湿地生态系统硅生物地球化学循环研究进展
湿 地 生态 系统 硅 生物 地球 化 学循 环 研 究进 展
翟水 晶 ，薛丽丽 ，仝川
湿 润亚 热带 生态一 地 理过程 教育 部重 点实 验室 ，福建 师范 大学 亚热 带湿地 研究 中心 福 建师 范大 学地理 科学 学 院 ，福建 福州 ３ ５ ０ ０ ０ ７
摘要 ：硅在地壳中的丰度仅 次于氧 ， 是 地球表 面大多数土壤和岩石的一种基本成分 ， 也是水生植物 （ 特别是硅藻类 ） 以及多
赤潮等富营养化现象和全球气候变化 的影 响。
关键词 ：
中图分类号 ：Ｑ１ ４
文献标 志码 ：Ａ
文章编号 ：１ ６ ７ ４ — ５ ９ ０ ６（ ２ ０ １ ３）１ ０ — １ ７ ４ ４ ． ０ ５
引用格式 ：翟水晶 ，薛 丽丽 ，仝川 ． 湿地生态系统硅生物地球化学循环研究进展 ［ Ｊ ］ ． 生态环境学报， ２ ０ １ ３ ， ２ ２ （ １ ０ ） ： １ ７ ４ ４ — １ ７ ４ ８ ． Ｚ Ｈ ＡＩ Ｓ ｈ ｕ ￣ ｉ ｎ ｇ ， ＸＵ Ｅ Ｌ ｉ ｌ ｉ ， Ｔ Ｏ ＮＧ Ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ． Ａｄ ｖ ａ ｎ ｃ ｅ ｓ ｏ ｆ ｓ ｉ ｌ ｉ ｃ ｏ ｎ ｃ ｙ ｃ ｌ ｅ ｉ ｎ ｗ ｅ ｔ ｌ ｎｄ ａ ｅ ｃ ｏ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ［ Ｊ ］ ． Ｅ ｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ ，
２ ０ １ ３ ， ２ ２ （ １ ０ ） ： １ ７ ４ ４ — １ ７ ４ ８ ．
硅 （ ｓ ｉ ）在 地 壳 中 的丰 度 仅 次 于 氧 ，为 ２ ９ ． ５ ％ｌ Ｊ Ｊ 。作为 几乎所 有母 质都 含有 的元 素 ，硅是 地球 表面 大多数 土壤 和岩 石 的一种 基本成 分 Ｌ ２ 。 Ｊ ， 也是 水 生植 物 （ 特别 是硅 藻 类 ）以及 多 种作 物生 长所必 需 的 营养 元 素［ ４ － ６ ］ ，还 是控 制陆地 、海洋 、 沿海 和 内陆水 生态 系统机 能 的重要 营养元 素 “ 。
物地球 化 学循环 提供新 的思路 。
１ 湿地 中硅 的形 态 与 分 布
１ ． １ 湿地 水体
统范围内得到了广泛研究 ，而硅在湿地生态系统 中的传输及循环等方面研究甚少ｌ １ ，不利于对硅 素循环过程的深入了解 ，也不利于沿海地区赤潮 等富营养化 问题的深入研究。 目前 关 于湿 地生 态 系统 硅 素 的研 究 主要 集 中
国内关于硅的相关研究更 为匮乏 。 本文在总结 国内外关于湿地生态 系统硅素研究 的基础上 ， 综述 硅在湿地生态系统 的存在形
态与分布特征 ，阐述硅 在湿地生态 系统 中的基本循环过程 ，列举 影响硅在湿地生态 系统 中循环的主要因素 ，如 ：湿地类型 、 水淹时间 、季节变化 、人类干扰等 ；提出在今后研究工作 中应进一步探索硅在湿地生态 系统 中迁移 、 转化 的机制 ，加深研究
湿地 生态 系统 中的基 本循 环过 程 ，列举 影 响硅 在 湿地 生态 系统 中循 环 的 主要 因素 ，并对 今后 研 究 工作 提 出一 系列展 望 ，以期 为 湿地 生态 系统 硅 生
生态 系统 ，作 为 营养 盐 、沉 积物 和 污染 物重 要处 理 器 和接 收器 ，对 硅 的固定 量 尚不清 楚 。 同为营 养元 素 ，碳 、氮 、磷 元 素循 环在 全球 湿 地生 态 系
在河 Ｋ Ｉ 潮 汐 湿 地¨ ｌ ， Ｈ 之 剐 ，因此 本 文 主要综 述 河 口 潮汐 湿地 硅 生物地 球 化学 化学 循环 过 程 ，其 他 类 型湿 地 的硅 素研究 稍作 展 开 。 目前 ，我 国关 于 湿 地生 态 系统硅 的生物 地球 化学 循环 研究 较少 ，仅 在长 江 口做 了初 步研 究 ［ ２ ８ － ３ ２ ］ 。本文 在 总结 国 内外 关 于湿地 生态 系统 硅 素研究 的基础 上 ，综述 硅 在 湿地 生态 系 统 的存 在 形态 与分 布特 征 ，阐述硅 在
目前 关 于硅 的生 物 地球 化学 循环 研究 多 集 中在 陆 地和 海洋 两大 生态 系统 【 ｌ 引 ，据 研究 ，陆 地植 被每 年 固定硅 的量 （ ６ ０ ～ １ ８ ０ Ｔ ｍｏ １ ） 与海洋硅 藻群 落 固
