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闽江河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响

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海洋地质与第四纪地质 2024年第1期44卷 44-54页

作者：刘旭阳王纯郭萍萍方云英沈李东胡世文黑杰王亚非胥佳忆王维奇福建师范大学湿润亚热带生态-地理过程教育部重点实验室福州350117 福建闽江河口湿地生态系统国家定位观测研究站(国家林业和草原局) 福州350215 福建闽江河口湿地国家级自然保护区管理处福州350200 格里菲斯大学澳大利亚河流研究所和环境与科学学院南森校区昆士兰4111 南京信息工程大学应用气象学院南京210044 广东省科学院生态环境与土壤研究所广州510650

土壤铁氧化物结合态有机碳是有机碳长期维持的主要途径,但其机理研究仍较为薄弱。为探究河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响,本研究选择福建省闽江河口天然芦苇湿地与围垦稻田为研究对象,对两种类型土壤中的铁结合态有机碳(Fe-OC... 详细信息

土壤铁氧化物结合态有机碳是有机碳长期维持的主要途径,但其机理研究仍较为薄弱。为探究河口湿地围垦稻田对土壤铁碳结合特征的影响,本研究选择福建省闽江河口天然芦苇湿地与围垦稻田为研究对象,对两种类型土壤中的铁结合态有机碳(Fe-OC)及其相关指标进行测定与分析。结果显示:①芦苇湿地围垦稻田改变了土壤氧化还原过程,显著影响土壤中铁相的转化。围垦后土壤二价铁[Fe(Ⅱ)]、三价铁[Fe(Ⅲ)]、活性总铁含量(HCl-Fe_(t))及Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)分别显著下降了24.68%、52.56%、51.45%、35.68%(P态氧化铁(Fe_(d))与无定形态铁(Fe_(o))含量分别显著下降了21.64%和29.24%(P态铁(Fe_(p))含量则有所增加。②芦苇湿地围垦稻田显著影响土壤碳固存,Fe-OC与土壤有机碳含量(SOC)在围垦稻田后分别显著下降了39.03%和18.42%(P结合,稻田土壤Fe-OC对土壤有机碳的贡献率(fFe-OC)显著高于芦苇湿地(P铁以及土壤有机碳、溶解性有机碳与Fe-OC呈显著正相关(P碳增汇提供科学参考。

关键词：铁铁结合态有机碳芦苇湿地稻田闽江河口

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铁对海洋沉积有机碳保存的影响及其碳汇意义

中国科学:地球科学 2023年第9期53卷 1967-1981页

作者：胡利民季钰涵赵彬刘喜停杜佳宗梁彦韬姚鹏中国海洋大学海洋地球科学学院海底科学与探测技术教育部重点实验室青岛266100 崂山实验室海洋地质过程与环境功能实验室青岛266237 中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室青岛266100 中国海洋大学海洋生命学院青岛266100

海洋沉积物是地球表层系统中最大的有机碳库.铁(Fe)作为海洋地球化学循环的重要元素,深刻影响海洋生态及碳循环.深入分析铁对海洋沉积有机碳保存的影响,对碳的生物地球化学过程和气候变化研究具有重要的意义.本文在总结铁结合有机碳含... 详细信息

海洋沉积物是地球表层系统中最大的有机碳库.铁(Fe)作为海洋地球化学循环的重要元素,深刻影响海洋生态及碳循环.深入分析铁对海洋沉积有机碳保存的影响,对碳的生物地球化学过程和气候变化研究具有重要的意义.本文在总结铁结合有机碳含量与结构表征方法的基础上,从活性铁矿物(铁氧化物和铁硫化物)对有机碳的选择性保存和铁的氧化还原过程两方面论述了铁对海洋沉积有机碳保存的影响机制,发现沉积有机碳的选择性保存受不同活性铁矿物和有机碳类型及官能团的影响,而铁的氧化还原过程对有机碳的保存和降解具有双重作用.在此基础上,基于不同海洋环境中铁结合态有机碳的沉积记录,阐述了铁对沉积有机碳的长期保存作用和碳汇意义.未来在寻求更有效的活性铁提取方法的基础上,应持续关注不同官能团和海洋沉积环境对有机碳选择性保存的影响,并重视微生物的介导作用,揭示铁对有机碳长期埋藏保存的影响机理,发掘其在碳增汇中的应用潜力,以更好地发挥海洋碳汇在碳中和目标实现中的巨大作用.

