崇明東灘濕地N2O排放及硝化、反硝化與呼吸速率變化的干濕交替機制.pdf

1、全球氣候變化及人為活動加速影響下，作為海陸相互作用的交錯過渡地帶，濱海濕地氮素轉(zhuǎn)化的環(huán)境效應(yīng)研究備受關(guān)注。盡管以往圍繞濕地典型溫室效應(yīng)氣體氧化亞氮(N2O)排放通量及相關(guān)影響因素已經(jīng)開展了大量卓有成效的研究，然而，以濱海濕地干濕交替物理格架特征為切入點，系統(tǒng)探討N2O排放通量以及硝化作用(Nit)、反硝化作用(Den)和呼吸作用(Res)同步變化的研究目前還很不充分。本文以典型濱海濕地——崇明東灘為原型區(qū)域，采集濕地沉積物與海水樣品，通

2、過土柱培養(yǎng)實驗方法，室內(nèi)模擬半月潮、日潮、變干、持續(xù)淹水等4個干濕交替過程(15℃、20℃、25℃、30℃、35℃)，借助氣相色譜法(GC)和氣體過程分離法(BaPS)，系統(tǒng)地研究了干濕交替過程中沉積物N2O排放通量以及Nit、Den和Res速率等的變化特征，以期進一步揭示濱海濕地沉積物N2O的排放規(guī)律及機制，為濕地N2O排放評估與調(diào)控研究提供理論依據(jù)。
　　 研究結(jié)果表明:
　　 (1)半月潮干濕交替過程中:①隨沉積物

3、孔隙水飽和度(WFPS)的降低(93％降低至45％左右)，N2O排放通量逐漸增加。當WFPS進一步從45％降至13％時，N2O通量下降。此后，隨沉積物的干燥(WFPS＜13％)，N2O通量出現(xiàn)小幅升高。②N2O排放通量的最大值均出現(xiàn)在WFPS100％～45％含水率區(qū)間，并且，隨干濕交替頻次的增加，N2O通量最大值對應(yīng)的WFPS逐漸增高。這表明，干濕交替過程降低了N2O通量變化的水分敏感性。③較高溫度條件下(25℃～35℃)，沉積物N2O

4、通量變化總體上表現(xiàn)為“源”特征;低溫下(15℃～20℃)，N2O排放通量變化較小，并且，隨含水量的變化出現(xiàn)“源-匯”交替的現(xiàn)象。④25℃升溫至35℃，當WFPS從100％降至45％～70％時，沉積物Nit、Den和Res速率明顯升高，增幅依次為257.78％、141.16％和332.50％;當WFPS降至45％以下時，Nit、Den和Res速率逐漸減小。⑤25℃升溫至30℃，隨著干濕交替頻次的增加，Nit速率的溫度敏感性從2.77降至0

5、.80，Den速率的溫度敏感性從1.26增至4.09。這表明，干濕交替降低了Nit速率的溫度敏感性，但顯著增加了Den速率的溫度敏感性。⑥25℃～35℃，Nit、Den和Res速率與N2O排放通量顯著相關(guān)。
　　 (2)日潮干濕交替過程中:①含水量變化（WFPS在100％～80％)對N2O排放并未產(chǎn)生顯著影響。②高溫（30℃～35℃）和低溫(150℃)下沉積物N2O排放通量均值為-26.86±2.93μg·m-2·h-1，整體上

6、表現(xiàn)為“匯”特征;而在20℃～25℃下沉積物N2O排放通量的平均值為17.32±0.62μg·m-2·h-1，表現(xiàn)為N2O的“源”。③Nit和Den速率波動幅度較小，均在WFPS為92％處達到最大值;隨沉積物WFPS的降低（從100％到80％），Res速率持續(xù)增大，并且，隨干濕交替次數(shù)的增加,Res速率呈現(xiàn)增加趨勢。④Res速率與N2O排放通量顯著相關(guān)a
　　 (3)變干過程中:①隨沉積物含水量的降低（WFPS從860％降低至2

7、6％），N2O排放通量逐漸增加，當WFPS從26％降至13％，N2O通量開始降低。此后，沉積物趨于干燥時(WFPS＜7％)，N2O通量出現(xiàn)小幅升高。②較高溫度條件下（25℃—35℃），沉積物N2O通量變化在-37.59～258.43μg·m-2·h-1，總體上表現(xiàn)為N2O的“源”。③25℃～35℃條件下，當WFPS從100％降至45％～70％時，沉積物Nit、Den和Res速率均明顯升高，增幅分別為304.44％，157.23％和350

8、.00％。當WFPS降至45％以下時，Nit、Den和Res速率開始逐漸減小。④溫度增加（從25～30℃增至30～35℃）顯著降低了Nit和Res速率的溫度敏感性，Q10'分別從2.78±0.53降至1.38±0.76(Nit)，4.44±2.53降至1.39±0.65(Res)。相比較而言，Den速率的溫度敏感性顯著增加，Q10'從0.98±0.25增至3.79±1.82。⑤沉積物N2O排放與Nit、Den和Res速率顯著相關(guān)。

9、>　　 (4)持續(xù)淹水過程中:潮灘沉積物的N2O“源”效應(yīng)明顯，并且受溫度差異影響較小。
　　 (5)在20℃～25℃，N20排放速率的Q10'高達3.03～5.68（半月潮）;相比較而言，日潮過程的Q10'(0.75～1.70)明顯低于半月潮。這表明，干濕交替增加了N2O排放速率的溫度敏感性。變干過程與持續(xù)淹水相比較而言，前者在20℃～35℃范圍內(nèi)N2O排放速率的Q10'(0.96～2.71)低于后者(1.44～3.13)。