广西茅尾海贝克喜盐草海草床硅素的分布特征
邱思婷1,2, 盘远方1,2, 苏治南1,2, 邱广龙1,2     
1. 广西科学院, 广西海洋科学院(广西红树林研究中心), 广西红树林保护与利用重点实验室, 广西北海 536000;
2. 自然资源部北部湾滨海湿地生态系统野外科学观测研究站, 广西北海 536015
摘要: 为探究海草床硅素的时空分布特征,本研究于2022年7月至2023年4月期间对广西茅尾海贝克喜盐草(Halophila beccarii)海草床表层沉积物的有效硅(Available Silicon, ASi)含量和贝克喜盐草的生物硅(Biogenic Silicon, BSi)含量展开调查研究。结果表明:茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物的有效硅含量均值为(126.37±5.79) mg/kg,在空间上总体呈现由陆向海逐渐减少的变化趋势,同一站位表层沉积物的有效硅含量在不同季节之间有显著差异性(P<0.05)。夏季和秋季的有效硅含量大于春季和冬季(P<0.05),秋季表层沉积物的有效硅含量在不同采样站位之间有显著差异性(P<0.05)。贝克喜盐草地上组织的生物硅含量[(3.65±1.97) mg/g]大于地下组织[(0.58±0.27) mg/g,P<0.05]。茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物的有效硅含量、贝克喜盐草的生物硅含量与环境因子之间存在不同程度的相关性,总体上呈季节性变化,且夏、秋季空间差异明显。在对该区域贝克喜盐草种群动态进行长期监测的同时,有必要对海草生态系统硅生物地球化学循环过程进行深入研究。
关键词:     分布特征    海草床    贝克喜盐草    茅尾海    
Silicon Distribution Characteristics in the Seagrass Bed of Halophila beccarii in Maowei Sea, Guangxi, China
QIU Siting1,2, PAN Yuanfang1,2, SU Zhinan1,2, QIU Guanglong1,2     
1. Guangxi Key Laboratory of Mangrove Conservation and Utilization, Guangxi Academy of Marine Sciences (Guangxi Mangrove Research Center), Guangxi Academy of Sciences, Beihai, Guangxi, 536000, China;
2. Observation and Research Station of Coastal Wetland Ecosystem in Beibu Gulf, Ministry of Natural Resources, Beihai, Guangxi, 536015, China
Abstract: In order to unveil the spatial and temporal distribution characteristics of silicon in seagrass beds, this study investigated the Available Silicon (ASi) content in the surface sediments and Biogenic Silicon (BSi) content in Halophila beccarii of seagrass beds in Maowei Sea from July 2022 to April 2023.The results showed that the mean ASi content in the surface sediments of the seagrass bed in the Maowei Sea was (126.37±5.79) mg/kg, which showed a decreasing trend from land to sea.Moreover, the ASi content in the surface sediments at the same station had significant differences between different seasons(P < 0.05). The ASi content in summer and autumn was higher than that in spring and winter (P < 0.05). The ASi content of the surface sediments in autumn was significantly different between different sampling stations (P < 0.05). The mean BSi content in the aboveground tissue [(3.65±1.97) mg/g] was higher than that in the belowground tissue [(0.58±0.27) mg/g, P < 0.05). The BSi content in H.beccarii and the ASi content in surface sediments were correlated with the environmental factors to varying degrees, and showed seasonal changes in general, with obvious spatial differences in summer and autumn.In addition to long-term monitoring of the population dynamics of H.beccarii in this region, it is necessary to conduct in-depth research on the biogeochemical cycle of silicon in seagrass ecosystems.
Key words: silicon    distribution characteristics    seagrass bed    Halophila beccarii    Maowei Sea    