关键词：海洋沉积有机碳活性铁矿物铁结合态有机碳选择性保存碳汇

中国典型水稻土铁碳结合特征及其微生物作用研究

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中国典型水稻土铁碳结合特征及其微生物作用研究

作者：林美芬福建师范大学

学位级别：硕士

稻田生态系统在全球碳循环中扮演着碳源和碳汇的双重角色,而铁氧化物对促进土壤有机碳的稳定性具有重要作用。为探究大尺度范围下铁氧化物与有机碳的结合关系及其微生物学特征,本研究以全国典型水稻土为研究对象,基于铁循环化学稳定机... 详细信息

稻田生态系统在全球碳循环中扮演着碳源和碳汇的双重角色,而铁氧化物对促进土壤有机碳的稳定性具有重要作用。为探究大尺度范围下铁氧化物与有机碳的结合关系及其微生物学特征,本研究以全国典型水稻土为研究对象,基于铁循环化学稳定机制和生物保护机制,分析比较不同稻作区土壤理化性质、铁相分布特征、铁结合态有机碳含量及其计量化参数分布情况,并借助高通量测序技术探究铁循环微生物介导下的铁碳结合关系及其物质循环规律,以期为土壤可持续利用与科学管理,实现“2030年碳达峰、2060年碳中和”的农业减排目标提供参考依据。主要研究结果如下:（1）不同稻作区土壤基本理化性质和有机碳（SOC）含量有所差异;Fe（II）和Fe（III）含量分别介于0.01～3.62 g·kg、0.01～6.29 g·kg之间;Fe（II）与含水量（WC）呈极显著正相关（p态氧化铁（Fe）、无定形氧化铁（Fe_o）、络合态氧化铁（Fe）含量分别介于5.75～24.71 g·kg、0.93～19.16 g·kg、0.03～1.27 g·kg之间,从整体的空间分布特征来看,稻田土壤Fe含量由南向北递减,而Fe含量和铁络合度由东北向西南方向递减;土壤铁氧化物含量均与SOC呈显著正相关（p铁活化度与络合度均与Fe、WC呈极显著正相关（p铁结合态有机碳（Fe-OC）含量变化范围在0.20～3.02 g·kg之间,平均值为（1.29±0.06）g·kg,从整体的空间分布特征来看,土壤Fe-OC含量呈由东北向西南方向递减的变化趋势;所有的稻田土壤样品中平均有（11.24±6.25）%的土壤有机碳是以Fe-OC的形式存在,表明铁氧化物的结合固定对土壤有机碳的稳定具有重要贡献。（4）华东地区的盐城市和西北地区的乌苏市稻田土壤碳铁摩尔比（OC:Fe）分别为1.30和1.21,但通过分析发现有90%的土壤样品OC:Fe小于1,说明稻田土壤中Fe-OC主要是通过表面吸附的方式形成,而共沉淀方式对其形成贡献较小。（5）Fe（III）与铁结合态有机碳占比(f )、OC:Fe呈极显著负相关（p铁氧化物的类型及其含量与Fe-OC均无显著相关性,而Fe-OC与SOC呈显著正相关。（6）在不同稻作区土壤铁还原菌群落中共鉴定出9个菌门和86个菌属,黑龙江土壤铁还原菌群落多样性及丰富度均显著高于其他4个地区土壤（p铁还原菌群落结构差异较小,而山东、黑龙江和云南土壤群落结构差异较大。（7）在不同稻作区土壤铁氧化菌群落中共鉴定出11个菌门和37个菌科,黑龙江土壤样本铁氧化菌群落多样性和丰富度最高,云南土壤样本最低;其中绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）、芽单胞菌门（Gemmatimonadota）和酸杆菌门（Acidobacteriota）相对丰度之和高达71.25%～98.43%,是稻田土壤铁氧化菌群落中的优势菌门;各土壤样本的优势菌科具有相似性和差异性;山东土壤铁氧化菌群落结构与其他地区土壤差异较大,而海南和江西土壤群落结构较为相似。（8）环境因子对稻田土壤微生物的相对丰度具有显著影响。鞘氨醇单胞菌属与全磷（TP）呈正相关;硫杆菌属、假单胞菌属（Pseudomonas）均与p H、EC、容重（BD）和粉粒呈正相关,与全氮（TN）呈负相关;厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）和赭黄嗜盐囊菌属（Haliangium）均与p H、粉粒和粘粒呈正相关;慢生根瘤菌属和芽孢杆菌属均与TN、TP呈正相关。鞘脂单胞菌科（Sphingomonadaceae）与土壤TP、EC呈正相关;芽单胞菌科（Gemmatimonadaceae）与TP、TN呈正相关;厌氧绳菌科（Anaerolineaceae）与TN、粉粒和砂粒呈正相关,与EC、TP呈负相关;SJA-15、KD4-96均与土壤EC、BD、p H和粉粒呈正相关,与TN、TP和砂粒呈负相关。（9）稻田土壤微生物与

