河口潮汐沼泽湿地转化成养虾塘后对甲烷通量的影响及机制研究

The reclamation of wetlands for aquaculture ponds had become main environmental issues to estuary, and affected the biogeochemistry cycle in estuaries. Though in situ observations experiment and field enclosure experiment, and by lab incubation experiment, isotope fractionation and molecular biology techniques, we determine the influence of coastal marsh conversion to shrimp aquaculture ponds on CH4 emissions fluxes and it’s temporal dynamic characteristics in the Min River estuary of southeast China. Meanwhile, we also study the effects of coastal marsh conversion to shrimp aquaculture ponds on the production and oxidation rate of sediment methane, sediment methanogenic pathway, sulfate reducing reaction, microbial community structure and abanduce, and the main emission way of CH4 from terrestrial ecosystems into atmospheric. Our primary aim was to reveal the regulatory mechanism of the influence of coastal marsh conversion to aquaculture pond on CH4 emissions in Min River Estuary. The result will provide scientific data and support for preparation of wetland resources protection, the sustainable development of fishery economy, and CH4 reduction in coastal zone.

河口湿地围垦转化为水产养殖塘已成沿海地区一个重要的区域性问题，并深刻影响着河口地区的生物地球化学循环。本申请课题拟以闽江口潮汐沼泽湿地及其围垦而成的养虾塘为研究对象，通过野外原位观测与围隔实验，利用室内培养法、同位素分馏及分子生物学技术，明晰闽江河口潮汐沼泽湿地转化成养虾塘后对甲烷（CH4）排放通量及其时间动态特征的影响；并从潮汐湿地转化成养虾塘情景下的沉积物甲烷产生与氧化速率、沉积物甲烷产生途径、硫酸盐还原对沉积物甲烷产生抑制效应及其有关的微生物群落结构与丰度等方面的改变，以及甲烷进入大气库主要传输途径的改变，探究河口潮汐湿地转化成养虾塘后对甲烷通量影响的主要驱动机制。研究结果可填补国际在上述研究领域的不足，为沿海地区温室气体减排的平衡措施提供参考和科学数据，具有重要的理论价值和现实意义。

湿地是大气库CH4重要释放源。当前湿地围垦转化为水产养殖塘是驱动中国沿海湿地退化的关键因素之一，深刻影响着河口地区CH4生物地球化学循环。然而，目前国际上关于河口湿地围垦成养殖塘对CH4排放影响的研究十分薄弱。本项目主要以闽江河口沼泽湿地及其围垦而成的养虾塘为研究对象，开展了CH4排放通量及其影响机制的研究，主要取得以下研究结果：(1)河口沼泽湿地和养虾塘CH4排放通量变化范围分别介于0.25～8.78 mg m-2 h-1和0.01～76.04 mg m-2 h-1，平均排放通量分别为1.39±0.26 mg m-2 h-1和9.71±2.5 mg m-2 h-1，表明河口沼泽湿地围垦成养虾塘后显著增加了CH4排放通量；(2)河口沼泽湿地和养虾塘甲烷产生潜力及其产甲烷微生物群落结构与多样性呈现出显著差异性，表现为沼泽湿地甲烷产生潜力及其产甲烷微生物群落alpha多样性显著高于养虾塘的特征，但产甲烷菌优势菌属在两种生境间均以Methanobacterium为主；(3)河口沼泽湿地CH4通过植物传输的通量为0.11～8.06 mg m-2 h-1，贡献了总排放通量的21.24%～96.05%(均值为75.02%)，是沼泽湿地CH4排放的主要途径；而围垦成养虾塘后，气泡途径是其CH4排放的主要途径，其排放速率为0.01～75.79 mg m-2 h-1，贡献了CH4排放总通量的41.98%～99.68%(均值为88.42%)；(4)研究结果初步表明，传输途径的改变是河口沼泽湿地围垦成养殖塘后CH4排放通量显著增加的关键因素之一。研究成果填补了国际上关于河口湿地围垦成养殖塘后对CH4排放影响及其机制方面研究的不足，完善了IPCC关于滨海湿地及其养殖系统温室气体排放清单编制的基础数据，进而为寻求滨海湿地资源保护、区域可持续发展与区域温室气体减排的平衡措施提供了重要理论基础。