泥炭沼泽湿地土壤分解过程中可溶性有机质氧化还原能力变化特征及其影响机制

泥炭沼泽湿地土壤(泥炭土)分解过程是控制泥炭土碳排放的关键过程,其中可溶性有机质(DOM)是泥炭分解过程的主要输出物。DOM富含具有氧化还原活性的官能团,其中酚基具有抗氧化性质,是DOM氧化还原活性的重要组成部分,对驱动有氧和缺氧条件下的氧化还原过程意义重大。同时,酚基也可抑制泥炭的氧化降解,在泥炭土分解过程中起着重要作用。目前,关于泥炭分解过程中DOM氧化还原能力影响机制的相关研究较少。利用创新介导电化学方法、激发—发射荧光矩阵光谱法(EEM),直接定量、定性评估DOM氧化还原变化程度,进而探讨(1)取自两个泥炭样地(OS/LB)的地表水、地下水、孔隙水样品中DOM的氧化还原性能;(2)来自泥炭样地OS的泥炭孔隙水剖面中DOM的氧化还原能力变化规律以及与泥炭分解的重要指标间的关系(如C/N和δ^(13)C_(DOC))。结果表明:选取电子转移能力(ETC)作为表征DOM氧化还原能力的指标,不同来源DOM的ETC值主要在2—4 mmole-/gC之间;在泥炭土中DOM的ETC值与醌基和酚基的光谱性质参数存在强相关,这些基团对DOM氧化还原能力具有较大影响。具体表现为:在采样区OS,5—50 cm深度和0—210 cm深度的泥炭孔隙水剖面中,酚基在任意深度都是主导DOM氧化还原活性的重要组成部分,而醌基仅在没有淹水、有氧的近地表20 cm深度处时起到重要作用。在泥炭分解过程中,DOM氧化还原能力随深度的变化主要是受泥炭分解程度不同所致的泥炭自身酚基含量的变化所影响,特别是在未受地下水位波动影响的较大深度处。研究探讨泥炭分解过程中DOM氧化还原能力变化特征及其影响机制,为厘清有机质与泥炭沼泽湿地生物地球化学过程提供理论支撑。

厌氧条件下环境因子对泥炭土壤温室气体排放的影响研究

为研究环境因子对寒温带泥炭土壤温室气体排放的影响,选取加拿大Mer Bleue泥炭沼泽的泥炭土壤为培养介质,利用室内微宇宙培养实验,分别以培养温度(5.4、13.1、20.1℃)、pH值(4、5、6、7)以及泥炭土底质(采样深度50、100、150、250cm)为环境因子,探讨其对二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放的影响程度。结果表明,在不同环境因子处理组中CO2和CH4的初始产生速率范围分别为0.399~2.27μmol·g^-1DW·d^-1和0.018~0.180μmol·g^-1DW·d^-1,排放阈值范围分别为1.38~91.6μmol·g^-1DW和1.12~9.02μmol·g^-1DW。温度越高,CO2和CH4的产生速率越快,且温度对CH4的影响比对CO2的影响更明显。pH值分别与CO2的初始产生速率和阈值呈显著正相关,而CH4的初始产生速率受pH值的影响不显著,在pH值为5~6时CH4排放阈值最大。对于采集深度不同的泥炭土,深度为50 cm处的CO2和CH4排放量最多,而深度为50 cm以下的气体排放量极低。研究表明,不同环境因子处理组表现出不同的初始产生速率和阈值,说明环境因素对天然泥炭地中相对稳定的碳储存存在较大影响。

不同类型泥炭沼泽湿地无机离子、溶解有机质的变化特征及生态学意义

泥炭沼泽湿地仅占地球陆地面积的3%,而碳储量却占全球的30%,是陆地生态系统重要的碳库。溶解性有机质(DOM)是泥炭地碳循环重要组成部分,也是泥炭地生物地球化学过程的重要参与者。本研究利用新型电化学方法、稳定同位素技术对2个泥炭样地(矿养型泥炭沼泽,LB;雨养型泥炭沼泽,OS)地表水、地下水、土壤孔隙水中DOM及无机离子的氧化还原能力变化特征进行分析。结果表明:LB样地的无机元素丰富且浓度较高,无机主导的厌氧呼吸过程起主要作用;不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中的氧化还原能力差异主要受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面铁和硫酸盐大多以还原价态赋存,无机电子受体会影响DOM的氧化还原活性基团发生氧化还原反应的水平和深度。OS样地的有机质极其丰富,有机电子受体参与氧化还原过程贡献显著,不同来源(地表水、地下水和孔隙水)水样中氧化还原能力差异同样受实际氧化还原电位影响,孔隙水剖面的氧化还原能力还受不同深度泥炭基质化学组成差异的影响。利用电子接受能力(EAC)和氧化指数(OI)值可表示沿梯度变化的氧化还原条件,进而可有效指示水生系统中有机质氧化还原状态。