脉冲式盐水及Fe(III)施加对河口感潮淡水湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构和数量的影响

以闽江河口塔礁洲感潮淡水河岸野慈姑（Sagittaria trifolia Linn.）沼泽湿地为研究对象,通过连续一年每月脉冲式施加人造海水和Fe（OH）₃溶液,研究了脉冲式盐水入侵和Fe（III）浓度增强对河口感潮沼泽湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌群落结构的影响.结果显示,单独Fe（III）施加显著提高了土壤Fe（III）含量,单独盐水施加提高了土壤电导率及间隙水SO₄^2-、Cl^-和NH₄⁺浓度,在Fe（III）和盐水交互作用下间隙水NO₃^-浓度显著降低.土壤产甲烷菌主要包括甲烷微菌目（Methanomicrobiales）、八叠球菌目（Methanosarcinales）、甲烷杆菌目（Methanobacteriales）和Methanomassiliicoccales,硫酸盐还原菌主要有脱硫弧菌目（Desulfovibrionales）、脱硫杆菌目（Desulfobacterales）、互营杆菌目（Syntrophobacterales）和梭菌目（Clostridiales）.无论是脉冲式盐水入侵、Fe（III）浓度增强或是两者交互作用对于土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌多样性及群落结构的影响均不显著.与目水平相比,硫酸盐还原菌在属水平上对于各添加处理的响应更为明显,其中盐水+Fe（III）处理下Desulfatibacillum和Desulfovirga的相对丰度明显增加.RDA分析表明,土壤电导率对产甲烷菌群落结构的影响最为显著,Fe（III）是影响硫酸盐还原菌的重要环境因子,且Desulfatibacillum、Desulfobulbus、Desulfovirga等菌属对环境因子的响应较为敏感.研究表明,脉冲式盐水入侵及三价铁浓度增加对于我国东南沿海河口感潮淡水沼泽湿地土壤产甲烷菌和硫酸盐还原菌无显著影响.     

模拟盐水入侵对河口湿地土壤碳矿化潜力的影响研究

河口湿地在全球陆地生态系统碳循环中具有重要作用,为了揭示盐水入侵对河口湿地土壤碳矿化潜力的影响,以闽江河口淡水湿地为研究对象,采用室内泥浆厌氧培养与气相色谱法相结合的方法,通过设置高频率盐度梯度的盐水入侵情景模式,对不同处理下的土壤碳矿化潜力(以CO₂产生潜力表征)及其环境调节因子进行连续3周的测定与分析.研究结果表明：(1)不同盐度处理下土壤pH值均低于对照处理(0),氨态氮(NH₄⁺-N)含量均高于对照处理,且随盐度增加而增加,可溶性有机碳(DOC)含量在盐度25‰、30‰处理下高于对照处理,SO₄^2-含量在盐度20‰、25‰、30‰处理下高于对照处理;(2)随着时间的变化,厌氧培养第1周CO₂产生潜力显著高于第2周和第3周(p<0.05),不同盐度处理CO₂产生潜力差异较大,表现为低盐度(0.5‰～10‰)促进和高盐度(15‰～30‰)抑制作用,盐度10‰～15‰可能是影响土壤碳矿化转变的重要转折点;(3)不同盐度处理下C...     

