陳袁波, 鄧思宇, 余 珂, 周旭東, 于志國

南京信息工程大學水文與水資源工程學院, 南京 210044

全球泥炭沼澤濕地(泥炭地)面積僅占陸地總面積的3%,其碳儲量卻占全球碳儲量的30%左右[1]。泥炭地向大氣排放大量甲烷,貢獻全球CH4負荷的2%—10%[2]。同時,濕地系統(tǒng)特別是泥炭地有機質極為豐富,被認為是固碳能力顯著的有機碳庫[3]。泥炭分解過程是控制泥炭地碳排放的關鍵過程,其中可溶性有機質(DOM)是泥炭分解過程主要輸出物,前期研究表明DOM富含具有氧化還原活性的官能團(如酚基、醌基),其在有氧和無氧條件下均可參與到濕地生物地球化學關鍵過程中(如土壤呼吸過程等),相關研究受到廣泛關注[4- 8]。酚基可抑制水解酶的活性,進而控制泥炭分解過程,對泥炭碳排放起關鍵影響作用[9]。通常泥炭地地下水位變化頻繁,枯水期地表泥炭土壤可與空氣充分接觸進而加速泥炭分解,此時,酚基的抗氧化性對減緩泥炭地分解起到關鍵作用[10]。DOM中除酚基外,醌基氧化還原特性也在實驗中也得到驗證,其主要形式是通過醌-氫醌的氧化還原循環(huán)來進行電子轉移[11- 12]。但在醌基參與的實驗過程中,總電子轉移量略高于醌基得電子能力[13],故推斷DOM中還存在其他官能團,如有機硫基團(如硫酸酯等)和含氮官能團(芳香胺)也能參與氧化還原過程[6,14- 15]。

DOM因其無處不在且活性高的特點,成為泥炭地土壤有機質庫中最為活躍的組分,對泥炭地碳動態(tài)平衡乃至源匯轉換具有重要意義。同時DOM作為氧化還原緩沖劑,在臨時缺氧條件下將醌基還原為對苯二酚,可以減少甲烷的產生[16]。而DOM的氧化還原能力會受各種因素影響(如來源不同、官能團組成不同、干濕交替等),因此探究其氧化還原能力的主要影響因素,能進一步從機制上厘清DOM對泥炭地參與碳循環(huán)、減少甲烷排放的貢獻。

有機質中醌基、酚基參與泥炭氧化還原過程已經得到證實,而如何定量分析其參與濕地生物地球化學過程中氧化還原能力變化程度至關重要。此前,廣泛應用傳統(tǒng)濕化學方法表征DOM氧化還原性能,該方法是基于定量測定化學氧化劑(例如Fe3+物質)的還原或還原物質(例如H2S)的氧化來實現的[5,17]。但上述方法為間接測定的方法,且存在一些問題,如發(fā)生副反應、反應緩慢或DOM會與加入的鐵一起沉淀等[18]。針對以上方法的不足,Aeschbacher 等[18]開發(fā)了介導的電化學分析法,該方法利用恒定的、控制良好的氧化還原條件,直接測定DOM氧化還原過程中痕量的電子轉移數,進而實現定量DOM的氧化還原能力變化：電子接受能力(Electron Accepting Capacities,EAC)和電子供給能力(Electron Donating Capacities,EDC),從而精確評估氧化還原梯度變化下DOM參與生物地球化學過程中氧化還原能力的響應程度。

