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地球化学 2024年

作者：姜伟华罗敏上海海洋大学海洋科学与生态环境学院

有机碳与活性铁氧化物的结合是海洋沉积物中有机碳长期储存的关键因素。深渊海沟是地球上最深（>6000 m）和探索最少的生态系统之一，深渊海沟可能是深海有机质的沉积中心和微生物活动的“热点区”。本文通过对马里亚纳海沟轴部（1095... 详细信息

有机碳与活性铁氧化物的结合是海洋沉积物中有机碳长期储存的关键因素。深渊海沟是地球上最深（>6000 m）和探索最少的生态系统之一，深渊海沟可能是深海有机质的沉积中心和微生物活动的“热点区”。本文通过对马里亚纳海沟轴部（10954 m）和深海平原站位（5800 m）沉积物开展铁结合有机碳占总有机碳比例(fOC-FeR)、铁结合有机碳与活性铁摩尔比（OC/Fe）以及铁结合有机碳稳定碳同位素组成(δ13COC-FeR)的分析测试，发现马里亚纳海沟沉积物fOC-FeR为19.1%，接近全球海洋表层沉积物平均水平（20.2%），表明深渊海沟沉积物活性铁氧化物在捕获有机碳方面仍然发挥重要作用，这可能与频发的块体滑移事件和火山灰沉积有关。活性铁氧化物与有机碳主要以表面吸附的方式相结合，结合的有机质主要是海洋来源。相比于深海平原站位，海沟轴部更负的δ13COC-FeR可能由于轴部沉积物再搬运和再沉积过程或者轴部更加活跃的微生物活动优先消耗富12C同位素的有机碳。本研究有助于深入认识有机碳在深渊海沟沉积物中的保存机制，对了解深海碳循环有重要意义。

关键词：铁结合有机碳有机碳保存活性铁氧化物马里亚纳海沟深海碳循环

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南黄海沉积物中活性铁氧化物对有机碳的保存作用

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海洋学报 2017年第8期39卷 16-24页

作者：陶婧马伟伟李文君李铁朱茂旭中国海洋大学化学化工学院山东青岛266100

土壤和沉积物中活性铁对有机质的吸附对有机质具有长期稳定和保存作用,从而在地质时间尺度上缓冲大气CO2浓度。本文利用连二亚硫酸钠还原性溶解提取活性铁氧化物(FeR)及与之结合的有机碳(Fe-OC),定量研究了南黄海沉积物中FeR与OC之间的... 详细信息

土壤和沉积物中活性铁对有机质的吸附对有机质具有长期稳定和保存作用,从而在地质时间尺度上缓冲大气CO2浓度。本文利用连二亚硫酸钠还原性溶解提取活性铁氧化物(FeR)及与之结合的有机碳(Fe-OC),定量研究了南黄海沉积物中FeR与OC之间的结合方式以及FeR对OC的保存作用,讨论了深度增加对二者相互作用的影响。结果表明,南黄海沉积物中Fe-OC占沉积物总有机碳的份数(f_(Fe-OC))为(13.2±7.47)%,即活性铁对OC的年吸附量为0.72Mt,占全球边缘海沉积物TOC年埋藏通量的0.44%。Fe-OC的平均OC∶Fe为4.50±2.61,表明共沉淀作用对有机质的保存起重要作用,且其比值随海源有机质含量增加而增加。Fe-OC稳定碳同位素(δ^(13)C_(Fe-OC))结果表明,FeR优先保存活性有机质,但这种选择性随OC∶Fe增大而减弱。随深度增加,f_(Fe-OC)和δ^(13)CFe-OC均未表现出显著变化,这与该海域沉积物中有机质活性较低、铁还原作用较弱有关。

关键词：活性铁氧化物有机碳保护海洋沉积物吸附南黄海

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水稻土铁氧化还原过程中秸秆有机碳分解与稳定机制

水稻土铁氧化还原过程中秸秆有机碳分解与稳定机制

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作者：江家彬贵州大学

学位级别：硕士

水稻土作为陆地生态系统中重要的有机碳库之一,具有较强的固碳潜力,在缓解全球变暖的过程中起着重要作用。其中,土壤有机碳和铁矿物之间的相互作用是影响土壤有机碳矿化和固定的关键环节。本研究通过C同位素示踪技术结合室内模拟试验,... 详细信息