模拟Fe (III)和盐水输入对闽江河口潮汐湿地沉积物及间隙水Fe和S含量和形态的影响

河口潮汐湿地沉积物电子受体和盐度的变化将对间隙水、沉积物的地球化学参数及有机碳厌氧矿化途径产生重要影响.本研究于闽江河口塔礁洲淡水野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地原位施加人造海水及Fe(III)溶液,模拟研究了盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强对河口潮汐湿地沉积物、间隙水的地球化学参数(溶解性CH4、DOC、DOC∶DON、Fe2+和ΔSO2-4)和沉积物各形态固相铁(非硫Fe(II)、无定形Fe(III)、晶质Fe(III)、Fe S和Fe S2)含量的影响.结果表明,模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强均可降低间隙水溶解性CH4和DOC浓度,径流Fe(III)浓度增强增加了非硫Fe(II)和晶质Fe(III)含量,盐水入侵可减小间隙水ΔSO2-4含量.间隙水ΔSO2-4与DOC、DOC∶DON、溶解性CH4及Fe2+浓度相关.模拟盐水入侵及径流Fe(III)浓度增强可分别促进硫酸盐异化还原和铁异化还原速率,同时减小间隙水CH4浓度,改变河口潮汐湿地土壤有机质厌氧矿化优势途径.     

盐分增强对河口淡水潮汐湿地土壤活性碳组分和碳获取酶活性的影响

为了研究未来盐水入侵对河口淡水潮汐湿地土壤有机碳分解的影响,本研究将河口淡水潮汐湿地土壤移置到半咸水潮汐湿地,研究土壤移置30、180和510 d后,河口淡水潮汐湿地土壤活性有机碳（LOC）组分和碳获取酶活性（β-葡萄糖苷酶、纤维素水解酶、过氧化氢酶与酚氧化酶）对盐分增强的响应.结果表明,土壤盐分增强对活性有机碳组分的影响显著,盐分增强促进土壤MBC和DOC的含量增加,土壤EOC的含量减少.植物地上生物量随着土壤盐分的增强而降低,而地下生物量随着盐分的增强而增加.细菌丰度随着土壤盐分增强而减少,真菌丰度随着土壤盐分增强而增加.随着土壤盐分的增强,4种碳获取酶的活性增加.相关分析和回归分析表明碳获取酶的活性受土壤Fe(III)/Fe(II)比值、土壤C/N比值及土壤真菌/细菌（F/B）比值影响.研究结果表明：当河口淡水潮汐湿地由淡水潮汐湿地转变为半咸水潮汐湿地,植物的根系泌氧和有机物分泌都会相应增加,土壤有机质质量变差,故而土壤碳获取酶的活性会相应增加,而土壤活性有机碳的含量大量减少.因此,未来海平面上升后,河口淡水潮汐沼泽湿地土壤碳储量减少,并进一步加剧海平面上升对河口淡水潮汐湿地生态...     

盐分和淹水增加对河口潮汐淡水沼泽湿地土壤磷形态和磷酸酶活性的影响

选取中国东南沿海闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤作为研究对象,研究不同盐分(淡水对照、低盐处理、高盐处理)和不同淹水(CK、CK+15 cm、CK+30 cm)交互处理对土壤磷形态和磷酸酶活性的影响.结果表明,在闽江河口潮汐淡水沼泽湿地土壤中,无机磷是土壤总磷的主要赋存形态,约占总磷含量的68%~82%,有机磷含量约占总磷的18%~32%.无机磷以铁铝结合态磷为主(60%~66%),其次为钙结合态磷和闭蓄态磷.淹水处理对磷的总量和形态的影响有限,盐分变化对磷的总量和形态影响显著.低盐处理可增加铁铝结合态磷、闭蓄态磷含量及碱性磷酸酶活性,而高盐处理则对它们表现出抑制作用.随着盐分的增加,土壤总磷含量逐渐降低,土壤中钙结合态磷含量和磷酸盐含量将逐渐升高.相关分析表明,有机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈负相关,无机磷含量与土壤碱性磷酸酶活性呈正相关.当盐分由淡水变化至低盐时,土壤磷的形态主要由有机磷向无机磷转化;而当盐分由低盐变化至高盐时,无机磷占比降低,有机磷占比增加.研究结果表明,碱性磷酸酶活性在磷形态对盐分和淹水的响应中发挥着重要作用.     

