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：生态学报, 2021, 41(24): 9705-9716.

• 碳排放
• 泥炭地
• 硫
• 铁

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。

• 单位
  南京信息工程大学