典型滨海湿地N2O排放的干湿交替驱动机制

滨海湿地是海-陆相互作用的敏感地带，其"氮汇"功能的与日俱增对N2O排放的贡献备受关注。立足滨海湿地周期明显且伴随盐分表聚与淋洗的干湿交替物理格架特征，以淤泥质、芦苇滩涂和高盐碱潮滩三类典型滨海湿地为对象，采取原状土柱与现场海水样品，利用自主试制的模拟装置，研究干湿交替相对独立过程（由湿变干、干燥、由干变湿、淹水）与连续过程（半月周期与日周期）中N2O排放通量的变化特征；研究干湿交替过程硝酸还原酶、亚硝酸还原酶、羟胺还原酶等N2O排放相关土壤酶（系）的活性及其表观酶促反应动力学参数（Kｍ、Vｍａｘ），以及微生物群落结构的变化特征，明确干湿交替不同过程与周期N2O通量、酶学特征以及微生物群落结构等性状变化的规律、差异及相互关系，分析温度变化的影响，揭示N2O排放的干湿交替驱动机制。项目不仅对进一步认识该生态系统氮素循环与损失具有重要意义，而且有望为N2O排放的调控措施研究提供新的思路。

以典型滨海湿地——崇明东滩为原型区域，采集湿地沉积物与海水样品，通过土柱培养实验方法（15、20、25、30、35、40℃），分别模拟半月潮（淹水6h，去除上覆水后恒温干燥，15d为1个周期）、日潮（24h为1个周期）、持续淹水（30d）等干湿交替水分生态过程，借助气相色谱、气压过程分离（BaPS）技术、流动注射分析、稀释培养计数法（MPN）以及土壤酶学等技术与方法，系统的研究了周期性干湿交替过程沉积物N2O排放速率的变化，同时系统测定了沉积物呼吸速率（Res）、硝化速率（Nir）和反硝化速率（Den），硝态氮（NO3--N）、亚硝态氮（NO2--N）、铵态氮（NH4+-N）、全氮（TN）、溶解性有机氮（DON）等氮素含量，硝酸还原酶（Nar）、亚硝酸还原酶（Nir）、羟胺还原酶（Hyr）、脲酶（Urease）等土壤酶活性，以及硝化与反硝化细菌群落数量等的变化特征。.半月潮过程中，干燥沉积物淹水引起N2O排放速率迅速增加；随着沉积物的变干，N2O排放速率下降；当含水量小于3%~7%时，N2O排放速率处于较低水平。随着干湿交替频次的增加，N2O排放速率呈降低趋势。15℃和20℃时，N2O排放速率<3.0μg•m-2•h-1；25℃和30℃时，N2O排放速率最高，分别达到85.5±55.8μg•m-2•h-1和49.3±77.0μg•m-2•h-1；当温度为35℃时，N2O排放速率再次回落至较低水平。这表明，温度变化对N2O排放速率产生显著影响。日潮过程中（沉积物含水量为44%~62%），N2O排放速率相对较低。25℃时，N2O排放速率最高（<20μg•m-2•h-1），其他温度条件下，N2O排放速率<0μg•m-2•h-1。由此可见，干湿交替显著的加剧了N2O的排放，而日潮过程则可能是湿地N2O重要的“汇”。相比较而言，持续淹水过程中，N2O排放速率较高。随着淹水时间的延长（>7天），N2O排放速率迅速增加，尤其是25~35℃时，排放速率的增幅最为显著。.半月潮过程中，沉积物Res、Nir和Den对水分变化的响应与N2O排放速率相一致，但三者对温度变化的响应与N2O排放速率的不同。氨化途径主导了半月潮过程NO3--N的还原。日潮过程中，DON迅速水解释放NH4+-N可能是低潮滩带水华频发的重要诱因。持续淹水，尤其在高温下，氨的挥发可能显著降低了沉积物NH4+-N含量。