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。     

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。     

湿地微生物介导的甲烷排放机制

湿地生态系统是陆地上巨大的有机碳库,同时也是大气中甲烷(CH_4)的主要排放源。由于CH_4对全球的增温潜能是CO2的34倍,因此关于湿地CH_4排放在全球气候变化中有关碳汇、碳源的研究具有极其重要的意义。全球80%–90%的CH_4排放离不开微生物活动,湿地生态系统中产CH_4菌和CH_4氧化菌的种类组成、数量及功能与CH_4通量密切相关,但基于湿地生态系统中介导CH_4循环的功能微生物对甲烷排放通量的影响及作用机制研究相对比较分散。为更好地认识微生物介导的CH_4排放过程的微生物调控机制,本文综述了湿地生态系统中参与CH_4循环的功能微生物,对介导CH_4循环相关微生物活性的影响因子进行了回顾,重点总结了湿地生态系统微生物介导的CH_4排放机制,并对未来的相关研究方向进行了展望。由于湿地微生物介导的碳循环过程也可能决定了湿地生态系统对全球气候变暖的反馈,因此本文也能为全球气候变化研究提供微生物方面的参考。     

红树林湿地硫酸盐还原菌的多样性及其参与驱动的元素耦合机制

红树林生态系统是热带和亚热带地区重要的滨海湿地,具有营养物质形态多样化和高效动态变化的特征,是驱动碳、氮、硫等元素循环的热区。硫酸盐还原菌(sulfate-reducing prokaryotes,SRPs)是地球最古老的微生物生命形式之一,在推动早期地球地质演化以及现代生物地球化学循环中发挥关键作用,但其在红树林湿地还缺乏全面深入研究。本文基于Genome Taxonomy Database中原核生物基因组的挖掘,系统总结了硫酸盐还原菌的类群,梳理了近年来国内外红树林中硫酸盐还原菌的分布情况及影响其分布的因素,分析了硫酸盐还原菌在红树林生态系统的碳、氮、硫及铁等元素地球化学循环中的作用,并对硫酸盐还原菌未来的研究方向进行了展望,以期为深入研究硫酸盐还原菌参与驱动的元素生物地球化学循环及其耦合机制提供参考。     

增温和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物功能基因丰度的影响

为探讨温度升高和外源碳输入对泥炭地土壤碳氮循环关键微生物的影响,于2017年7月采集多年冻土区泥炭地表层(0—10 cm和10—20 cm)土壤样品,在10、15℃两个温度下开展为期42d的增温模拟试验,同时设置葡萄糖添加处理,利用荧光定量PCR技术分析泥炭地土壤碳氮循环关键微生物丰度变化,同时分析增温和外源碳输入对泥炭地土壤活性碳组分和无机氮含量的影响。结果表明:温度升高可导致北方泥炭地表层土壤微生物丰度以及群落结构变化,0—10 cm土壤微生物比10—20 cm土壤微生物更加敏感。增温条件下微生物首先快速分解活性有机碳,同时温度升高加快土壤氮周转速率,增加有效氮含量。外源碳输入整体提高了深层土壤微生物丰度,使得10—20 cm土壤细菌、产甲烷菌、甲烷氧化菌、氨氧化细菌以及反硝化细菌丰度显著增加,说明外源碳输入可能会促进10—20 cm土壤甲烷氧化过程、氨氧化过程和反硝化过程。温度和葡萄糖的交互作用对泥炭地表层土壤碳氮循环关键微生物丰度均有显著影响。在增温和外源碳输入条件下,北方泥炭地表层土壤微生物丰度受土壤碳氮活性基质的影响。     

