道路灰尘与大气灰尘对加拿大东部湿润泥炭地碳积累的不同影响

《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》：Contrasting Effects of Road Dust and Atmospheric Dust on Carbon Accumulation in Eastern Canadian Ombrotrophic Peatlands

泥炭地道路尘沉积对碳积累的影响及其与大气尘的对比研究。通过分析加拿大东部魁北克省三个泥炭地不同距离的沉积物化学和碳、氮、磷积累率，发现道路尘显著提高灰分含量并降低C:N、C:P和N:P比率，抑制碳积累；而大气尘促进碳积累。研究揭示了道路尘的阈值效应，其高沉积量导致微生物分解加速和植被结构变化，影响泥炭碳动态。

　　这项研究探讨了大气尘埃和道路尘埃对泥炭地碳（C）积累的不同影响，特别关注了道路尘埃对泥炭地生态系统的具体作用。泥炭地，尤其是非排水型泥炭地，因其仅通过大气沉降获得沉积物，成为追踪古尘埃沉降模式的重要媒介，对重建古气候具有重要价值。然而，关于道路尘埃作为泥炭地营养来源的研究仍显不足，尤其缺乏对道路尘埃沉降量与泥炭地碳积累率之间关系的深入探讨。为此，研究团队选择了加拿大东部靠近非铺装道路的三处非排水型泥炭地进行分析，揭示了道路尘埃沉降对泥炭地的显著影响，尤其是在尘埃沉降量最大的泥炭地。

研究发现，道路尘埃的沉降会增加泥炭的灰分含量，同时降低其碳、氮和磷的化学计量比，变化最显著的是泥炭地受到最高道路尘埃沉降的区域。通过使用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析泥炭核心中的岩石元素，研究团队重建了过去5500年内的尘埃沉降记录，发现了七个尘埃沉降事件。最近的尘埃事件主要来源于道路尘埃，其沉降速率是背景大气尘埃的19到95倍。在泥炭核心的catotelm层（泥炭的深层），大气尘埃沉降速率与碳、氮、磷和钾的积累速率呈显著正相关，同时与碳氮比和碳磷比呈负相关。相比之下，靠近道路的泥炭地碳积累速率最低，随着距离道路的增加，碳积累速率逐渐上升，这可能与植被组成、营养物质可利用性和水位变化有关。

研究还指出，不同来源的尘埃可能对泥炭地的碳积累产生不同的影响，这表明可能存在尘埃或营养输入的阈值效应，特别是在磷的影响上。例如，低水平的磷输入可能促进碳积累，而高水平的磷输入则可能抑制碳积累。这种阈值效应对于理解泥炭地对不同尘埃输入的响应具有重要意义。此外，研究强调了道路尘埃在特定距离范围内对泥炭地的显著影响，尤其是在距离道路50米和200米的区域，碳、氮和磷的积累速率发生了明显变化。这些变化可能源于尘埃输入量的增加，以及尘埃对植被和微生物群落组成的改变，进而影响碳的固定与释放。

在方法上，研究团队采集了不同距离道路的泥炭核心样本，采用多种技术手段，如灰分分析、碳氮磷含量测定以及地质年代测定，对泥炭地的尘埃沉降和碳积累进行了详细分析。通过对比不同距离的样本，研究团队发现泥炭地的碳积累速率随着距离的增加而上升，这可能是因为道路尘埃减少了泥炭地的碳含量，而远离道路的区域则表现出较高的碳积累速率。此外，研究还发现，道路尘埃沉降对泥炭地的化学计量比有显著影响，特别是在表层泥炭中，碳氮比和碳磷比下降，而氮磷比上升，这可能反映了尘埃输入对泥炭地生物地球化学过程的调控作用。

研究团队还分析了泥炭地的灰分含量和碳、氮、磷的化学计量比在不同时间段的变化，发现尘埃沉降的高峰与泥炭地的碳积累速率变化存在关联。例如，过去5000年的尘埃沉降记录显示，尘埃沉降的峰值与泥炭地碳积累速率的增加相吻合。这表明，尘埃沉降可能在一定程度上促进了泥炭地的碳积累，尤其是在长期的尘埃输入条件下。然而，道路尘埃的沉降则表现出相反的趋势，其沉降速率的增加导致碳积累速率下降，这可能是由于道路尘埃改变了泥炭地的生态结构，增加了分解速率，从而抑制了碳的积累。

研究的发现对于理解泥炭地对环境变化的响应具有重要意义。首先，它揭示了道路尘埃作为非自然尘埃来源对泥炭地生态系统的潜在影响，特别是在碳、氮和磷的化学计量比方面。其次，它强调了尘埃沉降速率和化学组成对泥炭地碳积累的调控作用，这可能对预测泥炭地对全球变化的响应提供新的视角。最后，研究指出，未来的研究应进一步扩展到其他地区，以评估这些发现的普遍适用性，并结合不同类型的道路尘埃进行比较研究，以更好地理解尘埃特征对泥炭地生物地球化学过程的影响。

研究团队还讨论了尘埃沉降对泥炭地生态功能的复杂影响。例如，尘埃沉降可能通过改变植物组成和微生物群落，影响泥炭地的初级生产力和分解速率，从而影响碳的积累。此外，尘埃沉降还可能通过改变水位和土壤化学性质，对泥炭地的生态系统产生深远影响。这些发现不仅有助于理解泥炭地对尘埃输入的响应机制，还可能对全球碳循环和气候变化研究提供新的数据支持。

总之，这项研究通过对比道路尘埃和大气尘埃对泥炭地的影响，揭示了尘埃沉降在泥炭地生态系统中的重要作用。它强调了尘埃沉降速率和化学组成对泥炭地碳积累的调控作用，并指出了道路尘埃可能对泥炭地产生显著的抑制效应。这些发现对于理解泥炭地对环境变化的响应，以及制定相应的生态保护和管理措施具有重要的科学价值。