定 硅 的量 （ ２ ４ ０ Ｔ ｍｏ １ ） 数 量 级相 当ｌ Ｊ 引，然 而湿地
生态环境学报 ２ ０ １ ３ ， ２ ２ （ １ ０ ） ： １ ７ ４ ４ — １ ７ ４ ８
Ｅｃ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｖ ｉ ｒ ｏ ｎ ｍｅ ｎ ｔ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｓ
ｈ ｔ ｔ ｐ ： ／ ／ ｗ ｗ ｗ． ｊ ｅ ｅ ｓ ｃ ｉ ． ｉ ｔ ｏ ｒ ＠ｊ ｅ ｅ ｓ ｃ ｉ ． ｃ ｏ ｍ
种作物生长所 必需的营养元素 ，还是控制陆地 、海洋 、沿海和内陆水生态系统机能的重要营养元 素。目前关于全球硅的生物 地球化学循环的研 究多集 中在陆地和海洋两大生态系统 ，而湿地生态系统 中硅的循环过程 、 储存量 尚不清楚 。虽然在河 Ｋ Ｉ 湿 地开展一些关于硅的相关研究 ， 但是硅在湿地的循环机制研究不够全面 ， 尤其相 比碳 、氮 、 磷等元素 ， 硅素研究甚少 。而且 ，
人类活动对湿地生态系统硅循环 的影 响， 特别是应该加强研究河 口潮 汐湿地 和沿海湿地生态系统硅的生物地球化学循环过程
和储存量 ， 有助于明确湿地生 态系统对 于硅 的截 留量 ； 并弄清湿地 中碳与硅含量之 间的关系 ， 从水文学角度分析湿地 中排水 、 蒸发 、 洪期及滞 留时间等 因素对硅循环的影响 ， 从而试 图建立湿地硅循 环模 型 ， 有助于预测湿地生态 系统硅循环对沿海地区
长江中下游地区浅水湖泊生源要素的生物地球化学循环
长江中下游地区浅水湖泊生源要素的生物地球化学循环一、本文概述Overview of this article本文旨在深入探讨长江中下游地区浅水湖泊生源要素的生物地球化学循环。
长江中下游地区作为中国的重要经济和文化中心，其浅水湖泊生态系统对于区域生态环境和经济发展具有至关重要的影响。
本文将对这一区域内浅水湖泊中的生源要素（如碳、氮、磷等）的生物地球化学循环过程进行系统的阐述和分析。
This article aims to explore in depth the biogeochemical cycles of biogenic elements in shallow lakes in the middle and lower reaches of the Yangtze River. As an important economic and cultural center of China, the shallow lake ecosystem in the middle and lower reaches of the Yangtze River has a crucial impact on the regional ecological environment and economic development. This article will systematically elaborate and analyze the biogeochemical cycling process of biogenic elements (such as carbon, nitrogen, phosphorus, etc.) inshallow lakes in this region.我们将概述长江中下游地区浅水湖泊的基本特征，包括湖泊的水文条件、生态环境和生源要素的分布状况。
在此基础上，我们将深入探讨这些湖泊中生源要素的生物地球化学循环过程，包括生源要素的输入、转化、输出和积累等关键环节。
第四章 湿地生物地球化学(1)
• 湿地中包含了电子供体和电子受体，主要进行氧化还原反应。
• 在湿地剖面中，有一层颜色偏红的土层，是由于二价铁被氧化成三价 铁导致的，这层往往在树根部分发现，如果土层有灰色和深色相间，
表明湿地经常处于氧化还原条件的转变。
• 碳是湿地一切生物地球化学作用的主要驱动力。
第三节 湿地碳循环
• 碳循环一直是生物地球化学的研究热点，湿地中的碳循环研究尤为重 要(碳库：存贮1/3陆地碳，碳源：释放1/4CH4 )。 • 碳循环可以概化为湿地中各个碳储库直接的碳迁移过程（生物体内碳， 颗粒态/溶解态碳，微生物体内碳，气态碳产物）
UK: 4 m loss since 1870
第一节 湿地土壤
湿地土壤特征
