臧家業(yè)王 昊劉 軍于志剛吳 念冉祥濱

(1.自然資源部 第一海洋研究所海洋生態(tài)研究中心,山東 青島266061；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室 海洋地質(zhì)過(guò)程與環(huán)境功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島266237；3.中國(guó)海洋大學(xué),山東 青島266100；4.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)

人類活動(dòng)影響下的碳循環(huán)是全球氣候變化和環(huán)境演變研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題。在研究表生物質(zhì)循環(huán)和氣候變化中,人們對(duì)碳的研究“情有獨(dú)鐘”,卻忽視了“生物泵”的重要“引擎”之一的“硅泵”[1],對(duì)硅循環(huán)的研究和認(rèn)識(shí)明顯不足。而事實(shí)上,硅與碳循環(huán)在元素地球化學(xué)循環(huán)和氣候變化中具有緊密的聯(lián)系,都是全球環(huán)境問(wèn)題研究不可或缺的角色,在生態(tài)環(huán)境中的地位和作用不容低估。硅,作為地殼中第二大組成元素[2],是維持近海浮游植物的群落結(jié)構(gòu)[3]及生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定方面的重要因素。因此,硅循環(huán)正逐漸成為全球變化研究中的新領(lǐng)域。特別是當(dāng)前人類活動(dòng)影響日益增強(qiáng),這加劇了水體營(yíng)養(yǎng)鹽比值(氮∶磷∶硅)偏離浮游植物正常攝取所需比值的趨勢(shì),其中新的科學(xué)問(wèn)題與認(rèn)知已成為區(qū)域乃至全球環(huán)境變化分析與對(duì)策研究的基礎(chǔ)性研究范疇。

環(huán)境中的硅是由溶解硅和顆粒硅組成,顆粒硅又由生物硅和成巖硅以及一些弱晶格結(jié)構(gòu)的自生硅酸鹽礦物所構(gòu)成[4-5]。溶解硅是水生態(tài)系統(tǒng)中重要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[3,6-9],并在氣候變化[7,10-12]和物質(zhì)循環(huán)過(guò)程[3,6-9]中發(fā)揮著關(guān)鍵的作用。顆粒硅中生物硅(BSi)則是由生物生理活動(dòng)產(chǎn)生的無(wú)定型硅,并在生物有機(jī)體分解后保留下來(lái)的具有一定形狀或結(jié)構(gòu)的硅質(zhì)顆粒[13-14]。近20 a來(lái),人們針對(duì)硅循環(huán)的研究逐漸增多[15-17],其中活性硅(溶解硅與顆粒硅中的生物硅)現(xiàn)存量的研究是相關(guān)工作中最為基礎(chǔ)和關(guān)鍵的一環(huán)。在陸地上,植物每年固定的硅達(dá)(60～200)×1012mol(以Si計(jì))[18],陸地植物成因的硅庫(kù)與海洋中生物硅(240×1012mol)的年生產(chǎn)量處于同一量級(jí)[12],二者構(gòu)成地表系統(tǒng)中生物硅庫(kù)總量的絕大部分。隨著對(duì)硅循環(huán)研究的深入,近年來(lái)生物硅的組成與來(lái)源[6,19]及不同來(lái)源的生物硅在區(qū)域硅循環(huán)中的作用[20]逐漸成為硅循環(huán)研究的熱點(diǎn)。這些新的研究成果加深了人們對(duì)人類活動(dòng)影響下硅循環(huán)過(guò)程與機(jī)理的認(rèn)識(shí),但人們對(duì)生物硅組成的差異及其化學(xué)行為和分析測(cè)定的影響等方面的認(rèn)識(shí)略顯不足。為了準(zhǔn)確評(píng)估硅循環(huán)在生態(tài)系統(tǒng)和全球環(huán)境變化中的地位,我們對(duì)生物硅性質(zhì)、組成與來(lái)源及其對(duì)測(cè)定的影響等研究結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)地分析和總結(jié),為今后深入開(kāi)展多學(xué)科交叉的硅循環(huán)研究提供重要的參考。

1 生物硅的組成以及在硅循環(huán)中的作用

1.1 生物硅的組成

硅元素在高等植物的生長(zhǎng)中極為重要,但由于環(huán)境中存在大量易獲取的溶解硅,所以不被認(rèn)為是必需的營(yíng)養(yǎng)元素[21-22]。如,高等植物各組織中一般含有6%～19%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的硅[22],這是植硅體形成的基礎(chǔ)。對(duì)于硅藻等浮游植物,硅是其必需的營(yíng)養(yǎng)元素,構(gòu)成了浮游植物的骨骼或框架結(jié)構(gòu)[23-25],即硅藻類生物硅。