关键词：水稻土氧化铁还原铁结合态有机碳铁循环微生物固碳机制

磷对水铁矿—腐殖酸共沉淀复合物中有机分子分馏的影响

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磷对水铁矿—腐殖酸共沉淀复合物中有机分子分馏的影响

作者：陈锦绣华中农业大学

学位级别：硕士

水铁矿与有机质广泛存在于土壤、沉积物和水环境中,二者常以共沉淀方式形成有机-矿物复合物,在有机碳的累积和稳定方面起到至关重要的作用。磷酸根(PO43-)对水铁矿有很强的亲和力,其在水铁矿上的吸附势必对有机质(organic matter,OM)的... 详细信息

水铁矿与有机质广泛存在于土壤、沉积物和水环境中,二者常以共沉淀方式形成有机-矿物复合物,在有机碳的累积和稳定方面起到至关重要的作用。磷酸根(PO43-)对水铁矿有很强的亲和力,其在水铁矿上的吸附势必对有机质(organic matter,OM)的固存和稳定产生重要影响。然而,目前关于水铁矿共沉淀态OM稳定性的相关研究较为缺乏,对磷(P)影响下共沉淀态有机碳的分子行为特征尚不明确。因此,本研究以腐殖酸为土壤有机质的代表,用共沉淀法制备系列C/Fe摩尔比的水铁矿-腐殖酸复合物,通过矿物表征、分子分析技术明确复合物的结构特征及其对腐殖酸分子的选择性结合特征。基于批量等温和动力学吸附实验,利用紫外分光光度计(Uv-vis)、三维荧光光谱仪(3D-EEM)和高效液相-体积排阻色谱联用(HPSEC)揭示水铁矿-腐殖酸共沉淀复合物与外源磷反应前后溶液中有机分子的结构、组分及分子量变化特征,阐明不同pH下,磷酸盐对复合物中有机碳稳定性和分子特征的影响,得到的主要研究结果如下:1.水铁矿选择性共沉淀腐殖酸中大分子量(0.65-20 k Da)的芳香性类胡敏酸和类富里酸有机分子,对类蛋白质和小分子量有机分子(0.34-0.65 k Da)的共沉淀较少。红外光谱(FTIR)分析表明,腐殖酸通过羧基与水铁矿的羟基发生配位交换形成共沉淀复合物;X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果显示,随着体系初始C/Fe摩尔比的增加,腐殖酸并未改变水铁矿的弱晶质结构和不规则块状的形貌特征。2.外源磷通过配位交换络合作用对吸附位点的竞争,以及静电排斥作用影响水铁矿-腐殖酸共沉淀复合物上有机分子的解吸。pH 6.5和pH 8.5条件下,磷酸盐的静电排斥力可能占主导作用,增强腐殖酸的解吸,随着初始P浓度的增大,清液中的总有机碳(TOC)浓度分别上升了49.75%和3.36%。而pH4.5条件下,磷酸盐还可能通过Fe3+的离子键桥作用,与清液中自然解吸的、带负电的有机碳形成桥架式结构的絮凝体,降低腐殖酸的解吸浓度,随着P初始浓度的增大,清液的TOC下降约31.14%。3.外源磷酸盐增强了水铁矿-腐殖酸共沉淀复合物上有机分子的解吸分馏,有利于更大分子量的有机分子的解吸。HPSEC对不同pH和磷酸盐浓度下反应清液中有机分子量分布结果表明,随着外源磷浓度(0-155 mg/L P)的增加和反应时间的延长,清液中有机分子的分子量分布向较大分子量的方向移动,有机分子的数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)增大,表明相对分子量较大的腐殖酸分子逐步被解吸下来。4.外源磷酸盐对水铁矿共沉淀态腐殖酸分子分馏组分的影响取决于反应体系的pH值。体系pH为4.5时P促进复合物上0.7-3.0 k Da的类富里酸和芳香氨基酸组分的解吸;pH为6.5时,P有利于复合物上4.0-6.0 k Da的类富里酸或脂肪族化合物的解吸;pH为8.5时,P主要促进复合物上4.0-20.0 k Da的芳香性类胡敏酸组分的解吸。