• 湿地土壤又称水成土，指在水分饱和状态下形成的，在生长季有足 够长的淹水时间使其上不能够形成厌氧条件的土壤。 • 在湿地土壤最大的特征就是含水率高，空气含量少，厌氧反应为主。
湿地土壤类型
• 矿质土壤：当土壤中有机质含量（干重）小于20%～35% 时，可以认为是矿质土壤。 • 有机土壤：满足下列两个条件之一 1. 土壤长期被水浸透或人为排干，在不包括活的植物根系 的情况下，如果矿质成分中黏土含量在0～60%之间，那
NO3- 进入细胞后需要先被还原为NH4+ NO3- + 2H+ + 2e NO2- + 8H+ + 6e NO2- + H2O (nitrate reductase) NH4+ + 2H2O (nitrite reductase)
3.硝化作用
有机物矿化作用中释放出来的氨，（在富氧的环境）通过硝化细菌的作用，而 被氧化为硝酸盐和亚硝酸盐。 Archaea NH4+ —— NO2- —— NO3（1）2NH3 + 3O2 —— 2HNO2+2H2O +能 （2）2HNO2+O2 —— 2HNO3+能
生态系统中的地球化学循环
生态系统中的地球化学循环地球是一个充满生命的行星，生物和环境之间的相互作用就构成了生态系统。
而生态系统的基本组成单位就是生物、环境和物质循环三个部分。
从物质循环的角度来看，地球的物质循环主要分为氮、碳、水和矿物质循环四个方面。
其中，地球化学循环属于矿物质循环中的重要内容。
地球化学循环是指人类没有直接干预、而是自然界中发生的各种地质和化学变化过程。
这些变化不同于生物循环和生物化学循环，而是通过太阳的能量和地球物理化学作用发生的。
在生态系统中，地球化学循环是一个体积庞大、时间异常漫长的过程。
在这个过程中，地球上的矿物和物质在不断地转化、分布、储存和释放，继而影响着生物的生存和演化。
一、碳的地球化学循环碳是组成生命体和形成矿物质的重要元素之一，是维持生物体内新陈代谢和能量推进的基础。
碳在生态系统中的循环主要是有机碳和无机碳的相互转化过程。
无机碳主要存在于二氧化碳和碳酸盐的形式中。
二氧化碳主要是通过光合作用和呼吸作用来转化的，而碳酸盐则主要是通过岩石的风化和沉积来实现的。
在这个过程中，大气中的二氧化碳可以转化为海水中的碳酸盐，并沉积在海底形成石灰岩和大量油气资源；而岩石的风化和岩浆的喷发则可以向大气中释放出大量的二氧化碳。
而有机碳则主要是通过生物体内合成和腐解过程来实现的。
生物体通过进行光合作用将大气中的二氧化碳转化为有机碳，并通过食物链向上转化传递到更高级别的生物体中，同时在这个过程中释放出能量。
而有机碳也可以通过腐解过程重新回到生物体外的环境中，转化为水中的二氧化碳和土地中的甲烷等物质。
二、氮的地球化学循环氮是构成蛋白质和核酸的基本元素，是生命体内新陈代谢和能量转换的重要组成部分。
氮的循环主要涉及固氮、氨化和硝化等过程。
固氮是指将氮气转化为无机氮的过程，因为氮在原始状态下很难被生命体吸收利用。
在这个过程中，一些特定的细菌和真菌可以通过生理反应将氮气转化为氨气或者亚硝酸盐等无机氮，进而被生命体摄取利用。
生物地球化学循环研究的进展
生物地球化学循环研究的进展生命存在于地球上已经有数十亿年，而生物地球化学循环则是维持这个生态系统长期稳定的关键。
在生物地球化学循环中，生物体中的元素不断地在海洋、陆地、大气等不同的媒介中循环，对地球的各个环境系统都产生了极为重要的影响。
近年来，随着环境论和可持续发展研究的逐渐兴起，对生物地球化学循环研究的关注度也日益加大。
本文将就生物地球化学循环研究的进展进行探讨，涉及海洋、陆地、大气等不同的媒介中元素的循环。
海洋中元素循环海洋是地球上最大的水体，也是最大的碳储库之一。
这一领域的研究主要集中在生物地球化学循环中的生物方面，包括海洋中营养元素的循环、生物地球化学循环中的微生物和海洋光合作用等。
针对营养元素的循环方面，研究者主要关注氮、磷、硅等元素在海洋中的来源、循环途径及其对生态系统的影响.例如，氮的循环，在海洋中存在一个氮循环的重要过程，叫做生物固氮作用。
固氮作用是指将氮气转化为生物可利用的氨或氮化物的过程。
这个过程通常由一些氮固氮菌来完成，这些菌可以将氮气转化为生物可用的氨基酸等。
同时，海洋中还存在氮沉积作用等直接或间接的氮循环途径，这些过程在维持海洋生态系统长期稳定方面起到了重要作用。
再比如，硅元素则在海洋中的界面和钙化生物中起到了重要作用，比如海绵、硬珊瑚等。
硅元素可以用于生物制造的骨骼、外壳等结构，起到加强生物身体、防御和抗艾滋病毒等重要作用。
