近日，天津大学地球系统科学学院宋照亮教授课题组在滨海湿地沉积物生物硅动态及其对碳循环影响的研究取得最新进展。相关成果以“Biogenic silica dynamics in coastal wetland sediments: A key driver of silicon and carbon biogeochemical cycling”为题，发表在地球科学领域Top期刊《Limnology and Oceanography》。天津大学地球系统科学学院2024届毕业生赵相伟为该论文第一作者，宋照亮教授和吴云涛博士为论文共同通讯。
滨海湿地位于陆海交界处，因其初级生产力高、生态功能复杂而成为全球独特的生态系统。作为重要的生物地球化学循环的“热点”，滨海湿地中的碳、硅、氮和磷等元素循环紧密联系，支撑着生物多样性和生态系统的可持续性。生物硅（biogenic Si）是生物从土壤溶液或水体吸收溶解硅后，通过生理活动形成的无定形硅，并在生物有机体分解后保留下来的具有一定形状或结构的硅质颗粒。通过植物凋落物和沉积作用生物硅颗粒进入土壤或沉积物中，部分以溶解硅的形式参与再循环，而另一部分则长期埋藏，成为稳定的碳封存机制。滨海湿地沉积物是重要的硅库，其生物硅通常含量较高。表层沉积物中的生物硅反映了高等植物和硅藻对滨海湿地初级生产力的贡献。然而，滨海湿地沉积物中生物硅的分布、组成、控制因素及其对碳生物地球化学循环的影响还需进一步研究。
本研究以渤海西岸七里海和北大港湿地为研究对象，探究了滨海湿地沉积物中的生物硅动态及其对碳循环的影响。通过建立生物硅生物体积几何拟合模型发现，沉积物生物硅颗粒由植硅体（78.1 ± 5.8%）、硅藻（18.2 ± 4.8%）和海绵骨针（3.7 ± 2.9%）组成（图1），其中植硅体类型生物硅主要来源于禾本科植物。研究发现，沉积物生物硅含量介于5.01~16.80 g kg-1之间，北大港水库沉积物生物硅含量显著高于其它研究区域，其含量主要受到有机碳、pH、无定形铝、铁以及总磷的影响（图2）。此外，滨海湿地沉积物中生物硅碳含量介于0.035 ~ 1.87 g kg-1之间。生物硅埋藏在沉积物后，有1.0% ~ 11%的有机碳可被圈闭在生物硅中，形成生物硅碳，并具有长期稳定碳固存的潜力（图3）。
图1 滨海湿地表层沉积物中生物硅颗粒的扫描电子显微镜下的观察
图2 环境变量对北大港（a, b）和七里海湿地（c, d）沉积物中生物硅含量影响的结构方程模型及对标准化总效应（直接效应和间接效应之和）
图3 滨海湿地生物硅积累和循环的关键过程及其对碳封存影响示意图
该研究工作得到国家自然科学基金杰青项目、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金碳专项和国家自然科学基金重大项目的资助。
文章信息：Xiangwei Zhao, Zhaoliang Song*, Yuntao Wu*, Lukas Van Zwieten, Laodong Guo, Changxun Yu, Zimin Li, Lele Wu1, Xiaomin Yang, Xiangbin Ran, Jun Sun, Yuqiu Wei, Yidong Wang, Peng Yuan, Jianping Zhang, Xiaole Sun, Xinxin Zuo, Tony Vancov, Cong-Qiang Liu & Hailong Wang. Biogenic silica dynamics in coastal wetland sediments: A key driver of silicon and carbon biogeochemical cycling. Limnology and Oceanography. 2024. https://doi.org/10.1002/lno.12717.
