温帯沿岸湿地における表層水から堆積物の間隙水への溶存有機物の処理

Processing of dissolved organic matter from surface waters to sediment pore waters in a temperate coastal wetland.

• Qingyuan Lu
• Ding He
• Yu Pang
• Yanzhen Zhang
• Chen He
• Yuntao Wang
• Haibo Zhang
• Quan Shi
• Yongge Sun

抄録

沿岸湿地は陸と海の間の過渡的な生態系であり、地球規模の炭素循環における有機物処理のホットスポットと考えられており、溶存有機物（DOM）が重要な役割を果たしている。本研究では、超高分解能質量分析法（FT-ICR MS）と相補的な光学的手法を組み合わせて、中国東北部の温帯遼河沿岸湿地におけるDOMの詳細な分子組成を、表層水から堆積物間隙水までのDOM組成の違いについて評価した。塩分濃度と溶存有機炭素(DOC)濃度の間には、表層水と間隙水の両方で有意な正の相関が観察された。間隙水DOMは一般的にタンパク質様蛍光と生物学的指標は低いが、表層水DOMに比べてフミン化とフミン様蛍光成分が高いことが特徴である。光学的特性に対応して、FT-ICR MS測定により、間隙水DOMはヘテロ原子、芳香度指数、O/C比、不飽和脂肪族、ペプチドの割合が高いが、平均H/C比は表層水DOMと比較して低いことが示された。ポリフェノールの選択的保存、リグニン分解中間体（高度不飽和化合物）の選択的保存、微生物によるヘテロ原子化合物の再合成が、表層水から細孔水へのDOMの処理に関与し、高分子量化や含硫分子の形成につながっていることが示唆された。CHOS化合物が豊富に含まれていることは、堆積物中のDOMの初期段階での硫黄化に関係している可能性がある。我々のユニークなデータセットは、沿岸湿地におけるDOMの分子動態を包括的に理解するための新たな手がかりを提供してくれるはずである。

Coastal wetlands are active transitional ecotones between land and ocean, and are considered as hot spots of organic matter processing within the global carbon cycle, which dissolved organic matter (DOM) plays a critical role. In this study, combined use of ultrahigh-resolution mass spectrometry (FT-ICR MS) and complementary optical techniques was conducted to assess the detailed molecular composition of DOM in the temperate Liaohe coastal wetland (LCW), NE China in respect to the differences in DOM composition from surface water to sediment pore water. Significant positive correlations between salinity and dissolved organic carbon (DOC) concentrations were observed in both surface waters and pore waters. Pore water DOM is generally characterized by lower protein-like fluorescence and biological index, but higher humification and humic-like fluorescent components than those in surface water DOM. Corresponding to the optical properties, FT-ICR MS measurements show that pore water DOM has higher proportions of heteroatoms, aromaticity index, O/C ratios, unsaturated aliphatics, and peptides, but lower average H/C ratios compared to surface water DOM across locations with different marsh plant species (rice (Oryza sativa), reed (Phragmites australis), Seablite (Suaeda Salsa)) and salinity (0.5 to 51.5 psu). The results suggest that selective preservation for polyphenols, lignin degradation intermediates (highly unsaturated compounds), and microbial resynthesis of heteroatomic compounds are involved in the processing of DOM from surface water to pore water, leading to the formation of higher molecular weight and sulfur-containing molecules. The abundant CHOS compounds could be related to the early diagenetic sulfurization of DOM in sediments. Our unique data set should provide new clues for a comprehensive understanding of the molecular dynamics of DOM in coastal wetlands.

Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.