因此，对硅元素在海洋中的循环是否受到人类活动的影响、其对生物多样性和健康的影响等方面进行深入研究，具有十分重要的科学意义。
陆地及水域中元素循环除了海洋，在陆地和水域中元素的循环同样存在着十分重要的功能。
在陆地中，磷元素在植物生长、养料的供应等方面起到了至关重要的作用，但由于土地的草木火灾和泥石流等自然灾害和人类扰动等原因，会带来磷元素裸露、磷损失等问题。
因此，对于磷的管理、处理技术，以及如何减少磷元素的损失等方面进行研究，是减少环境污染、促进可持续发展的关键所在。
《湿地生态学》课程教学大纲
《湿地生态学》课程教学大纲课程名称：湿地生态学课程类别：选修课适用专业：生态学考核方式：考查总学时、学分：32学时2学分其中实验学时：0 学时一、课程教学目的本课程主要讲述湿地生态系统结构、过程、功能、评价、管理和恢复的原理和主要研究方法，使学生掌握各种类型沼泽湿地生态系统的群落结构、功能、生态过程和演化规律及其与理化因子、生物组分之间的相互作用机制，同时使学生能初步运用所学的理论知识解决一些简单的实际问题。
二、课程教学要求学生通过学习，要掌握湿地生态系统的类型及其特征、主要结构特点和湿地生物的适应、水文过程和水量预算；生物地球化学循环、能量流动、植被演替和系统发育、生态服务评价和管理以及生态修复和工程湿地的营造等。
三、先修课程生态学基础，自然地理学，生态系统生态学等四、课程教学重、难点教学重点：湿地的生物地球化学循环、湿地生态服务的价值评估和湿地生态修复和重建教学难点：湿地的生态水文过程、湿地生态服务的价值评估五、课程教学方法与教学手段教学方法：讲授法、讨论法等。
教学手段：多媒体。
六、课程教学内容第一章湿地生态系统的类型（2学时）1．教学内容(1) 滨海湿地(2) 内陆湿地(3) 人工湿地2．重、难点提示(1) 红树林湿地和湖泊湿地(2) 人工湿地第二章湿地生态系统的结构（4学时）1．教学内容(1) 湿地生态系统的生物组分(2) 湿地生物的生态适应2．重、难点提示(1) 湿地生态系统的生产者。
(2) 维管束植物的适应性。
第三章湿地的生态水文过程（5学时）1．教学内容(1) 湿地水文周期(2) 湿地水量预算(3) 水文过程对湿地的影响(4) 湿地生物对水文过程的影响2．重、难点提示(1) 湿地水量预算。
(2) 水文过程对湿地的影响。
第四章湿地的生物地球化学循环（4学时）1．教学内容(1) 湿地土壤(2) 湿地生态系统中的化学转化(3) 湿地物质的输入及其平衡2．重、难点提示(1) 氧和氧化还原电位和氮的转化(2) 湿地的物质平衡第五章湿地生态系统的能流（4学时）1．教学内容(1) 能流基本模式(2) 初级生产及其分解与消费(3) 能流(4) 能流与熵流理论2．重、难点提示(1) 初级生产的限制因子(2) 能流与能流预算第六章湿地的生态演替（4学时）1．教学内容(1) 生态演替的概念与机制(2) 湿地生物群落的演替(3) 湿地生态系统的发育特征(4) 湿地的系统发育和生态演替对策2．重、难点提示(1) 生态演替的机制——内因与外因(2) 湿地的系统发育和生态演替对策第七章湿地评价与管理（4学时）1．教学内容(1) 湿地生态系统的服务(2) 湿地生态服务的价值评估(3) 湿地的管理2．重、难点提示(1) 核心服务、理论服务价值与现实服务价值(2) 湿地几项主要生态服务功能价值估算(3) 湿地的多目标管理第八章湿地生态修复和重建（5学时）1．教学内容(1) 湿地的生态恢复(2) 生态修复的原则与目标(3) 生态修复的措施(4) 生态修复评价(5) 工程湿地的营造2．重、难点提示(1) 生态修复的理论和措施(2) 工程湿地的设计、实施和管理七、学时分配八、课程考核方式1.考核方式：笔试，开卷2.成绩构成：总成绩=70%期末+30%平时九、选用教材和参考书目［1］《湿地生态学》，陆健健编，高等教育学出版社，2006年；［2］《湿地生态需水机理，模型和配置》，杨志峰编，科学出版社，2012年；［3］《中国国际重要湿地生态系统评价》，马广仁编，科学出版社，2018年。
湿地生态系统碳循环、水文过程、生物多样性对气候变化的响应机制
湿地生态系统碳循环、水文过程、生物多样性对气候变化的响应机制摘要湿地生态系统作为地球上重要的碳汇和生物多样性热点区域，在调节气候变化方面发挥着至关重要的作用。
气候变化对湿地生态系统的碳循环、水文过程和生物多样性产生了显著影响，进而影响其对气候变化的响应机制。
本文将从湿地生态系统的碳循环、水文过程和生物多样性三个方面出发，深入探讨其对气候变化的响应机制，并分析其对全球气候变化的影响。