本研究選取德國巴伐利亞州東北部萊斯滕巴赫(Lehstenbach,LB)集水區(qū)和德國西北部哈爾茨山脈內的雨養(yǎng)型沼澤奧德斯普倫穆爾(Odersprungmoor,OS)為研究對象,采集兩個采樣區(qū)(LB/OS)地表水、地下水和孔隙水的樣品以及采樣區(qū)OS的泥炭孔隙水剖面,利用創(chuàng)新電化學技術等,定量評估DOM氧化還原能力變化,同時結合DOM的熒光光譜參數結果和泥炭孔隙水剖面數據結果進行整合分析,綜合探討DOM不同來源、DOM官能團組成、泥炭分解程度等對DOM氧化還原能力變化的影響機制,為厘清泥炭沼澤濕地中DOM參與重要生源要素生物地球化學關鍵過程中可能起到的重要驅動作用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本研究共選取了兩個研究區(qū)域。研究區(qū)域1為位于德國巴伐利亞州東北部的LB集水區(qū)(礦養(yǎng)型沼澤為主,其間有少量雨養(yǎng)型沼澤),面積4.2 km2,海拔695—877 m,1971—2000年年均降水量1150 mm,年均氣溫5.3℃。云杉覆蓋了該集水區(qū)95%以上的面積,而濕地則占了該區(qū)域面積的30%。在森林覆蓋的區(qū)域,地下水位在大多在地表以下10 m,而在濕地覆蓋的區(qū)域,地下水位則在地表附近。本研究在選取了該集水區(qū)兩個具有代表性的濕地采樣點：點1 Gemos(GM)(重新濕潤的泥炭地)和點2 Schloppnerbrunnen(SP)[19]。同時對高地泉水 Schloppnerbrunnen Quelle(SQ)點也進行了采樣[20]。集水區(qū)LB主要受濕地、森林土壤和深層地下水影響[21]。研究區(qū)域2為位于德國西北部哈爾茨山脈的自然保護區(qū)內的雨養(yǎng)型沼澤OS,海拔800—821 m,平均泥炭深度為3 m,約有17公頃的面積沒有任何樹木覆蓋,為我們采樣的區(qū)域。沼澤OS主要受泥炭土影響,且泥炭土是本研究該采樣區(qū)域DOM的唯一來源。

1.2 樣品采集

我們于2018年5月和2018年8月分別對LB采樣區(qū)和OS采樣區(qū)進行采樣。在LB采樣區(qū)中,我們在泥炭地使用被動式采樣器采集深度為35—200 cm地下水,在6個深層地下水觀測井中使用抽吸式采樣器采集深度為300—1500 cm的深層地下水,并使用土壤溶液取樣器(孔徑0.15 μm,長度9 cm,直徑4.5 mm,Macro Rhizon,荷蘭產)分別在GM點采集10—30 cm的孔隙水,在SP點采集10—50 cm的孔隙水。在OS采樣區(qū)中,我們在泥炭地使用被動式采樣器采集深度為35—200 cm地下水,使用上述土壤溶液取樣器以5 cm的間隔采集5—50 cm的孔隙水,同時使用抽吸式采樣器在0—60 cm淺層以20 cm間隔采集孔隙水,在60—210 cm深層以30 cm間隔采集孔隙水。為盡量減小植被生長可能帶來的影響,我們在進行泥炭孔隙水剖面采集時,選取附近沒有植被生長的區(qū)域,并去除可能含有大量植物殘體的最上層土壤。

兩采樣區(qū)的地表水樣品均在沿溪流流動路徑且距源頭不遠處采集。另外還需注意：為避免氧化,所有地表水、孔隙水樣品均用注射器注入棕色鋁塑蓋玻璃瓶中保存。所有樣品均在4℃條件下進行儲存,并盡快運送到實驗室,在實驗室中用N2沖洗以除去痕量的氧氣。分析時所有樣品僅在無氧手套箱內打開以避免氧化。

1.3 分析方法

Aeschbacher等[18]通過介導的電化學還原(Mediated Electrochemical Reduction,MER)和氧化(Mediated Electrochemical Oxidation,MEO)實現DOM氧化還原能力的量化,并對Klüpfel等[22]的設置進行調整。設置調整后靈敏度增加,可以檢測碳濃度極低(低至2 mg/L)的樣品。將9 mL玻璃碳筒作為工作電極和電化學反應容器,以Ag/AgCl作為參比電極,施加一定的氧化還原電位Eh進行測量。對還原(MER)和氧化(MEO)期間的電流峰進行積分,即可量化EAC和EDC(EAC、EDC均以mmole-/gC計)。所有的電化學實驗均在無氧手套箱(O2<1 mg/L)中進行。

