枯萎期芦苇收割对湿地脱氮过程的影响及其根系作用机制

Excessive emissions of nitrogen is one of the main causes of eutrophication, and wetlands play an important role in intercepting terrestrial nitrogen sources and reducing nitrogen levels in water. In subtropical climate, wetland with reed as main plant has relative strong ability of denitrification. Even after winter harvest, the root system of reed still has vitality and maintains a certain ability of denitrification. Respiration metabolism of reed root may be capable of variation under the different harvest time in withering period, which may affect the ability of oxygen and exudates release from root, thus changing the microbial community in rhizosphere and the transformation process of nitrogen, finally may change the denitrification process of reed wetlands in withering period. In order to verify the above assumptions, the simulation experiment of reed wetlands will use to study the effects of root respiration characteristics on the micro-environment around root zone, and the effects of root exudates on rhizosphere microorganisms in withering period, and compared with growth period, focus on exploring the possible effects of reed harvesting on denitrification process of wetland in withering period and its role mechanism by root. The results can not only provide a basis on efficient denitrification in the winter of reed wetlands, but also provide the optimal harvest time for reed from the perspective of balancing wetland function, and have an important role on ecological restoration of water eutrophication.

氮素的过量排放是造成水体富营养化的主要原因之一，湿地对拦截陆向氮素污染源、降低水体中的氮素水平具有重要作用。在亚热带气候条件下，以芦苇为主要植物的湿地具有较强的脱氮能力，即使在冬季芦苇收割后，其根系仍存在活力，并且维持一定的脱氮能力。芦苇在枯萎期不同时间收割可能会使根系呼吸代谢特征发生变化，其可能影响根系泌氧能力和根系分泌物释放，从而改变根际的微生物群落及其对氮的转化过程，引起枯萎期芦苇湿地脱氮过程的变化。为了验证上述假设，本项目通过芦苇湿地模拟实验，系统研究枯萎期芦苇根系呼吸代谢特征、及对根区微环境的影响，根系分泌物对根际微生物的影响，并与生长期进行比较，重点探索枯萎期芦苇收割可能对湿地脱氮过程产生的影响及其根系作用机制。研究结果不仅可以为优化冬季芦苇湿地净化效果提供依据，还可从平衡湿地功能角度提出芦苇最优收割时间，为富营养化水体的治理提供指导。

冬季植物枯萎会影响湿地的脱氮效果，而收割是湿地植物最主要的管理措施之一。为探讨亚热带地区芦苇收割对湿地脱氮过程产生的影响及其根系作用机制，本研究运用模拟的水平潜流湿地开展了2年不同收割时间（W1为不收割、W2为枯萎前收割、W3为枯萎中期收割、W4为枯萎末期收割）实验，重点研究了收割对芦苇湿地脱氮效果的影响、根系呼吸代谢对根区微环境的影响、根系分泌物对根际微生物的影响，综合剖析了收割对芦苇湿地氮去除的影响。研究发现，与不收割相比，虽然收割处理使第一年收割期内的湿地TN和NH4+-N去除率降低，却提高了第二年全年的湿地TN和NH4+-N去除率，可能是收割处理增加了第二年生长期植物吸收途径氮去除贡献率（6.9~15.0%）以及收割期以硝化-反硝化过程为主的其它途径氮去除贡献率（1.3~9.5%），综合来看，枯萎中期（12月底）收割更有利于平衡湿地生态功能与净化效率。进一步分析发现，收割能促进第二年芦苇生长，有利于新生地上部分的养分吸收和固定更多的碳氮磷；收割使生长期芦苇根系总呼吸速率和根系活力增加，减弱第二年收割期对根系呼吸代谢的干扰，从而使湿地系统内微环境发生了变化（第二年全年T、pH、DO、ORP略微增加）；收割使生长期根系分泌物总量增加、根际微生物丰富度增加而多样性降低、反硝化功能基因丰度增加而硝化功能基因丰度降低，第二年收割期在收割干扰下，根系分泌物和根际微生物的处理间差异与生长期相比有所减小。通过本项目研究，揭示了收割对芦苇湿地脱氮过程的影响及其根系在此过程中的作用，研究结果明确了收割对次年芦苇生长和湿地脱氮的有利影响，提出枯萎中期收割更有利于平衡芦苇湿地生态功能与净化效率，对亚热带地区、特别是我国长江中下游地区的湿地生态系统保护与管理具有重要意义。