硅(Silicon,Si)广泛存在于地壳及植物体中[1],在各种物理、化学和生物过程的作用下,硅会在土壤-植物系统中发生迁移转化,并以各种形式的含硅矿物组分或形态保存下来[2]。其中,被植物吸收并通过木质部导管随着蒸腾流输送到植物各器官的这部分硅,统称为生物硅(Biogenic Silicon, BSi)[3]。有效硅(Available Silicon, ASi)是指土壤中能被植物体有效吸收并利用的硅素[4],是衡量土壤硅素养分供应能力的重要指标[5]。生物硅含量及分布与土壤有效硅含量、环境因子相关[6]。尽管矿物硅酸盐构成了陆地和水生环境中最大的硅库,但其在生物尺度上几乎不具备反应性,因此生物硅的循环利用对硅的有效性起关键性作用[7]

海草床是近岸海域中生产力和生态服务功能价值极高的生态系统,对海洋和海陆交错带之间的物质交换过程有关键性影响,但同时也是地球上最受威胁、衰退速度极快的生态系统之一[8]。目前,有关海草床硅素方面的研究鲜见报道。已有的研究多关注海草叶片的硅含量[9]及其与水体硅浓度的关系[10]。研究发现同一区域混合海草床中不同海草叶片的元素含量差异很小,但不同地区海草床的海草叶片元素含量却表现出较大的种内差异[9],这表明环境浓度可能调控海草植株元素含量。20世纪末有研究发现鳗草(Zostera marina)的覆盖度与水体中的硅浓度正相关,但这种显著相关性仍有待解释[11]。典型潮间带海草——贝克喜盐草(Halophila beccarii)是水鳖科(Hydrocharitaceae)喜盐草属(Halophila)的单子叶高等被子植物[12],其分布面积在全球不超过2 000 km2,正处于加速衰退的状态,已被世界自然保护联盟(International Union for Conservation of Nature, IUCN)列入全球范围内的易危(VU)种[13]。当前,海草床、红树林、河口港湾湿地等重要海洋生态系统的生态保护和修复是全球广泛关注的问题,也是我国海洋生态文明建设和应对气候变化的重要工作内容。研究表明生物地球化学的硅循环影响着全球的初级生产力和碳循环[14]。对于海草床来说,沉积物中较高的有效硅储量不仅有益于海草的生长,对稳定区域气候也起到一定的作用。

广西茅尾海湿地是以茅岭江、钦江为主要入湾径流的河口-海湾-湿地多生态系统,贝克喜盐草海草床位于其东部钦江支流入海河口的潮间浅滩[15]。在潮汐交换、河口沉积和植被生长等多重作用下,河口港湾湿地一直是硅研究的热点[16],但是有关潮间带海草床硅素的研究仍很欠缺。在全球变化和海岸带开发加剧的背景下,研究广西茅尾海贝克喜盐草海草床硅素的分布特征及其影响因子,对于揭示滨海湿地生态系统生源要素——硅的生物地球化学循环过程具有重要意义,可为广西北部湾典型海草床的生态保护策略和修复技术提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 研究区概况

茅尾海位于钦州湾海域北部(21°46′-21°54′N,108°28′-108°37′E),形似一个瓶状内湾,潮流以全日潮为主,存在半日不等现象。其平均海平面主要随钦江、茅岭江的枯水期和洪水期而变化,最低值一般出现在2-3月,最高值出现在6-9月。该地区雨热同期,日照时间长,太阳辐射强,季风盛行。7月气温最高,1月气温最低,其中5-9月为雨季,11月至次年3月为旱季,4月和10月为季风交换季节,降水量较少,多年年平均气温和降水量分别为22.10 ℃和2 170.90 mm。茅尾海海域受盐度低于25的低盐海水所控制,受降雨和径流影响较大,盐度低值区分布在河流入海口附近。茅尾海入江支流有茅岭江和钦江,河口区附近咸淡水交汇,分布大片沙质和淤泥质浅滩,海岸滩涂资源、营养物质和浮游生物丰富。茅尾海主要群落类型有桐花树(Aegiceras corniculatum)群落、秋茄树(Kandelia obovata)+桐花树群落、白骨壤(Avicennia marina)+桐花树群落、白骨壤群落[15]