激發(fā)-發(fā)射熒光矩陣光譜法(Fluorescence Excitation Emission Matrices,EEM)可用于鑒定DOM氧化還原的官能團。本研究利用Cory和McKnight[23]的平行因子分析(PARAFAC)模型,該模型描述了各樣品EEM中13個預識別的固定組分,這13種成分中7種被鑒定為醌類熒光成分。在本研究中,由于沒有在缺氧條件下進行熒光測量,故不區(qū)分還原和氧化的醌類熒光成分。此外,利用特定紫外吸光度SUVA254(Specific Ultraviolet Absorbance at 254 nm),即水樣中標準化DOC濃度在254 nm的紫外吸收率,來獲得關于DOM芳香性的信息[24]。使用Aurora 1030濕式氧化TOC分析儀測量DOC濃度和δ13CDOC。

1.4 數據處理和分析

利用Excel 2013和sigmaplot 14.0軟件對數據進行處理和分析,并用sigmaplot 14.0軟件進行繪圖。利用Pearson相關分析法對ETC值與DOM光譜性質參數以及0—210 cm孔隙水剖面的δ13CDOC與SUVA254進行相關性分析。

所有地表水、地下水和孔隙水樣品均分成3組平行樣品,進行3次重復測定,且標準差范圍都在1%內,因此文中圖中數據均為平均值。

2 結果與討論

2.1 表征DOM氧化還原能力的指標的選取

DOM的化學組成和老化程度是影響其參與氧化還原的官能團相對豐度和活性的重要因素。研究選取取自LB采樣區(qū)森林土壤的DOM與OS采樣區(qū)沼澤的DOM作為對照,從而對比DOM長時間處于落干和淹水缺氧條件下的區(qū)別。對比結果如圖1所示。

圖1 不同研究區(qū)域溶解有機質(DOM)的氧化還原性質對比圖Fig.1 Comparison of redox properties of dissolved organic matter (DOM) in different research areasLB：萊斯滕巴赫 Lehstenbach；OS：奧德斯普倫穆爾Odersprungmoor；GW：地下水 Groundwater；LB：地表水 Surface water；PW：孔隙水 pore water

LB采樣區(qū)森林土壤數據集包括取自森林覆蓋區(qū)域的深層地下水和從高地泉水SQ點流至森林覆蓋區(qū)域的地表水,它們在同一地點被采集；OS采樣區(qū)沼澤數據集包括取自僅受泥炭土影響區(qū)域的地表水。沼澤樣本的EDC均值為1.6 mmole-/gC,略高于森林土壤樣本的0.9 mmole-/gC。而EAC恰好相反,沼澤樣本的EAC均值為2.5 mmole-/gC,遠低于森林土壤樣本的5.1 mmole-/gC。此外,沼澤樣品的EDC/EAC比值為0.63,遠高于森林土壤樣品的0.18(圖1)。

除了在LB采樣區(qū)的深層地下水樣品中有很高的ETC值(Electron Transfer Capacities,EAC與EDC之和,即電子轉移能力)(中值為8 mmole-/gC,最高可達1 mmole-/gC),兩采樣區(qū)其他樣品的ETC值主要在2至4 mmole-/gC之間。對于地表水和地下水而言,兩個研究區(qū)域內其ETC值差異不大(圖1)。因此可以得出,ETC值作為評價氧化還原能力指標,相較于EAC值、EDC值和EAC/EDC比值等指標,不受不同研究地點實際氧化還原狀態(tài)不同的影響,可更好反映DOM本身的氧化還原能力,故選取ETC值作為表征DOM的氧化還原能力的指標。