关键词：腐殖酸水铁矿共沉淀复合物铁结合态有机碳磷酸盐分子分馏三维荧光光谱高效液相-体积排阻色谱

福建典型河口湿地围垦养殖对土壤铁碳结合及其微生物特征的影响

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福建典型河口湿地围垦养殖对土壤铁碳结合及其微生物特征的影响

作者：曾庆淞福建师范大学

学位级别：硕士

在全球碳循环中,湿地生态系统具有碳源和碳汇的双重功能,并且土壤铁氧化物对有机碳的稳定具有重要促进作用。本研究以福建典型河口湿地作为研究区域,为探究不同年限内湿地土壤铁、碳的结合途径及其微生物学特征,通过分析铁循环生物保护... 详细信息

在全球碳循环中,湿地生态系统具有碳源和碳汇的双重功能,并且土壤铁氧化物对有机碳的稳定具有重要促进作用。本研究以福建典型河口湿地作为研究区域,为探究不同年限内湿地土壤铁、碳的结合途径及其微生物学特征,通过分析铁循环生物保护与化学稳定机制,比较不同湿地土壤碳组分、土壤理化、氧化铁特征、铁结合态有机碳含量及其相关参数特征,并辅以高通量测序技术研究湿地土壤铁循环相关微生物介导下的铁碳结合特征,评估围垦养殖对河口湿地碳库影响机制,以期为湿地应对气候变化和保护管理实践提供理论依据。主要研究结果如下:（1）湿地围垦养殖前、后土壤含水量（WC）均值在19.10～85.00%,均呈下降趋势;不同地区与年限湿地土壤容重（BD）差异较大,容重均值分布范围在0.73～1.46g/cm之间,围垦养殖导致其整体上呈上升趋势;土壤p H均值介于6.60～7.40之间,湿地围垦养殖之后总体上呈上升趋势;河口湿地土壤盐度（SL）均值介于1.36～15.96m S/cm,总体上围垦之后土壤盐度呈下降趋势。从2018年和2021年湿地转化为养殖塘前、后的碳组分均值来看,在围垦之后上层及下层土壤中SOC平均含量呈显著下降趋势（p态氧化铁）含量均值分布范围在13.49～21.05 g/kg之间,围垦养殖使其含量整体上呈显著下降趋势（p态氧化铁）含量均值分布范围在3.30～12.39 g/kg之间,围垦养殖导致其含量整体上呈显著性下降趋势（p态氧化铁）含量均有所差异,其含量均值分布范围在0.241～2.355 g/kg之间,围垦养殖对其含量整体上没有显著性影响。（4）Fe与LOC和SOC呈显著正相关（p铁呈极显著正相关（p铁、晶胶率、p H、BD呈极显著负相关（p铁结合态有机碳含量（Fe-OC）在围垦养殖之后均呈下降趋势,土壤中Fe-OC含量在0.47～6.39 g/kg范围之间,围垦养殖会影响湿地土壤中SOC与Fe-OC的相关性。围垦养殖过程中Fe-OC与p H、WC呈极显著正相关（p铁氧化物与有机碳的结合。2018年以及2021年湿地土壤中铁结合态有机碳中的OC:Fe均是呈下降趋势,河口湿地土壤样品中铁结合态有机碳的OC:Fe变化范围在0.13～1.61之间,表明围垦养殖后湿地土壤主要是通过表面吸附的方式形成Fe-OC,而共沉淀方式对其形成贡献较小。（7）各地区土壤中f 分布范围在9.90～37.64%之间。但围垦前、后对于f 的影响并不显著,这是由于围垦养殖前、后土壤Fe-OC的形成途径以吸附形式为主,而不是结合量更大的共沉淀机制,故而土壤Fe-OC对总有机碳的贡献能力有限。（8）通过Alpha多样性分析可知,芦苇和桐花树湿地在围垦养殖之后,土壤中铁还原菌的多样性得到削弱,而秋茄湿地则相反;芦苇和桐花树湿地土壤在围垦养殖之后,铁还原菌丰度均显著下降（p铁还原菌群落结构的影响最为显著,其次为SL（R=0.6343,p=0.001）。河口湿地土壤基于门水平的铁还原菌微生物群落组成在围垦前、后相对稳定,其中变形菌门（Proteobacteria）和厚壁菌门（Firmicutes）为土壤中的铁还原菌优势菌门。土壤科水平的铁还原菌群落分布差异较大,但脱硫杆菌科（Desulfobacteraceae）、红杆菌科（Rhodobacteraceae）在不同湿地土壤中仍占有一定优势。（9）通过Al

