论文部分内容阅读
滨海湿地被认为是有机碳的主要埋藏区域之一。然而,关于全球滨海湿地有机碳的埋藏量和封存效率,长期以来一直存在争议。了解有机碳在滨海湿地的埋藏过程将有助于客观评估滨海湿地的有机碳封存能力,进而提出碳库保护与管理的有效措施。本文通过对辽河三角洲滨海湿地沉积物微生物高通量测序和基因荧光定量,以及对沉积物溶解性有机质的三维荧光光谱和傅里叶变换离子回旋共振质谱分析,并结合地质背景和沉积物剖面的年代学结果,研究了不同生境、不同季节沉积物中溶解有机质与微生物时间序列的演替以及耦合关系,以及微生物和环境因子对湿地有机碳封存的影响和作用机理。取得主要认识如下:1.辽河滨海湿地不同生境水体可溶有机碳浓度与盐度呈正相关。与表层水相比,沉积物孔隙水可溶有机质具有更高的分子量、芳香度、不饱和度、类腐殖组分丰度和杂原子化合物丰度,提出生物降解和硫化作用是导致这种差异的主要原因。2.辽河芦苇湿地沉积物中微生物群落结构存在显著垂向差异。与表层相比,深层微生物群落的物种多样性更低,群落演替速率更慢,细菌由放线菌、硫氧化菌向硫还原菌、假单胞菌演替。同时,有机碳含量和溶解有机质类腐殖组分占比随深度增加降低,与假单胞菌相对丰度、芳环羟基化双加氧酶表达量显著负相关。3.湿地沉积物微生物群落结构严格受地理空间制约,潮间带的滩涂由于受潮汐影响,盐度较高,微生物以海洋来源的嗜盐菌为主,有机碳的分解速率远低于低盐度的芦苇湿地。4.辽河芦苇湿地微生物对有机质降解能力受季节性影响明显,非植物生长季微生物对于类腐殖组分的降解能力明显高于植物生长季。高盐度和高水位条件是影响微生物群落功能以及氧化还原条件,抑制有机质特别是其中惰性组分分解的主要因素。5.辽河芦苇湿地沉积物中溶解有机质与微生物时间序列的演替结果表明,垂向上有机质降解梯度明显,0–20 cm以好氧降解为主,20–35 cm以厌氧降解为主,有机碳分解速率大幅降低,35–50 cm为严格厌氧区域,有机碳分解极为缓慢,维管植物向深层的氧气输送可能使稳定有机质层下移。有机碳分解速率在0–20 cm为1.42%yr-1–1.70%yr-1、20–35 cm为0.45%yr-1、35–50 cm为0.15%yr-1。6.以高生产力为特征的辽河芦苇湿地,经历了快速腐殖化过程的植物残体是沉积有机质的主要来源。本文研究结果表明,高度腐殖化有机质经过沉积过程中的微生物矿化作用,仅有~14%能得到较为长期(~221年)的封存。