海南島典型流域生態系統矽的生物地球化學循環研究

《海南島典型流域生態系統矽的生物地球化學循環研究》是依託中山大學，由陶貞擔任項目負責人的專項基金項目。

基本介紹

• 中文名：海南島典型流域生態系統矽的生物地球化學循環研究
• 項目類別：專項基金項目
• 項目負責人：陶貞
• 依託單位：中山大學

中文摘要

由於地球表層矽的生物地球化學循環與大氣CO2濃度變化、大洋生物泵作用效率和海岸帶富營養化程度等密切相關，因此成為全球環境變化研究的核心問題之一。本研究選擇位於熱帶季風區的海南島昌化江流域，系統地採集流域內基岩、風化殼、土壤和河流表層沉積物、地表水（雨水、河流水、水庫水）和土壤水等樣品；測試分析樣品的有機碳含量、礦物組成、主要元素含量、矽同位素組成、植物矽酸體和浮游植物含量；採用遙感方法獲取流域內平均植被覆蓋率和植物生產力；估算昌化江流域生態系統矽輸出通量和岩石、土壤、水體等矽庫的大小；運用質量平衡法和矽同位素示蹤技術量化風化過程和生物過程對矽循環的貢獻；探討熱帶季風區矽生物地球化學循環的機理。本項研究可為識別南海物質來源和完善全球矽的生物地球化學循環模型提供基礎數據。

結題摘要

地球表層元素矽（Si）的生物地球化學循環與大氣CO2濃度變化、大洋生物泵作用效率和海岸帶富營養化程度等密切相關，從而成為全球環境變化研究的核心問題之一。本研究分別於2014年1月和8月採集海南島昌化江流域的水樣、懸移質、岩石、風化殼、土壤和植物樣品，測量分析樣品的有機碳、常量元素、微量元素Ge、植物矽酸體（生物矽，BSi）和浮游植物等含量。利用遙感解譯獲取流域內平均植被覆蓋率；運用質量平衡法和統計法估算昌化江流域生態系統Si輸出通量和岩石、土壤、水體等Si庫的大小。研究結果得出：昌化江流域化學徑流組成主要源自矽酸鹽岩的化學風化，其貢獻率為82.30%。流域內矽酸鹽岩、碳酸鹽岩和蒸發鹽岩的風化速率分別為16.25 tkm-2∙y-1、0.40 tkm-2y-1和0.62 tkm-2y-1。昌化江流域岩石風化對大氣CO2的吸收通量為(1.94-3.44)×105 molkm-2y-1，高於全球平均值(2.46×105 molkm-2y-1)，稍低於同為熱帶季風區的印度西南部流域相應值(1.6~5.2×105 molkm-2y-1)。昌化江流域風化殼的SiO2/Al2O3比值（2.13±0.37）揭示研究區處於中等風化階段。研究區風化碳匯潛力仍較大。 昌化江流域溶解矽（DSi）的輸出通量為12.4×104 molkm-2y-1，約為全球平均值(5.5×105 molkm-2y-1)的2.25倍。如果不考慮植物生長吸收DSi 的季節差異，昌化江幹流濕季DSi 含量(366.63molL-1)低於乾季 (383.65molL-1)，揭示因高溫多雨加快的岩石風化速率對河流DSi 含量的影響小於徑流的稀釋效應。昌化江流域輸出的顆粒岩石Si 量為3.13×109 moly-1；BSi輸出量為9.98×107 moly-1，濕季輸出的BSi 量占總量的97.95%。 昌化江流域活植物體BSi 總儲量為4.29×1010 mol。流域土壤BSi 儲量平均為18.0×1010mol，而且乾季土壤BSi 儲量（22.1×1010mol）大於濕季的相應值（13.8×1010 mol）。 本項研究結果可為識別南海物質來源、預測南海生態系統變化和建立全球Si 的生物地球化學循環模型提供基礎數據。