東北地理所在濕地植物根際鐵碳關(guān)系研究中取得進展
目前，鐵碳關(guān)系是濕地生物地球化學(xué)領(lǐng)域研究的熱點問題之一，鐵（Fe）氧化物對有機碳（OC）的雙重作用，既可以通過吸附或者共沉淀的方式保護有機碳避免受到微生物的分解，又可通過鐵還原菌（FeRB）介導(dǎo)的異化還原鐵過程導(dǎo)致鐵結(jié)合態(tài)有機碳（OC-Fe）的釋放。但是，目前鐵碳關(guān)系的研究都集中在大尺度上，很少有研究考慮到植物根際微域的鐵碳關(guān)系。根際鐵碳關(guān)系的研究可以明晰鐵-碳-微生物耦合關(guān)系在根-土界面的轉(zhuǎn)化，加深對根際微域生物地球化學(xué)的理解。
東北地理所科研人員以我國黑龍江省洪河自然保護區(qū)天然濕地中的小葉章和毛苔草為研究對象，采用根箱進行原位培養(yǎng)實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)植物根系的存在影響了鐵氧化物的形態(tài)和含量，在植物根際由于根際沉積以及無定形鐵（Feo）的轉(zhuǎn)化導(dǎo)致了高含量的絡(luò)合鐵（Fep）；由于根系泌氧作用導(dǎo)致在根際富集了Fe(III)，而在非根際由于鐵異化還原的作用則富集了Fe(II)；高通量測序發(fā)現(xiàn)鐵還原菌的相對豐度大約在2%~4%，并主要以地桿菌（Geobacter），厭氧粘細菌（Anaeromyxobacter,）、芽孢桿菌（Bacillus）和梭菌（Clostridium）為主；NMDS分析表明鐵還原菌在不同的植物和根箱分區(qū)之間都具有差異顯著；通過CCA分析還發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e(II)和溶解性有機碳（DOC）是影響鐵還原菌的最主要的影響因子。在小葉章和毛苔草的根際，OC-Fe的含量（7.86 g/kg）顯著高于其非根際土壤（2.36 g/kg），并且鐵氧化物與有機碳的結(jié)合方式均以共沉淀為主（C/Fe > 1），而這部分OC主要以酚類和芳香類化合物為主。最后通過結(jié)構(gòu)方程模型發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e(III)和Fep對濕地土壤中OC-Fe的固持有顯著的促進作用。
在沼澤濕地植物根際，根系泌氧和根際沉積導(dǎo)致了Fe含量在價態(tài)和形態(tài)的改變，從而影響了鐵環(huán)原菌在根際微域的分布。根際的鐵碳耦合關(guān)系相比于非根際更有利于OC-Fe的形成和積累，從而提高OC的穩(wěn)定性。
該研究由東北地理所碩士研究生段勛（第一作者）、鄒元春研究員（通訊作者）等共同完成。研究成果于近期發(fā)表在國際期刊Soil biology and biochemistry上。該研究得到了國家重點研究發(fā)展計劃（2019YFC0409102）和國家自然科學(xué)基金（41971136、41871100）等的資助。論文信息如下：
Xun Duan, Xiaofei Yu, Zhe Li, Qiguang Wang, Ziping Liu, Yuanchun Zou, 2020. Iron-bound organic carbon is conserved in the rhizosphere soil of freshwater wetlands, Soil Biology and Biochemistry, 149, 107949, https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2020.107949.
圖1 鐵還原菌在不同植物和根系分區(qū)的NMDS分析及相似度檢驗
圖2 濕地Fe-C-FeRB耦合關(guān)系的結(jié)構(gòu)方程模型
圖3 濕地植物根際與非根際Fe-C-FeRB的耦合關(guān)系概念模型
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