若尔盖泥炭地退化过程中酚类物质的累积差异及其对碳输出的影响机理

Peatland act as large carbon sink in the world and they have important impact on global carbon cycles. Peatland is being degraded and export more carbon recently, phenolic compounds considered an important inhibitors to regulated peatland carbon export. However, cumulative effect of phenolic compounds varied with environment changes in different studies. Thus, deriving the main phenolic compounds and its regulatory factor are the key to reveal the mechanism of carbon export of the degraded peat. This research combined the method of field investigation and laboratory experiment. It is focuses on 1) identifying rules of phenolic compounds accumulation; 2) analysis the effect of environment factor changes on phenolic compounds accumulation; 3) clarifying accumulation differences of phenolic compounds during the process of peatland degradation and their effects on carbon export. And our object is to deriving the key phenolic compounds and simulation condition which controlling peatland carbon export. This project could improve our knowledge about soil succession process of degradation peatlands and provide a scientific basis for peatlands protection and management.

泥炭地有着丰富的碳储量，在全球碳循环中扮演着重要的角色。近年来，泥炭地急剧退化并加速了碳输出过程。酚类物质作为抑制剂，可调控泥炭地碳输出过程。然而，在泥炭地退化过程中，环境因子的改变对酚类物质的累积效应存在较大分歧。因此，探明影响泥炭地碳输出的关键酚类物质及其调控因子，是揭示退化泥炭地碳输出机理的关键。针对这一关键科学问题，本项目拟选取若尔盖退化泥炭地为研究对象，采取模拟实验和定点观测相结合的方法，重点研究以下内容：1）泥炭地退化过程中，酚类物质结构和组成变化及其累积规律；2) 环境因子改变对酚类物质结构组成的影响；3）不同植被-土壤复合系统中酚类物质累积差异对土壤生物过程及碳输出的影响。通过上述研究结果的整合，分析泥炭地退化过程中环境因子通过影响酚类物质，调控土壤生物过程来驱动退化泥炭地碳输出的作用机理，为退化泥炭地生态系统的恢复、保护和管理提供科学依据。

酚类物质作为抑制剂，对泥炭地碳输出的调控机理尚不明确。本研究以若尔盖泥炭地为研究对象，系统研究了泥炭地退化过程中酚类物质结构和组成变化及其累积规律，阐明了温度及水位等环境因子对泥炭地碳输出和酚类物质的影响规律，初步揭示了泥炭地退化过程中，环境因子通过影响酚类物质结构和组成来调控泥炭地碳输出的机理。主要结论如下：1）随着泥炭地水位下降，植物群落由湿地优势种向草地优势种过度，地上植被的丰富度指数、Shannon多样性指数、Pielou均匀度指数和总盖度均随着泥炭地退化程度的加剧表现为上升趋势；2）植物群落的变化直接影响生物量及酚类物质结构和组成，生物量随着泥炭地退化而增加。水位下降还可促使酚类化合物由单元酚向多元酚转化。多元酚的亲水性导致水溶性酚的浓度快速增加。温度培养实验表明总酚随着两个月的培养时间呈现先增后减，而可溶性酚呈现先减后增的趋势；3）环境因子对泥炭地碳输出的研究表明，干燥和增温环境能激发CO2的潜在排放。将这一结果扩展到整个若尔盖高原泥炭地，每年可在生长季增加0.45 Tg二氧化碳排放。对于甲烷排放而言，我们发现泥炭地退化从表层到亚表层乃至深层都减少了土壤中的甲烷菌丰度和甲烷排放，退化引起的好氧条件和底物限制是造成这一现象的主要原因；4）综合上述研究结果，我们认为，随着泥炭地的退化，水位下降增加了生物多样性及总酚和水溶性酚类物质含量，并使酚类物质由单元酚向多元酚转变。增加的酚类物质作为碳分解的抑制剂利于土壤碳累积。以往的研究认为水位下降会加速碳流失，但本研究发现这样的流失似乎被植物以及酚酸的作用所抵消。故此，下一步对泥炭地碳循环的研究应关注土壤-植物整个系统并考虑土壤中酚类物质的影响。