O3-124

10 林秀麗，萬鑫楠.九寨溝海子瀑布景觀成因研究綜述［J］.科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2002，12(1):25-26［Lin Xiuli，WAN Xin-nan A summary of the study on the cause of Haizi Waterfall Landscape in Jiuzhaigou Valley［J］.Science and Technological Information Development＆ Economy，2002，12(1):25-26］