生物硅(SiO2·nH2O)作為環(huán)境中廣泛存在的一類無(wú)定型硅,其組成或來(lái)源非常的復(fù)雜(圖1)。在海洋中生物硅一般被認(rèn)為是由硅藻(硅藻門)、硅鞭毛藻(金藻門)、放射蟲(chóng)和海綿骨針等硅質(zhì)顆粒所構(gòu)成[23],并以硅藻為主(約90%)[25]；在陸地土壤中,生物硅主要是由高等植物所產(chǎn)生的無(wú)定型硅所構(gòu)成[21,26-27],并有少量的含硅細(xì)菌與真菌等(浮游藻類僅可能出現(xiàn)在稻田等特定的區(qū)域),而在河流與湖泊中還會(huì)有一定量的淡水硅藻[14,17,19]。在近岸,特別是河口系統(tǒng),生物硅是由陸源生物硅和海源生物硅共同組成[28-29]?？梢?jiàn),不同環(huán)境系統(tǒng)中生物硅組成的差異(如水-陸和陸-海之間差異)主要是由所屬生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)和外源輸入所決定。水環(huán)境中生物硅除來(lái)源不同導(dǎo)致的組成差異外,還可能因反風(fēng)化作用形成自生的硅酸鹽礦物[5,28]。此外,因累積作用和環(huán)境條件不同造成的化學(xué)活性差異,環(huán)境中的生物硅按年齡可分為“新硅”(即形成時(shí)間相對(duì)當(dāng)前較近)”與“老硅”(即形成時(shí)間相對(duì)當(dāng)前較早)[27]。

圖1 生物硅的來(lái)源和基本組成[14,19,28]Fig.1 Composition and origin of biogenic silica[14,19,28]

1.2 生物硅在硅循環(huán)中的作用

1.2.1 生物硅參與陸地生態(tài)系統(tǒng)硅循環(huán)的過(guò)程

在陸地生態(tài)系統(tǒng)中生物硅的含量較高,在土壤表土層中生物硅有一部分穩(wěn)定性較低,在進(jìn)入土壤后被快速溶解并再次參與硅的生物地球化學(xué)循環(huán)；另一部分生物硅則相對(duì)穩(wěn)定,可較長(zhǎng)時(shí)間保存于土壤中,這部分慢慢變“老”的生物硅逐漸成為土壤中永久埋藏的一部分[6-7,26,30],即硅生物地球化學(xué)循環(huán)的輸出部分。

盡管存在部分“鈍化”的情況,環(huán)境中廣泛存在的生物硅依然比大多數(shù)硅酸鹽礦物更易溶解[14,23,31-37]。生物硅在土壤中的溶解提高了土壤孔隙水中溶解硅的濃度[38-39],直接或間接地補(bǔ)充河流水體中的溶解硅。陸地生態(tài)系統(tǒng)中溶解硅的跨區(qū)域輸送受到相應(yīng)系統(tǒng)中硅周轉(zhuǎn)速率的影響；在硅周轉(zhuǎn)速率高的地方,陸地生態(tài)系統(tǒng)對(duì)河流溶解硅的貢獻(xiàn)較高,如夏威夷熱帶雨林,這種貢獻(xiàn)為60%～90%[9],而在溫帶的一些區(qū)域,這種貢獻(xiàn)僅為12%[40]。陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生物硅也會(huì)通過(guò)地表徑流與地下水進(jìn)入河流系統(tǒng)[9,26,40]；在河流輸送的生物硅中,植硅體通常是生物硅中重要的組成部分[6,19-20]。在輸送通量上,高泥沙含量的河流中生物硅的單位面積所貢獻(xiàn)的輸送量也較大[19],表明河流生物硅的來(lái)源與輸送通量和流域植被與地表土壤的侵蝕等密切相關(guān)；與河流自生的生物硅相比,流域土壤中的生物硅是河流活性硅負(fù)荷的有效補(bǔ)充,并在陸源活性硅向海洋的輸送中扮演著關(guān)鍵的角色[12,18,37],特別是一些含沙量較高的高渾濁河流。

