铝（Al）是地壳中含量最丰富的金属元素，其地球化学循环与多种成岩成矿作用密切相关，是地球物质循环的重要环节。硅藻广泛分布于地球水体环境，其光合作用的生物固碳量逾地球生态系统的五分之一。作为能够摄取硅（Si）元素建造自身细胞壁（矿物成分为A型蛋白石）的代表性水生生物，硅藻的生命活动和其硅质遗骸的归趋构成了全球硅-碳共循环的主要环节。海水中的溶解铝对硅藻生长的影响及其与海洋硅藻生物硅间的界面反应已吸引了广泛研究；但关于湖泊生物硅在相对高铝浓度条件下的结构-成分“响应”及其所致地球化学效应，一直未得到应有的研究关注。 

　　为此，中科院广州地球化学所矿物表界面学科组袁鹏研究组从矿物-微生物界面作用的角度入手，以我国太湖、乌梁素海等淡水湖泊中的梅尼小环藻和谷皮菱形藻（全球淡水湖泊中分布最广泛的两种硅藻）等为研究对象，开展了不同铝浓度下的硅藻培养实验，对采集和培养所获硅藻及其生物硅进行了系统的微区结构-成分分析；将高分辨微区分析（飞行时间二次离子质谱等）与基于丰富硅藻及生物硅样品的成分分析相结合，获得了湖泊生物硅中铝赋存特征的深入认识。该研究发现，铝通过类质同象置换硅的形式进入湖泊硅藻的氧化硅骨架中，其铝含量远高于海水中的硅藻生物硅。基于全球海洋和湖泊生物硅的沉积率数据，该研究提出，赋存于湖泊沉积生物硅骨架中的铝构成了地球的一个重要铝汇，其年沉积量的规模堪比海洋生物硅所构成的铝汇。该研究还指出，湖泊硅藻生物硅的溶解率因其高铝含量而显著降低，有利于提高湖泊硅藻驱动的“生物泵”固碳效率。 

　　鉴于硅藻在水圈、生物圈乃至岩石圈中对地球物质循环的影响广泛，该工作所获发现对硅藻沉积成矿机制等相关科学问题的研究亦具有参考价值。袁鹏等近期的另一研究（Yuan et al., American Mineralogist, 2019）发现硅藻土中的硅藻蛋白石—硅藻沉积作用的终产物—具有“铝铁质表面薄膜及结构含铝”的特殊微结构和微区成分，提出该特性应源于生物矿化阶段或反风化作用中硅藻生物硅的界面反应。本次研究则回溯至硅藻在其生长阶段与铝的界面反应，进一步证实了铝在硅藻生长时即已被获取并参与构建了硅藻骨架。这些结果表明，研究硅藻土的成矿模式，不仅需考虑沉积条件和后期埋藏条件等，还须深入探查硅藻生物硅沉积成岩过程中的微观矿物界面反应机制。上述研究表明，在硅藻生长期、生命活动期乃至生命终止期，其硅质骨架构建、生物硅溶解和沉降、沉积成岩等过程均伴随着有机质-矿物基体-溶解元素间的界面反应。鉴于硅藻种类、生长环境条件的高度多样性，其生物地球化学行为或可产生复杂而影响深远的环境和生态效应，有待不同学科共同关注并持续开展研究。 

　　该研究成果以“Lake sedimentary biogenic silica from diatoms constitutes a significant global sink for aluminium”为题于2019年10月23日（Article）发表于斯普林格·自然出版社旗下的学术期刊《自然-通讯》（Nature Communications）。刘冬、袁鹏为论文的共同第一作者，袁鹏为通讯作者，田倩、刘红昌等九位研究人员和研究生为论文的共同作者。研究工作得到了国家自然科学基金和高层次人才领军人才项目等课题的资助。论文全文链接如下：https://www.nature.com/articles/s41467-019-12828-9。 （中国科学院广州地球化学研究所科技处 供稿）