Fe (Ⅱ)对反硝化过程及其功能微生物群落的影响

以华南稻田土壤为研究对象,通过室内模拟控制实验,研究了Fe （Ⅱ）对厌氧稻田土壤中反硝化过程及其功能微生物群落结构组成与相对丰度的影响.结果表明,加入Fe （Ⅱ）减缓了土壤中NO₃^-的还原,但促进了NO₂^-的还原和N₂O的生成;同时Fe （Ⅱ）只在Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中发生氧化.通过定量PCR结果发现,Fe （Ⅱ）的加入提高了亚硝酸盐还原基因nirS和N₂O还原基因nosZ的拷贝数;但降低了细胞膜硝酸盐还原基因narG的拷贝数.通过高通量和克隆文库分析发现,Fe （Ⅱ）的加入主要对napA-周质硝酸盐还原微生物群落结构有明显影响,Soil+NO₃^-处理中优势菌是Dechloromonas,而Soil+Fe （Ⅱ）+NO₃^-处理中为Azonexus、Dechloromonas和Azospira.Fe （Ⅱ）对厌氧稻田中的反硝化过程及其功能微生物群落具有显著影响,这对了解华南红壤地区稻田体系中的氮元素循环与铁元素转化的关系具有重要意义.     

氮负荷增强对闽江河口湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征的影响

选择闽江河口典型短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地为研究对象,基于野外原位氮(N)负荷增强模拟实验,探讨了不同氮负荷梯度下(NL0(对照处理)：0 g·m^-2·a^-1;NL1(低氮处理)：37.5 g·m^-2·a^-1;NL2(中氮处理)：50 g·m^-2·a^-1;NL3(高氮处理)：100 g·m^-2·a^-1)湿地植物-土壤系统硫分布及其转运特征.结果表明,不同氮负荷处理下湿地土壤的TS含量整体表现为NL3>NL2>NL0>NL1(p<0.05).相较于NL0处理,NL2和NL3处理下的TS平均含量分别增加了10.02%和37.25%,而在NL1处理下其值降低了38.07%.植被生态特征是影响不同氮负荷处理下土壤TS含量分布的共性因素,而高氮负荷处理下的土壤TS含量还受到pH和EC变化的影响.氮负荷增强条件下植物不同器官的TS含量均发生了明显变化,除NL3处理下根与茎的...     

模拟SO42-沉降对闽江河口潮汐淡水湿地温室气体排放通量的影响

为了探究SO₄2-沉降对潮汐淡水湿地温室气体排放通量的影响,在闽江河口短叶茳芏（Cyperus malaccensis）潮汐淡水湿地模拟SO₄2-沉降,采用静态箱法测定样地环境因子与3种温室气体（CH₄、CO₂、N₂O）通量随SO₄2-添加量和不同月份的变化,采用多元逐步回归分析影响温室气体通量的关键因子.结果表明:①各环境因子和3种温室气体通量均具有显著的月际变化. ②添加SO₄2-显著增加了短叶茳芏种群密度和间隙水ρ（SO₄2-）、ρ（NH₄+-N）,但对其他环境因子无显著影响. ③添加SO₄2-显著抑制了CH₄排放,当SO₄2-添加量（以SO₄2--S计,下同）为40和120 kg/（hm2·a）时,CH₄通量分别减少了33.8%、69.9%;CO₂和N₂O通量随SO₄2-添加量的变化不显著,但分别趋于减小和增加,其中,SO₄2-添加量为40和120 kg/（hm2·a）时,CO₂通量分别减少了5.2%、11.8%,N₂O通量则分别增加了98.0%、103.0%. ④相关分析和多元逐步回归分析结果显示,沉积物温度及间隙水ρ（SO₄2-）、ρ（NH₄+-N）、ρ（NO_x--N）（NO_x--N主要包括NO₃--N和NO₂--N）是影响样地3种湿地温室气体排放通量的关键因子. ⑤当SO₄2-添加量为40和120 kg/（hm2·a）时,3种温室气体排放产生的综合温室效应呈减小趋势,分别降低了5.5%和13.5%.研究推断,SO₄2-沉降速率的升高有助于缓解潮汐淡水湿地对全球气候变暖的贡献.      

