泥炭湿地作为全球重要的碳汇,其碳循环过程与气候变化存在相互作用机制:全球变暖削弱其固碳能力,而碳封存效率下降引发的温室气体释放,又会反馈增强区域气候波动。铁沉降通过输入铁元素,显著改变了泥炭湿地的氧化还原条件,进而影响温室气体排放。然而,铁沉降对泥炭湿地碳排放的驱动机制,尤其是铁沉降如何通过物理化学与生物过程调控有机质矿化及甲烷(CH₄)生成,仍不明确。因此,本研究选取我国东北、西南、华中等六处典型泥炭湿地土壤模拟大气铁沉降对碳排的影响机制,通过地球化学分析并结合微生物高通量测序(16S r RNA)、实时荧光定量和宏基因组学等方法,系统探讨了铁输入后泥炭土壤碳周转的生物地球化学机制,以期为泥炭地碳排放估算提供理论依据,并为制定减缓气候变化的环境政策和管理措施提供数据支撑,主要结果如下: 1.铁沉降对泥炭土有机质矿化过程影响机制:(1)铁还原增强碳代谢活性,促进CH₄生成:铁输入使得六个泥炭土壤的温室气体排放总量和速率都有不同程度的提高,特别促进了CH₄的产生;(2)功能基因和微生物富集:水铁矿添加的处理组中,类腐殖酸组分的分解增加,细菌通过降解复杂有机物释放可溶性碳,提高了有机碳的微生物可利用性,同时参与有机碳分解的功能基因和微生物总体上富集,形成碳矿化的生物驱动基础;(3)对高C/N比泥炭的影响:高C/N比的泥炭在氧化还原条件波动时,因微生物代谢底物充足且矿物保护机制薄弱,容易成为温室气体释放的热点区域;(4)对高S含量泥炭的影响:高S含量泥炭通过硫化物介导的矿物共沉淀等过程,抑制铁还原菌与产甲烷菌的代谢活性,表现出对铁沉降的强适应能力。 2.铁沉降促进泥炭土微生物协同共生作用对碳矿化的影响:(1)铁还原细菌与产甲烷古菌通过底物共生形成互营关系:铁还原细菌对于电子的消耗作用消除了有机质分解的热力学限制,乙酸等低分子有机酸积累,为产甲烷提供了底物,且可能利用非竞争性底物(例如甲基化合物)规避电子竞争,最终协同提升碳矿化程度;(2)微生物的直接种间电子传递作用:微生物间通过导电菌丝直接传递电子提高了代谢效率,电子穿梭体AQDS的加入进一步促进了CH₄的产生,间接证明了这一机制;(3)泥炭土中的酶活性增强:宏基因组数据进一步揭示,铁沉降通过富集碳水化合物活性酶(GH、PL等)增强有机质分解能力,为热力学限制的解除提供证据。 总体而言,虽然泥炭地中铁元素赋存量相对较低,但周期性干湿交替过程可有效促进氧化态铁的形成,因此微生物铁还原对CH₄排放的促进作用可能对泥炭地整体CH₄排放有显著贡献;此外,本研究以电子穿梭体AQDS为对照,揭示了铁介导微生物电子传递中的作用机制。研究结果为理解泥炭地铁-碳耦合循环提供了新的视角,并为正确评估湿地温室气体核算以及碳排放模型修正提供重要理论支撑