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北极永久冻土泥炭地生态系统对全球碳循环至关重要，但其中土壤有机质（SOM）稳定机制不明。研究人员运用13C NMR 和 FTICR MS 技术，研究帕尔萨沼泽泥炭地 SOM 稳定路径。发现其与全新世气候水文条件相关，为评估碳储量提供依据。
北极，那片银白的神秘世界，有着广袤无垠的永久冻土泥炭地。其中的帕尔萨沼泽（palsa bogs）看似平静，实则暗藏玄机，它在全球碳循环的大舞台上扮演着举足轻重的角色。一方面，它是巨大的 “碳库”，默默储存着大量的碳，对缓解全球变暖有着不可忽视的作用；另一方面，它又像是一个敏感的 “气候探测器”，对气候变化的反应十分强烈。随着全球气候不断变化，永久冻土逐渐解冻，原本被禁锢在其中的碳化合物被释放出来，这不仅影响着全球和区域的碳平衡，还可能引发一系列的生态连锁反应。
在这样的背景下，土壤有机质（SOM）的稳定性和生物降解性成为了研究的关键。准确了解它们，对于评估当前和未来的碳储量，以及把握有机物（OM）的质量动态变化至关重要。然而，目前人们对帕尔萨沼泽中有机物稳定的自然机制知之甚少，甚至有观点认为，对常年冰冻泥炭地中 SOM 稳定程度的估计一直偏低。同时，在泥炭地生态系统中，木质素的生物降解、腐殖质（HSs）在厌氧条件下的转化机制，以及它们在无矿物质基质情况下的稳定方向和抗真菌分解能力等，都还是未解之谜。
为了揭开这些谜团，来自俄罗斯相关研究机构的研究人员展开了深入探索。他们以位于欧洲东北部佩乔拉低地南部冻原亚带的帕尔萨沼泽为研究对象，开展了一项极具意义的研究。研究成果发表在《Applied Geochemistry》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员采用了两种关键技术：固态13C 核磁共振（13C NMR）和傅里叶变换离子回旋共振质谱（FTICR MS）。13C NMR 能够提供 SOM 组成的整体结构信息，而 FTICR MS 则可以解析 SOM 中的数千种分子组成，二者相辅相成，让研究人员得以从结构和分子层面深入探究 SOM 的变化。研究样本取自泥炭土壤的季节性融化层（STL）和永久冻土层（PL），并对其进行了详细分析。
研究人员首先进行了古气候重建。通过对泥炭沉积物中的放射性碳数据和植物组成进行分析，发现该帕尔萨沼泽形成于早北方期（BO-1）。在全新世的大西洋期，泥炭积累的线性速率达到最大值，这表明当时的气候条件最为适宜。同时，研究还揭示了不同阶段的气候变化，如 SB-1 阶段气候变冷，SB-2 阶段出现局部温度最大值，而在 SA 阶段，过去 100 - 200 年里气候冷却趋势逐渐被变暖趋势所取代。
在探究 SOM 稳定方向方面，研究发现 SOM 稳定的初始阶段包括植物残体分解、从高分子量前体形成（原）腐殖质（HSs）分子，以及 HS 分子的初级转化（最不稳定片段的降解） 。在全新世早期（大西洋期）和中期（SB2），较为适宜的气候条件决定了泥炭的植物组成，莎草和树莎草群落占主导，木质素成分含量高，使得剖面下部和中部腐殖酸（HAs）中芳香族片段比例较大，这些芳香族片段具有热生物动力学抗性。与表层相比，经历强烈降解的较老 HAs 富含氮、硫成分，同时未氧化的脂肪族和碳水化合物片段比例总体下降。通过 FTICR MS 还在 HAs 中鉴定出大量高度缩合的化合物，推测芳香族和缩合分子含有长链取代基，有助于脂肪族碳的含量增加。此外，随着泥炭剖面深度增加，HAs 中戊聚糖与己聚糖的比例上升，这是优势泥炭形成者重新分布的结果，HA 支化指数也显示出长链结构的显著转变，以及取代脂肪族片段在 HA 结构中的贡献增加。
这项研究意义重大。它不仅为全新世气候变化研究提供了新的视角和数据支持，帮助人们更准确地理解过去气候的演变过程；还进一步揭示了帕尔萨沼泽中 SOM 的稳定机制，对于准确评估北极永久冻土泥炭地的碳储量和碳动态变化具有重要的参考价值。这将有助于科学家更精准地预测未来气候变化对北极地区乃至全球碳循环的影响，为制定相关的环境保护和气候应对策略提供有力的科学依据 。