模拟氮沉降对闽江口淡水感潮沼泽湿地CO2、CH4排放通量的短期影响

为了评价氮沉降对我国亚热带河口区淡水感潮沼泽湿地CO_2、CH_4排放通量的影响,在福建闽江口道庆洲淡水感潮短叶茳芏沼泽湿地,设置对照CK[0 g·(m~2·a)~(-1)]及3个梯度的氮沉降处理:N1[24 g·(m~2·a)~(-1)]、N2[48 g·(m~2·a)~(-1)]和N3[96 g·(m~2·a)~(-1)],采用静态箱-气相色谱法测定短叶茳芏湿地CO_2、CH_4排放通量,并同步观测相关环境因子.结果表明,(1)与对照相比,N1处理CO_2排放通量增加20.30%,N2处理CO_2排放通量减少10.05%,N3处理CO_2排放通量增加4.06%,除了12月的N2、N3处理CO_2排放通量与对照间有显著差异外(P0.05),其它时间各处理间CO_2排放通量差异性不显著(P0.05).(2)与对照相比,N1处理CH_4排放通量提高64.51%,N2处理CH_4排放通量提高30.23%,N3处理CH_4排放通量提高80.57%,但是各处理间CH_4排放通量的差异性未达到显著水平(P0.05).(3)CO_2、CH_4排放通量与土壤温度具有显著的正线性相关关系(P0.05),与土壤EC、土壤p H的相关性不显著(P0.05).     

闽江河口芦苇和短叶茳芏空间扩展对湿地植物-土壤系统氮分布及转运特征的影响

选取闽江河口鳝鱼滩芦苇湿地、短叶茳芏湿地及二者空间扩展过程中形成的交错带湿地为研究对象,探讨了空间扩展影响下湿地植物-土壤系统氮分布、转运特征及其影响因素.结果表明,空间扩展影响下交错带湿地土壤氮含量发生了较大改变,其全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量相比芦苇湿地分别降低了15.52%和6.08%,但相比短叶茳芏湿地分别增加了20.61%和4.33%;其硝态氮（NO₃^--N）含量相比芦苇湿地及短叶茳芏湿地分别降低了5.79%和13.84%.空间扩展主要通过改变植物生态特征、土壤EC及其颗粒组成而对湿地土壤氮的空间分布产生影响.空间扩展影响下湿地植物不同器官的TN含量亦发生了明显变化.相对于空间扩展前的纯群落,空间扩展后交错带芦苇和交错带短叶茳芏各器官的TN含量均明显增加;同时,在空间扩展后的交错带群落中,短叶茳芏各器官的TN含量均高于芦苇,前者主要与交错带植被对悬浮颗粒物拦截作用增强从而导致更多养分输入有关,后者主要与交错带短叶茳芏和芦苇对氮养分吸收与转运能力的差异有关.研究发现,相较于 短叶茳芏,空间扩展过程中的芦苇无论在氮养分吸收利用还是在向地上转运氮养分方面均处于明显优势,而这可能是导致短叶茳芏生态空间逐步被芦苇占据的一个重要因素.     

模拟SO_4~(2-)沉降对河口潮汐湿地甲烷排放通量的影响

2008年每月小潮日原位定期向闽江河口鳝鱼滩咸草(Cyperus malaccensis)潮汐湿地试验样地施加25,50,100kgSO42--S/(hm2·a)的硫酸钠溶液,探讨模拟SO42-酸沉降对河口潮汐湿地甲烷排放通量的影响.结果表明,SO42-酸沉降对于河口潮汐湿地甲烷排放通量基本无抑制作用.添加SO42-室内厌氧培养试验结果显示,虽然SO42-输入对湿地土壤CH4产生量具有一定的抑制作用,但相对对照组,下降幅度仅为8.5%~15.4%.室内添加甲烷产生基质的厌氧培养试验结果表明,非竞争性途径甲烷产生基质(甲醇和三甲胺)的添加可刺激并增加土壤的甲烷产生量,解释了原位施加SO42-对于河口潮汐湿地甲烷排放通量的基本无抑制作用的试验结果.     