1.2 样地设置

本研究的主样地设置在广西钦州市钦南区茅尾海。如图 1所示,在茅尾海贝克喜盐草海草床自陆(东北)向海(西南)方向设置一条样带,样带上均匀设置3个采样站位,分别是S1、S2和S3;在茅尾海红树林区(S4)和光滩(S5)分别设置1个采样站位。此外,为开展不同区域海草床硅分布特征的比较,还在防城港东湾、珍珠湾以及北海竹林分别设置采样站位(S6-S8)。每个站位往垂直于样带的方向随机选取3个重复采样点,各站位的基本情况如表 1所示。

图 1 研究区域及采样站位 Fig. 1 Study area and sampling stations

表 1 采样站位基本情况 Table 1 Basic situation of sampling stations
地点
Place
采样位置
Sampling place
植物类型/种类
Plant type/ Species
站位编号
Station label
站位纬度
Latitude of the station
站位经度
Longitude of the station
Qinzhou Maowei Sea Seagrass/H.beccarii S1 21°50′50.89″N 108°34′24.59″E
Maowei Sea Seagrass/H.beccarii S2 21°50′45.48″N 108°34′17.59″E
Maowei Sea Seagrass/H.beccarii S3 21°50′40.78″N 108°34′14.69″E
Maowei Sea Mangrove/Aegiceras corniculatum S4 21°50′59.29″N 108°34′34.64″E
Maowei Sea None/Bare flat S5 21°50′53.54″N 108°34′31.99″E
Fangchenggang East Bay Seagrass/H.beccarii S6 21°38′44.14″N 108°23′20.73″E
Pearl Bay Seagrass/Z.japonica S7 21°34′59.77″N 108°11′34.13″E
Beihai Zhulin Seagrass/H.ovalis S8 21°26′16.50″N 109°18′34.94″E

1.3 样品采集与测定

于2022年7月(夏季)、2022年10月(秋季)、2023年1月(冬季)及2023年4月(春季),分4个季节分别对S1、S2和S3 3个站位的表层沉积物和海草样品进行采集。每次采样时,用长30 cm、内径70 mm的圆柱形采样器垂直插入地表以下10 cm取9个表层沉积物样品和9个海草样品,分别装入密封样品袋中。此外,使用同样的采样方法,于2022年10月分别在S4和S5站位采集秋季表层沉积物样品,于2021年12月分别在S6、S7和S8这3个站位采集冬季表层沉积物样品。

茅尾海海草床沉积物间隙水盐度(S)、水温(WT)、pH值和总溶解性固体值(TDS)使用便携式仪器(衡欣AZ86031,台湾衡欣实业股份有限公司)现场测定。

沉积物有效硅的测定:将表层沉积物样品的杂质去除,自然风干。称取约5 g风干后粉碎过筛的沉积物样品,置于100 mL聚乙烯离心管中,加入50 mL 0.25 mol/L柠檬酸浸提剂,放于30 ℃恒温箱中,每隔1 h摇动一次,5 h后离心(10 000 g,25 ℃)10 min,用硅钼蓝比色法测定上清液中的有效硅含量[17]

海草生物硅的测定:海草样品在室内洗净泥土,挑去杂质,用超纯水多次润洗,将地上和地下组织分开干燥。称取约0.05 g干燥粉碎并过筛的海草样品,置于5 mL聚乙烯离心管中,加入1 mL 0.25 mol/L的NaOH提取液,研磨混匀后将离心管放入95 ℃水浴锅加热1 h,待冷却至室温后,振荡混匀,离心(10 000 g,25 ℃)10 min,用硅钼蓝比色法测定上清液中的硅含量[18]

1.4 数据处理

本研究采用Excel 2007、SPSS 22.0、ArcMap 10.4和Origin 2021软件进行数据分析与绘图。其中,采用SPSS 22.0软件对有效硅含量、生物硅含量、盐度、水温、pH值和TDS等进行单因素方差分析(One-way ANOVA);采用Origin 2021软件对上述指标进行Pearson相关性分析,P<0.05和P<0.01分别表示差异达到显著和极显著水平。