2.2 ETC和熒光光譜法聯(lián)合定量表征DOM氧化還原官能團貢獻率

上文我們選取ETC值表征DOM氧化還原能力,為了進一步評估DOM氧化還原活性官能團的貢獻,我們將ETC值與DOM的光譜性質參數(SUVA254值和醌類熒光成分比例)進行了相關性分析。用SUVA254值指示DOM中的酚基,醌類熒光成分比例指示醌基[23]。探討ETC值與SUVA254值和醌類熒光成分比例的相關性,即為驗證酚基和醌基是否是控制DOM氧化還原能力變化的關鍵變量。

對于酚基,在LB采樣區(qū),深層地下水樣品主要受森林土壤影響,DOC濃度非常低(大多數<3 mg/L),與回歸線偏差較大,因此從數據序列中排除(圖2)。受濕地影響的樣品的ETC值與SUVA254值的相關性不大(R2=0.21,N=16,P<0.05)。在OS采樣區(qū),所有樣品的ETC值與SUVA254值的相關性很強(R2=0.90,N=24,P<0.01)。除LB采樣區(qū)中受森林土壤影響的樣品外,整個樣品數據集(即LB濕地樣品和OS沼澤樣品)的ETC值和SUVA254值之間的R2=0.70(N=40,P<0.01),相關性較強。

圖2 ETC值與DOM光譜性質參數的相關性分析Fig.2 Correlation of ETC with spectroscopic DOM quality parameterDOM:可溶性有機質Dissolved organic matter

對于醌基,在OS采樣區(qū)中,ETC值與醌類熒光成分比例之間具有很強的相關性(R2=0.87,N=24,P<0.01)。而LB采樣區(qū)由于樣品差異較大,整個樣品數據集的ETC值與醌類熒光成分比例之間沒有相關性,所以我們通過泥炭顏色和植物堆積物情況將樣本分為高分解度泥炭和低分解泥炭,其中高分解度泥炭偏黑褐色和黑色,植物殘體較少且不易辨認；低分解度泥炭偏淺棕色和淺褐色,含有大量易于辨認的植物殘體[2]。高分解度泥炭樣品取自GM點和SP點；低分解度泥炭樣品取自GM點和SP點的上游,該區(qū)域主要以沼澤為主。相同醌類熒光成分比例下,高分解度泥炭樣品與其他樣品相比,ETC值較低,與回歸線偏差較大,因此從數據序列中排除；同理,相同醌類熒光成分比例下,受森林土壤影響的深層地下水樣品與其他樣品相比,與回歸線偏差較大,也從數據序列中排除(圖2)。除LB采樣區(qū)中受森林土壤影響和高分解度的樣品外,整個樣品數據集(即LB和OS沼澤樣品)的ETC值和醌類熒光成分比例之間存在較強相關性(R2=0.73,N=35,P<0.01)。

在OS采樣區(qū)沼澤樣品的數據中,泥炭土作為DOM的唯一來源,ETC值與PARAFAC模型中的所有醌類熒光成分比例之間存在強相關性。LB采樣區(qū)樣品數據的一部分,其DOM性質與OS采樣區(qū)相似,主要在OS采樣區(qū)的回歸線上?；贗namdar等[27]的分類,OS采樣區(qū)的樣品與LB采樣區(qū)低分解度泥炭樣品之間的相似性得到了較高比例的C5熒光成分(作為來自高等植物的DOM的指標)和較低比例的C3熒光成分(作為微生物驅動的DOM的指標)的支持。這些結果表明,僅對于具有相似組成的DOM,來自Cory和McKnight[23]的PARAFAC模型的醌類熒光組分比例可用作DOM中氧化還原活性部分的指示物,而不同類型土壤影響的DOM以及不同分解程度的DOM不適合相互對比。同理,在OS采樣區(qū)沼澤樣品的數據中,泥炭土作為DOM的唯一來源,ETC值與SUVA254值之間存在強相關性。LB采樣區(qū)受濕地影響的樣品,其DOM性質與OS采樣區(qū)相似,主要在OS采樣區(qū)的回歸線上。而受森林土壤影響的樣品DOM性質與OS采樣區(qū)不同,與回歸線偏差較大,從數據集中排除。通過上述分析,發(fā)現除去部分與回歸線偏差很大的樣品,整體樣品數據集(即泥炭沼澤濕地土壤)的ETC值與SUVA254值和醌類熒光成分比例存在強相關性(特別是OS采樣區(qū)的樣品),結果表明酚基和醌基是泥炭沼澤濕地土壤DOM的氧化還原能力重要組成部分。

