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模拟Fe(III)和盐水输入对闽江河口潮汐湿地沉积物及间隙水Fe和S含量和形态的影响

环境科学学报 2018年第11期38卷 4411-4421页

作者：朱文凤仝川罗敏黄佳芳刘育秀余子贤吴杰福建师范大学地理科学学院福州350116 湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福州350007 福州大学环境与资源学院福州350116

河口潮汐湿地沉积物电子受体和盐度的变化将对间隙水、沉积物的地球化学参数及有机碳厌氧矿化途径产生重要影响.本研究于闽江河口塔礁洲淡水野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地原位施加人造海水及Fe(III)溶液,模拟研究了盐水入侵及径流... 详细信息

河口潮汐湿地沉积物电子受体和盐度的变化将对间隙水、沉积物的地球化学参数及有机碳厌氧矿化途径产生重要影响.本研究于闽江河口塔礁洲淡水野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地原位施加人造海水及Fe(III)溶液,模拟研究了盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强对河口潮汐湿地沉积物、间隙水的地球化学参数(溶解性CH4、DOC、DOC∶DON、Fe2+和ΔSO2-4)和沉积物各形态固相铁(非硫Fe(II)、无定形Fe(III)、晶质Fe(III)、Fe S和Fe S2)含量的影响.结果表明,模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强均可降低间隙水溶解性CH4和DOC浓度,径流Fe(III)浓度增强增加了非硫Fe(II)和晶质Fe(III)含量,盐水入侵可减小间隙水ΔSO2-4含量.间隙水ΔSO2-4与DOC、DOC∶DON、溶解性CH4及Fe2+浓度相关.模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强可分别促进硫酸盐异化还原和铁异化还原速率,同时减小间隙水CH4浓度,改变河口潮汐湿地土壤有机质厌氧矿化优势途径.

关键词：铁异化还原硫酸盐异化还原甲烷产生河口潮汐湿地闽江河口

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闽江河口潮滩沼泽湿地沉积物铁的形态和空间分布

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环境科学学报 2017年第10期37卷 3780-3791页

作者：段勋罗敏黄佳芳刘育秀胡颖福州大学环境与资源学院福州350116 福建师范大学生态学博士后科研流动站福州350007 湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福州350007 福建师范大学亚热带湿地研究中心福州350007

滨海潮滩沉积物铁异化还原过程对有机质代谢及生源要素(C、N、P、S、O等)生物地球化学循环具有深远的影响.本文以闽江河口鳝鱼滩潮滩湿地为研究对象,对高、中、低潮滩0~80 cm深度内与铁异化还原相关的不同形态铁的含量和空间分布进行分... 详细信息

滨海潮滩沉积物铁异化还原过程对有机质代谢及生源要素(C、N、P、S、O等)生物地球化学循环具有深远的影响.本文以闽江河口鳝鱼滩潮滩湿地为研究对象,对高、中、低潮滩0~80 cm深度内与铁异化还原相关的不同形态铁的含量和空间分布进行分析.结果表明,无定形Fe(Ⅲ)((39.3±5.3)μmol·g^(-1))和晶质Fe(Ⅲ)((84.2±10.7)μmol·g^(-1))主要分布在高潮滩,并沿着向海方向减少;铁的硫化物FeS((15.3±2.8)μmol·g^(-1))和Fe S2((6.0±1.1)μmol·g^(-1))集中分布在中、低潮滩;非硫Fe(II)((111.7±12.8)μmol·g^(-1))富集在整个潮滩剖面上,且含量随着深度增加而增加.孔隙水Fe^(2+)((3.7±0.7)mmol·L^(-1))与Fe S2、SO_4^(2-)和pH相关,说明Fe^(2+)可能与黄铁矿的水解有关.不同形态铁在高、中、低潮滩表现出显著的空间分布异质性.高潮滩铁异化还原的强度大于硫酸盐异化还原,但沿着向海方向,硫酸盐异化还原的潜势逐渐增加.本研究证明了潮汐水文和高程对潮滩湿地铁的迁移和转化具有重要的意义.

