自工业革命以来,温室气体排放使温室效应成为全球环境的一大威胁。陆地生态系统能吸收大气CO2转换成植物有机物并稳定沉积到土壤中,因此陆地生态系统是个巨大的碳库。湿地作为陆地生态系统类型之一,包括自然或人工湿地,永久或暂时的沼泽地、泥炭地、水域地带,淡水或半咸水及咸水水体等,也包括水深不超过6米的海域。湿地虽然只占全球陆地面积的4-6%,却拥有高达40%的陆地碳储存。湿地宏观上可分为自然湿地和人工湿地,自然湿地以河流、湖泊和沼泽等为主。不同湿地类型、深度和温度等环境因素可能对湿地碳沉积产生一定影响,从而进一步影响湿地长期的碳储存效率。因此研究湿地有机碳分布格局及其影响因素不仅能评估湿地有机碳的沉积现状,而且能根据环境因素的影响完善湿地管理体系和高效缓解温室效应。有机碳根据溶解性可分为能溶于水或中性盐溶液的溶解性有机碳和不溶性的颗粒有机碳;颗粒有机碳可根据密度不同分为轻组碳和重组碳。溶解性有机碳是指能溶于水或其他中性盐溶液,且粒径能透过0.45微米滤膜的有机碳颗粒,是在动植物和微生物残体分解过程中产生的代谢产物或中间代谢产物,主要包括胡敏酸等有机酸类、酚类以及糖类。轻组碳是土壤或底泥中未分解的、部分分解和分解后的动植物及微生物残体的总和,主要包括单糖、多糖和木质素等易分解的结构。轻组碳在内部易受微生物分解的影响,在外部易受气候变化和土壤物理结构的影响。重组碳是分离出底泥的轻组碳后剩余的稳定有机碳成分,在湿地中一般是以有机—无机复合颗粒物的形式存在。研究轻组碳和溶解性有机碳在不同环境因子的分布,不仅可评估活性碳素在湿地的比重,而且可探究环境因子对有机碳沉积的影响。研究重组碳在湿地的储存和分布格局,可评估稳定性有机碳在湿地的沉积现状。尽管温室气体浓度仍呈逐渐上升趋势,但当前对中国湿地有机碳的分布和影响因子的研究还不够全面。徒骇河和马颊河水系是海河流域的三大水系之一,均流经河南、河北和山东三省,在山东省滨州市汇入渤海湾。赵牛河作为徒骇河的一条支流,流经齐河和禹城的工业区,更承受当地的工业废水压力。于是,当地政府组织建造了赵牛河人工湿地以沉积污染物并净化水质。南四湖流域不同于徒骇河和马颊河,是内陆湖泊和支流。南四湖位于山东省济宁市以南,是南水北调东线工程中重要的蓄水湖。新薛河是从东南部汇入南四湖的一条支流,流经微山县薛城区,为净化新薛河水质和防止污水进一步污染南四湖,政府在新薛河下游建造了新薛河人工湿地。本研究以能够代表山东省的徒骇河、马颊河、赵牛河、新薛河、赵牛河人工湿地、新薛河入湖口、新薛河人工湿地和南四湖为典型的研究地点,展开对自然湿地和人工湿地中有机碳分布及其影响因素的研究。根据对马颊河和徒骇河底泥及岸边土壤的研究,发现徒骇河底泥和岸边土壤的重组碳在上中下游的分布相对稳定,轻组碳呈上游高于中下游的分布格局。马颊河重组碳和轻组碳均是下游最高,中游最低。有机碳在两条河流底泥和岸边土壤的分布具有一致性且底泥重组碳含量高于岸边土壤。轻组碳与重组碳有显著相关性且都与氮含量有极显著正相关。本研究表明河流湿地对有机碳的积累高于陆地土壤,并且同一水系和流动方向的两条河流有不同的有机碳分布格局。为进一步对自然湿地和人工湿地中有机碳的分布及其影响因素进行研究,本文以新薛河、新薛河人工湿地、赵牛河和赵牛河人工湿地为取样地点先后做了两次研究。两次研究发现重组碳作为碳储存的主要形式,其分布格局不受湿地类型、上下游及深度的影响,具有高的稳定性。轻组碳在大部分湿地的分布是上游高于高于下游且在深度上无差异,赵牛河人工湿地含有显著低的轻组碳含量。两次研究发现溶解性有机碳在上下游或湿地类型的分布不具有一致性。碳氮间极显著的线性关系和碳氮比表明氮含量是制约轻组碳积累的重要因素;有机碳在不同季节的分布显示有机碳在夏季的含量高于秋季。重金属(铜、锌、锰、镉和铅)在新薛河及其人工湿地的分布均呈下游高于上游的趋势,但是在两种湿地类型中无显著差异。镉和铅在表层底泥中含量显著高于亚表层且均与重组碳呈显著正相关。本研究表明轻组碳和溶解性有机碳是受环境因素的影响且动态变化的,而重组碳的含量在季节或湿地类型等因素的影响下是无显著差异。以新薛河、新薛河人工湿地、人工湿地入湖口及南四湖为四个取样区域,研究了水花生入侵对微生物的分布和有机碳分布的影响。结果发现水花生的入侵处的轻组氮和重组氮含量和储存显著高于未入侵处;而入侵处的轻组碳和重组碳的含量和储存也高于未入侵处但不显著。深度对于碳氮组分的含量和储存无显著影响,轻组碳和轻组氮的分布不受湿地类型的影响。轻组碳和轻组氮在四个湿地中的含量和储存依次是:新薛河人工湿地>入湖口>新薛河>南四湖,重组碳在四个湿地的分布趋势与轻组碳相反。重组碳的储存在四个湿地从高到低依次是:南四湖>新薛河>新薛河人工湿地>入湖口,与轻组碳的储存呈相反的趋势。水花生入侵下微生物的分布和分类无显著差异,微生物门的丰富度在不同的取样点的聚类分析将取样点划分成三个聚类:以放线菌门为主的聚类1,以变形菌门为主的聚类3,及微生物丰富度较高的聚类2。聚类2中轻组碳和重组氮含量显著高于聚类1和3。本研究证明了水花生的入侵在不同程度上增加了碳氮组分在湿地中的积累和储存,而自然湿地中重组碳的储存高于人工湿地,高的微生物多样性和丰富度也有利于活性碳的积累。通过全国尺度上对近十年中国湿地有机碳相关文献的检索研究,发现降水是影响湿地有机碳分布的一个敏感因素。有机碳含量在内陆湿地随降水的增多呈现先增加后减少的趋势并且在800毫米降水范围内达到最大值。海域中有机碳的分布格局不同于内陆湿地且有机碳含量显著低于内陆湿地,有机碳在海域中随着降低的纬度呈逐渐升高趋势。本研究从区域尺度和全国尺度研究了有机碳的分布、组成和影响因素。区域性的湿地类型、上下游、深度、季节、微生物及入侵植物对不同碳氮组分有不同程度的影响;而全国性的降水和海陆因素也能从宏观上影响有机碳的分布格局。本研究为进一步揭示全球尺度的湿地有机碳分布奠定了基础。