关键词：湿地生态系统，碳循环，水文过程，生物多样性，气候变化，响应机制一、湿地生态系统碳循环对气候变化的响应机制湿地生态系统是地球上重要的碳库，其碳循环过程对全球碳平衡起着至关重要的作用。
气候变化对湿地生态系统碳循环的影响主要体现在以下几个方面：1.1 温度变化对碳循环的影响温度变化会影响湿地生态系统中微生物的活动和植物的生长速率，进而影响碳循环过程。
高温会加速微生物的分解作用，导致土壤有机质分解速率加快，释放更多的二氧化碳，从而加剧温室效应。
同时，高温也会抑制植物的光合作用，降低碳固定量。
此外，温度变化还会改变湿地生态系统的土壤水分状况，影响碳循环过程。
1.2 降水变化对碳循环的影响降水变化会影响湿地生态系统的土壤水分状况，进而影响碳循环过程。
降水量增加会导致土壤淹水时间延长，土壤缺氧，抑制微生物分解作用，降低碳释放量。
降水量减少会导致土壤干旱，加速土壤有机质分解，释放更多的二氧化碳。
1.3 海平面上升对碳循环的影响海平面上升会导致沿海湿地淹没，改变湿地生态系统的植被类型，进而影响碳循环过程。
例如，海平面上升会导致红树林等滨海湿地被淹没，减少碳固定量。
1.4 碳汇能力的变化气候变化对湿地生态系统碳汇能力的影响是复杂的，既有正效应也有负效应。
一方面，气候变化导致的温度升高和降水量增加可能会提高湿地生态系统的光合作用速率，增加碳固定量，提高碳汇能力。
另一方面，气候变化也会导致湿地生态系统退化，例如湿地干涸、土壤酸化等，降低碳汇能力。
环渤海滨海湿地硅生物地球化学循环及其碳汇效应
环渤海滨海湿地硅生物地球化学循环及其碳汇效应下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第四章湿地的生物地球化学循环
第四章湿地的⽣物地球化学循环第四章湿地的⽣物地球化学循环⽣态系统中物质的迁移和转化过程称为⽣物地球化学循环，它包括许多相互联系的物理、化学和⽣物过程第⼀节湿地⼟壤（⼀）基本特征湿地⼟壤既是湿地许多物质转化过程的媒介，同时⼜是⼤部分湿地植物可利⽤化学物质的主要贮存库，通常被称为⽔成⼟。
通常湿地⼟壤分为:矿质⼟壤和有机⼟壤。
当⼟壤中有机质(⼲重)含量⼩于20－35%时，可以认为它是矿质⼟壤壤（⼆）有机⼟壤有机⼟壤主要是由不同分解阶段的植物残体组成，由于静⽔或排⽔不畅导致的厌氧条件⽽造成累积。
有机物质的植物来源和⼟壤分解的程度是湿地有机⼟壤包括泥炭和腐殖⼟的两个重要的特征。
⼟壤有机物质的植物源可以是苔藓、草本植物、树⽊和落叶。
–如⼤部分北⽅泥炭湿地的⼟壤有机质来源于苔藓植物；–海岸盐沼湿地的⼟壤有机质可以来源于芦苇属，⽶草属的草本植物；–⽽有林湿地中，⼟壤有机质可以来源于⽊质碎屑或落叶。
湿地⼟壤的分解或腐殖化状态是有机泥炭的另⼀个重要特征。
在泥炭分解时，随着物质的进⼀步破碎化，⼟壤的容积密度增加，⽔⼒传导率下降，粗⼤纤维颗粒(>1.5 mm)含量减少。
可溶于⾮极性溶剂的物质和⽊质素随着分解的进⾏⽽增加，⽽纤维素化合物和植物⾊索则下降。
有机⼟壤通常分成四类：–腐殖⼟，分解的物质占2/3或更多，并且可被确定的植物纤维不到1/3。
–泥炭⼟，分解的物质不到1/3，并且可被确定的植物纤维超过2/3。
–腐殖泥炭⼟或泥炭腐殖⼟，介于腐殖⼟与泥炭⼟之间。
–薄层⼟，热带地区和北⽅⾼⼭地区积聚的过量⽔汽(降⽔量>蒸发蒸腾量）造成的有机⼟壤。
（三）矿质⼟壤矿质⼟壤在长期淹⽔条件下，通过铁、锰氧化物的还原、迁移和/或氧化会形成特有的氧化还原形态特征。
⽽其形成过程要受微⽣物作⽤的调节，其形成的速率取决于三个条件:–持续的厌氧条件。
–⾜够的⼟壤温度(5℃被认为是―⽣物学零点‖，低于这个温度，⽣物活动就会停滞或相当慢)。
湿地净化功能及其机制的研究进展
湿地净化功能及其机制的研究进展作者：赵冬亮来源：《城市建设理论研究》2013年第08期摘要：湿地被称为“地球之肾”，具有很强的净化功能。
湿地中生长的水葫莲、香蒲、芦苇等水生植物能有效吸收水中的砷、铁、锰。
铅等重金属，并对污水中的氮、磷、钾等营养物有很好的去除能力。
因此，湿地具有不可替代的环境调和作用。
本文围绕湿地的净化功能及其机制的研究进展进行了简要叙述。
关键词:湿地；净化功能；机制；氮磷；重金属中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：1.国内外关于湿地净化功能的研究进展1.1国外湿地净化功能研究进展在国外,对湿地的生态系统服务功能研究开展的较早,大致可以追溯到20世纪初,但大多只局限于对本国湿地生态系统的分类,而具体到湿地的净化功能的研究则最早开始于20世纪50年代。