关键词：铁异化还原硫酸盐异化还原有机质代谢潮滩湿地闽江河口

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盐水入侵对河口潮汐沼泽湿地有机碳矿化速率和途径的影响

盐水入侵对河口潮汐沼泽湿地有机碳矿化速率和途径的影响

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作者：朱文凤福建师范大学

学位级别：硕士

全球海平面迅速上升导致的盐水入侵改变了河口潮汐沼泽湿地沉积物地球化学和水文条件,引起了一系列复杂的环境变化,从而对湿地碳循环产生深远影响。本文以我国东南沿海闽江河口潮汐沼泽湿地为研究对象,通过闽江河口天然盐度梯度采样和... 详细信息

全球海平面迅速上升导致的盐水入侵改变了河口潮汐沼泽湿地沉积物地球化学和水文条件,引起了一系列复杂的环境变化,从而对湿地碳循环产生深远影响。本文以我国东南沿海闽江河口潮汐沼泽湿地为研究对象,通过闽江河口天然盐度梯度采样和原位模拟盐水入侵和Fe(Ⅲ)增强实验,分析盐水入侵过程中及盐水入侵后对河口潮汐沼泽湿地有机碳矿化速率的变化,以及主要的碳矿化途径转变,揭示河口潮汐沼泽湿地有机碳矿化对盐水入侵的响应。主要研究结果如下:(1)盐水入侵过程中,闽江河口湿地的沉积物密度、孔隙度和含水率无明显的改变。低盐湿地的生物量约为淡水湿地的2倍。间隙水SO和NH与盐度变化趋势一致,而无定形Fe(Ⅲ)、TOC、TN、C:N比和溶解性CH则随盐度增加而减小,但有机质的质量提高。铁异化还原速率和硫酸盐异化还原速率主要受土壤含水率、pH和地下生物量控制,间隙水SO和Cl次之;产甲烷速率主要由沉积物C:N比控制。随着盐水输入,潮汐湿地表层水趋近于中性,植物生物量以及间隙水SO增加,提高了硫酸盐异化还原速率,其贡献量提高了51%;而中性环境,盐度增加,植物根系活动旺盛,厌氧微生物对有机质底物竞争激烈,盐度影响产甲烷反应等原因导致铁异化还原速率和产甲烷速率减小,贡献量分别降低了30%和10%;而总的有机碳矿化速率变化并不明显,说明在适度的盐水入侵下河口潮汐沼泽湿地碳矿化总量可能并不会发生显著变化。河口潮汐沼泽湿地有机碳矿化的主要途径从铁异化还原(52%)逐渐转变为硫酸盐异化还原(67%)。硫酸盐异化还原增加可能会加剧河口湿地硫化物积累,但湿地中富含的Fe(Ⅲ)可以缓解硫化物对生态系统的毒害作用。(2)盐水入侵后,沉积物有机质底物并没有明显的差异,但DOC的浓度降低,沉积物中非硫Fe(Ⅱ)、晶质Fe(Ⅲ)和FeS的含量增加。从春季到夏季,间隙水SO浓度减少了57%,非硫Fe(Ⅱ)和FeS分别减少了37%和41%,但无定形Fe(Ⅲ)、晶质Fe(Ⅲ)和FeS分别显著增加30%、15%和150%,说明夏季可能存在高硫酸盐异化还原和高硫的氧化现象。晶质Fe(Ⅲ)和间隙水SO分别是影响铁异化还原速率和硫酸盐异化还原速率的重要因子。间隙水SO和晶质Fe(Ⅲ)显著增加,分别促进了硫酸盐异化还原速率(160%)和铁异化还原速率(66%)。但SO和Fe(Ⅲ)同时大量存在时,这种促进作用并没有叠加,反而可能存在相互抑制作用。产甲烷速率和总有机碳矿化速率主要与TOC、TN相关。总有机碳矿化速率并无显著变化,但产甲烷反应全程受到抑制,速率减小了425%。从春季到夏季,铁异化还原速率、硫酸盐异化还原速率和总有机碳矿化速率均表现为上升趋势。此时,河口潮汐沼泽湿地主要的有机碳矿化途径从产甲烷反应(52%)转变为以产甲烷反应(265%)和铁异化还原(244%)为主,而硫酸盐异化还原的比重(160%)也显著增加。从春季到夏季,湿地总有机碳矿化速率增加了20%。铁异化还原增加的贡献量与产甲烷反应的减少量相当,说明盐水侵入后,河流径流Fe(Ⅲ)的输入可能会抵消产甲烷的季节变化。

