新研究探索水生生态系统的功能

水源性生态系统的功能会因水文波动而受到很大影响和改变。氧化还原活性物质的不同状态在这里至关重要。拜罗伊特大学的研究人员与蒂宾根大学和布里斯托尔大学以及哈勒莱比锡赫尔姆霍茨环境研究中心的合作伙伴合作发现了这一点。他们在《自然地球科学》杂志上发表了他们的发现。这项新研究使人们能够更精确地了解生物地球化学过程，这些过程会导致污染物的降解和温室气体排放的减少。

减少温室气体的产生，存储碳，去除环境污染物(例如硝酸盐)并提供高质量的饮用水-这些是湖泊，溪流，沼泽和沼泽等水生生态系统提供的重要服务。这种水生生态系统的功能与自然界中的氧，氮，碳和其他元素的循环紧密相关。长期以来，元素周期是相互系的生物地球化学过程，受水文波动的影响很大。例如，湿地，泥炭地和地下水的水位波动，甚至是地下水中流动方向的变化。

拜罗伊特大学的Stefan Peiffer教授领导的研究小组现已成功地更准确地理解了元素循环对水文波动的依赖性。正如许多实验室研究表明的那样，氧化还原活性物质在其中起着关键作用。“任何人在沼泽里跋涉或在游泳湖的沙子中翻滚，都会注意到这些物质，因为它们的颜色多种多样。在非常狭窄的空间中，颜色阴影从深黑色变成灰色，从棕色变成浅红色。这背后是微生物和化学过程相互作用的过程，电子在其中转移。在研究中，我们称其为氧化还原反应。”

氧化还原反应的一种相对简单的形式是人和动物的呼吸作用。碳被氧气氧化形成二氧化碳。例如，在沼泽中发生的微生物驱动的氧化还原反应中，氧气的作用被多种氧化还原活性物质(铁，硫和锰化合物或腐殖质)所取代。这些物质的寿命很短，但是它们表现出非常强烈的参与氧化还原反应的趋势。因此，它们被称为“氧化还原活性亚稳相”(RAMP)。由于它们的高反应性，RAMP在生态系统的元素循环中起着重要作用。例如，它们能够降解污染物，例如硝酸盐或各种其他有机化学物质。

RAMP寿命短的原因之一是在供电子和受电条件之间不断变化。这项发表在《自然地球科学》上的研究得出了对生态和环境研究具有决定性意义的结论。。RAMP氧化还原反应的动力学是由在海岸带，湿地，涝渍土壤，水稻种植土壤或湖泊和河流沉积物表面发生的水文波动触发的。这些小规模的生物地球化学反应反过来又会影响生态系统的大规模反应，例如，释放到大气中的温室气体的数量。这使人们第一次可以理解水文波动(例如水位波动)如何影响自然界的基本循环，进而影响生态系统的功能。

“我们的研究表明，只有几微米规模的生物地球化学反应在两个大规模过程之间形成了重要的症结：一方面在水文波动之间，另一方面在生态系统功能之间。因此，我们的新发现将有助于更好地预测未来水生生态系统中污染物的降解。将来也可以更准确地评估气候变化对这些生态系统中碳和氮转化的影响。”

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