泥炭沼泽湿地土壤分解过程中可溶性有机质氧化还原能力变化特征及其影响机制

陈袁波, 邓思宇, 余 珂, 周旭东, 于志国

南京信息工程大学水文与水资源工程学院, 南京 210044

全球泥炭沼泽湿地(泥炭地)面积仅占陆地总面积的3%,其碳储量却占全球碳储量的30%左右[1]。泥炭地向大气排放大量甲烷,贡献全球CH4负荷的2%—10%[2]。同时,湿地系统特别是泥炭地有机质极为丰富,被认为是固碳能力显著的有机碳库[3]。泥炭分解过程是控制泥炭地碳排放的关键过程,其中可溶性有机质(DOM)是泥炭分解过程主要输出物,前期研究表明DOM富含具有氧化还原活性的官能团(如酚基、醌基),其在有氧和无氧条件下均可参与到湿地生物地球化学关键过程中(如土壤呼吸过程等),相关研究受到广泛关注[4- 8]。酚基可抑制水解酶的活性,进而控制泥炭分解过程,对泥炭碳排放起关键影响作用[9]。通常泥炭地地下水位变化频繁,枯水期地表泥炭土壤可与空气充分接触进而加速泥炭分解,此时,酚基的抗氧化性对减缓泥炭地分解起到关键作用[10]。DOM中除酚基外,醌基氧化还原特性也在实验中也得到验证,其主要形式是通过醌-氢醌的氧化还原循环来进行电子转移[11- 12]。但在醌基参与的实验过程中,总电子转移量略高于醌基得电子能力[13],故推断DOM中还存在其他官能团,如有机硫基团(如硫酸酯等)和含氮官能团(芳香胺)也能参与氧化还原过程[6,14- 15]。

DOM因其无处不在且活性高的特点,成为泥炭地土壤有机质库中最为活跃的组分,对泥炭地碳动态平衡乃至源汇转换具有重要意义。同时DOM作为氧化还原缓冲剂,在临时缺氧条件下将醌基还原为对苯二酚,可以减少甲烷的产生[16]。……