2 结果与分析 2.1 海草床理化性质

茅尾海海草床沉积物间隙水盐度均值为13.94,春、冬季高,秋、夏季低;水温均值为27.69 ℃,夏、秋季高,春、冬季低;pH均值为7.80,夏季最高;TDS均值为10.02 ng/L,春季最低(表 2)。方差分析表明各理化指标在不同采样站位之间均无显著差异性(P>0.05),但是在不同季节之间有极显著差异性(P<0.01)。

表 2 茅尾海海草床理化性质 Table 2 Physical and chemical properties of sediments in seagrass bed of Maowei Sea
采样时间
Sampling time
站位编号
Station label
盐度
Salinity
水温/℃
Water temperature/℃
pH值
pH value
TDS/(ng/L)
Summer S1 6.26±0.11 34.90±1.40 8.39±0.19 15.12±0.71
S2 5.86±0.08 38.40±0.10 8.18±0.02 3.46±0.02
S3 6.09±0.32 33.30±0.59 8.36±0.09 12.84±0.13
Autumn S1 13.50±0.55 28.63±0.20 7.68±0.03 12.09±0.45
S2 14.60±0.26 30.30±0.00 7.53±0.01 11.70±0.17
S3 14.97±0.37 30.27±0.03 7.52±0.02 12.00±0.25
Winter S1 16.80±0.15 18.47±0.03 7.81±0.01 13.98±0.03
S2 16.33±0.03 17.90±0.00 7.84±0.04 14.01±0.03
S3 16.90±0.06 17.90±0.00 7.74±0.02 14.37±0.01
Spring S1 18.97±0.28 27.07±0.32 7.59±0.09 3.29±0.21
S2 18.30±0.17 27.97±0.18 7.56±0.03 3.78±0.18
S3 18.67±0.09 27.20±0.29 7.43±0.07 3.54±0.22
Note: the values in the table represent the mean±standard error (n=36).

2.2 贝克喜盐草海草床沉积物有效硅含量与分布 2.2.1 茅尾海表层沉积物有效硅含量与分布

茅尾海贝克喜盐草海草床表层(0-10 cm)沉积物有效硅含量均值为(126.37±5.79) mg/kg[图 2(a)]。单因素方差分析表明,夏季、秋季表层沉积物有效硅含量分别与春季、冬季有显著差异性(P<0.05);但在秋季与夏季之间、春季与冬季之间无显著差异性(P>0.05)。不同季节表层沉积物有效硅含量在空间上总体呈现由S1向S3逐渐减少的变化趋势[图 2(b)]。茅尾海各站位表层沉积物的有效硅含量的季节变化表现为秋季>夏季>冬季>春季。秋季有效硅含量在不同采样站位之间有显著差异性(P<0.05),其中S1最高[(185.38±0.61) mg/kg],S3最低[(141.01±0.56) mg/kg]。非参数检验结果表明同一站位表层有效硅含量在不同季节之间有显著差异性(P<0.05)。

Different capital letters represent significant differences in available silicon content among different seasons at P < 0.05 level, and different lowercase letters represent significant differences in available silicon content among different stations in the same season at P < 0.05 level. 图 2 茅尾海表层沉积物有效硅含量的时空变化 Fig. 2 Temporal and spatial variations in available silicon content of surface sediments in Maowei Sea

2.2.2 表层沉积物有效硅含量的区域对比

表 3所示,茅尾海贝克喜盐草海草床秋季表层沉积物有效硅含量介于红树林区和光滩之间。对于同样生长着贝克喜盐草的海草床,茅尾海冬季表层沉积物有效硅含量是防城港东湾的2.39倍;对比生长着不同种类海草的海草床,其冬季表层沉积物有效硅含量具有以下特点:贝克喜盐草海草床>卵叶喜盐草(H.ovalis)海草床>日本鳗草(Z.japonica)海草床。总之,茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物有效硅含量虽然不及红树林区,但高于广西北部湾其他海草床。

表 3 不同地点表层沉积物的有效硅含量 Table 3 Available silicon content in the surface sediment at different places
站位编号
Station label
采样位置
Sampling sites
植物类型/种类
Plant type/Species
有效硅含量/(mg/kg)
Available silicon content/(mg/kg)
秋季
Autumn
冬季
Winter
S1-S3 Maowei Sea Seagrass/H.beccarii 161.37±6.48 99.68±2.94
S4 Maowei Sea Mangrove/A.corniculatum 194.68±5.37
S5 Maowei Sea None/Bare flat 160.83±8.96
S6 East Bay Seagrass/H.beccarii 41.63±0.91
S7 Pearl Bay Seagrass/Z.japonica 33.25±2.16
S8 Zhulin Seagrass/H.ovalis 45.15±6.98
Note: the values in the table represent the mean±standard error.