Response of gaseous carbon emissions to low-level salinity increase in tidal marsh ecosystem of the Min River estuary, southeastern China

Although estuarine tidal marshes are important contributors to the emission of greenhouse gases into the atmosphere, the relationship between carbon dioxide(CO_2), methane(CH_4)emission, and environmental factors, with respect to estuarine marshes, has not been clarified thoroughly. This study investigated the crucial factors controlling the emission of CO_2 and CH_4from a freshwater marsh and a brackish marsh located in a subtropical estuary in southeastern China, as well as their magnitude. The duration of the study period was November 2013 to October 2014. Relevant to both the field and incubation experiments, the CO_2 and CH_4emissions from the two marshes showed pronounced seasonal variations. The CO_2 and CH_4emissions from both marshes demonstrated significant positive correlations with the air/soil temperature(p 0.01), but negative correlations with the soil electrical conductivity and the pore water/tide water Cl-and SO_4~(2-)(p 0.01). The results indicate no significant difference in the CO_2 emissions between the freshwater and brackish marshes in the subtropical estuary, whereas there was a difference in the CH_4 emissions between the two sites(p 0.01). Although future sea-level rise and saltwater intrusion could reduce the CH_4 emissions from the estuarine freshwater marshes, these factors had little effect on the CO_2 emissions with respect to an increase in salinity of less than 5‰. The findings of this study could have important implications for estimating the global warming contributions of estuarine marshes along differing salinity gradients.     

滨海沼泽湿地转化为养殖塘对其碳储量的影响

以闽江河口为研究区域,配对采集芦苇(Phragmites australis)湿地、短叶茳芏(Cyperus malaccensis)湿地和互花米草(Spartina alterniflora)湿地的植物、土壤(0～100cm)及由其围垦而成的水产养殖塘沉积物(0～100cm)样品,测定其有机碳含量,计算生态系统碳储量...     

河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用

为探讨河口区淡水和微咸水潮汐沼泽湿地沉积物反硝化作用及影响因素,以分布在闽江口道庆洲上的短叶茳芏(Cyperus malaccensis)淡水沼泽湿地和鳝鱼滩上的短叶茳芏微咸水沼泽湿地沉积物为研究对象,运用乙炔抑制培养法测定不同季节的反硝化速率,同时测定沉积物和上覆水理化性质.结果发现,2个短叶茳芏沼泽湿地沉积物反硝化速率均存在明显的季节变化,最高(最低)值分别出现在夏季(秋季)和春季(冬季),温度是影响反硝化速率季节变化的重要因素.道庆洲沉积物反硝化速率((32.72±19.15)μmol·m~(-2)·h~(-1),以N计,下同)显著高于鳝鱼滩((4.97±2.64)μmol·m~(-2)·h~(-1))(p0.05).沉积物电导率和上覆水SO_4~(2-)含量对河口区潮汐沼泽湿地沉积物反硝化速率具有抑制作用,是造成微咸水沼泽湿地沉积物反硝化速率显著低于淡水沼泽湿地的重要因素.沉积物电导率主要通过抑制沉积物对NH_4~+-N的吸收影响硝化-反硝化耦合作用,进而影响反硝化速率.淡水沼泽湿地反硝化速率对SO_4~(2-)作用的响应较微咸水沼泽湿地更为敏感.     