关键词：铁结合态有机碳土壤铁循环微生物围垦养殖河口湿地

互花米草入侵对滨海湿地土壤铁碳关系及相关微生物群落结构的影响

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互花米草入侵对滨海湿地土壤铁碳关系及相关微生物群落结构的影响

作者：陈钰福建师范大学

学位级别：硕士

滨海湿地碳循环在全球碳循环中扮演着重要角色,而铁循环在有机碳保存中具有重要贡献,为了探究互花米草入侵对滨海湿地铁碳结合特征的影响,本研究以中国广东、福建、广西、浙江和上海五个省、市的闽江口、九龙江口、乐清湾、漳江口、湛... 详细信息

滨海湿地碳循环在全球碳循环中扮演着重要角色,而铁循环在有机碳保存中具有重要贡献,为了探究互花米草入侵对滨海湿地铁碳结合特征的影响,本研究以中国广东、福建、广西、浙江和上海五个省、市的闽江口、九龙江口、乐清湾、漳江口、湛江、北海、横沙和崇明岛8个区域,共10个采样点为研究对象,分别采集互花米草入侵前、后的秋茄湿地、白骨壤湿地和芦苇湿地0～10 cm土壤,针对互花米草入侵滨海湿地土著植物后,铁价态组成、氧化铁赋存形态、铁结合态有机碳变化、铁还原菌和铁氧化菌群落结构、分布特征等进行分析。结果如下:1.互花米草入侵滨海湿地能够改变湿地0～10 cm土壤铁的价态(Fe(Ⅱ)、Fe(Ⅲ))。秋茄(Kandelia candel)湿地、白骨壤(Avicennia marina)湿地、芦苇(Phragmites australis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)入侵湿地的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)含量范围分别为1.06～1.73 mg·g和7.67～21.83 mg·g、0.71～2.49 mg·g和0.77～21.79 mg·g、2.34～2.76 mg·g和6.84～18.08 mg·g、0.96～6.31 mg·g和0.59～32.70 mg·g。总体水平上,除漳江口白骨壤湿地外,互花米草入侵秋茄湿地和白骨壤湿地后,土壤Fe(Ⅱ)含量均有所增加,尤其是闽江口和九龙江秋茄湿地Fe(Ⅱ)含量显著增加(p铁(Fe、Fe、Fe)含量分别为23.94mg·g、6.51 mg·g、0.64 mg·g和21.75 mg·g、6.45 mg·g、0.59 mg·g;白骨壤和互花米草湿地土壤Fe、Fe、Fe含量分别介于15.59 mg·g、3.85 mg·g、0.78 mg·g和15.97 mg·g、3.66 mg·g、0.74 mg·g;芦苇和互花米草湿地土壤Fe、Fe、Fe含量分别介于21.35 mg·g、6.39 mg·g、0.85 mg·g和20.92 mg·g、6.96 mg·g、0.80 mg·g。总体上互花米草入侵后Fe含量和Fe均降低,但Fe含量差异不显著。3.互花米草入侵秋茄、白骨壤、芦苇湿地后土壤氧化铁结合态有机碳(Fe-OC)含量均值分别降低了22.91%、42.25%、22.53%,其中,互花米草入侵后九龙江秋茄湿地、漳江口秋茄湿地、北海白骨壤湿地、横沙芦苇湿地土壤Fe-OC占比均显著降低(p铁氧化物对有机碳的结合途径更倾向于吸附作用。4.由α多样性指数可知,互花米草入侵使白骨壤湿地和芦苇湿地土壤铁还原菌多样性提高,使秋茄湿地铁还原菌多样性降低。互花米草入侵也使湿地土壤铁还原菌的优势菌属发生演替,秋茄湿地中优势菌属除硫单胞菌(Desulfuromonas)的丰度显著降低成为非优势菌属,而厌氧粘细菌属(Anaeromyxobacter)铁还原菌的丰度显著提高成为第三优势菌属;白骨壤湿地中互花米草入侵后拟杆菌属(Bacteroides)的丰度显著降低成为非优势菌属。互花米草入侵白骨壤湿地后拟杆菌门(Bacteroidetes)铁还原菌的相对丰度显著降低,变形菌门(Proteobacteria)铁还原菌的相对丰富度显著提高(p碳组分能够影响湿地土壤铁还原菌的相对丰度,Geobacter的相对丰度与土壤可溶性有机碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和p H均呈极显著负相关(p有机碳(SOC)呈显著正相关(p碳(MBC)呈显著负相关(p铁还原菌数量和铁氧化菌数量对互花米草入侵的响应不同,互花米草入侵闽江口秋茄湿地后,0～10 cm土壤铁还原菌数量显著增加(p铁还原菌数量无明显变化。入侵闽江口秋茄湿地和芦苇湿地后,土壤铁氧化菌数量均显著增加(p铁氧化菌数量显著降低(p铁氧化菌多样性降低,使芦苇湿地和白骨壤湿地土壤铁氧化菌多样性升高。入侵秋茄湿地后变形菌门(Proteobacteria)铁氧化菌的相对丰度显著提高(p铁氧化菌

