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基于氮稳定同位素的我国福建红树林沉积物氮还原过程研究

杨晶鑫  
【摘要】:近年来,由于人类活动频繁,导致大量营养盐输入水生系统中,造成严重的富营养化,威胁水生生物生长,污染饮用水,同时破坏水体的娱乐用途。当输入系统的氮不能通过生物地球化学作用被河流移除或滞留时,过量的氮大都带入海岸带河口,最终进入大陆架作为重要的氮汇途径,而这些过量氮素将会引起近岸海域富营养化及一系列环境问题。红树林是分布在热带和亚热带海岸河口地区潮间带开放的生态系统。其栖息地—海岸潮汐湿地—作为河口沉积区的重要组成,是全球碳、氮、磷的重要源、汇及转化器,因此成为了研究的热点。本研究以我国东南沿海的不同区域红树林沉积物为主要研究对象,利用15N稳定同位素技术进行定位监测分析,通过室内培养测定红树林沉积物反硝化和DNRA作用的强度,初步讨论我国东南沿海红树林沉积物中氮还原的主要过程以及输入红树林沉积物系统氮素的归宿,分析反硝化和DNRA作用的主要影响因子以及DNRA作用在红树林沉积物中的特殊作用。主要研究结论如下:(1)研究区域内九龙江口红树林沉积物孔隙水春季、夏季和秋季的DIN的平均浓度分别为 99.84± 108.96 μmol·L-1,28.34± 13.13 mol·L-1 和 192.20 ±43.42μmol·L-1,季节变化规律为秋季春季夏季。秋季漳江口红树林沉积物孔隙水DIN 浓度的平均值为 80.56 ± 57.31 μmol·L-1,沙埕湾为 43.54 ± 11.47 μmol·L-1,其空间分布规律为九龙江口漳江口沙埕湾。研究区域内沉积物孔隙水的DIN均表现为以NH4+-N为主,NO3--N次之,NO2-N无明显变化。(2)研究区域内秋季九龙江口红树林潮汐水TN浓度的平均值为228.49 ±19.74 μmol·L-1,漳江口为 357.27± 40.00 μmol·L-1,沙埕湾为 100.32 ± 11.92 μmol·L-1,其空间分布规律为漳江口九龙江口沙埕湾,九龙江口 TP浓度的平均值为13·52±5·86μmol·L-1,漳江口为 13.74±3.05 μmol·L-1,沙埕湾为 5.62± 1.01 μmol·L-1,其空间分布规律为漳江口≈九龙江口沙埕湾。研究区域内秋季九龙江口红树林潮汐水的DIN浓度的平均值为377.94 ± 45.95 μmol·L-1,漳江口为478.26 ±121.79μmol·L-1,沙埕湾为108.82 ± 39.14μmol·L-1,均表现为以N03--N为主,NH4+-N 次之,NO2-N 最低。(3)九龙江口红树林潮汐水夏季和秋季溶解N2O的平均浓度分别为59.96± 13.84 μmol·L-1和118.76 ± 36.28 μmol.L-1。溶解N2O的季节变化规律为秋季夏季。秋季漳江口红树林潮汐水溶解N2O的平均浓度为197.53 ± 125.41 μmol·L-1,沙埕湾为12.64±0.90μmol·L-1。溶解N2O浓度的空间分布规律为漳江口九龙江口沙埕湾。(4)培养结果显示,九龙江口红树林沉积物反硝化速率的均值为199.16 ±103.63 μmol·m-2·h-1;漳江口为 90.06± 111.03 μmol·m-2-h-1;沙埕湾为 77.59±42.14μmol·m-2·h-1。九龙江口和漳江口红树林沉积物的反硝化速率高于沙埕湾。反硝化速率与沉积物盐度和孔隙水NO3--N浓度极显著相关(P0.01),与沉积物pH和容重显著相关(0.01P0.05),而与沉积物温度、含水率和C/N比则无显著性差异(P0.05)。(5)培养结果显示,九龙江口红树林沉积物DNRA速率的均值为20.00 ±17.12 μmol·m2·h-1;漳江口为 8.87 ± 12.00μ mol·m-2·h-1;沙埕湾为 0.95 ± 0.36μmol·m-2·h-1。九龙江口和漳江口红树林沉积物的DNRA速率高于沙埕湾。DNRA速率与沉积物温度、盐度和孔隙水NO3-N浓度极显著相关(P0.01),与沉积物pH显著相关(0.01P0.05),而与沉积物含水率、容重和C/N比则无显著性差异(P0.05)。(6)九龙江口红树林沉积物的N03--N还原速率高于漳江口和沙埕湾红树林沉积物。总的来说,反硝化作用是红树林沉积物主要的氮素还原过程反硝化速率占N03--N还原速率的80.43-98.92%,说明红树林系统的氮素主要通过反硝化作用移出系统。


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