泥炭沼泽湿地关键元素地球化学特征及其对碳排放的影响机制

• 作者: 余珂 张尹 吕雪艳 于志国
• 来源期刊: 生态学报
• 关键词: 碳排放 泥炭地 硫 铁
• 年，卷（期）: 2022,（24）
• 所属期刊栏目: 生物多样性调查评估专栏
• 页码范围: 9705-9716
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.5846/stxb202011102895

摘要

硫、铁是泥炭沼泽湿地(泥炭地)中重要的生源要素，其参与下的生物地球化学过程对泥炭地碳循环意义重大。选取德国中部两处典型的雨养型泥炭地高海拔样点(TBP)和低海拔样点(TSP)，通过原位采集泥炭剖面孔隙水和可溶性气体等，研究了硫、铁元素等地球化学变化规律，结合DOC、甲烷(CH4)和二氧化碳(CO2)浓度分布，探讨其对泥炭地碳排放的影响。研究结果表明：(1) TBP中总还原无机硫(TRIS)浓度随深度先增后减，且上部0-87 cm平均浓度远高于87 cm深度以下，上部硫酸盐还原作用强烈。结合上部亚铁、硫化氢(H2S)浓度分布，得知该范围内H2S主要是通过微生物硫酸盐还原作用(BSR)生成，同时H2S在孔隙水扩散过程中易与亚铁结合为硫化亚铁，进而生成稳定的黄铁矿，这一反应过程在约60 cm处减缓。(2) TBP、TSP两处采样点中DOC与亚铁、硫酸盐均有较强相关性，是由于地下水位的波动影响氧化还原程度以及微生物活性。两处采样点DOC均与亚铁呈显著正相关关系，表明铁氧化物在厌氧环境中被还原溶解产生亚铁，与其结合的有机碳被释放到溶液中从而导致DOC浓度的升高。TBP中DOC与硫酸盐呈显著负相关关系，表明硫酸盐作为电子受体被还原的过程中消耗酸度使pH值升高，增强了其中微生物的活性，DOC浓度由此增加。(3) CH4与硫酸盐、TRIS浓度在剖面上均呈现相反变化趋势，表明硫酸盐输入的增加以及硫酸盐还原活动均会抑制CH4生成。CO2/CH4均大于4，表明硫酸盐作为替代电子受体会使厌氧条件下碳矿化转向多CO2和少CH4生成。此外，亚铁对于CH4生成一定程度上会起到低促高抑的效果，而对于CO2的生成的影响较弱。表明硫酸盐对于CH4和CO2生成的影响高于亚铁。研究着重探究硫、铁等关键元素地下部生物地球化学过程对碳排放的影响机制，研究结果可为泥炭地碳排放核算提供理论支撑。