生物硅穩(wěn)定性的差異在一定程度上是由其所處的環(huán)境、形成年代以及來(lái)源差異等造成的。通常,生物硅在土壤環(huán)境中會(huì)與其它類型的硅質(zhì)礦物、黏土等混合在一起,并與水環(huán)境中的鋁、鉀和鐵等陽(yáng)離子及黏土反應(yīng)形成具有弱晶格結(jié)構(gòu)的自生硅酸鹽礦物,即反風(fēng)化過(guò)程對(duì)活性硅的轉(zhuǎn)化作用。此外,生物硅還會(huì)與鋁等陽(yáng)離子發(fā)生反應(yīng),并在其表面形成穩(wěn)定的“涂層”,這有利于生物硅的長(zhǎng)期保存和碳的封存。目前,關(guān)于土壤中生物硅反風(fēng)化研究還不多見(jiàn),但土壤孔隙水中陽(yáng)離子含量、黏土礦物等都滿足溶解硅和生物硅參與反風(fēng)化反應(yīng)的條件[5,31-32]。因此,除溶解過(guò)程外,生物硅參與反風(fēng)化反應(yīng)可能是影響其在土壤環(huán)境中溶解與保存及其相關(guān)地球化學(xué)過(guò)程的另一關(guān)鍵過(guò)程。

1.2.2 不同來(lái)源的生物硅及其溶解過(guò)程對(duì)河口生態(tài)系統(tǒng)硅循環(huán)的影響

據(jù)統(tǒng)計(jì),全球河流每年輸送15×109t的泥沙到河口[41],這些傳輸?shù)胶涌诘哪嗌持邪幸欢康纳锕?其總量為31×106t[4]。這些輸入到河口的生物硅在微生物、p H和鹽度的作用下被快速地溶解[33,43-44]。因此,河流輸入到河口的生物硅在河口過(guò)程中多呈現(xiàn)為被移出的特征[28],如德國(guó)的易北河(Elbe)河口生物硅的移出量約為88%[45]。這些生物硅連同海洋自生的硅藻僅有一小部分(3%)被長(zhǎng)期保存下來(lái)[18,25,46-47],以Conley的研究結(jié)果[4]計(jì)算,河流中生物硅占活性硅(生物硅與溶解硅之和)的16%,其溶解過(guò)程是河口硅收支的重要組成部分[12,33,47-49]。又如De Master等研究[33]表明,亞馬遜河口生物硅的埋藏速率為3×1010mol/a,盡管這是河口硅循環(huán)的重要過(guò)程之一,但這個(gè)埋藏速率卻比該河口生物硅的總量小很多,這意味著大部分生物硅被溶解了。在芬蘭萬(wàn)塔河(Vantaa River)河口陸源硅主導(dǎo)著河口硅循環(huán)(該區(qū)域的生物硅主要是陸地來(lái)源的植硅體),且在河口中有97%的生物硅被溶解,成為溶解硅的重要來(lái)源(約占輸入到河口溶解硅總量的38%)[47]。同樣,在比利時(shí)/荷蘭的斯海爾德河口(Scheldt Estuary)的情況也是如此[44],但與其它河口顯著不同的是,在斯海爾德河口植硅體對(duì)生物硅的貢獻(xiàn)并不大[4]。

陸源生物硅在河口硅循環(huán)中與收支起著重要的作用[28]。由于生物硅的溶解作用,部分河口中表現(xiàn)出溶解硅“源”的特征；如在歐洲的奧得河(Oder)河口溶解硅在鹽度梯度變化的海域呈現(xiàn)被添加的特征[50]。在黃河口的初步研究顯示(表1),植硅體在近河口端占生物硅的比例為62%(B65站),表明陸源生物硅是河口生物硅的重要來(lái)源[29]。也有研究表明生物硅在河口硅循環(huán)中的作用可能是被高估。如Arndt和Regnier模擬結(jié)果[51]顯示,在斯海爾德河河口僅有不到1%的硅藻初級(jí)生產(chǎn)所需的溶解硅是由再循環(huán)產(chǎn)生的；同樣在長(zhǎng)江口,陸源生物硅的埋藏效率顯著高于近岸其他海域[28],也普遍高于大洋[12,28]。

表1 黃河口生物硅的組成(%)[29]Table 1 Composition of biogenic silica in the Huanghe River Estuary(%)[29]