随着美国麻省Massachusetts大学Larson提出第一个湿地生态功能评价模型,湿地的净化功能及其生态效益在研究过程中逐步被人们所认识。
到了70年代,生态学家在研究湿地生态系统服务功能的基础上,对湿地的净化功能的各种机制也进行了详细且深入的研究,形成了一套较完善的生态系统服务功能的理论。
80年代,全球环境问题的日趋严重,这期间,生态学家们从对湿地净化功能的理论研究转化为对湿地净化功能的实际应用。
人工湿地净化功能的研究,为缓解城市水资源短缺和水污染问题增加了一条有效的途径。
最近十年间,人类在人工湿地的净化功能研究上已取得迅猛发展,在处理污水的不同层次和不同领域中都做了详尽的研究论证。
在欧洲和美国等地,不同学者们通过对人工湿地和天然湿地净化效率的测定,可以很明显的得出,人工湿地的净化环境容易控制,往往对营养物质的去除能力比较强,而天然湿地人为很难控制,它对污染物的去除完全靠其本身的净化负荷,所以相对来说,其净化效率比较低。
1.2国内湿地净化功能研究进展我国对湿地的认识和记载已有几千年的历史,然而,我国系统地从事湿地研究始于20世纪50年代,中国科学院长春地理所在1958年的建立,才开始了湿地基本理论的研究。
湖泊硅藻在古环境重建中的应用研究
湖泊硅藻在古环境重建中的应用研究陆亚萍;姚敏【摘要】硅藻研究对古环境重建具有重要的现实意义。
文章分析了影响硅藻生长的主要环境因子：温度、营养元素和植被等，并且对湖泊硅藻在重建古环境方面的应用、研究进展及专家学者的研究进行了详细的论述。
同时针对湖泊硅藻研究过程中的不足，展开一定的探讨与展望，为以后湖泊硅藻研究的发展和完善提供一定的理论依据。
%Diatom study on ancient environment reconstruction has important practical significance . We analysis of the main environmental factors those affect the grow th of diatoms ,such as temperature , nutrients and vegetation ,and w hat the lakes diatom in reconstruction of the ancient environment re‐search progress of the application combine with experts and scholars research is discussed in detail .At the sametime ,aiming at the deficiency exist in the course of the research on w e conducted certain dis‐cussion ,w hich for later in the development and perfection of lakes diatom research to provide certain theoretical basis .【期刊名称】《聊城大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】5页(P45-49)【关键词】湖泊;硅藻;环境因素;古环境【作者】陆亚萍;姚敏【作者单位】聊城大学环境与规划学院，山东聊城252059;聊城大学环境与规划学院，山东聊城252059【正文语种】中文【中图分类】K903硅藻是当前世界研究的热点之一，国外众多学者近年对硅藻的研究正在加强，欧盟联合美国投巨资开展多个单位的硅藻项目研究[1].然而，中国对硅藻的研究相对较少，而且，对海洋硅藻的研究相对淡水硅藻的研究偏多.硅藻的应用主要在水质监测、恢复古环境和气候等.本文就湖泊硅藻内涵、影响因子以及其在古环境重建等方面进行了分析和概括.1.1 硅藻概况硅藻属于硅藻门，是自养生物，一种单细胞藻类，主要的特点是具有硅质的细胞壁，硅质壳体分上下壳瓣，一般长2.5 μm-2 mm.硅藻的分类主要依据壳体的特征，包括壳体的形态、对称与否、纹饰、突起等.硅藻门分为两个纲，即中心纲(Centrlcae)和羽纹纲(Pennatae)，前者的壳面纹饰呈辐射对称，后者的壳面纹饰则是长形、两侧对称或不对称形式.