关键词：互花米草入侵铁结合态有机碳循环微生物滨海湿地

河口湿地沉积物中铁氧化物对有机碳的保存作用研究

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河口湿地沉积物中铁氧化物对有机碳的保存作用研究

作者：何唐荣华东师范大学

学位级别：硕士

红树林、盐沼等蓝碳生态系统,通过植被高水平的生产力将大气中的CO捕获并封存在沉积物中,是地球上最密集的碳汇之一。然而,对红树林等生态系统沉积物中有机碳的埋藏机理却知之甚少。环境中无处不在的铁氧化物的表面对有机碳表现出很强... 详细信息

红树林、盐沼等蓝碳生态系统,通过植被高水平的生产力将大气中的CO捕获并封存在沉积物中,是地球上最密集的碳汇之一。然而,对红树林等生态系统沉积物中有机碳的埋藏机理却知之甚少。环境中无处不在的铁氧化物的表面对有机碳表现出很强的亲和力。在全球海洋沉积物中,与铁氧化物结合的有机碳占沉积物总有机碳平均比例高达21.5%。铁氧化物主要通过吸附和共沉淀与有机碳相互作用,作用过程中会导致有机碳的分馏。铁氧化物在蓝碳生态系统的碳埋藏方面发挥着重要的作用,其对有机碳不同组分的选择保存也影响着有机碳的生物地球化学过程。因此,本文调查了典型蓝碳生态系统——中国河口红树林和盐沼湿地沉积物中铁氧化物对有机碳的保存作用,并结合室内模拟实验,利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)、二维相关傅立叶变换红外光谱(2D-COS FTIR)和三维荧光激发发射矩阵光谱(3D-EEMs)研究了水铁矿与红树林和盐沼腐殖酸吸附和共沉淀的作用过程,主要结论如下:1)在红树林沉积物中,粉砂和砂占主,TOC(总有机碳,Total Organic Carbon)含量为0.80～1.31%(1.03±0.17%,n=10),活性铁氧化物含量为5.6～20.4 mg g(11.0±5.6 mg g,n=10)。Fe-OC(铁结合态有机碳)的含量为0.01～0.25%(0.12±0.09%,n=10)。f(铁结合态有机碳占总有机碳的比例)为0.4～24.8%,平均有11.3±8.7%(n=10)的有机碳与活性铁氧化物结合。大部分样品C/Fe摩尔比小于1,表明活性铁氧化物主要通过吸附与有机碳结合。活性铁氧化物的主要成分是水铁矿。Fe-OC的C/N摩尔比平均值大于沉积物总OC的相关参数,Fe-OC的δC平均值小于OC的相关参数,表明植物来源和陆源有机碳被活性铁氧化物优先保存。去除活性铁后,沉积物疏水性指数减小,脂肪峰增强,表明疏水的有机碳和芳香碳可能被优先保存。富氮的有机物可能促进铁碳吸附,盐度抑制了活性铁氧化物与有机碳的结合。