漂浮水生植物对富营养化水体中N2O产生及输移过程的调节作用

漂浮水生维管束植物具有发达的通气组织,然而关于其传输水体中产生温室气体N_2O方面的研究还很匮乏.本研究以漂浮水生植物凤眼莲为代表,利用稳定氮同位素示踪技术,设计能够分隔根室和叶室的水生植物生长系统,通过微宇宙实验定量追踪N-15标记的氮素在凤眼莲根系介导下的转化途径、N_2O产生规律及N_2O通过通气组织向空气的传输过程.研究结果表明,加入水体的~(15)NO_3~-有少部分通过异化还原成为铵(DNRA)过程转化为NH_4~+-~(15)N,主要通过反硝化反应生成N_2O;加入的~(15)NH_4~+主要发生了耦合硝化-反硝化反应.种植凤眼莲均使叶室中N_2O-~(15)N原子百分超和~(15)N_2O浓度明显高于无植物的对照,一方面说明凤眼莲根系能够促进反硝化、硝化-反硝化反应过程,同时也说明水体中的~(15)N_2O有相当一部分通过植株体传输到空气中.凤眼莲通气组织主要通过分子扩散从高浓度空间向低浓度空间输送~(15)N_2O.在标记NO_3~--~(15)N的水体中,凤眼莲在前期促进了~(15)N_2O向顶空排放,但并未在整个生长期持续促进N_2O释放.在标记NH_4~+-~(15)N的水体中,植株体富集是NH_4~+-~(15)N的一个主要归趋途径,但同时也有部分NH_4~+-~(15)N转化为N_2O通过植株通气组织持续、缓慢地释放到顶空当中.研究结果阐明了漂浮植物对水体氮转化过程及N_2O输移途径的调节作用,可为全面理解水体生态系统氮循环过程提供理论基础.     

凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮释放N2O的影响

以往有关大型水生漂浮植物消减富营养化水体氮(N)的研究主要侧重于植物对N的吸收效果,而忽略了硝化、反硝化反应途径对水体脱氮的贡献.基于此,本研究中借助具创新性的收集凤眼莲种植水体释放N₂O的装置和方法,通过模拟实验研究了凤眼莲对富营养化水体硝化、反硝化脱氮中间产物N₂O的影响.结果表明,凤眼莲可以促进富营养化水体的硝化、反硝化、成对硝化-反硝化反应过程,在本实验条件下凤眼莲种植水体在整个培养期内释放的N₂O气体浓度累积升高幅度较大,为453~4055 nL·L^-1(未加硝化抑制剂处理),通过释放N₂O而脱除氮素的量占整个水体N消减量的1.36%,为相应未种植凤眼莲水体的4.31倍.种植凤眼莲水体试验期间释放N₂O-N的量与水体氨态氮或硝态氮浓度的变化量均存在显著相关关系(p<0.05),说明N₂O释放量受到水体中NH₄⁺、NO₃^-浓度变化的影响.种植凤眼莲在实验中后期可以增加水体中硝化、反硝化细菌的数量,但其数量远低于凤眼莲根系附着的硝化反硝化细菌.水体中反硝化细菌数量与水体释放N₂O浓度之间并无显著相关性,说明种植凤眼莲水体反硝化脱氮释放N₂O过程可能主要是由根系共生微生物驱动的.