熒光光譜表征DOM的一個重要問題是,DOM不是許多明確定義的化合物的混合物,而是由多種相對低分子量組分組成的集合,并通過疏水相互作用和氫鍵穩(wěn)定形成動態(tài)關聯(lián)[28]。因此,通過將熒光光譜與PARAFAC組分的光譜進行比較并不能鑒定明確定義的化合物。此外,有可能會出現一個或多個醌基部分的熒光反應非常弱或者被其他不相關的DOM化學成分的熒光反應所掩蓋,并且不能從整體EEM模式中分離[29]。因此,即使該醌基部分的濃度恒定,該特定醌類熒光成分與總熒光的比例也可能會隨著其他化學組分的熒光反應變化而變化。根據本研究測定數據,尚未發(fā)現特定醌類熒光成分與EAC值或EDC值之間的任何相關性,這與Macalady和Walton-Day[29]和Maurer[30]等研究結論一致,他們也沒有發(fā)現化學或電化學還原過程中熒光光譜的預期變化。研究中預期變化的缺失的可能原因是熒光測量并未在無氧條件下進行操作,而是在在有氧條件下進行的。

2.3 泥炭分解程度與DOM氧化還原變化關系

“2.2節(jié)”定量、定性的確定酚基、醌基是DOM參與氧化還原重要官能團,但仍有部分電子流歸趨不詳,推斷可能是其他含硫、含氮官能團起到相關作用。與此同時,為了厘清泥炭分解具體與哪種官能團有關,又是通過什么途徑影響DOM氧化還原能力變化,本部分對“2.2節(jié)”中ETC與SUVA254和醌類熒光成分比例相關性較好的OS采樣區(qū)進行進一步采樣分析,在5—50 cm和0—210 cm兩種采樣深度范圍內分別探討孔隙水中DOM氧化還原特性(醌類熒光成分比例、SUVA254、ETC)與受泥炭分解影響程度(泥炭分解指標C/N比和δ13CDOC)的關系等。各參數隨深度變化情況如圖3所示。

圖3 OS采樣區(qū)土壤孔隙水剖面各參數隨深度變化圖Fig.3 Variation of various parameters of soil pore water profile with depth in OS sampling area

利用土壤溶液取樣器(孔徑0.15 μm,長度9 cm,直徑4.5 mm,Macro Rhizon,荷蘭產)獲得的5—50 cm深度的土壤孔隙水剖面的數據表明：從整體變化趨勢上來看,醌類熒光成分比例和SUVA254值的變化趨勢相似,大體上都是從近地表向深層遞減,并在35—40 cm深度出現遞增；兩者的最高值都出現在5 cm深度處(0.45 L (mg C)-1m-1和2.7 L (mg C)-1m-1),最低值也都出現在35 cm深度處(0.28 L (mg C)-1m-1和0.8 L (mg C)-1m-1)。但不同的是,醌類熒光成分比例在最初的5—15 cm深度迅速減少,而SUVA254值在最初的5—20 cm深度相對恒定,在20—35 cm深度出現迅速下降。ETC值和醌類熒光成分比例的變化趨勢幾乎完全一樣,與SUVA254值的變化趨勢也就5—20 cm較淺深度略有不同。相比之下,δ13CDOC僅在深度大于25 cm時具有與醌類熒光成分比例,SUVA254值和ETC值類似的趨勢,在最初的25 cm中,值在-28.5和-28.2‰之間,然后在30 cm深度下降至-29.2‰,最后在40 cm內再次增加至-27.9‰。固相的C/N比值在表面附近最高,為85至130,在15 cm處降至54,隨后在50 cm處降至25到50之間。C/N比的最小值為23,出現在醌類熒光成分比例,SUVA254,ETC和δ13CDOC最小值所在的深度處。

