生源物质硅循环对径流变化的响应机制

Silicon, as an important component of biogenic matters in river, is one element receiving more and more attention in studies on global environmental changes. Under the background of intensive hydropower development in southwestern China, a study on the effect of runoff regulation on the migration and transformation processes of biogenic silicon cycling has very important scientific significance and academic value, and is also an integral part for realizing the scientific objectives of the major research plan. In this project, Lancang River will be investigated with "Mechanisms behind response process of biogenic matter silicon cycling to runoff regulation" as a core, systematically analyzing the multi-material and temperal-spatial distributions of silicon, identifying the critical driven factors for the changed silicon cycling process and clarifying the mechanisms behind response process of biogenic matter silicon cycling to runoff regulation, via field investigations and indoor experiments. Based on above studies, a simulation model concerning the interaction and transfer process of water-sand-silicon-microbes will be developed to quantitatively analyze the changes in silicon flux to cascade development and identify the accumulative effects of reservoirs on silicon retention and transformation. This study will provide a basic theory and scientific support for exploiting waterpower resource and protecting ecological environment synergistically in southwestern China.

硅是河流生源物质的重要组分，也是全球环境变化研究中重点关注的元素之一。在我国西南河流水电高度开发背景下，研究径流变化对生源物质硅迁移转化过程的影响具有重要的科学意义和学术价值，是实现重大计划科学目标的有机组成部分。本项目拟以“生源物质硅循环对径流变化的响应机制”这一问题为核心，以澜沧江为研究对象，以径流变化为主导变化环境条件，结合现场调查和室内试验，系统研究查明生源物质硅在这一重要区域的多介质赋存形态及时空分布特征，识别硅循环过程对径流变化响应的关键驱动因子，探明不同径流条件下水、沙、硅藻及功能微生物对硅循环的影响，揭示河流生源要素硅循环对径流变化的响应机制。基于以上研究，建立水-沙-硅-微生物相互作用及输移过程的模拟模型，定量解析梯级开发下硅通量变化，查明逐级水库对硅截留转化的累积效应，为我国西南地区水能资源开发和生态环境保护协同提供基础理论和科学支撑。

硅是河流生源物质的重要组分，研究径流变化对生源物质硅迁移转化过程的影响具有重要的科学意义和学术价值。本项目以梯级开发河流澜沧江为研究对象，结合现场观测、室内研究、理论分析、模型计算等研究手段，查明了生源物质硅在澜沧江的分布特征和通量变化，建立了硅循环功能微生物种群的分析方法，探明了硅循环功能微生物在澜沧江的地理分布格局和生态学机制。取得的重要结果如下：（1）澜沧江干流水体中溶解性硅酸盐沿程上升，而沉积物中颗粒态活性硅和生物硅在梯级水库区明显累积，硅输移通量计算显示梯级开发河段可作为硅输送的“源”；（2）确定了针对澜沧江的硅酸盐细菌筛选条件和基于真核生物测序的硅藻分析方法，发现硅循环功能微生物（硅酸盐细菌和硅藻）群落组成在自然河段和梯级库区段均存在显著差异，地理扩散限制对硅循环微生物的群落建成具有较大贡献；（3）建坝减低了水体中硅藻和硅酸盐细菌的多样性，但对沉积物中硅循环微生物多样性具有刺激效应，影响了硅循环关键微生物的种间互作模式，径流变化下硅循环关键微生物的响应差异与环境中生源物质硅、碳等的变化密切相关。项目成果为正确评估径流变化对西南河流环境质量的影响提供基础理论和科学支撑。