2.3 贝克喜盐草生物硅含量与分布

本研究发现茅尾海的贝克喜盐草地上组织生物硅平均含量[(3.65±1.97) mg/g]大于地下组织[(0.58±0.27) mg/g](P<0.05)。如图 3所示,从同一站位不同季节来看:S1站位贝克喜盐草地上、地下组织生物硅含量在各季节之间无显著差异性(P>0.05);S2站位贝克喜盐草地上组织生物硅含量在夏季与其他季节之间有显著差异性(P<0.05),地下组织生物硅含量在各季节之间无显著差异性(P>0.05);S3站位贝克喜盐草地上、地下组织生物硅含量在夏季与秋季之间、夏季与春季之间有显著差异性(P<0.05)。从同一季节不同站位来看:夏季贝克喜盐草地上、地下组织生物硅含量在S1与S3之间有显著差异性(P<0.05);秋季贝克喜盐草地上组织生物硅含量在S1与S2之间、S1与S3之间均有显著差异性(P<0.05),地下组织生物硅含量在各站位之间无显著差异性(P>0.05);春季贝克喜盐草地上组织生物硅含量在各站位之间均无显著差异性(P>0.05);而地下组织生物硅含量在S1和S2之间有显著差异性(P < 0.05)。

Different capital letters represent significant differences in biogenic silicon content among different seasons at the same station at P < 0.05 level, and different lowercase letters represent significant differences in biogenic silicon content among different stations in the same season at P < 0.05 level.Additionally, there is no data on biogenic silicon content at S1 and S3 in winter due to insufficient collection of seagrass samples. 图 3 贝克喜盐草地上和地下组织生物硅含量的时空变化 Fig. 3 Temporal and spatial variations in biogenic silicon content in aboveground and belowground tissues of H.beccarii

2.4 相关性分析

Pearson相关性分析结果(图 4)表明,茅尾海表层沉积物有效硅含量与间隙水pH值显著正相关(P<0.05),与水温、TDS极显著正相关(P<0.01),与盐度极显著负相关(P<0.01),与贝克喜盐草地上组织生物硅含量显著正相关(P<0.05),与地下组织生物硅含量的相关性不显著(P>0.05)。贝克喜盐草地上组织生物硅含量和地下组织生物硅含量分别与水温极显著正相关(P<0.01)和显著正相关(P<0.05),且二者均与间隙水盐度极显著负相关(P<0.01),与pH值极显著正相关(P<0.01),与TDS的相关性不显著(P>0.05)。

BSi(AB) and BSi(BL) represents biogenic silicon content in aboveground and belowground tissues of H.beccarii, respectively.*P < 0.05;**P < 0.01. 图 4 相关性热力图 Fig. 4 Correlation heatmap

3 讨论

硅对于许多植物的健康生长是必要的[19]。海草通过根系从土壤溶液中吸收硅,并通过其木质部导管及蒸腾流将硅输送至地上组织[20],其中小部分以溶解态单硅酸或可溶性硅酸盐的形式直接参与生理生化过程[1],大部分经蒸腾脱水的方式沉积在不同组织的细胞壁及细胞间隙中[3]。虽然硅的吸收与沉积可以由生理生态过程驱动,导致海草地上组织和地下组织产生区别,但是贝克喜盐草地上组织的生物硅含量远大于地下组织,主要归因于地上和地下的生物量差别太大。贝克喜盐草分布范围有限,形态矮小,易被淤泥和其他藻类覆盖,因此可能更趋向于将有限的生物量分配于地上,并将更多硅素分配给地上组织,以获取更多生存资源。本研究中茅尾海表层沉积物有效硅含量与贝克喜盐草地上组织生物硅含量显著正相关,与地下组织生物硅含量的相关性不显著。一般来说,有效硅含量越高,越有利于促进海草生长,增加海草的初级生产力。在植物-土壤硅循环过程中,溶解在土壤溶液中的有效硅是海草可直接利用的,其含量高低直接影响了海草对硅的吸收。