硅藻生活在从热带到寒带的海洋和湖泊的各种水体，硅藻分为浮游硅藻、底栖硅藻和混合硅藻，由于许多硅藻种的习性受环境水体扰动大小影响所以很难确定[2].硅藻是食物链的重要初级生产者，其每年产生的生物量大约占地球总生物量的四分之一[3].据统计，已发现的硅藻大约有250个属1万多个种[4]，Round通过研究估计自然界可能存在接近1 000属，超过10万个种[5].湖泊硅藻包括浮游和底栖两种类型，其中，底栖硅藻还包括附生类型，即附着在水生植物和其它物体上.湖泊化石硅藻的鉴定、描述以及环境解释开始于19世纪中叶，许多的研究学者对硅藻的古环境也作出了一定的解释.此后至今的160多年的时间中，硅藻及其古环境研究在采样、观测、定量化等各个方面都有了较大的发展，作为反映古环境变化的一个有效指标化石硅藻得到了国内外学者的青睐.湖泊硅藻生活在水体中，水体的环境因素与硅藻有着极其密切的关系.不仅表现在湖泊硅藻对温度、pH值、盐度等有敏感的响应，也体现在这些环境因素影响湖泊硅藻的生存方式、生长结构、分布特征等.2.1 温度温度决定生物细胞内酶反应的速度，而且每种藻类都有一个温度适应的范围，所以对于淡水硅藻群落，温度就是最为重要的环境因子.因此，水温不仅会影响硅藻的生长而且还影响其季节分布.通常认为，硅藻的年内生物量表现为春季最高，次之为秋季，夏季更少，而冬季最低[6].Hausmann通过多年对加拿大Laurentian地区4个湖泊的硅藻季节调查[7]，总结出硅藻群落季节变化最大信息数量是由水温解释的.姚敏等选择南京前湖和月牙湖研究浅水富营养湖泊季节演替的规律，得出，两湖硅藻都呈较明显的季节演替特点，冬季浮游硅藻组合主要由Cyclostephanos的种类为主，代表冷水富营养种组合类型;夏秋以Cyclotella atomus和 C.meneghiniana暖水耐营养种优势组合为主[8].2.2 植被浅水湖泊的营养结构、生物群落状况和水体透明度都会受到沉水植物的影响[9,10].如果湖泊中存在水生植被，能明显提高湖水中氮循环菌群的分布、降低各种营养盐的浓度并且通过水生植物的生长代谢，影响到湖水中硅藻的生物量，所以湖泊硅藻的生长、分布都不可避免地会受到植被的影响.2.3 光光包括周期、强度、时空变化等，都会对硅藻的生长有着一定的影响.其中，光照强度对藻类的影响很重要.光照的影响主要表现在藻类光合作用的速率随着光强的变化而变化，以及不同种类的硅藻对不同波长、强度的光敏感性不同[11].太阳光照射可以直接影响硅藻细胞的温度，水传导热量进而决定了细胞的温度.附着硅藻的生态环境对比非单一性的温带湖泊中的附着硅藻的生态环境在南极洲单一性湖泊中差别悬殊[12].前者除去边缘地带，都要经历连续六个月的太阳照射或黑暗，对比鲜明的是变温湖泊，不仅天天都能接受光照，而且存在季节温度的变化.钱振明[13]等探究了光照强度对8种底栖硅藻生长的影响，研究表明，8种底栖硅藻最大比生长速率的光照强度1 500-5 500 lx，但是不同种类的底栖硅藻所需要的光照强度也不同.2.4 pH值陈长平[14]等研究了盐度和pH值对底栖硅藻外多聚物的影响，探讨认为，低盐度和高pH值显著促进新月筒柱藻细胞的蛋白质含量，细胞增殖的速度也较快，说明该藻株比较适合咸淡水性和高pH生活，高盐度和低pH值就变成了一种威胁.2.5 营养盐浮游硅藻的生长受氮与磷的质量浓度比例的影响，在这方面已有很多研究成果[15-17].这些研究表明，藻类的代谢活动和生长速率受营养盐浓度的影响很大.藻类细胞内的铁是特定的氧化还原的载体和辅酶的重要组成成分，缺少会影响很多种代谢过程必然也会抑制细胞生长[18].硅作为细胞壁的结构组成成分和合成DNA、蛋白质的重要参与者，是硅藻的必需营养元素[19].2.6 盐度盐度影响硅藻的渗透压、营养盐吸收及其悬浮性.有学者研究发现杜氏藻能耐受高盐是由于它们在细胞内积攒甘油作为渗透调节剂，因此，在盐度较低时，甘油累积量较少，渗透调节大部分就要靠胞内碳水化合物、无机离子和氨基酸等参与完成 [20].海水藻类有较高的渗透压耐受力，约为0. 5 mol/L NaCl,而淡水藻类仅能耐受0.15 mol/L NaCl生物渗透压[13].通过现代湖泊水体中硅藻植物群与其分布、生态和环境之间的相互关系，并结合其他生物、化学等因素进行古湖泊环境分析，湖泊硅藻化石可以重建不同年代的湖泊环境.