文章题目：Cycling and persistence of iron-boundorganic carbon in subseafloor sediments
期刊：Nature Communications
影响因子：14.7
发表时间：2024
参考文献：Chen, Y., Dong, L., Sui, W. et al. Cycling and persistence of iron-bound organic carbon in subseafloor sediments. Nat Commun 15, 6370 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-50578-5
海洋表层沉积物中的活性铁（FeR）是有机碳（OC）的一个重要汇，大约保存了总有机碳（TOC）的20%作为与活性铁结合的有机碳（FeR-OC）。然而，FeR-OC在海底沉积物中的命运及其对微生物的可用性尚不确定。FeR-OC的全球库存可能比大气碳库大19-46倍，因此，FeR-OC库可能支持海底微生物，并有助于调节地球的碳循环。
本研究旨在重建南海北部两个沉积物芯的连续FeR-OC记录，涵盖亚氧化到甲烷生物地球化学区域，达到最大年龄约100 kyr。目的是确定FeR-OC在沉积物中的命运，以及其在海底沉积物中的稳定性和微生物活性。
1）沉积物芯的采集与年龄模型建立：
利用QDN-G1和QDN14B两个沉积物芯进行研究。
QDN-G1的年龄模型基于加速器质谱法14C年代测定的浮游有孔虫（G. ruber）。
底层部分的年龄模型通过将底栖有孔虫（C. wuellerstorfi）δ18O记录与全球δ18O堆叠LR04对齐建立。
2）孔隙水样本的提取与分析：
使用Rhizon采样器提取孔隙水样本，并立即在船上进行分析。
测量Fe(II)浓度、主要阳离子和阴离子浓度以及溶解无机碳（DIC）。
3）沉积物的物理性质测量：
测量孔隙度和干容重，以代表两个芯的一般孔隙度。
4）FeR和FeR-OC的提取：
使用柠檬酸-碳酸氢盐-二硫腙（CBD）方法提取FeR和FeR-OC。
通过铁测定和OC含量及碳同位素比率的测定来量化FeR-OC。
5）FeR-OC的定量和碳同位素分析：
使用元素分析仪和同位素比质谱仪联用系统进行OC含量和碳同位素比率的测定。
6）地球化学建模：
使用MATLAB脚本进行硫酸盐的净反应速率估算。
7）TOC和FeR-OC再矿化通量的估算：
通过沉积柱上方和SMTZ内部的平均累积率差异来估算TOC和FeR-OC的再矿化通量。
8）DNA提取、qPCR和扩增子测序：
从沉积物中提取DNA，进行qPCR以确定细菌16S rRNA基因的丰度。
对16S rRNA基因的V4区域进行扩增，并进行高通量测序。
1）FeR-OC的含量和分布：
在两个沉积物芯中，FeR-OC对TOC的贡献相对稳定，平均为13.3±3.2%。
在硫酸盐-甲烷转换区（SMTZ）中，FeR-OC的含量显著降低至小于5%的TOC，并且伴随着显著的13C贫化现象。
2）FeR-OC的再活化和再矿化：
在SMTZ中观察到FeR-OC含量和fFeR-OC（FeR-OC在TOC中的比例）的最低值，表明FeR-OC可能通过微生物介导的FeR还原溶解作用被再活化并随后被再矿化。
FeR-OC的再矿化通量在SMTZ中占甲烷消耗的18-30%。
3）FeR-OC的全球库估计：
通过结合已发表的fFeR-OC数据和全球海洋沉积物中的TOC储量，估计第四纪海洋沉积物中FeR-OC的全球库为28,690 ± 12,165 Pg C，大约是大气碳库的19-46倍。
4）微生物活动的证据：
在QDN-14B芯中，由于高甲烷通量，SMTZ中的微生物活性增强，刺激了5）FeR-OC的再活化。
硫酸盐还原细菌和甲烷氧化古菌的相对丰度以及mcrA基因的拷贝数在SMTZ中升高，表明这些微生物可能参与了FeR-OC的再矿化过程。
Fig. 1南海北部岩心分布图及其生物地球化学分带。(a) 内核QDN-G1和QDN-14B的地图。进入南海北部的水系用蓝线和红线标出。(b) 由孔隙水地球化学推断的QDN-G1和QDN-14B岩心生物地球化学分区示意图，包括铁还原区（IRZ）、硫酸盐还原区（SRZ）、硫酸盐-甲烷过渡区（SMTZ）和产甲烷区（MZ）。DIC的Fe（II）浓度、硫酸根浓度、溶解无机碳（DIC）浓度和碳同位素比值（δ13CDIC）分别以绿色、红色、蓝色和洋红色线条显示。SMTZ的位置以紫色突出显示。
