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
发布时间：2021-03-07 10:51
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δ13CDOC)。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...
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同研究区域溶解有机质(DOM)的氧化还原性质对比图
对于酚基,在LB采样区,深层地下水样品主要受森林土壤影响,DOC浓度非常低(大多数<3 mg/L),与回归线偏差较大,因此从数据序列中排除(图2)。受湿地影响的样品的ETC值与SUVA254值的相关性不大(R2=0.21,N=16,P<0.05)。在OS采样区,所有样品的ETC值与SUVA254值的相关性很强(R2 =0.90,N=24,P<0.01)。除LB采样区中受森林土壤影响的样品外,整个样品数据集(即LB湿地样品和OS沼泽样品)的ETC值和SUVA254值之间的R2 =0.70(N=40,P<0.01),相关性较强。对于醌基,在OS采样区中,ETC值与醌类荧光成分比例之间具有很强的相关性(R2=0.87,N=24,P<0.01)。而LB采样区由于样品差异较大,整个样品数据集的ETC值与醌类荧光成分比例之间没有相关性,所以我们通过泥炭颜色和植物堆积物情况将样本分为高分解度泥炭和低分解泥炭,其中高分解度泥炭偏黑褐色和黑色,植物残体较少且不易辨认;低分解度泥炭偏浅棕色和浅褐色,含有大量易于辨认的植物残体[2]。高分解度泥炭样品取自GM点和SP点;低分解度泥炭样品取自GM点和SP点的上游,该区域主要以沼泽为主。相同醌类荧光成分比例下,高分解度泥炭样品与其他样品相比,ETC值较低,与回归线偏差较大,因此从数据序列中排除;同理,相同醌类荧光成分比例下,受森林土壤影响的深层地下水样品与其他样品相比,与回归线偏差较大,也从数据序列中排除(图2)。除LB采样区中受森林土壤影响和高分解度的样品外,整个样品数据集(即LB和OS沼泽样品)的ETC值和醌类荧光成分比例之间存在较强相关性(R2 =0.73,N=35,P<0.01)。
“2.2节”定量、定性的确定酚基、醌基是DOM参与氧化还原重要官能团,但仍有部分电子流归趋不详,推断可能是其他含硫、含氮官能团起到相关作用。与此同时,为了厘清泥炭分解具体与哪种官能团有关,又是通过什么途径影响DOM氧化还原能力变化,本部分对“2.2节”中ETC与SUVA254和醌类荧光成分比例相关性较好的OS采样区进行进一步采样分析,在5—50 cm和0—210 cm两种采样深度范围内分别探讨孔隙水中DOM氧化还原特性(醌类荧光成分比例、SUVA254、ETC)与受泥炭分解影响程度(泥炭分解指标C/N比和δ13CDOC )的关系等。各参数随深度变化情况如图3所示。利用土壤溶液取样器(孔径0.15 μm,长度9 cm,直径4.5 mm,Macro Rhizon,荷兰产)获得的5—50 cm深度的土壤孔隙水剖面的数据表明:从整体变化趋势上来看,醌类荧光成分比例和SUVA254值的变化趋势相似,大体上都是从近地表向深层递减,并在35—40 cm深度出现递增;两者的最高值都出现在5 cm深度处(0.45 L (mg C)-1 m-1和2.7 L (mg C)-1 m-1),最低值也都出现在35 cm深度处(0.28 L (mg C)-1 m-1和0.8 L (mg C)-1 m-1)。但不同的是,醌类荧光成分比例在最初的5—15 cm深度迅速减少,而SUVA254值在最初的5—20 cm深度相对恒定,在20—35 cm深度出现迅速下降。ETC值和醌类荧光成分比例的变化趋势几乎完全一样,与SUVA254值的变化趋势也就5—20 cm较浅深度略有不同。相比之下,δ13CDOC仅在深度大于25 cm时具有与醌类荧光成分比例,SUVA254值和ETC值类似的趋势,在最初的25 cm中,值在-28.5和-28.2‰之间,然后在30 cm深度下降至-29.2‰,最后在40 cm内再次增加至-27.9‰。固相的C/N比值在表面附近最高,为85至130,在15 cm处降至54,随后在50 cm处降至25到50之间。C/N比的最小值为23,出现在醌类荧光成分比例,SUVA254,ETC和δ13CDOC最小值所在的深度处。