湿地沉积物是重要的硅汇[2],在潮汐交换、河口沉积和植被生长等多重作用下,河口滨海湿地表层沉积物中通常含有较高的硅浓度[21]。作为典型的潮间带海草,贝克喜盐草的生态位与红树林、滨海盐沼有部分重叠[22]。广西茅尾海是以茅岭江、钦江为主要入湾径流的河口-海湾-湿地多生态系统[15],贝克喜盐草海草床位于茅尾海东部钦江支流入海河口的潮间浅滩,与红树林相邻,在红树林潮沟及其上游分布有短叶茳芏(Cyperus malaccensis subsp.monophyllus)等湿地植物。本研究发现茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物有效硅平均含量略高于光滩,而低于红树林区,主要有以下原因。首先,光滩上无植物生长,硅循环过程受限,其沉积物中的硅主要来源于潮汐交换,所以有效硅含量偏低。其次,红树林初级生产力高、生物量大,林区沉积物具有有机质高、黏性高和有机碎屑颗粒细等特点,硅素释放量大[21, 23]。而且林区潮流缓慢,植株茂密,能大量接收或拦截潮水和径流携带的悬浮颗粒物和有机质,特别是其上游的短叶茳芏分解产生的硅素。最后,海草床具有很高的生产力和周转速率[24],在生长繁殖和扩散种群的过程中,海草与环境进行物质交换,硅素在海草植株和沉积物中发生迁移转化,海草床的沉积物中有效地集中了生物可利用硅。而茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物有效硅含量在空间上总体呈现由陆向海逐渐减少的变化趋势,这可能是因为在海浪侵蚀和沉积物输出期间,红树林这个富硅沉积物库成为了周围生态系统的有效硅来源。而海向站位附近养殖牡蛎,可能使得沉积物中重金属富集,部分硅与重金属发生螯合反应[25],可供植物吸收利用的有效硅含量降低。

入海口地区,由于淡水输入,低盐度和高硅量的情况可以同时存在,河口地区的海草可能比其他种群对高盐度更敏感。研究发现,降低盐度对荷兰格雷弗林根湖鳗草的生长有明显的促进作用[11],佛罗里达湾莱氏二药草(Halodule wrightii)、川蔓草(Ruppia maritima)和龟裂泰来草(Thalassia testudinum)的生物量与盐度负相关[26]。本研究发现盐度与表层沉积物有效硅含量、海草生物硅含量都极显著负相关,这可能一方面是因为高盐环境制约了贝克喜盐草初级生产力的发展,低盐度的环境更适合其繁殖扩散[27];另一方面,埋藏于沉积物里或悬浮在水体中的部分生物硅颗粒会溶解,再次参与硅循环,而盐度是影响其溶解速率的一个重要因子。有研究发现生物硅颗粒在盐度为5和14.5的培养体系中的溶出浓度比在盐度为0.4的淡水和盐度为28.8的海水中高出3-5倍,且盐度为5的培养体系中生物硅的比溶解速率常数和溶出量最大[28]。而在夏、秋季,可能由于降雨多导致盐度偏低, 生物硅有较大的溶解速率,硅周转速率增大,释放的有效硅增多,海草生物量增加,其生物硅含量随之升高。