2)在盐沼沉积物中,粉砂占主,TOC含量为0.06～1.84%(0.63±0.45%,n=29),活性铁氧化物含量为0.78～10.5 mg g(5.1±2.3 mg g,n=29)。Fe-OC的含量范围为0.002～0.36%(0.08±0.08%,n=29)。f范围为0.6～38.9%,平均有13.6±8.2%(n=29)的有机碳与活性铁氧化物结合。75%的样品C/Fe摩尔比小于1,表明活性铁氧化物主要通过吸附方式与有机碳结合。Fe-OC的C/N摩尔比平均值、δC平均值大于沉积物总OC的相关参数,表明植物来源和海源有机碳被活性铁氧化物优先保存。去除活性铁后,沉积物疏水性指数减小,脂肪峰减弱,表明疏水的有机碳和脂肪碳可能被优先保存。沉积物颗粒组成可以通过影响活性铁氧化物含量和TOC来影响Fe-OC的形成。TOC与活性铁氧化物的含量线性相关。铁结合态有机碳显著促进了盐沼TOC的保存。3)在两种沉积环境中,铁碳结合的主要影响因素不同,红树林中活性铁氧化物的含量是影响Fe-OC的主要因子,而盐沼中Fe-OC的形成受到沉积物有机碳含量和活性铁氧化物含量的同时控制。基于碳氮摩尔比、稳定碳同位素和红外光谱的结果,在两种沉积环境中,活性铁氧化物都优先保存植物来源的有机碳以及疏水的有机碳。在盐沼中,铁氧化物倾向于结合脂肪碳和海源碳;而在红树林中,芳香碳和陆源碳被活性铁氧化物优先保存。4)在水铁矿与红树林和盐沼腐殖酸的吸附模拟实验中,荧光类物质的吸附亲和顺序为陆源类腐殖酸>海源类腐殖酸>类蛋白。二维红外相关分析显示在吸附过程中,红树林腐殖酸有机官能团的亲和顺序为多糖中的C-O伸缩振动>芳香族C-H面外弯曲振动>芳香族C-H振动>烷基C-H弯曲振动;盐沼腐殖酸有机官能团的亲和顺序为COO-对称伸缩振动>复杂碳水化合物-C-O-C振动>多糖C-O-C/C-C伸缩振动>脂肪族C-H弯曲振动>芳香族C=C振动。在水铁矿与红树林和盐沼腐殖酸的共沉淀模拟实验中,红树林腐殖酸有机官能团的亲和顺序为脂肪族的C-H弯曲振动>脂肪族C-OH伸缩振动>复杂碳水化合物-C-O-C振动>酯和羧基C=O振动>芳香族C-H振动>芳香族C-H弯曲振动>COO-对称伸缩振动;盐沼腐殖酸有机官能团的亲和顺序为多糖C-O-C振动>多糖C-O振动>脂肪族C-H弯曲振动>芳香族C-H弯曲振动>羧酸C=O伸缩振动。5)模拟实验中,水铁矿通过吸附作用优先结合盐沼和红树林中的类腐殖质荧光物质,通过共沉淀作用优先结合盐沼和红树林中的类蛋白荧光物质。盐沼HA中的多糖和芳香碳被优先吸附,而红树林HA中的羧酸碳和多糖被优先吸附。盐沼HA中的多糖比脂肪碳先沉淀下来,而红树林HA中的脂肪碳比多糖先沉淀。腐殖酸的来源对水铁矿与腐殖酸的相互作用的过程具有重要的影响。不同来源的腐殖酸在分子结构、功能基团存在差异,这可能是造成结合顺序差异的主要原因

