泥炭沼泽中酚类物质对铁有机共聚物再循环的影响及意义

Iron is one of the most abundant crustal elements , but also the limiting nutrient element in ocean. The iron in the ocean mainly originate from land. Peatland is not only an important source of iron export from terrestrial ecosystems to ocean, but a key place for studying iron/carbon coupling cycle. Sediments contain a large number of various types of Fe-OM coprecipitate. Which is an important " rust sink " for carbon and iron sequestration. In peatand, higher level phenolic compounds can affect the recycle of Fe-OM coprecipitate by chemical reduction , complexation dissolution , " electron shuttle " and the antibacterial effect of phenolics. Ruoergai is the world's largest gathering highland peatland, and Hani wetland is one of t pealand with he deepest peat accumulation. Both of the two peatlands are the ideal place to study phenol iron interactions. Through field investigation and laboratory tests, in Hani and Ruoergai wetlands, we hope to learn more about the effect of phenolics on Fe-OM coprecipitate recycle and the corresponding mechanism, which will conducive not only to reveal the Fe-OM coagulation sequestration stability, but also help to assess the environmental effects of Fe-OM coprecipitate. It will provide a scientific basis for understanding the global coupling of iron and carbon cycles.

铁是地壳中含量最丰富的元素之一，也是海洋中限制性营养元素。海洋中的铁源主要来自陆地，其中具有全球意义的泥炭沼泽湿地不仅是是陆地生态系统向海洋输出铁的重要来源，也是研究陆地铁/碳循环耦合作用的关键场所之一。各类沉积物物中含有大量铁有机共聚物，是具有固碳固铁作用的重要"锈汇"。泥炭沼泽中高含量的酚类物质可以通过化学还原、络合促溶、"电子穿梭"以及抑菌作用等多方面影响铁有机共聚物的再循环。若尔盖是世界上最大的高原泥炭沼泽聚集地，哈尼湿地是我国泥炭积累最深的泥炭沼泽之一，两区铁源丰富，是开展酚铁相互作用对比研究的理想场所。以若尔盖和哈尼湿地为研究对象，通过野外调查和室内试验，系统研究不同泥炭沼泽中酚类物质对铁有机共聚物再循环的影响和机制，不仅有利于揭示铁有机共聚物固铁固碳的稳定性，还有助于评估泥炭沼泽源铁有机共聚物输出后的生态环境效应，为深入了解全球铁循环和碳循环的耦合作用提供科学依据。

具有全球意义的泥炭沼泽湿地不仅是是陆地生态系统向海洋输出铁的重要来源，也是研究陆地铁/碳循环耦合作用的关键场所之一。各类沉积物物中含有大量铁有机共聚物（Fe-OM），是具有固碳固铁作用的重要“锈汇”。泥炭沼泽富含酚类物质，研究其在铁有机共聚物的产生和转化过程中的作用和机制具有重要科学价值。通过改进Fe-OM测定方法，我们调查了不同类型泥炭沼泽中Fe-OM的分布特征和影响因素，重点研究了酚类物质对Fe-OM的生成和转化影响。研究表明酚类物质是泥炭沼泽中溶解性铁的重要络合配体，可以有效缓解铁氧化沉淀，是泥炭沼泽输出溶解性铁的关键机制之一。除众所周知的氧化沉淀作用外，在一定条件下，光化学作用也可以产生含酚铁有机共聚物，但由于泥炭中共存酚类对活性氧自由基有清除作用，使其贡献率较低。泥炭源复杂有机物中，δ13C（‰）较重的有机质相对容易与铁结合形成铁有机共聚物。泥炭藓类沼泽环境更有利于形成Fe-OM，除酸性环境和富含酚类等有利因素外，我们发现酚氧化酶在Fe-OM的生成和转化过程中具有特殊作用。酚氧化酶对酚类物质的改造作用很可能促进了Fe-OM的生成，而不仅仅是传统认知的酚降解作用。此外，我们还证实酚酸类物质可以显著影响Fe-OM的转化和再循环。Fe-OM老化过程中，铁（氢）氧化物从无定形向短程有序（SRO-Fe）甚至结晶态转化，但泥炭源酚酸通过还原溶解和络合作用优先溶解结晶程度更高的铁（氢）氧化物。因此，泥炭沼泽高酚环境下，Fe-OM中游离态铁氧化物容易被活化溶出。 尽管铁的生物异化还原（如铁还原菌S. putrefaciens CN32）在泥炭沼泽中铁循环具有重要影响，但酸性较强的环境可能不利于许多铁还原菌的生存，泥炭沼泽中真菌及其分泌的酶（如Basidiomycetes）可能对Fe-OM的转化和再循环影响更大，其机制有待进一步研究。