模拟SO42-沉降对闽江口淡水感潮野慈姑湿地N2O通量的影响

选取闽江口塔礁洲淡水感潮野慈姑(Sagittaria trifolia L.)湿地为研究对象,2015年12月—2016年10月,每月小潮日原位定期向实验样地施加2个沉降量水平的硫酸钾溶液:S60(60 kg·hm-2·a-1)和S120(120 kg·hm-2·a-1),运用静态箱-气相色谱法研究模拟硫酸根沉降对河口区淡水感潮湿地N2O通量的影响及主要环境影响因子.对照、S60和S120 3个处理下N2O通量分别为(58.06±23.07)、(23.50±22.85)和(20.75±7.83)μg·m-2·h-1,年尺度上,S120处理显著降低N2O通量(p0.05),S60处理与CK处理差异不显著(p0.05).闽江口淡水感潮野慈姑湿地整体上表现为大气中N2O源.野慈姑湿地N2O排放通量与间隙水盐度呈显著负相关关系.研究表明,对于亚热带河口区淡水感潮野慈姑湿地,施加量为120 kg·hm-2·a-1的模拟硫沉降显著降低其N2O排放通量.     

闽江河口潮滩沼泽湿地沉积物铁的形态和空间分布

滨海潮滩沉积物铁异化还原过程对有机质代谢及生源要素(C、N、P、S、O等)生物地球化学循环具有深远的影响.本文以闽江河口鳝鱼滩潮滩湿地为研究对象,对高、中、低潮滩0~80 cm深度内与铁异化还原相关的不同形态铁的含量和空间分布进行分析.结果表明,无定形Fe(Ⅲ)((39.3±5.3)μmol·g~(-1))和晶质Fe(Ⅲ)((84.2±10.7)μmol·g~(-1))主要分布在高潮滩,并沿着向海方向减少;铁的硫化物FeS((15.3±2.8)μmol·g~(-1))和Fe S2((6.0±1.1)μmol·g~(-1))集中分布在中、低潮滩;非硫Fe(II)((111.7±12.8)μmol·g~(-1))富集在整个潮滩剖面上,且含量随着深度增加而增加.孔隙水Fe~(2+)((3.7±0.7)mmol·L~(-1))与Fe S2、SO_4~(2-)和pH相关,说明Fe~(2+)可能与黄铁矿的水解有关.不同形态铁在高、中、低潮滩表现出显著的空间分布异质性.高潮滩铁异化还原的强度大于硫酸盐异化还原,但沿着向海方向,硫酸盐异化还原的潜势逐渐增加.本研究证明了潮汐水文和高程对潮滩湿地铁的迁移和转化具有重要的意义.     

闽江河口短叶茳芏湿地及其围垦的养虾塘CH4排放通量的比较

以闽江河口鳝鱼滩的短叶茳芏湿地及由其围垦而成的养虾塘为研究对象,2016年5月—2017年3月,分别采用静态箱-气相色谱法和悬浮箱/静态箱-气相色谱法对短叶茳芏湿地和养虾塘白天CH_4排放通量进行观测,并同步测定短叶茳芏湿地和养虾塘水体/沉积物理化指标.观测期间短叶茳芏湿地和养虾塘均表现为大气中CH_4的排放源,释放量变化范围分别为1.09~38.38 mg·m~(-2)·h~(-1)和0.01~65.38 mg·m~(-2)·h~(-1),均值分别为(11.67±1.99)mg·m~(-2)·h~(-1)和(18.69±4.84)mg·m~(-2)·h~(-1),重复测量方差分析统计结果表明:虽然在整个观测时间尺度上,养虾塘CH_4排放通量与短叶茳芏湿地无显著性差异(p0.05),但是在养殖期养虾塘CH_4排放通量显著高于同期短叶茳芏湿地(p0.05),增加了68.0%.短叶茳芏湿地CH_4排放通量与沉积物温度、间隙水总磷含量呈显著正相关关系(p0.01),养虾塘水-气界面CH_4排放通量与养殖水水深呈显著负相关关系(p0.01).亚热带河口感潮沼泽湿地围垦成为陆基养虾塘后增加了CH_4排放通量.