关键词：红树林盐沼沉积物铁结合态有机碳水铁矿腐殖酸

热带酸性红壤有机碳与磁化率的关系及其机理研究

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热带酸性红壤有机碳与磁化率的关系及其机理研究

作者：宗明明云南大学

学位级别：硕士

土壤有机碳积累和土壤磁性增强分别是全球变化生态学和土壤磁学的重要研究内容。很多研究表明土壤有机碳与磁化率有显著的关系,土壤磁化率是土壤中铁氧化物具有的物理属性,不同的磁化率表征土壤中不同铁形态物质含量。同时不同铁形态物... 详细信息

土壤有机碳积累和土壤磁性增强分别是全球变化生态学和土壤磁学的重要研究内容。很多研究表明土壤有机碳与磁化率有显著的关系,土壤磁化率是土壤中铁氧化物具有的物理属性,不同的磁化率表征土壤中不同铁形态物质含量。同时不同铁形态物质影响土壤有机碳的储存。因此,铁氧化物是土壤有机碳和土壤磁化率关联的“纽带”。土壤有机碳与土壤磁化率的关系主要是土壤有机碳与不同铁形态含量比例之间的关系。磁性变化象征着不同磁性强度的铁形态之间发生了转化,其过程是否伴随着土壤有机碳的得失尚不清楚。本研究中,选取热带酸性红壤区森林和玉米地各6个样地,通过分层采样测定和分析0-140 cm土层的土壤原位磁化率、低频磁化率、软磁比、土壤有机碳、土壤铁氧化物、土壤理化性质等参数,分析土壤磁化率变化与土壤有机碳积累之间的关系及其作用机理。主要结果如下:（1）在垂直剖面上,森林和玉米地0-40 cm土层低频土壤磁化率和土壤有机碳都显著高于40 cm以下土层（P＜0.05）。尽管玉米地在人类耕作的干扰下,通常导致表土层土壤有机碳降低,但与森林同层相比,玉米地各层的土壤有机碳变化不显著（P＞0.05）,玉米地磁化率在0-40 cm显著升高（P＜0.05）。说明铁形态发生了转化,磁性强的矿物增强,保护土壤有机碳,致使土壤有机碳没有显著减少。（2）土壤活性铁和土壤有机碳呈现显著正相关关系（P＜0.05）。结构方程模型显示,红壤区土壤氮、含水率、活性铁和p H是促进土壤有机碳储存的主要因素。活性铁可以通过直接或间接的方式作用于土壤有机碳的储存。相比较于森林,玉米地0-40 cm活性铁显著升高（P＜0.05）,对有机碳影响的权重上升11.65%。这是由于耕作破坏了原生矿物的晶格结构,活化了铁,促进了有机碳的储存。（3）土壤有机碳与磁化率、活性铁均有显著的正相关关系（P＜0.05）。在玉米地0-40 cm土层,软磁比显著升高（P＜0.05）。表明亚铁磁性矿物的比重增加,亚铁磁性矿物的转化过程可以导致土壤磁化率发生变化。具体的说,活性铁的升高促进了有机碳的储存,同时生成更加稳定的铁结合态有机碳,其过程中,铁氧化物变成了亚铁磁性矿物,致使土壤磁性升高。土壤有机碳与铁结合成强磁性的铁碳复合物后,阻止铁进一步氧化成弱磁性的铁矿物,使该复合物保持了较高的磁化率和较稳定的土壤有机碳。探讨土壤有机碳和磁性之间的作用机制,为下一步普遍存在的磁性增强现象及土壤中的矿物转化研究提供参考,也为进一步明确利用磁测技术测定土壤有机碳的机理、可行性和条件,是值得尝试的。

关键词：铁氧化物土壤磁性红壤铁结合态有机碳亚铁磁性矿物

铁氧化物对土壤有机碳稳定和团聚体铁碳结合的影响

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铁氧化物对土壤有机碳稳定和团聚体铁碳结合的影响

作者：张杰浙江大学

学位级别：硕士

土壤有机碳对气候变化和土壤肥力的影响至关重要,有机碳的矿化、固持过程和稳定机制是课题研究的核心,铁氧化物对促进土壤有机碳的稳定有重要作用。但目前尚缺乏铁氧化物对土壤有机碳稳定机制的系统研究,本研究利用同位素分源、土壤密... 详细信息

土壤有机碳对气候变化和土壤肥力的影响至关重要,有机碳的矿化、固持过程和稳定机制是课题研究的核心,铁氧化物对促进土壤有机碳的稳定有重要作用。但目前尚缺乏铁氧化物对土壤有机碳稳定机制的系统研究,本研究利用同位素分源、土壤密度分组、铁结合态有机碳提取、团聚体分组、微生物检测等方法,通过添加不同类型(蔗糖、玉米粉、玉米秸秆)的底物到加铁(添加量为土壤铁含量的100%)及对照土壤,研究加铁对有机碳矿化固持分配的影响。对梯度铁土壤和根际土壤进行团聚体分组,研究团聚体内铁碳结合的动态变化与影响因素。得出如下结论:(1)加铁对所有处理的有机碳矿化产生了抑制效果,对底物固持产生了促进效果,加铁土壤的底物固持矿化比高于对照土壤,即加铁从抑制矿化和增加固持两个方面促进了土壤有机碳的稳定。(2)土壤中的铁结合态有机碳(Fe-OC)大多存在于矿物组中,矿物组中底物碳的含量决定了土壤固持底物碳的趋势。土壤有机碳中大约1/5的部分被铁氧化物结合,因此Fe-OC是土壤有机碳稳定的重要指标。(3)Fe-OC占土壤有机碳的比例(f )在培养初期主要受铁氧化物接触面积的影响,在培养中期主要受有机碳含量的影响,在培养末期受有机碳和铁氧化物含量的共同影响,加铁影响了团聚体内铁碳结合性状的变化。(4)根际团聚体的稳定性受铁氧化物添加量而非植物生长状态的影响,加铁通过形成Fe-OC固存有机碳,影响了微生物及酶的活性,有利于土壤有机碳的稳定。本文从铁氧化物对有机碳矿化固持消长关系、Fe-OC的重要性、团聚体状态变化和根际团聚体铁碳结合机理四个方面,系统揭示了铁氧化物对土壤有机碳稳定的重要作用。

关键词：铁氧化物土壤有机碳矿化固持铁结合态有机碳团聚体铁碳结合