这样可以更好地为环境质量监测提供历史背景以及为水生生态环境管理提供湖泊发生过程的资料，而且根据资料背景预测湖泊未来演化趋势，能够为今后的环境保护和管理提供理论依据[21].伴随现代湖泊硅藻数据库的日益完善、计算机数据分析处理软件的不断发展，以及人们环境意识的逐渐增强，利用湖泊硅藻化石定量重建古气候古环境的研究已经有了极大的发展.硅藻-湖泊磷浓度、硅藻-湖水深度、硅藻-盐度、硅藻-温度、硅藻-湖水营养状况、硅藻-pH值等硅藻-环境因子之间的转换函数在欧洲、北美洲、北非、澳洲等多个地区已经建立起来了[22].3.1 硅藻与盐度硅藻已经被很好地应用于古盐度的定量恢复，可以说是推算过去湖水盐度最为有效的生物指标[23].300年来西藏沉错湖的古盐度变化是由羊向东[24]等利用硅藻-湖水电导率转换函数定量恢复出来的.在北美的农业地区North Dakota的Moon湖，利用湖泊沉积硅藻化石恢复了2 300年的古盐度，明确地显示该地曾经出现过的几次干旱时期[25].在肯尼亚Naivasha湖沉积硅藻化石记录和古盐度重建结果，发现了在过去的1 100年中湖水水位连续变化的模式，揭示出百年分辨上，气候明显的变化[26].3.2 硅藻与温度温度得以定性和定量推导，归功于对湖泊与温度关系有较为深刻的认识、分析和应用.比如，Koster和Pienitz[27]利用沉积物捕获器对美国Bates湖的硅藻进行了为期一年的详细监测，得出硅藻的季节分布模式确实与湖水分层有关系，解释出来的过去1 000年的硅藻化石记录，明确了在小冰期时段水体混合与分层的变化过程.关于硅藻定量方法的应用是利用硅藻化石重建古温度最大的进展并且定量方法的运用较为成功地在许多区域得到了验证[28].Joynt和Wolfe[29]利用加权平均回归和校正法建立转换函数，分别建立加拿大西北部61个湖泊硅藻与夏季水温和年平均气温的转换函数，定量重建了全新世中期以来的Fog湖水温变化.3.3 硅藻与富营养化全球水环境面临的严重问题之一就是水体富营养化，水体缺氧、水质恶化、生物多样性降低和蓝藻水华爆发等诸多后果都是由此得到，如果水体富营养化程度严重还可能导致生物地球化学循环的重大改变以及地球生态系统结构和功能的退化.许多的学者利用沉积钻孔岩芯的硅藻化石的属种丰度和组合变化序列重建了许多湖泊的营养化过程.湖泊富营养化的根本原因在于过量氮、磷等营养物质的富集，而对于大部分湖泊，主要限制因素又是磷.所以，运用硅藻-总磷转换函数法可以定量重建过去湖水总磷.Yang[30]等认为硅藻组合变化最重要的环境变量是湖水总磷，他通过典型对应分析(CCA)方法，分析出了长江中下游湖泊表层沉积硅藻与水质的关系.随后，把用加权平均回归与校正方法建立起的转换函数运用到了长江中下游多个湖泊的浅钻沉积物研究中，对近200年来的湖水总磷浓度进行了定量重建.3.4 硅藻与湖泊水位地质、气候过程和流域地表状况等多种因素控制着湖面的波动，并在一定程度上影响湖泊生态系统的变化[31].硅藻化石作为生态系统的重要组成部分可以用来重建湖泊水位[32].不同环境与营养条件下硅藻与水深的关系研究、同一湖区硅藻在不同深度分布规律的研究，区域湖泊硅藻与水深的转换函数研究等都随着现代生态的调查研究被逐渐重视而开展起来，并依此对古水位进行了重建[28].Yang 和Duthie[33]通过对Ontaria和East湖不同深度硅藻的调查，把硅藻分为不同的生活类型，结合多元回归手段建立了两者的关系.Lotter[34]对瑞士Rotsee湖现代硅藻和硅藻化石组合分布通过主成分分析得出了硅藻化石分布的水深范围，重建了全新世湖泊水位的变化.通过对湖泊硅藻的研究进展及应用的探究，可以看出湖泊硅藻的研究已经取得了很大的进步.虽然国内研究还是比外国的研究稍逊一筹，但是这样我们国内对湖泊硅藻研究就有了更大的动力.硅藻对pH、盐度、光、温度、氮磷含量等环境因子的变化极为敏感，所以，硅藻不仅被应用于环境监测而且常年累积下的化石可作为恢复古环境古气候很有效的证据.关于湖泊硅藻的探究，今后可以打破学科的限制，使硅藻的研究受益于各个相关领域.[1] Ndiritu G G,Gichuki N N,KaurP,et al.Characterization of environmental gradients using physico-chemicalmeasurements and diatom densities inNairobi River,Kenya[J]. 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