本文编号：3068948
【文章来源】：生态学报. 2020,40(24)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
不同研究区域溶解有机质(DOM)的氧化还原性质对比图
对于酚基,在LB采样区,深层地下水样品主要受森林土壤影响,DOC浓度非常低(大多数<3 mg/L),与回归线偏差较大,因此从数据序列中排除(图2)。受湿地影响的样品的ETC值与SUVA254值的相关性不大(R2=0.21,N=16,P<0.05)。在OS采样区,所有样品的ETC值与SUVA254值的相关性很强(R2 =0.90,N=24,P<0.01)。除LB采样区中受森林土壤影响的样品外,整个样品数据集(即LB湿地样品和OS沼泽样品)的ETC值和SUVA254值之间的R2 =0.70(N=40,P<0.01),相关性较强。对于醌基,在OS采样区中,ETC值与醌类荧光成分比例之间具有很强的相关性(R2=0.87,N=24,P<0.01)。而LB采样区由于样品差异较大,整个样品数据集的ETC值与醌类荧光成分比例之间没有相关性,所以我们通过泥炭颜色和植物堆积物情况将样本分为高分解度泥炭和低分解泥炭,其中高分解度泥炭偏黑褐色和黑色,植物残体较少且不易辨认;低分解度泥炭偏浅棕色和浅褐色,含有大量易于辨认的植物残体[2]。高分解度泥炭样品取自GM点和SP点;低分解度泥炭样品取自GM点和SP点的上游,该区域主要以沼泽为主。相同醌类荧光成分比例下,高分解度泥炭样品与其他样品相比,ETC值较低,与回归线偏差较大,因此从数据序列中排除;同理,相同醌类荧光成分比例下,受森林土壤影响的深层地下水样品与其他样品相比,与回归线偏差较大,也从数据序列中排除(图2)。除LB采样区中受森林土壤影响和高分解度的样品外,整个样品数据集(即LB和OS沼泽样品)的ETC值和醌类荧光成分比例之间存在较强相关性(R2 =0.73,N=35,P<0.01)。
“2.2节”定量、定性的确定酚基、醌基是DOM参与氧化还原重要官能团,但仍有部分电子流归趋不详,推断可能是其他含硫、含氮官能团起到相关作用。与此同时,为了厘清泥炭分解具体与哪种官能团有关,又是通过什么途径影响DOM氧化还原能力变化,本部分对“2.2节”中ETC与SUVA254和醌类荧光成分比例相关性较好的OS采样区进行进一步采样分析,在5—50 cm和0—210 cm两种采样深度范围内分别探讨孔隙水中DOM氧化还原特性(醌类荧光成分比例、SUVA254、ETC)与受泥炭分解影响程度(泥炭分解指标C/N比和δ13CDOC )的关系等。各参数随深度变化情况如图3所示。利用土壤溶液取样器(孔径0.15 μm,长度9 cm,直径4.5 mm,Macro Rhizon,荷兰产)获得的5—50 cm深度的土壤孔隙水剖面的数据表明:从整体变化趋势上来看,醌类荧光成分比例和SUVA254值的变化趋势相似,大体上都是从近地表向深层递减,并在35—40 cm深度出现递增;两者的最高值都出现在5 cm深度处(0.45 L (mg C)-1 m-1和2.7 L (mg C)-1 m-1),最低值也都出现在35 cm深度处(0.28 L (mg C)-1 m-1和0.8 L (mg C)-1 m-1)。但不同的是,醌类荧光成分比例在最初的5—15 cm深度迅速减少,而SUVA254值在最初的5—20 cm深度相对恒定,在20—35 cm深度出现迅速下降。ETC值和醌类荧光成分比例的变化趋势几乎完全一样,与SUVA254值的变化趋势也就5—20 cm较浅深度略有不同。相比之下,δ13CDOC仅在深度大于25 cm时具有与醌类荧光成分比例,SUVA254值和ETC值类似的趋势,在最初的25 cm中,值在-28.5和-28.2‰之间,然后在30 cm深度下降至-29.2‰,最后在40 cm内再次增加至-27.9‰。固相的C/N比值在表面附近最高,为85至130,在15 cm处降至54,随后在50 cm处降至25到50之间。C/N比的最小值为23,出现在醌类荧光成分比例,SUVA254,ETC和δ13CDOC最小值所在的深度处。
本文编号：3068948
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