水稻土作为陆地生态系统中重要的有机碳库之一,具有较强的固碳潜力,在缓解全球变暖的过程中起着重要作用。其中,土壤有机碳和铁矿物之间的相互作用是影响土壤有机碳矿化和固定的关键环节。本研究通过C同位素示踪技术结合室内模拟试验,探究在淹水稻田土壤中水铁矿(Fh)和生物质炭(BC)的添加对秸秆(S)在土壤中周转和稳定的作用机制。本研究较为系统的研究了铁氧化物和生物质炭添加对秸秆还田后在土壤中矿化、周转及其稳定的作用机制;对揭示田间常见的铁矿物和生物质炭施用模式对秸秆还田后在土壤中的稳定机制、提高稻田土壤碳固持潜力、科学施用生物质炭以及对减缓全球变暖等方面具有重要意义。主要研究结果如下:(1)Fh和BC的添加都能使秸秆与土壤有机碳矿化产生的CO和CH增加。与单独添加S相比,S+Fh和S+BC的添加分别促进了29.6%秸秆碳矿化和55.7%的土壤原有有机碳的矿化,Fh和BC混合添加使CO释放量增加了17.0%,使CH释放降低了46.7%,整体上降低了29.7%的秸秆矿化率,增强了秸秆碳在土壤中的抗分解能力;其次,Fh和BC的添加增加了秸秆碳在快速转化碳库中的分配比例,而这一比例在Fh和BC混合添加时则显著降低;Fh的添加延长了秸秆碳在土壤中的滞留时间,增强了秸秆碳在土壤中的稳定性;而Fh+BC的添加减少了秸秆碳在土壤中的滞留时间;与单独添加S相比,S+Fh的添加使CO激发效应提高了60.3%,使CH激发效应降低了4.2%,即促进了56.1%的土壤原有有机碳矿化;而BC的添加使S+Fh的PE和PE分别降低了40.8%和42.2%,引起了强烈的负激发效应。(2)Fh的添加抑制了秸秆碳向DOC的转化,使DOC平均含量降低了54.9%;而BC和Fh+BC的添加分别促进了15.4%和13.5%的秸秆碳转化为DOC。其次,Fh和BC的添加在初期(3 d和28 d)使秸秆碳转化为土壤MBC的量增加了0.01～1.00倍,提高了微生物对秸秆碳的利用效率;而在后期(70 d和150 d)降低了0.38～0.51倍,使更多的秸秆碳以CO的形式释放到大气中,降低了微生物对秸秆碳的利用效率;与单独添加S相比,S+Fh、S+BC和S+Fh+BC的添加在初期通过提高水解酶(N-Ac和Phos)活性增加了土壤养分(NH-N和Olsen-P)含量,在后期随着水解酶活性降低,土壤养分含量也逐渐减少,且Fh对水解酶的促进作用强于BC。(3)Fh和BC的吸附作用增强了秸秆碳在土壤中的稳定性,Fh和BC的添加在初期(3 d和28 d)促进了23.9%～39.1%的秸秆碳转化为SOC;而在后期(70 d和150 d),Fh和BC的添加使SOC降低了32.7%～38.3%,加速了微生物对SOC的利用。其次,与单独添加S相比,S+Fh、S+BC和S+Fh+BC的添加分别促进了30.4%、8.0%和51.6%的>0.25 mm团聚体形成,而抑制了0.053 mm～0.25 mm和0.25 mm团聚体和<0.053 mm团聚体SOC含量分别降低了37.2%～70.2%和36.2%～48.9%,对0.053 mm～0.25 mm团聚体SOC含量无显著影响。此外,Fh的添加促进了Fe-OC的含量,增强了秸秆碳在土壤中的稳定性,而BC和Fh+BC的添加无显著差异;通过冗余分析和多元逐步回归分析表明,Fh和BC添加后土壤养分(DOC、NH-N、NO-N和Olsen-P)对于秸秆碳的矿化具有重要解释意义。具体表现为:土壤DOC、NH-N和NO-N均直接负作用于秸秆碳的矿化,而Olsen-P对秸秆碳矿化表现为正作用。