土壤中的有效硅含量一般仅为50-250 mg/kg,全球每年有210-240亿吨的硅被植物从土壤中吸收,可被植物直接利用的有效硅仅占土壤全硅的0.02%-0.04%[2]。土壤硅的充足或缺乏是由土壤溶液中硅的补充速率和植物生长过程中硅的吸收速率决定的[29]。从季节动态来看,茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物有效硅含量的变化规律是秋季和夏季高、冬季和春季低。这与徐彬[30]对长江口潮滩湿地表层土壤有效硅含量在不同月份之间存在差异的研究结果类似。一般认为,土壤有效硅含量水平可分为3级:含量在50 mg/kg以下为低水平;含量在50-100 mg/kg为较低水平;含量在100 mg/kg以上为高水平。有效硅含量低于100 mg/kg的土壤为缺硅土壤,如海南岛典型水稻土[31];高于100 mg/kg为不缺硅土壤,如北方湿地沉积物[32]。茅尾海海草床秋季和夏季表层沉积物有效硅含量大于140 mg/kg,是不缺硅土壤;冬季和春季表层沉积物有效硅含量为80-100 mg/kg,属于缺硅土壤。这是受水热条件变化和贝克喜盐草生长的季节性规律影响的结果。有研究发现海草的生长状况与水温呈显著正相关[33],本研究发现水温与表层沉积物有效硅含量、海草生物硅含量都显著正相关。夏、秋季温度高,矿物风化和溶解速率高,微生物也活跃,硅素释放多,海草对硅素的富集作用强。春季贝克喜盐草的生长速度一般较快,吸收大量有效硅用于自身生长,沉积物中的有效硅含量相应变少。且春季和冬季温度较低,土壤微生物活动减弱,硅素释放较少。就冬季而言,茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物有效硅含量接近100 mg/kg,而北海竹林卵叶喜盐草海草床、防城港东湾贝克喜盐草海草床和防城港珍珠湾日本鳗草海草床的表层沉积物有效硅均低于50 mg/kg。这既可能与海草种类、外部输入有关,也可能与沉积物粒度[34]有关。北海竹林海草床沉积物粒度分级为细砂[35],茅尾海、东湾和珍珠湾海草床沉积物类型虽然都是粉砂质砂,但茅尾海黏粒占比最大(5.7%),东湾次之(5.2%),珍珠湾最小(2.7%)[36]。有研究发现湿地土壤硅含量与黏粒之间有极显著正相关关系[37],也有研究表明在一定范围内,pH值越高,黏粒含量越高,沉积物有效硅含量就越高[2]。本研究发现沉积物间隙水pH值与有效硅含量、海草生物硅含量显著正相关。这与沉积物黏粒对硅酸的吸附作用有关。沉积物中的单硅酸可吸附在各种氧化物及铝硅酸盐矿物表面裸露的-OH基团上,随着土壤溶液pH值的增加,硅酸盐吸附在带电的沉积物颗粒上的量也会增加[38],吸附态硅酸的淋溶作用减弱,表层沉积物能保留更多的有效硅,海草从沉积物中富集硅的机会就越大。研究发现,不考虑季节变化的前提下,鳗草叶片的硅含量约为0.32%干重(DW),卵叶喜盐草叶片的硅含量约为0.08% DW[9]。本研究结果发现贝克喜盐草地上组织(包括直立茎、叶柄和叶片)生物硅平均含量为(3.65±1.97) mg/g(即0.37% DW)。这一方面可能是因为贝克喜盐草直立茎和叶柄对地上组织硅含量的贡献相对偏大,另一方面可能是因为环境中的硅浓度有地域差异和季节性差异。

4 结论

本研究通过调查茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物的有效硅含量和贝克喜盐草的生物硅含量,并对其影响因子进行分析,结果发现茅尾海贝克喜盐草海草床表层沉积物的有效硅含量、贝克喜盐草的生物硅含量与环境因子之间存在不同程度的相关性,沉积物的有效硅含量和海草和生物硅含量总体上呈季节性变化,且夏、秋季空间分异明显。本研究结果为广西北部湾典型海草床的生态保护策略和修复技术提供了基础数据。但本研究只对广西茅尾海贝克喜盐草海草床进行了为期一年的监测,因此仅初步了解贝克喜盐草海草床的硅素分布情况。未来需拓宽时间和空间维度,进一步分析硅素对海草生产力和适应性的影响,揭示硅这一重要生源要素对维持海草床稳定与繁荣的重要性。

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