【摘 要】
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硫是重要的营养元素,其生物地球化学转化、循环对于维持水域生态系统的功能与健康发展有着重要作用,它与有机质矿化、水体酸化、生物成因黄铁矿的形成、微量金属元素循环等一系列重要的生态、环境过程紧密耦合;开展硫的生物地球化学转化、循环研究对于理解圈层营养盐耦合循环、源汇功能转换,元素全球循环的驱动机制等均具有重要的科学价值和意义。本课题组前期分析了南极阿德雷岛Y2湖沉积物（Y2）和菲尔德斯半岛燕鸥湖沉积物
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硫是重要的营养元素,其生物地球化学转化、循环对于维持水域生态系统的功能与健康发展有着重要作用,它与有机质矿化、水体酸化、生物成因黄铁矿的形成、微量金属元素循环等一系列重要的生态、环境过程紧密耦合;开展硫的生物地球化学转化、循环研究对于理解圈层营养盐耦合循环、源汇功能转换,元素全球循环的驱动机制等均具有重要的科学价值和意义。本课题组前期分析了南极阿德雷岛Y2湖沉积物（Y2）和菲尔德斯半岛燕鸥湖沉积物（YO）硫形态组成、形态比值(RIS/SO42-)并讨论了沉积物中硫酸盐的还原转化,但硫的具体转化过程还不清楚。本研究在此基础上,分析沉积物中硫酸盐硫氧同位素组成、无机硫（AVS和CRS）硫同位素和硫代谢微生物群落组成以及有机硫硫同位素组成(δ34Sorg)、黄铁矿化度（DOP）和铁的硫化度（DOS）,以此研究湖泊沉积物中硫的微生物地球化学转化过程和机硫组分的来源转化及其与有机质、活性铁的耦合联系。获得以下结果、结论。（1）Y2中微生物群落组成和变化与历史时期企鹅种群活动相关,YO中微生物群落受限于营养物质。在Y2沉积物中,30 cm、40 cm和52 cm硫酸盐34S显著富集,表明这些层位硫酸盐还原作用强;12–30 cm层位AVS的δ34SAVS值均明显低于同层SO42-的δ34SSO4值,指示硫酸盐还原速率较快。56 cm处硫酸盐与硫化物硫同位素组成差异较小(δ34SAVS为+9.10‰,δ34SSO4为8.38‰),这可能与硫酸盐的还原速率和底部硫酸盐浓度增加有关。0–23 cm层位Pseudomonas丰度是SOB丰度的3.51倍,Pseudomonas介导的有机硫矿化过程更显著;而高丰度的SOB和贫34S的硫酸盐表明34–56 cm层位中存在明显的硫氧化过程。YO沉积物中,在8–22 cm层位随深度增加不断有富34S的CRS加入表明硫酸盐还原过程逐渐增加。Desulfotalea在28 cm处丰度最高,δ34SSO4值达35.2‰,δ34SCRS值为2.53‰,表明该层位硫酸盐还原最强,且SO42-的供给速率远小于还原速率;表层3cm–8cm层位Pseudomonas丰度较高,指示有机硫矿化显著;其他层位SOB和SRB丰度较高,表明硫氧化和硫酸盐还原过程同时显著存在。我们的结果表明,企鹅活动的高有机质输入增加了微生物多样性和硫的多过程生物地球化学转化。（2）Y2沉积物1–15 cm较低的δ34Sorg指示有机质硫化形成的贫34S成岩有机硫(Sdiag)占比较高,其中8–15 cm同时较高的DOS指示铁硫化物形成和有机质硫化同时发生,这很可能源于该层位高含量的活性铁供给。Y2剖面48–56cm沉积物有机硫富集34S显著,对应于企鹅数量高峰期,表明大量企鹅粪的外部输入使沉积物中富34S的生物有机硫(Sbio)快速增加,并超过了内部硫转化过程中成岩有机硫的增加。YO沉积物在28 cm处δ34Sorg显著降低,主要是该层位硫酸盐异化还原强,有机质硫化形成的大量Sdiag成为有机硫的主要成分,同位素质量平衡计算结果显示该层位Sdiag占比高达95.4%;同时,28 cm处较高的DOP指示沉积物黄铁矿的形成与有机质硫化同时发生,主要源自沉积物中高硫酸盐还原强度产生了足够多的硫化氢前体。
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