1.2.3 大洋硅循環(huán)及硅藻在生態(tài)系統(tǒng)中的作用

與近岸水體比較,大洋水體中生物硅的組成較為簡(jiǎn)單,主要由硅藻構(gòu)成。硅藻在大洋硅循環(huán)中的作用極為重要[8,12],有“硅泵”[1]之稱(即硅藻通過(guò)光合作用固碳將CO2轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)碳并通過(guò)沉降轉(zhuǎn)移到海底長(zhǎng)期保存)。與河口與近岸海域不同,大洋“硅泵”的效率相對(duì)較低,大部分生物硅在真光層便被溶解,最終只有真光層生成總量的3%可保存在沉積物中[12]。生物硅在水體相對(duì)較高的再生率[12]表明維持大洋硅循環(huán)的機(jī)制是硅藻對(duì)溶解硅的吸收轉(zhuǎn)化與生物硅的再生作用,這也是海洋硅循環(huán)系統(tǒng)中最活躍的部分。

目前,大洋硅循環(huán)的研究主要集中在南大洋[53-55]、兩極地區(qū)[56-58]和赤道地區(qū)[59-61],這些都是全球氣候研究的熱點(diǎn)區(qū)域?？刂拼笱笊锕韬康闹饕蛩?除了緯度造成的溫度差異外,更大程度上受硅濃度限制與低的初級(jí)生產(chǎn)所制約[8]。大洋硅循環(huán)研究多圍繞硅藻沉積導(dǎo)致的碳、硅循環(huán)效應(yīng)展開(kāi),探討硅藻參與的營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)過(guò)程[62]。反演硅藻沉積時(shí)的生產(chǎn)力狀況以及評(píng)估硅藻在平衡大氣CO2分壓和氣候演變中的控制機(jī)制[63]是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)；這些研究均表明大洋在全球碳循環(huán)中具有舉足輕重的地位,在其中硅藻作為最主要的生物硅生產(chǎn)者[12,25]直接或者間接參與了硅與碳循環(huán)的主要過(guò)程。再者,大洋表層水體中溶解硅較低,探索硅的來(lái)源及利用狀況也是當(dāng)前研究的主要科學(xué)問(wèn)題,其中風(fēng)塵作為穩(wěn)定的外源輸入在促進(jìn)大洋硅藻初級(jí)生產(chǎn)力在短期內(nèi)的提高發(fā)揮了作用[8]。另外,在寡營(yíng)養(yǎng)鹽海區(qū),由海洋動(dòng)力過(guò)程所驅(qū)動(dòng)的跨等密度面營(yíng)養(yǎng)鹽輸入也是維持上層海洋硅藻新生產(chǎn)力的重要基礎(chǔ)[12],是當(dāng)前與今后應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。最新的研究[63]表明在南大洋硅藻對(duì)初級(jí)生產(chǎn)的貢獻(xiàn)有降低的趨勢(shì),這些新的現(xiàn)象很可能影響大洋硅泵的效率。所以我們需要加強(qiáng)對(duì)海洋酸化[64]、大洋硅藻多樣性變化[63]等機(jī)制的認(rèn)知,因?yàn)檫@些過(guò)程的變化很可能對(duì)硅泵的效率產(chǎn)生直接的影響,進(jìn)而影響硅藻在全球碳循環(huán)中的重要角色。

2 環(huán)境基體對(duì)生物硅測(cè)定的影響

無(wú)論是溶解硅還是生物硅,它們都可能通過(guò)反風(fēng)化作用與環(huán)境中存在的鋁、黏土礦物等一起參與形成新的自生礦物[5,31-32]。由于含硅礦物中的黏土礦物和自生礦物的化學(xué)性質(zhì)接近于生物硅,所以使環(huán)境樣品中生物硅的測(cè)定產(chǎn)生較大正偏差[23,65]。因此,識(shí)別生物硅的組成與來(lái)源、量化含硅礦物的化學(xué)活性、并在測(cè)定過(guò)程中有效地剝離其它礦物對(duì)分析結(jié)果的影響,成為生物硅測(cè)定和硅循環(huán)研究領(lǐng)域必須解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

硅質(zhì)顆粒往往是以生物硅為內(nèi)核,黏土和自生礦物為附著體,還可能在顆粒體的外圍吸附著一定量的溶解硅,構(gòu)成具有一定規(guī)則或者結(jié)構(gòu)、有機(jī)與無(wú)機(jī)混雜的復(fù)合的顆粒物(圖2)。以堿液提取法[66]為例,堿液提取時(shí)往往會(huì)將除生物硅外的硅酸鹽礦物溶解,從而對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生干擾。若生物硅在堿液中的溶解速率遵循一級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)規(guī)律[67-68],黏土礦物則為線性溶出(零級(jí)動(dòng)力學(xué)),自生的硅酸鹽礦物溶解動(dòng)力學(xué)很可能與黏土礦物相似；三者化學(xué)活性的接近是影響生物硅含量分析的關(guān)鍵因素?？梢?jiàn),在考慮生物硅的分析時(shí),不僅要考慮黏土礦物的干擾,還要考慮自生礦物溶解的影響。