关键词：铁异化还原硫酸盐异化还原产甲烷反应有机碳矿化盐水入侵河口潮汐沼泽湿地

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福建主要河口养虾塘沉积物有机碳矿化速率和途径研究

福建主要河口养虾塘沉积物有机碳矿化速率和途径研究

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作者：朱爱菊福建师范大学

学位级别：硕士

为揭示河口养虾塘沉积物总有机碳矿化速率和途径的时空变化差异,对福建省3个主要河口区的8个围垦养虾塘沉积物总有机碳矿化速率及其3个主要矿化途径(硫酸盐还原、铁异化还原和甲烷产生)的速率进行了测定和分析。研究结果表明:(1)养殖期... 详细信息

为揭示河口养虾塘沉积物总有机碳矿化速率和途径的时空变化差异,对福建省3个主要河口区的8个围垦养虾塘沉积物总有机碳矿化速率及其3个主要矿化途径(硫酸盐还原、铁异化还原和甲烷产生)的速率进行了测定和分析。研究结果表明:(1)养殖期池塘水的pH、DOC浓度高于非养殖期,而ORP、Cl、NO浓度和盐度要低于非养殖期。养殖水有色溶解有机质(CDOM)主要包括类蛋白质荧光组分及类腐殖质荧光组分,盐度与CDOM各组分之间均存在显著的负相关关系,而DOC显著影响了CDOM中的类腐殖质组分,呈现出正相关水平。(2)不同养虾塘以及不同养殖期沉积物间隙水及沉积物理化性质均存在差异。不同形态活性铁中,固相Fe(Ⅲ)占了71.9-85.8%。间隙水SO和Cl影响养虾塘Fe的分布,高盐养虾塘铁硫化物含量较高,有机铁含量和晶质Fe(Ⅲ)含量较少。(3)不同养殖期养虾塘沉积物有机碳矿化速率及途径存在差异,非养殖期养虾塘的总有机碳矿化速率与养殖期相比降低29%,铁异化还原速率降低了41%,硫酸盐还原速率降低了17%,而甲烷产生速率增加了73%。(4)盐度的增加降低了养虾塘的总矿化速率,沉积物有机碳矿化途径由铁异化还原和产甲烷途径为主转变为以硫酸盐还原途径为主。养虾塘沉积物总有机碳矿化速率在养殖期受盐度和NH影响明显,而在非养殖期主要受NH和碱度的影响。养虾塘微生物种群均以变形菌门Proteobacteria为优势种,低盐养虾塘菌群结构在不同养殖期变化最大,而高盐养虾塘中各菌群结构差异不明显。结果表明,不同盐度和养殖期通过影响养虾塘水体及沉积物理化性质,进而影响了养虾塘有机碳矿化速率和途径以及相关微生物群落结构。根据研究结果,不同河口区域养虾塘的碳生物地球化学循环存在差异,高盐度养殖模式可能减少含碳温室气体的排放,需要更完善的评估养虾塘对温室气体排放的贡献。

关键词：有机碳矿化铁异化还原硫酸盐异化还原沉积物、养殖水、围垦养虾塘亚热带河口

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