冻土甲烷循环微生物群落及其对全球变化的响应

冻土是陆地生态系统中最容易受到全球气候变化影响的碳库,既发挥着碳源又起着碳汇的作用。人们非常关注贮存于冻土中有机碳的最终归宿,是因为全球气候变暖会加快冻土的解冻,释放更多的温室气体（二氧化碳和甲烷）到大气中,从而进一步加剧温室效应。据估计每年从北半球冻原陆地生态系统释放进入大气的甲烷约占全球自然界释放甲烷总量的25%。研究证实冻土生物源甲烷的产生和消耗分别由耐(嗜)低温的产甲烷菌(methanogens)和甲烷氧化菌(methanotrophs)介导。鉴于冻土甲烷循环对全球甲烷平衡的显著作用以及在冻土生物地球化学循环中的重要功能,对介导冻土甲烷循环的产甲烷菌和甲烷氧化菌的研究将有助于更好地评估冻土生态系统对全球气候变化的响应和影响,本文就冻土甲烷循环过程、产甲烷菌、甲烷氧化菌的群落结构、活动、生态功能及其对气候和环境变化的响应机制的最新研究进行综述,以期为我国开展冻土甲烷循环机理研究提供支持。     

高原湿地的碳循环

<正>湿地生态系统是陆地生态系统中仅次于森林生态系统的最大碳库,湿地生态系统碳循环在全球碳循环中起着重要作用。湿地独特的水文条件,使得湿地碳循环具有与其他生态系统不同的特点。湿地土壤有机碳的循环过程生态系统有机碳的积累取决于系统植被净初级生产力(NPP)与有机碳分解和净排放之间的差异。湿地植物残体因受湿地多水和还原性强的限制,其分解、转化速度比较缓慢,通常以泥炭或有机质的形式表现为有     

碳同位素在湿地碳循环研究中的应用及进展

湿地碳库是区域生态系统中最重要的碳库之一,湿地碳循环是全球碳循环的重要环节。在湿地碳循环研究中,传统方法越来越不能满足人们对湿地中碳循环微观机理的了解,而碳同位素方法因其特殊的物源和过程示踪价值成为湿地碳循环研究的重要手段。本文从湿地碳循环的主要研究对象和基本研究方法出发,讨论了碳同位素方法的基本原理及其在碳循环研究中的优势,分析了碳同位素方法在湿地生物过程、水体、沉积物和土壤以及温室气体排放等方面的应用,归纳总结了碳同位素在我国湿地生态系统碳循环研究中的不足及未来发展方向。     

特殊环境中甲烷氧化菌的研究进展

甲烷氧化菌在自然界中广泛分布,是一类独特的原核生物,同时也是环境中甲烷气体的重要生物过滤器。其生存环境不仅仅局限于普通的中性中温条件,现已从酸性泥炭藓沼泽湿地、酸性森林土壤、温泉及火山口附近的高温地热区域、苏打盐碱型湖泊及海洋沉积物等pH、温度范围较宽的多种特殊环境中被分离出来。本文详细阐述了特殊环境中甲烷氧化菌的分类、性质和影响因素,并总结了甲烷氧化菌的工程应用和研究技术,旨在为环境生物多样性和全球碳、氢循环的深入研究提供参考。     

水位下降对若尔盖泥炭地垂直剖面土壤甲烷产生及厌氧氧化潜势的影响

泥炭地是主要的甲烷（CH₄）排放源,甲烷循环过程对水位变化响应敏感。研究选取两块具有水位差异的泥炭地土壤,通过厌氧培养实验探究水位变化对泥炭地甲烷产生和甲烷厌氧氧化（Methane Anaerobic Oxidation,AOM）潜势的影响,并分析影响其潜势大小的生物地球化学因子。结果显示,高水位泥炭地（0 cm） CH₄产生累积量为（0.89±0.01）μg/g,要显著高于低水位（-30 cm：（0.70±0.03）μg/g）泥炭地甲烷产生量,但低水位AOM累积量要显著高于高水位泥炭地（0 cm：（2829.93±35.99）μg/g）,低水位泥炭地AOM量为（3588.06±24.78）μg/g。通过相关性分析发现甲烷产生潜势与含水量和DOC具有显著相关性,AOM潜势与含水量、pH、DOC具有显著相关性,含水量和DOC是影响若尔盖泥炭地甲烷产生及AOM潜势大小的重要因子。此外,发现高水位泥炭地甲烷产生潜势对温度升高的响应较为明显,特别是表层土壤（0-20 cm）。本研究明确了水位变化对若尔盖泥炭地甲烷产生及AOM潜势的影响特征,估算了全国泥炭地甲烷产生及AOM潜势的大小,以期为减缓全球气候变暖提供一定的理论支撑。