圖2 水體顆粒物、土壤和沉積物中生物硅存在形式[5,31-32,68]Fig.2 Scheme of biogenic silica forms in the suspended particles,soils and sediment[5,31-32,68]

復(fù)雜的來(lái)源和明顯的基體效應(yīng)可能使得硅鋁校正法在分析生物硅時(shí)遇到麻煩,獲得的結(jié)果難以反映環(huán)境中生物硅的真實(shí)狀況。以土壤為例,其生物硅的組成較為復(fù)雜,存在較為明顯的基體效應(yīng),這使得土壤生物硅中硅鋁的比值(Si/Al)變化較大,因此使用硅鋁校正的方法難以準(zhǔn)確量化土壤中的生物硅含量。再以河流為例,河流在豐水期會(huì)因地表侵蝕作用增強(qiáng)而使得水體中泥沙含量陡增,增加的泥沙多源于土壤的侵蝕,采用硅鋁校正法在分析這種高懸沙的河流生物硅樣品時(shí)遇到了與分析土壤樣品同樣棘手的問(wèn)題。如在高懸沙的黃河,選擇氫氧化鈉提取-硅鋁校正法獲得的生物硅含量數(shù)據(jù)[69]明顯低于選擇用碳酸鈉提取獲得的數(shù)據(jù)[19],這也屬于基體效應(yīng)的影響。Dixit[34]通過(guò)南大洋硅藻泥與高嶺石混合培養(yǎng)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)隨黏土礦物的增加培養(yǎng)液中溶解硅酸鹽濃度降低,同時(shí)隨著硅藻泥內(nèi)硅藻骨架中Al/Si比值的增加,生物硅的溶解度隨之降低,這可能是上述問(wèn)題產(chǎn)生的原因。

Van Cappellen和Qiu[54-55]在研究生物硅的溶解行為中發(fā)現(xiàn)黏土礦物可能通過(guò)提供Al3+吸附到生物硅表面降低生物硅的活性點(diǎn)位,進(jìn)而降低其溶解速率和溶解度?？梢?jiàn),硅藻表面形成的硅鋁酸鹽自生黏土礦物也會(huì)影響生物硅中硅的溶解過(guò)程與溶解度[68],即所謂的生物硅的“鈍化”。Dixit[34]、Van Cappellen和Qiu[54-55]與Loucaides等[70]還認(rèn)為生物硅“鈍化”過(guò)程中受表面縮合作用的影響,致使生物硅表面電荷密度大為降低,這對(duì)生物硅的保存有著明顯的影響。部分生物硅外觀結(jié)構(gòu)掃描電鏡圖清晰地顯示其表面粘附著部分黏土礦物(圖3),證實(shí)了這個(gè)問(wèn)題。

受環(huán)境基體的影響,生物硅表面不僅會(huì)吸附上黏土或溶解硅,同時(shí)也可能被有機(jī)質(zhì)所包裹(圖2),這些都會(huì)對(duì)生物硅含量的測(cè)定產(chǎn)生干擾,因此前處理在生物硅的分析中顯得尤為重要。在經(jīng)過(guò)鹽酸和雙氧水處理的生物硅顆粒,往往比不加預(yù)處理的樣品具有更高的提取率,分析結(jié)果也更接近于真實(shí)情況[5,31-32,68]。

圖3 生物硅掃描電鏡圖Fig.3 SEM image of biogenic silica

3 生物硅的形成時(shí)間和組成差異對(duì)存量分析的影響

在環(huán)境中,影響生物硅化學(xué)活性的因素還包括生物硅的形成時(shí)間長(zhǎng)短,時(shí)間長(zhǎng)度的差異導(dǎo)致了環(huán)境樣品中的生物硅具有差異化的溶出速率?！靶隆钡纳锕栎^易溶解,而“老”的生物硅中因“鈍化”作用存在不完全溶解甚至是難以溶解的情況。因此,在生物硅測(cè)定時(shí),較“老”的生物硅的不完全溶解情況[72]是環(huán)境樣品分析中不能忽略的問(wèn)題,而這一點(diǎn)目前在生物硅的測(cè)定中時(shí)常被忽視。