利用抽吸式采樣器獲得的0—210 cm深度的土壤孔隙水剖面的數據表明：醌類熒光成分比例從地面的最高值0.43迅速減小到20 cm深度處的0.32,然后相對恒定,平均值為0.33。從整體上來看,δ13CDOC與SUVA254值具有高度相似的變化規(guī)律,且有較強的相關性(R=0.71,N=8,P<0.05)。但δ13CDOC在深處再次達到與表面附近相似的值(150 cm處約為-27.6‰,而20 cm處為-27.8‰),而SUVA254值通常在較大深度處較低(在150 cm處為1.3 L (mg C)-1m-1,而在20 cm深度中為2.2 L (mg C)-1m-1)。ETC值在前60 cm深度從1.2 mmole-/gC下降到0.4 mmole-/gC,然后隨著深度慢慢增加,在210 cm深度處又增加到0.9 mmole-/gC。固相的C/N比值具有與δ13CDOC和SUVA254值相近的變化趨勢。

δ13CDOC作為一種表征泥炭分解的常見指標,一般來說,由于微生物在分解過程中優(yōu)先攝取12C,13C在DOM的氧化分解過程中富集[31]。在泥炭分解過程中,δ13CDOC還受氣候和植被等其他多種因素的影響[32]。一些研究表明,對于泥炭沼澤來說,氣候因素可能是δ13CDOC的最重要的影響因素[10],但這一點仍然存在爭議,并且在不同的研究地點,觀察到完全相反的影響作用[33]。因此,必須考慮使用其他指標來共同表征泥炭分解。C/N比是另一種表征泥炭分解程度的常用指標,基于分解過程中C相對N較高的損失[34]。

固相的C/N比值表明,泥炭在40和60 cm之間高度分解,而在該深度中,δ13CDOC和SUVA254也脫脂。雖然δ13CDOC受很多因素影響,但δ13CDOC和SUVA254值作為芳香性的指標,之間存在高度相似的變化規(guī)律,主要與酚基含量和較低的氧化轉化率有關,由此可知泥炭分解主要通過其自身酚基含量的變化與DOM氧化還原能力變化聯(lián)系起來。而泥炭孔隙水剖面分析結果表明在近地面δ13CDOC與其他參數之間沒有關系,這可能是由于該區(qū)域層全年沒有積水,而與缺氧條件下相比δ13CDOC在有氧條件下受各種其他因素影響更大。

在兩種土壤孔隙水剖面中,除近地面的部分深度樣品外,SUVA254值始終與ETC值的變化趨勢高度相似；而醌類熒光成分比例僅在近地面20 cm深度的樣品中顯示出與ETC值高度相似的變化規(guī)律,在更深層它是相對恒定的。這是由于醌基可以在芳族酚部分的酶促氧化過程中形成[35],但這只能在有氧條件下實現[9],在長時間的缺氧條件下新的醌類化合物不太可能產生。由此可以得出結論,僅在全年沒有淹水的近地面20 cm深度,醌基含量是影響ETC值變化的關鍵因素,而在任意深度ETC值始終受到與EDC值相關的酚基含量的影響(其對ETC值貢獻了約75%)[36-37]。因此,在泥炭沼澤濕地土壤中,醌基僅在沒有淹水、有氧的近地表20 cm深度是影響DOM氧化還原能力的重要因素,而在任意深度酚基始終起到關鍵作用,特別是在未受地下水位泥炭孔隙水波動影響的較大深度處。

圖4 OS采樣區(qū)C/S比值與ETC值,EDC值和EAC值的相關關系Fig.4 Correlation between C/S ratio and ETC, EDC and EAC in OS sampling area

