海岸带湿地铁结合有机碳的特性及其对植被保护的意义

为解决海岸带湿地中铁结合有机碳(FeR-OC)的组成和形成机制不明确的问题，研究人员通过改进的柠檬酸盐-碳酸氢盐-连二亚硫酸盐(CBD)提取法结合光谱学和傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)技术，揭示了FeR-OC以吸附为主导的保存机制，并发现其优先结合生物难降解的腐殖质类组分。该研究为湿地碳汇功能提升提供了理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，海岸带湿地作为重要的"蓝碳"生态系统，其碳汇功能备受关注。然而，作为土壤有机碳(SOC)的关键稳定形式，铁结合有机碳(Fe_R-OC)在海岸带湿地中的组成和保存机制仍不明确。这一知识缺口限制了我们对湿地碳循环过程的理解，也制约了基于铁-碳耦合的碳增汇策略制定。

针对这一科学问题，中国科学院的研究团队在黄河三角洲海岸带湿地开展了系统性研究。通过采集不同植被类型（包括互花米草、碱蓬、柽柳和芦苇）和裸滩的土壤样品，研究人员创新性地结合了改进的CBD提取法、三维荧光光谱(EEM)和超高分辨率质谱(FT-ICR MS)等技术，首次在分子水平揭示了自然环境中Fe_R-OC的组成特征和分馏规律。

研究采用了多项关键技术：1)改进的CBD提取法用于选择性溶解活性铁氧化物；2)固相萃取(SPE)技术去除干扰物质；3)紫外-可见光谱和荧光光谱分析DOM光学特性；4)FT-ICR MS进行分子水平表征；5)稳定同位素质谱测定δ¹³C值。

研究结果部分，小标题"Distribution and formation of Fe_R-OC"显示，黄河三角洲湿地中Fe_R-OC含量呈现周期性淹水区域(SA和SS)显著高于非淹水区域(TC和PA)的特点，而裸滩的Fe_R-OC含量最低。特别值得注意的是，Fe_R-OC:Fe_R比值较低(0.1-0.8)，表明吸附是主导机制。

在"Optical compositions of Fe_R-OC in coastal wetland"部分，荧光分析鉴定出三类组分：难降解陆源腐殖质类(C1)、海洋腐殖质类(C2)和易降解蛋白类(C3)。研究发现铁氧化物优先吸附C1和C2组分，与蛋白类组分无显著相关性。HIX指数升高和BIX指数降低进一步证实Fe_R-OC富含芳香性物质。

"Molecular properties of Fe_R-OC in coastal wetlands"部分通过FT-ICR MS分析发现，1440个Fe_R-OC分子主要属于木质素类、缩合芳香类和单宁类化合物，具有高氧含量(O/C 0.3-0.8)、高不饱和度(H/C 0.25-1.5)和高芳香性(AI_mod 0.7-0.8)特征。这些分子在周期性淹水样点(SS)中丰度最高。

研究结论指出，黄河三角洲海岸带湿地中Fe_R-OC主要通过吸附机制保存，优先结合生物难降解、富氧和高芳香性有机分子。植被覆盖区域Fe_R-OC含量比裸滩高一个数量级，表明植被恢复是增强海岸带碳汇功能的有效策略。该研究不仅建立了自然样品Fe_R-OC研究的新方法，还为基于铁-碳耦合的"蓝碳"增汇提供了理论依据，对全球海岸带湿地保护和管理具有重要指导意义。

这项发表在《Water Research X》上的研究，首次将实验室模拟结果与自然样品分析相结合，填补了海岸带湿地Fe-C耦合研究的空白。研究提出的技术路线为复杂环境中Fe_R-OC研究提供了范式，其关于植被类型影响铁结合碳库的发现，为海岸带生态修复工程提供了科学支撑。特别是在全球气候变化背景下，这项研究对准确评估湿地碳汇功能和制定基于自然的解决方案具有重要价值。