在環(huán)境系統(tǒng)中生物硅具有2種不同的轉(zhuǎn)化過(guò)程。一部分生物硅在黏土和陽(yáng)離子等物質(zhì)的影響下被快速溶解,而另一部分則慢慢的“老”化,形成“老”硅。Meunier等[73]對(duì)比質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的碳酸鈉的提取生物硅發(fā)現(xiàn),“老”的植硅體的含量被低估了70%以上,這意味著化學(xué)提取法獲得的生物硅的含量會(huì)小于它的實(shí)際值。同樣的情況在硅藻類生物硅的分析中也存在；Lyle A O和Lyle M W的研究[72]顯示,在利用2 mol/L的碳酸鈉提取海洋沉積物樣品9 h和14 h后,仍有部分硅藻碎片無(wú)法溶解。相比較而言,在測(cè)定“老”的或較難溶解的生物硅時(shí),2 mol/L的氫氧化鈉的提取效果[72]更好些。相對(duì)于植硅體和硅藻類生物硅而言,海綿骨針的化學(xué)活性最弱,被堿液完全溶解的難度較其它形態(tài)的生物硅更大。在用同質(zhì)量濃度的堿液提取時(shí),海綿骨針的溶出時(shí)間通常要晚于其它類型的生物硅,且完全被堿溶液溶解所需要的提取時(shí)間也長(zhǎng)于植硅體和硅藻類生物硅[71]。

生物硅的組成和年齡的差異會(huì)對(duì)生物硅的分析與存量估算產(chǎn)生重要影響,其溶解由難到易的程度分別為海綿骨針＞放射蟲(chóng)殼＞“老”的硅藻類生物硅＞活體硅藻類生物硅(“新”硅)[74]。不過(guò),目前尚無(wú)植硅體與其它類型生物硅的對(duì)比的研究。Lyle A O和Lyle M W的研究結(jié)果[72]顯示,植硅體溶解比同時(shí)期形成的硅藻要難。鑒于生物硅形成年代的不同會(huì)導(dǎo)致生物硅化學(xué)活性上明顯差異,在分析柱狀沉積物樣品時(shí),特別是千年尺度上的樣品時(shí)應(yīng)該考慮同一提取液對(duì)“新硅”、“老硅”提取效率的不同,但這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中很少被考慮,這極可能導(dǎo)致柱狀沉積物下層偏“老”的生物硅含量被大大低估。

4 展 望

生物硅是地表水體生物地球化學(xué)循環(huán)的重要載體；硅藻、硅鞭毛藻、植硅體、放射蟲(chóng)和海綿骨針是構(gòu)成陸地、河流和河口以及近岸生物硅的主要存在形式。在已有的陸-海生物硅研究中,大多數(shù)沒(méi)有考慮植硅體的作用,所以開(kāi)展陸地植硅體參與下的地表與陸-海硅循環(huán)是十分必要的。今后還應(yīng)該更多地關(guān)注生物硅的組成、來(lái)源與性質(zhì)以及不同成分在硅循環(huán)中的地位等方面的研究。

弱晶格結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物的性質(zhì)與新鮮的生物硅化學(xué)活性接近,可能成為潛在參與硅循環(huán)的部分。盡管這部分礦物不是生物硅,但研究中還應(yīng)該考慮這部分硅質(zhì)顆粒對(duì)硅循環(huán)的潛在影響。

要準(zhǔn)確量化生物硅在硅循環(huán)中的作用,有必要開(kāi)展生物硅性質(zhì)、組成的研究。同時(shí),考慮到生物硅的組成和形成時(shí)間的長(zhǎng)短會(huì)影響生物硅存量分析的準(zhǔn)確性,環(huán)境中含生物硅的樣品分析方法應(yīng)該進(jìn)行適當(dāng)?shù)卣{(diào)整；若植硅體或海綿骨針含量豐富,則應(yīng)該適當(dāng)?shù)匮娱L(zhǎng)提取時(shí)間。對(duì)生物硅溶解動(dòng)力學(xué)、反風(fēng)化過(guò)程的研究,評(píng)估生物硅中活性和非活性成分,也應(yīng)當(dāng)是今后硅循環(huán)研究的一個(gè)重點(diǎn)。今后應(yīng)采用復(fù)合技術(shù)手段,加強(qiáng)這方面的定量研究、過(guò)程研究以及系統(tǒng)的綜合性研究,特別是針對(duì)復(fù)雜的環(huán)境樣品應(yīng)進(jìn)行深入的多學(xué)科交叉綜合研究。