生态修复对辽河口芦苇湿地N2O通量影响机制及生态效应的研究
生态系统会产生氧化亚氮(N2O)气体释放到大气环境中，这是氮循环的一个重要的环节，对全球气候的影响不容忽视。大气中的N2O由生态系统硝化、反硝化作用产生的部分占到了70％～90％，其中相当大的一部分N2O来自土壤微生物过程中的硝化、反硝化作用。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)在第4次评估的报告中显示，工业化以前，大气环境中N2O的含量为270×10-9，但截至2005年，N2O的浓度已增加至319×10-9。二氧化碳是最主要的温室气体，与之相比，N2O气体在大气中浓度很低，但其单分子增温潜势却是二氧化碳的310倍。 多项研究表明，N2O的产生与土壤性质、含水率、电导率等环境因素以及微生物种群等生物因子均存在密切关系。在湿地生态系统，环境因子通过影响湿地土壤环境中微生物的生长活动，从而对N2O的通量的释放规律发挥重要影响。滨海湿地作为海岸带主要的生态系统，是大气中温室效应气体N2O的重要来源。辽河三角洲湿地是全球第二大芦苇湿地，以其庞大的面积和保存良好的植被状态著称。关道明等的研究表明，辽河口区域水体是大气中N2O排放“源”。但关于植被生长状态与湿地沉积物N2O通量之间的关系及作用机制研究还少见报道。 伴随着对辽河口三角洲湿地的不断开发利用，一系列生态问题也随之而来:天然湿地面积不断减少，湿地生态环境退化问题日趋明显。本研究选取辽河河口区芦苇湿地植被退化和恢复过程中，芦苇退化区、恢复区和未退化区等不同植被生长状态的湿地类型作为研究区域，对芦苇湿地沉积物水气界面N2O通量的变化规律、影响因素进行监测调查，初步探讨了植被退化与生态修复对滨海湿地N2O通量的影响机制及可能造成的生态效应，为深入探讨滨海湿地氮循环过程及环境影响机制提供参考。 本研究分别于2014年7月、9月、11月在辽河河口区内，选择具有代表性的芦苇群落退化区、恢复区和未退化区等三种芦苇生长类型湿地，对各区域内N2O通量及其影响因素进行了研究。结果表明，辽河河口区不同生长状态芦苇湿地N2O通量表现为退化区＞修复区＞未退化区，且秋季显高于夏季，是N2O的一个重要的“源”。研究区域内N2O气体释放通量的日变化规律明显，最关键的影响因素为环境温度的影响，夏季在清晨或傍晚出现N2O吸收峰可能也与温度变化有关。生长季三种植被类型湿地下的N2O通量与气温、箱温、地温等温度参数与电导率显著正相关，与含水率呈显著负相关，表明植被退化与修复对湿地N2O释放通量的影响与环境温度及含水率和电导率的改变密切相关。N2O通量与湿地沉积物中氨氮、硝氮、TOC、C∶N比值含量呈正相关关系。辽河口芦苇湿地植被退化与恢复对N2O释放量的影响与湿地沉积物营养物质的含量有关。表明植被恢复在有效地改善湿地土壤养分含量及组成的同时，可抑制N2O的释放。表现在N2O单位产量的全球增温潜势(GWP)上，尽管恢复区增温潜势仍高于未退化区，但比退化区降低了15％，退化区、生态恢复区、未退化区产生的N2O在未来100年的全球增温趋势表现为4.323、3.689、3.043 g/m2，因此，开展芦苇湿地的生态修复，对减少温室气体N2O的释放具有至关重要的作用。 在25℃、80％持水率的条件下，在空气、氧气、氩气三种不同的气体环境中对三种生长状态下芦苇湿地土壤进行培养192h，每隔24h测定一次土壤微生物产生N2O的速率。辽河口三种生长状态芦苇湿地退化区、修复区、未退化区向大气中释放N2O的最主要微生物过程为反硝化作用。反硝化过程对N2O释放的贡献量为74％、68％、109％。其次为硝化细菌的异养硝化作用，对N2O释放的贡献量分别表现为32％、64％、105％。自养硝化作用对N2O释放的贡献量则分别为-24％、-45％、-98％，硝化细菌的反硝化作用的贡献量为19％、13％、-16％。 我们通过PCR-DGGE的分子生物学方法对三种生长状态芦苇湿地含反硝化功能基因nosZ的菌群随时间及空间的变化进行了研究。结果表明，不同时间同一区域含nosZ的种群具有较大差异，但同一时间不同区域的部分nosZ基因菌群具有较高相似性。生态修复有效改善了退化区湿地土壤中带有nosZ基因的种群结构，促进了种群多样性的发展，对N2O的释放起到了一定的积极抑制作用。 综合来看，植被修复有效提高了土壤中有机碳含量，改善了土壤环境中溶解氧含量，对N2O的产生起到了明显的抑制作用。修复区土壤质地及营养物质含量相对于退化区湿地土壤已有明显改善，但相对于未退化区，仍存在较大差距。
芦苇湿地;氧化亚氮通量;温室效应;生态修复
中国海洋大学
硕士
环境科学
白洁
2015
中文
X321
65
2016-01-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）