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Nat Commun:中科院植物所冯晓娟研究组等揭示湿地土壤碳对水位下降的响应机制

摘要 : 2017年6月26日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志上在线发表了中国科学院植物研究所冯晓娟研究组与北京大学教授贺金生团队合作的一篇研究论文

2017年6月26日,国际学术权威刊物自然出版集团旗下子刊《Nature Communications》杂志上在线发表了中国科学院植物研究所冯晓娟研究组与北京大学教授贺金生团队合作的一篇研究论文,研究揭示湿地土壤碳对水位下降的响应机制。冯晓娟研究组博士研究生王依云为论文第一作者,冯晓娟为通讯作者。

湿地约占陆地表面积的5%至8%,其碳储量却达到陆地碳库的30%,是非常重要的土壤碳库。在气候变化和土地利用变化的影响下,全球约一半的湿地正受到干旱或退化的威胁。特别是人为排水或干旱造成的水位下降很可能将湿地由碳汇变成碳源。然而在野外观测中,土壤有机碳对湿地水位下降或干旱的响应并不一致,其机理亟待进一步明确。

研究组利用海北站高寒湿地中宇宙水位控制实验,结合分子有机地球化学手段,对湿地水位下降过程中铁氧化还原转化过程对土壤有机碳动态的调控机理展开研究。研究人员发现,同经典的“酶栓”(enzyme latch)理论相反,在湿地水位下降的条件下,土壤酚氧化酶的活性主要受到亚铁离子浓度的影响,且随着水位下降而降低;而酚氧化酶活性的下降导致水溶性芳香族化合物的积累,抑制了土壤中水解酶的活性。同时,伴随着亚铁向铁氧化物的转化,更多的木质素因受到铁氧化物保护而被保存在土壤中。基于此,研究人员提出以湿地土壤亚铁氧化过程为核心的“铁门”(iron gate)机制。该机制可能缓解由湿地土壤氧气含量升高而造成的碳释放,为解释和预测湿地干旱过程中的土壤碳动态提供了新的思路和依据。

原文链接:

Iron-mediated soil carbon response to water-table decline in an alpine wetland

原文摘要:

The tremendous reservoir of soil organic carbon (SOC) in wetlands is being threatened by water-table decline (WTD) globally. However, the SOC response to WTD remains highly uncertain. Here we examine the under-investigated role of iron (Fe) in mediating soil enzyme activity and lignin stabilization in a mesocosm WTD experiment in an alpine wetland. In contrast to the classic ‘enzyme latch’ theory, phenol oxidative activity is mainly controlled by ferrous iron [Fe(II)] and declines with WTD, leading to an accumulation of dissolvable aromatics and a reduced activity of hydrolytic enzyme. Furthermore, using dithionite to remove Fe oxides, we observe a significant increase of Fe-protected lignin phenols in the air-exposed soils. Fe oxidation hence acts as an ‘iron gate’ against the ‘enzyme latch’ in regulating wetland SOC dynamics under oxygen exposure. This newly recognized mechanism may be key to predicting wetland soil carbon storage with intensified WTD in a changing climate.

来源: Nature Communications 浏览次数:0

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