关键词：水稻土秸秆还田活性铁氧化物有机碳矿化有机碳稳定

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胶州湾沉积物中硫酸盐还原和铁异化还原的影响因素研究

胶州湾沉积物中硫酸盐还原和铁异化还原的影响因素研究

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作者：张璐中国海洋大学

学位级别：硕士

硫酸盐还原和铁异化还原是近海沉积物中有机质矿化的主要路径，对C、S、Fe、P以及微量元素的生物地球化学循环产生重要影响。本研究选取胶州湾沉积物为研究对象，对于揭示半封闭的富营养化海湾沉积物中硫酸盐还原和铁异化之间的关系具... 详细信息

硫酸盐还原和铁异化还原是近海沉积物中有机质矿化的主要路径，对C、S、Fe、P以及微量元素的生物地球化学循环产生重要影响。本研究选取胶州湾沉积物为研究对象，对于揭示半封闭的富营养化海湾沉积物中硫酸盐还原和铁异化之间的关系具有重要价值。本文通过向沉积物中添加葡萄糖、活性铁(III)氧化物或钼酸盐，改变活性有机质（即电子供体）含量、活性铁(III)氧化物（即电子受体）含量以及对硫酸盐还原（竞争电子受体）的抑制，并避光厌氧培养63天，测定沉积物固相和孔隙水中Fe（II）、Fe(III)、酸挥发性硫化物（AVS）、黄铁矿硫（Spy）含量，定量评价对胶州湾沉积物中硫酸盐还原和铁异化还原的相对重要性以及活性有机质含量和活性铁氧化物含量对其相对重要性的影响。主要研究结果如下：（1）改变沉积物中活性铁氧化物含量进行培养实验发现，沉积物中活性铁氧化物含量越高，AVS和Spy的积累量越小，Fe（II）的积累量和Fe（III）的消耗量就越大。增加沉积物中活性铁氧化物含量，沉积物中AVS积累量可减少30%，黄铁矿积累量可减少10%，Fe(III)消耗量可增加6.5倍。表明在厌氧沉积环境中，较多的活性铁氧化物可促进铁异化还原作用，抑制硫酸盐还原，且铁含量越高，抑制作用更明显。（2）改变沉积物中活性有机质含量进行培养实验发现，增加沉积物中活性有机质含量，沉积物中AVS积累量可提高89%，黄铁矿积累量可提高66%，Fe(III)消耗量可提高22%。表明在厌氧沉积环境中，活性有机质含量越高，越有利于硫酸盐还原和铁还原，从而促进黄铁矿的形成，且对硫酸盐还原的促进作用更为明显。进而推测在有机质含量丰富的近海陆架和初级生产力旺盛的低纬度海域厌氧沉积环境中，较高的活性有机质含量可能导致硫化氢大量积累，对海洋沉积生态环境产生毒害作用。（3）改变沉积物中活性铁氧化物或活性有机质含量进行培养实验发现，在富含活性有机质的沉积物中，活性铁氧化物含量增加1倍，Fe（III）还原量可以提高1.4倍，黄铁矿积累量下降28%。说明富含有机质的沉积物中活性铁含量的增加可以抑制硫酸盐还原，不利于FeS向黄铁矿的转化。进而推测在海水养殖区以及水体富营养化等有机质含量丰富的海洋沉积物中，增加活性铁氧化物含量有利于Fe（II）和毒性元素的活化和迁移，能够有效降低硫化物在水体中的积累，防止其对生物的毒害作用。（4）改变沉积物中活性有机质或活性铁氧化物含量进行培养实验发现，富含活性铁氧化物的沉积物中，活性有机质含量增加1倍，沉积物中AVS积累量可提高2.1倍，黄铁矿含量可提高77%，Fe（III）消耗量可提高18%，Fe（II）积累量减少24%。以此推测在盐沼、红树林、陆架海以及河口潮滩沉积物等典型的富铁自然沉积环境中，增加活性有机质含量会可能会促进硫酸盐还原和黄铁矿的形成与积累。（5）在硫酸盐还原受到抑制的条件下，活性有机质或活性铁氧化物含量提高均可促进铁的异化还原，且增加活性铁氧化物含量对铁异化还原的促进作用更加明显。表明胶州湾沉积物中活性铁还原主要以铁的异化还原为主，硫酸盐还原会受到一定程度的抑制，使沉积物中Fe（II）主要以非硫化溶解状态存在，并与释放的P和重金属向上扩散，提高水体富营养化水平和重金属的生物有效性。

关键词：硫酸盐还原铁异化还原活性铁氧化物活性有机质胶州湾

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