典型温带雨养泥炭沼泽湿地地下部二氧化碳和甲烷浓度变化规律及其影响因素

为研究北方泥炭沼泽湿地二氧化碳（CO₂）和甲烷（CH₄）浓度随深度的变化规律及其影响因素,选取欧洲北部典型雨养泥炭地贝尔山湿地（BBM）和舒特兹山湿地（SBM）两个采样点,通过原位采集泥炭剖面温室气体、孔隙水以及土壤样品,结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术、碳氮同位素技术,探讨泥炭土壤的分解程度及温室气体浓度变化的关系。研究结果表明：（1）BBM采样点地下部的CO₂浓度变化规律总体呈现随深度波动减少趋势,值多在3000 μmol/L附近波动,最大值为4210.74 μmol/L（120 cm）,SBM采样点的CO₂浓度随深度先增后减,60 cm以上在1800 μmol/L附近波动,60 cm以下在3000 μmol/L附近波动,最大值为4191.94 μmol/L（90 cm）;BBM和SBM地下部CH₄浓度都随深度增大,并且在60cm以下浓度增加较快,BBM最大值为735.90 μmol/L（260 cm）,SBM最大值为543.51 μmol/L（170 cm）。（2）BBM和SBM的δ¹³C_CH4的值均较小,表明大部分的¹²CH₄仍被储存在泥炭土壤中,而两个采样点的δ¹³C_CO2和分馏系数α_c均随深度增加,表明泥炭土中产甲烷方式为浅层以乙酸产甲烷为主,深层以H₂还原CO₂为主。（3）C/N、碳氮同位素比值、FTIR均显示SBM和BBM的有机质分解程度较低,因为两个采样点的低可溶性有机碳浓度和低pH值不利于分解,表明该地储存着大量有机碳。通过探讨北温带典型泥炭地温室气体的浓度变化规律及其影响因素,结果可为全球泥炭湿地碳排放提供理论支撑。     

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

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。