2.4 有機硫基團對DOM氧化還原能力影響的可能機制

OS采樣點中,由于泥炭孔隙水中的硫代硫酸鹽濃度大多較低[25],且無機硫可以忽略不計,可以推斷大部分硫是以有機態(tài)賦存在泥炭土壤中。因此,本研究使用C/S比指示不同來源DOM中硫的變化情況。在5—50 cm泥炭孔隙水剖面中：溶解相中的總硫含量為75—500 μmol/L,平均值為173 μmol/L。在近地表30 cm深度剖面,C/S比值在34和50之間,而在50 cm深度處比值為18(圖3)。在0—210 cm剖面中：總硫含量整體呈現隨深度增加濃度增加的趨勢,泥炭孔隙水剖面中溶解相中的總硫含量為變化范圍是340—1000 μmol/L,平均濃度為620 μmol/L 。計算的C/S比值從90 cm深度處的18隨著深度略微減小到210 cm深度處的12(圖3)。

上述結果表明OS采樣區(qū)樣品中硫含量較高,且主要以有機態(tài)賦存。因此,為了研究有機硫基團的對DOM氧化還原能力的影響,將EAC值,EDC值和ETC值與OS采樣區(qū)孔隙水樣品的C/S值比進行比較(圖4)。隨著C/S比值的增加,EAC值,EDC值和ETC值也增加,這反映了地表樣品中較高的C/S比值伴隨著較高的EAC值,EDC值和ETC值。如果有機硫基團是過去暴露于高硫酸鹽沉積的腐蝕性泥炭中的重要氧化還原活性部分,我們可以預期C/S比值與EDC值之間存在負相關,如Yu等[38]發(fā)現在向標準腐殖酸添加硫化氫后溶DOM的EDC測定值也增加。而在我們的研究中正好相反,這可能與本研究所選樣地硫主要以有機態(tài)賦存,還原性無機硫含量較少有關。研究中OS采樣區(qū)C/S比值和EAC值,EDC值以及ETC值之間出現正相關關系,但所有這些值在近地表均較高,相關關系存在偶然性,可能彼此之間并無因果關系。因此,雖然有機硫基團可能對DOM氧化還原能力有一定影響,但根據本研究實驗結果尚不能直接證實,其可能的影響機制還需進一步的實驗探究。

3 結論

(1)研究通過測定來自LB和OS采樣區(qū)地表水,地下水和孔隙水樣品DOM的氧化還原性質結果發(fā)現：所有泥炭沼澤濕地的樣品ETC值與SUVA254值和醌類熒光成分比例具有強相關性,表明在泥炭沼澤濕地中酚基和醌基對DOM的氧化還原能力具有重要作用。

(2)在OS采樣區(qū)泥炭沼澤濕地土壤孔隙水剖面中,對DOM氧化還原能力指標ETC值、酚基和醌基的光譜參數,泥炭分解指標,C/S比值等之間的相關關系進行研究得出：泥炭沼澤濕地土壤孔隙水中,醌基僅在沒有淹水、有氧的近地表20 cm深度是影響DOM氧化還原能力的關鍵因素,而在任意深度酚基始終是DOM氧化還原活性部分重要的驅動因素,特別是在未受地下水位波動影響的較大深度處。至于有機硫基團對DOM氧化還原活性的貢獻,本研究尚未得到明確結論。

該研究表明,在泥炭分解過程中,DOM中的酚基全程參與氧化還原過程,起到了至關重要的作用,是評估DOM參與濕地生物地球化學過程中的關鍵變量。同時DOM中的酚基含量隨泥炭分解程度變化而變化,對泥炭分解本身以及泥炭分解輸出的DOM也起到重要的控制作用。本研究探討泥炭分解過程中DOM氧化還原特性能力變化特征及其影響機制,為厘清有機質與泥炭沼澤濕地生物地球化學過程提供理論支撐。